Teilprojekt A7

A7 | Skalierung unter Unsicherheit

Zusammenfassung

Ziel von TP A7 ist es, mit Skalierungsmethoden basierend auf der Nutzung der Ähnlichkeitstheorie (Dimensionsanalyse und Baureihenentwicklungsmethodik) Unsicherheit bei lasttragenden Systemen zu reduzieren.

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

Es wurden mathematische Methoden zur Ableitung von Unsicherheit beschreibenden Skalierungsgesetzen erarbeitet, die auf Basis der Dimensionsanalyse sowie auf Wachstumsgesetze für Produkteigenschaften basieren. Hierbei können dynamische Systeme, Alterung und Verschleiß unter Berücksichtigung von Ungewissheit (Szenario-Wachstumsgesetze) und stochastischer Unsicherheit (probabilistische Wachstumsgesetze) abgebildet werden.

Die Skalierungsmodelle können dabei zur Beschreibung komplexer technischer Systeme dienen, für die keine vollständigen axiomatischen Modelle abgeleitet werden können, sofern Messdaten oder ein physisches Modell des technischen Systems vorliegen.

Auf Basis der Skalierungsmodelle wurde die von Pahl und Beitz entwickelte Methodik zur Entwicklung von Baureihen grundlegend aktualisiert und hinsichtlich der Beherrschung von Skalierungsunsicherheit angepasst. Hierzu wurde das Konzept der Skalierungsunsicherheit erarbeitet – Unsicherheit kann durch infolge Unwissen oder Ungewissheit unsichere Produktmodelle (Skalierung unter Unsicherheit) als auch durch bekannte maßstabsabhängige Varianz in Produkteigenschaften (Skalierung von Unsicherheit) auf die Skalierbarkeit eines technischen Systems Einfluss nehmen.

Zur Beherrschung der Skalierungsunsicherheit im Kontext der Baureihenentwicklung wurde ein starker Fokus auf die Identifikation von Unsicherheit in Prozessen gelegt. Ein für skalierte technische Systeme erweitertes Prozessmodell bietet die Grundlage zur Analyse skalierender Systeme. Es kann maßstabsabhängige Unsicherheit identifiziert und mithilfe der o.g. Skalierungsmodelle bewertet werden.

Durch die so verbesserte Informationslage können durch die Integration der Uncertainty-Mode-and-Effects-Analysis UMES (TP A1 in der 1. Förderperiode) in die Baureihenentwicklung Maßnahmen zur Beherrschung von Skalierungsunsicherheit getroffen werden. Grundlage dieses Vorgehens ist die frühzeitige Absicherung der Kompatibilität von Teillösungen unter dem Gesichtspunkt der Skalierbarkeit im Konzeptprozess. Hierbei wird auch die Skalierungsunsicherheit und insbesondere die daraus folgenden Skalierungsgrenzen berücksichtigt.

Ergebnis ist somit eine Frontloading betonende Methodik zur Entwicklung von Baureihen, welche durch intensive Prozessanalyse, Nutzung der Ähnlichkeitstheorie und Anwendung von Prinzipien des Robust Design konsequent auf die Synthese skalierungsgerechter Lösungen zielt.

Teilprojektleiter

Name
Dr.-Ing. Hermann Kloberdanz
Prof. Dr.-Ing. Peter Pelz