Optimierung des Systementwurfs von Maschinen und Anlagen auf Basis komponentenorientierter Verhaltensmodelle

• Antragsteller: Dr.-Ing. Werner Herfs
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254897330

Maschinen und Anlagen sind mechatronische Systeme, deren Entwicklung das Zusammenwirken mehrerer Fachdisziplinen erfordert. Ziel des mechatronischen Systementwurfs ist es, Lösungskonzepte in der frühen Entwicklungsphase hinsichtlich der Anforderungen zu spezifizieren, zu bewerten und zu optimieren. Das mechatronische Lösungskonzept ist anschließend die Grundlage für die Arbeit in den einzelnen Fachdisziplinen. Je aussagekräftiger und je durchdachter die Modelle des Systementwurfs sind, desto schneller können die Konzepte umgesetzt werden und desto besser ist die Qualität der Produkte, z. B. hinsichtlich der Leistungsdaten, der Energieeffizienz und der Zuverlässigkeit.Das Ziel des Projektes ist es, eine neue Methodik zu entwickeln, um das mechatronische Systemverhalten von Maschinen und Anlagen hinsichtlich technischer und betriebswirtschaftlicher Anforderungen während der Entwurfsphase zu optimieren. Mithilfe von mathematischen Optimierungsverfahren werden diejenigen mechatronischen Komponenten und Dimensionierungsparameter gesucht, welche die Anforderungen optimal erfüllen. Im nächsten Schritt können dann die alternativen Entwürfe bei optimaler Parametrierung miteinander verglichen werden.Die Grundlage für die Optimierung sind Verhaltens-, Anforderungs- und Komponentendatenmodelle. Zur Verhaltensmodellierung wird eine Modellbibliothek mit elektromechanischen, elektrischen, mechanischen und pneumatischen Komponenten entwickelt. Hierfür ist zu untersuchen, wie die Modelle zu gestalten sind, damit diese bereits in der frühen Phase parametriert werden können, aber gleichzeitig aussagekräftige Ergebnisse für die Optimierung liefern. Darüber hinaus werden Methoden entwickelt, um Anforderungen, z. B. hinsichtlich Kosten, Zykluszeiten und Energieumsatz, formal dazustellen und mit den Verhaltensmodellen zu verknüpfen.Die Anzahl möglicher Komponenten- und Parameterkombinationen ist üblicherweise sehr groß. Die Suche nach Komponenten und Dimensionierungsparametern erfordert daher eine robuste und effiziente Optimierungsstrategie. Zur Gestaltung der Optimierungsstrategie wird einerseits nach einer geeigneten Kombination globaler und lokaler mathematischer Optimierungsverfahren gesucht. Andererseits wird Projektierungswissen in die Optimierungsstrategie einbezogen, um den Suchraum vorab signifikant zu reduzieren. Die entwickelten Modelle werden abschließend zu einer wiederverwendbaren Bibliothek zusammengefasst und die Methoden werden prototypisch implementiert. Die Modelle und die Implementierung werden daraufhin in mehreren Testfällen erprobt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Christian Brecher