Teilprojekt A2

A2 | Robust Design − Methodik zur Entwicklung unsicherheitsoptimaler Systeme

In dem Teilprojekt A2 wird eine umfassende Robust Design-Methodik (RD) mit Methoden und Arbeitsmitteln entwickelt, um den Entwickler durch die systematische Beherrschung von Unsicherheit bei der Entwicklung robuster Produkte zu unterstützen.

Zusammenfassung

Das Ziel des Teilprojektes A2 besteht darin eine umfassende Robust Design-Methodik (RD) mit Methoden und Arbeitsmitteln zu entwickeln, um den Produktentwickler durch die systematische Beherrschung von Unsicherheit bei der Entwicklung robuster Produkte zu unterstützen.

Dazu wurden sowohl auf der Modell- als auch der Vorgehensebene Ergebnisse erzielt:

Abbildung 1: Vorgehensmodell für das Robust Design.
Abbildung 1: Vorgehensmodell für das Robust Design.

In der ersten Phase wurde im Teilprojekt A2 eine Methodik zur Entwicklung robuster Produkte und Prozesse auf Basis einer modellbasierten integrierten Produkt- und Prozessentwicklung erarbeitet. Im Fokus lagen dabei die Modellierung von Produktionsprozessen in frühen Entwicklungsphasen und die Beherrschung von Störgrößen als eine Ausprägung von Ungewissheit.

Während die Prozessauswahl und -ausführung in der Produktion aufgrund der in der Prozessdefinition getroffenen Festlegungen wohl definiert ist, sind die Prozesse in der Nutzungsphase weit weniger determiniert und vom Einfluss der Nutzer, der Alterung der Produkte, aber auch von den Veränderungen der Märkte und Kunden oft in erheblichem Umfang abhängig. Derartige Unsicherheit aus transienten Nutzungsprozessen (zeitvariable und nicht deterministische) und variablen Nutzungsszenarien, abhängig von Nutzer, Moden, Trends, Alterung und Verschleiß, wurden in der zweiten Phase behandelt. Als Ansatz zur Beherrschung von Unsicherheit aus veränderlichen Nutzungsprozessen wird der modulare Aufbau von technischen Systemen angestrebt, um eine Adaption des Systems an ein großes Prozessvariantenspektrum zu ermöglichen. Hierfür muss jedoch die aus der Modularisierung selbst entstehende Unsicherheit beherrscht werden. Von besonderer Relevanz ist hierbei die Beherrschung der Schnittstellenunsicherheit.

Um das Zusammenwirken von Modulen beschreiben zu können, wurde das Contact & Channel Model um eine Konkretisierung der Wirkflächengeometrie erweitert. Mit Hilfe von Bool’schen Operatoren können nun die Kopplungen zwischen den Modulen systematisch in Bezug auf Eindeutigkeit analysiert werden. Der Fokus liegt hierbei auf der Übertragung von Kräften und Information.

Abbildung 2: Vorgehensmodell zur Eindeutigkeitsanalyse und -synthese.
Abbildung 2: Vorgehensmodell zur Eindeutigkeitsanalyse und -synthese.

Die Eindeutigkeitsanalyse wurde in das Vorgehen zur Gestaltung technischer Systeme nach Pahl/Beitz integriert. Das Vorgehen, bestehend aus abwechselnden Analyse- und Syntheseschritten, führt zum einen zu einer möglichst geringen Anzahl an an der Funktionserfüllung beteiligten Eigenschaften. Zum anderen wird die Vorhersagbarkeit der Wechselwirkung zwischen Modulen durch die Eindeutigkeit erhöht.

Zur Beherrschung der Schnittstellenunsicherheit wurde ein starker Fokus auf die Identifikation von Unsicherheit in Prozessen gelegt. Hierfür wurde ein Prozessmodell entwickelt, das die detaillierte Untersuchung von Unsicherheits-Prozess-Systemzusammenhängen ermöglicht.

Ergebnis ist insgesamt eine Frontloading betonende Methodik zur Entwicklung von robusten technischen Systemen, welche durch intensive Prozessanalyse, Nutzung der Modularisierung und Anwendung von Prinzipien des Robust Design konsequent auf die Synthese robuster Lösungen über die gesamten Lebenslaufphasen technischer Systeme zielt. Die Ergebnisse der ersten und der zweiten Förderperiode können zweckmäßig mit den Ergebnissen des TP A1, der Uncertainty Mode and Effects Analysis, zu einem Framework zur Identifikation, Bewertung und Beherrschung von Unsicherheit zusammengefasst werden.

Teilprojektleiter

Name
Prof. Dr. h. c. Dr. h. c. Dr.-Ing. Herbert Birkhofer
Prof. Dr.-Ing. Andrea Bohn
Dr.-Ing. Hermann Kloberdanz