An die theoretische Grenze optimaler Anforderungszerlegung mit Lösungsräumen für die Auslegung komplexer Systeme

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454149634

Große Systeme in mehrere kleine und besser handhabbare Teile, wie Komponenten oder Subsysteme, zu zerlegen, kann Komplexität in der Entwicklung verringern und verteilte gleichzeitige Entwicklung (concurrent engineering) ermöglichen. Geeignete Komponentenanforderungen helfen dabei, getrennte und unabhängige Entwicklungsarbeiten hin zu einem Gesamtauslegungsziel auszurichten. Komponentenanforderungen sollten garantieren, wenn erfüllt, dass das Gesamtsystem von wechselwirkenden Komponenten das Auslegungsziel erreicht. Zusätzlich sollten sie dabei nur so einschränkend sein wie absolut notwendig, um maximale Freiheit für die Komponentenentwicklung zu ermöglichen. Dies ist schwierig für komplexe Systeme, bei denen nichtlineare Wechselwirkung zwischen Komponenten berücksichtigt werden muss.In existierenden Ansätzen werden sog. Lösungsräume bestimmt, kartesische Produkte zulässiger Bereiche von Komponenteneigenschaften. Dabei kommen Adaptionen numerischer Optimierungsalgorithmen zum Einsatz. Die Ansätze, die für beliebige nichtlineare Systeme geeignet sind, sind leider limitiert auf eindimensionale zulässige Bereiche, also Intervall-Anforderungen für nur eine Komponenteneigenschaft. Leider sind Intervall-Anforderungen oft unnötig einschränkend, sogar wenn diese zulässigen Bereiche maximiert werden: Wenn eine Komponente mehrere relevante Eigenschaften besitzt, werden einzelne Anforderungen an sie in Summe immer einschränkender (oder mindestens gleich einschränkend) sein, als eine Anforderung an alle. Die Schlüsselidee dieses Antrages ist es, generalisierte Komponentenlösungsräume zu berechnen und zu maximieren: Komponentenlösungsräume sind die größtmöglichen hochdimensionalen (möglicherweise unendlich-dimensionalen) zulässigen Bereiche für alle relevanten Eigenschaften einer Komponente. Wenn Eigenschaften aller Komponenten innerhalb ihrer zugeordneten Komponentenlösungsräume realisiert werden, dann wird das Gesamtauslegungsziel erreicht bei maximaler Entwicklungsfreiheit.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Fabian Duddeck; Professor Dr. Helmut Harbrecht