Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse für mechatronische Systeme
Vortrag:Dipl.-Ing. Sebastian Schlund
Teilprojektleiter:Prof. Dr.-Ing. habil. Petra Winzer
Fachgebiet Produktsicherheit und QualitätswesenFachbereich D – Abteilung SicherheitstechnikBergische Universität Wuppertal
Dipl.-Ing. Sebastian Schlund
In Kooperation mit:Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Stefan Kulig
Lehrstuhl für Elektrische Antriebe und MechatronikFakultät Elektrotechnik und InformationstechnikUniversität Dortmund
Dipl.-Ing. Sebastian Gruber
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Gliederung
Problemlage und Zielsetzung
Industriebefragung zur Produktentwicklung mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen
Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
Ausblick
B3 Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme
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Problemlage und Zielsetzung
Entwicklung des Begriffes Mechatronik
Informationstechnik
Maschinen-bau
Elektro-technik
Mechanik Feinwerktechnik
Fluidtechnik
Mikroelektronik Leistungselektronik
Softwaretechnik Automatisierungstechnik
Quelle: nach Richtlinie VDI 2206: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme; Ausschuss Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme (Hrsg.); Berlin: Beuth, 2004.
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Quelle: Möhringer, Stefan: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme: Universität Paderborn Heinz Nixdorf Inst., 2005
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Problemlage und Zielsetzung
Logistische Anlage
Antrieb
Antriebskomponenten
Quelle in Anlehnung an: Lückel, J.; Koch, T.; Schmitz, J.: Mechatronik als integrative Basis für innovative Produkte. In:VDI-Tagung: Mechatronik – Mechanisch/Elektrische Antriebstechnik, 29./30. März 2000,Wiesloch; Düsseldorf: VDI Verlag, 2000
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Problemlage und Zielsetzung
Problemlage
Rückrufaktionen, Störfälle und Systemausfälle resultieren aus der unzureichenden Berücksichtigung:
der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Entwicklungsbereichen,
den unscharfen Systemgrenzen,
der fehlenden methodischen Unterstützung der Entwicklungsabläufe sowie
der fehlenden Vernetzung etablierter Simulationswerkzeuge.
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Problemlage und Zielsetzung
Zielsetzung
Entwicklung eines generischen Methoden-Workflows für das Design mechatronischer Systeme in logistischen Anlagen mit den Zielen:
durchgängige, ganzheitliche und rückverfolgbare Produktentwicklung,
Modellierung der Wechselwirkungen zwischen den Teilsystemen,
komplexitätsreduzierter methodischer Entwicklungsablauf und
Integration bestehender Simulationen.
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Problemlage und Zielsetzung
Arbeitsablauf bei kombinierter Anwendung von Simulation und DeCoDe mit optionalen Schleifen und Parallel-Verzweigungen.
Legende: DeCoDe = Demand Compliant Design
SIM = Simulation
AF = Anforderungen
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Problemlage und Zielsetzung
1. 2. 3. 4.
Simulation vermuteter physikalischer Wechselwirkungen
Systematik zur Überprüfung parasitärer Wechselwirkungen
Analyse unscharfer Grenzen von Teilsystemen
Attributierung simulierter Wechselwirkungen
Erstellung von Systemstrukturen (Bäume, Matrizen)
Verknüpfung von Detailsimulation mit Entwurfsmethodik
Systematisierung und Strukturierung der Ergebnisse
TRANSFER
Kontinuierliche Evaluierung und Optimierung der Ergebnisse innerhalb der Teilprojektphasen und Projektübergreifend
Schematische Darstellung der Teilprojektphasen mit Transfer der Ergebnisse in das Zentralprojekt
5.
Projektphasen1. Analysephase
2. Methodenentwurf zum Design von mechatronischen Systemen
3. Modellierung von Systemen mit unscharfen Systemgrenzen
4. Verallgemeinerung des methodischen Vorgehens zum mechatronischen Systemdesign
5. Fortlaufende Evaluierung und Erprobung der Ergebnisse.
Standardisierung von Konstruktions-und Entwicklungs-prozessen
Befragungen zu Entwicklungs-methoden und -prozessen
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Industriebefragung zur Produktentwicklung me-chatronischer Systeme in logistischen Anlagen
10/06 11/06 12/06 01/07
26.09.
06.11.
21.11.
20.02.
02/0709/06 03/07
Recherche relevanter Unternehmen
orientierendes Interview (Motek)
Vorbereitung Fragebogen
Pretest
Versand Fragebogen
Bearbeitung in den Unternehmen
Nachfassen per Telefon
erweitertes Interview (Mitte 01/07)
Endauswertung (bis Mitte 02/07)
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Industriebefragung zur Produktentwicklung me-chatronischer Systeme in logistischen Anlagen
Gemeinsamer Besuch der Messe Motek in Sinsheim (26.09.2006)
Ziel: Überblick über Stand der eingesetzten Technik und Vorbereitung derHerstellerbefragung
Ablauf: Direkte Ansprache von Unternehmensvertretern aus den Bereichen:Antriebstechnik (24)
Fördertechnik (20)
Ingenieurdienstleistungen (5)
Ergebnisse:grundsätzliches Interesse zur Teilnahme an der Befragung vorhanden
ca. 40 direkte Ansprechpartner aus Entwicklungsabteilung bzw. Geschäftsführung
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Industriebefragung zur Produktentwicklung me-chatronischer Systeme in logistischen Anlagen
Offizielles AnschreibenPressemitteilung
Inhalte der BefragungStrukturierung der Unternehmen
Unternehmensgröße, Beschäftigtenzahlen, Tätigkeitsschwerpunkte, Antriebs- bzw. Förderkonzepte für den Einsatz in Stetigförderern
Konstruktion und Entwicklung Beteiligte Ingenieurdisziplinen, verwendete Entwicklungsmethodiken und Simulationen, Probleme bei der Entwicklung mechatonischerProdukte
Antriebs- bzw. FördertechnikBewertung von Anforderungen, Realisierung und Zuverlässigkeit der Technik, verwendbare Sensorik
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Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
Ziel: Standarisierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse (K&E - Prozesse)
Vorgehen:
Recherche von K&E – Prozessen
1 2 34
1 2 34
Aufstellen von Vergleichskriterien1 2 34
orientierende Einordnung der K&E – Prozesse bezüglich der Kriterien1 2 34
1 24
genauere Analyse ausgewählter K&E-Prozesse3
Auswahl / Erweiterung eines Vorgehensmodells für Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
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Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
Einordnung der recherchierten Vorgehensmodelle zur Produktentwicklung
1 2 34
domänenspezifisch für mechatronische Systemedomänenübergreifend
VDI 2221/2222
Wasserfallmodell
V-Modell
Y-Modell
Systems Engineering
Münchener Vorgehensmodell (MVM)
(Lindemann)
VDI 2422
Spiralmodell
VDI 2206
INERELA
Isermann
Konstruktionsmethodik für selbstoptimierende Systeme
(Gausemeier)
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Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
Vergleichskriterien
Betrachtung des Produktlebenszyklus im K&E – Prozeß
Systembeschreibung / Systemabgrenzung
Betrachtung physikalischer Wechselwirkungen zwischen Systemelementen
Berücksichtigung von Meilensteinen
Nachvollziehbarkeit
Berücksichtigung der Anforderungen
1 2 34
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Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
Kriterien an Vorgehensweise für anforderungsgerechtes Design
orientierende Einordnung
Einordnung der unterschiedlichen Vorgehensmodelle hinsichtlich definierter
Kriterien
nicht berücksichtigt
in Teilaspekten berücksichtigt
vollständig berücksichtigt
mec
hatr
onis
che
Sys
tem
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ensp
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sch
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änen
über
grei
fend
VDI-Richtlinie 2221
VDI-Richtlinie 2206
Wasserfallmodell
Systems Engineering
Münchener Vorgehensmodell
INERELA
VDI-Richtlinie 2422
Isermann
Spiralmodell
Selbstoptimierende Systeme
V-Modell
Y-Modell
Lebenszyklus
Systemabgrenzung
phys. Wechselwirkungen
Meilensteine
Nachvollziehbarkeit
Anforderungen1 2 3
4
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Ansatz zur Strukturierung verschiedener Konstruktions- und Entwicklungsprozesse
Genauere Analyse ausgewählter K&E-Prozesse 1 2 34
Lebenszyklus
Systemabgrenzung
Phys. Wechselwirkungen
Meilensteine
Nachvollziehbarkeit
Anforderungen
Kriterium Merkmalsausprägung
vorgesehen nachvollziehbar prüfbardefiniertnicht vorgesehen
anfangs betrachtet ganzheitliche Betrachtung
durchgängige BetrachtungErweiterungnicht betrachtet
Gedankenmodell
vorgesehen nachvollziehbar prüfbarnicht vorgesehen
vorgesehen nachvollziehbar prüfbardefiniertnicht vorgesehen
vorgesehen nachvollziehbar prüfbardefiniertnicht vorgesehen
Ablaufschema Handlungsablauf
definiert
B3 Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme
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Ausblick
Bewertung der VorgehensmodelleAusarbeitung eines Vorgehensmodells, in dem durchgängig Methoden und Simulationen verknüpft werden können
Verwendung der DeCoDe-Methode sowie der am Lehrstuhl Elektrische Antriebe und Mechatronik eingesetzten Simulationstools
Analyse und Bewertung der realen Wechselwirkungen zwischen den Systemstrukturen über den Produktlebenszyklus
Versuch der detaillierten Darstellung von Wechselwirkungen
Modifikation und Präzisierung der DeCoDe-MethodeGewährleistung der Rückverfolgbarkeit
B3 Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme
Idee Serienanlauf
Methode zum anforderungsgerechten Design mechatronischer Systeme in der Logistik