CONSENS - Heinz Nixdorf Institut

Leistungsangebot
CONSENS –
Disziplinübergreifende Modellierung mechatronischer Systeme
HEINZ NIXDORF INSTITUT
Universität Paderborn
Produktentstehung
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier
CONSENS –
Disziplinübergreifende Modellierung
mechatronischer Systeme
Das Handlungsfeld
Umfeld
Ergebnis ist die Beschreibung in
welcher Art und Weise sich das
System in einer Betriebssituation verhalten soll.
Die Lösung
Die bestehenden Anforderungen
an das System werden in der
Anforderungsliste dokumentiert
und sind fortlaufend zu pflegen.
Verhalten – Zustände
WorkshopKartenset
Ergebnis sind die aufgedeckten,
relevanten Einflüsse bzw.
Störgrößen, welche auf das zu
entwickelnde System wirken.
• Wie können Kommunikation und Kooperation der Fachleute aus den involvierten Disziplinen gefördert werden?
• Wie kann ein einheitliches Verständnis aller Beteiligten
über die Entwicklungsaufgabe geschaffen werden?
• Wie können zeit- und kostenintensive Änderungen vermieden werden?
• Wie lässt sich die Konsistenz aller Dokumente über die
gesamte Entwicklung sichern?
Anwendungsszenarien
Ergebnis ist die Beschreibung
der vorausgedachten und zu berücksichtigen Zustände und Zustandsübergänge des Systems.
Wirkstruktur
Funktionen
Ergebnis ist die lösungsneutrale
Beschreibung der grundsätzlichen Funktionalität des zu
entwickelnden Systems.
Ergebnis ist die Visualisierung
und Beschreibung der
Wirkzusammenhänge der
Systemelemente untereinander.
Verhalten – Aktivitäten
A
B
Ergebnis ist die Beschreibung
der Ablaufprozesse des Systems
innerhalb des jeweiligen Zustandes und Zustandsübergängen.
Anforderungen
Gestalt
p hydr.
r ührungs
Spurf
Spurführungs
-modul 1
F Gleislager
I
L1.1*,
I
Z,V
L1.2*
I
L1.1,
I
and
Zusta
Zustand
es
des
de
ms
Systems
System
P L2.1,
P L2.2
rfühSpurfühSpurf
rung
imAbstimAbsti
g
mung
Arbeitspunkt-steuerung
F*
Antriebsmodul 1
FWind
FRoll
r NeigeFederFeder-Neigemodul 2
er-NeiFede
Feder-Neiodulgemodulgemo
mtim
AbstimAbst
g
mung
V
L2.1*,
I
Antriebsmodul 2
L2.2*
I L2.1, I L2.2
osten/
Kosten/
K
t/Zeit*
Komfort/Zeit*
Komfort/
Kosten
Komfort
Komfort
Zeit
Ergebnis ist ein erstes, grobes
rechnerinternes 3D-CAD
Gestaltmodell des zu
entwickelnden Systems.
G
P
Verschleiß
F2
Fm
Regler der
y
Längsdynamik
MenschMaschine
c h n i t t s t e l le
Schnittstelle
S
I S*, f S*
I
L1.2
F1
G
P
FBe
eschl.
Beschl.
u.a.Kosten/
Komfort*/Zeit
x*, vmaxx
r ührungs
Spurf
Spurführungs
-modul 2
n Ab
Wissen
bschnittt x
Abschnitt
P L1.1,
P L1.2
mSh.
a
Boardür aberwaberw
hung
chung
c
t Zeit*
Kosten/Komfort/Zeit*
Kosten/Komfort/
Zustand des Systems
i ver
rf .
verf.
F
F/N
r NeigeFederFeder-Neigemodul 1
P* L(zur Arbeitspunktsteuerung)
t punktsteuerung)
Arbeits
hydr.
F
F
Außenhaut
t Zeit*
Kosten/Komfort/
Kosten/Komfort/Zeit*
nergieEn
Energieersorgungsversorgungsve
odul
modul
m
Hydraulik
P
p
Tragstruktur
f rt/tZeit*
Kosten/Komfort/Zeit*
Kosten/Komfo
Zustand des Systems
r /Zeit*
Kosten/Komfort/Zeit*
Kosten/Komfort
Zustand des Systems
P Sonstiges
S
es Systems
de
Zustand des
P
Hydraulikaggregat
Die Spezifikationstechnik CONSENS (CONceptual
design Specification technique for the ENgineering of complex Systems), das dazugehörige Vorgehensmodell und die
dedizierte Software Mechatronic Modeller® wurden entwickelt, um diesen und anderen Fragestellungen begegnen zu
können. Kern dieser Methodik bildet die fachdisziplinübergreifende Beschreibung der Produktkonzeption.
Moderierte Workshops
Aspekte zur Beschreibung der Prinziplösung
e Ab
Anfrage
bschnitt x
Abschnitt
Mechatronische Produkte und ihre Entwicklungsprozesse sind aufgrund des Zusammenwirkens beteiligter
Fachdisziplinen komplex. Häufig gelingt es nicht, ein einheitliches Systemverständnis zu erzeugen. Hohe Abstimmungsaufwände, späte und kostenintensive Änderungen
sind die Folge. Häufig sehen sich Verantwortliche aus der
Entwicklung mit folgenden Fragestellungen konfrontiert:
Unser Angebot
lS
Funkkommunikation
X
IS*, fS*
Zunehmende Konkretisierung, Bearbeitungsrichtung
Das Ergebnis der Workshopreihe ist eine vollständige und
konsistente Beschreibung des Gesamtsystems.
Mechatronic Modeller
Die Aspekte zur Beschreibung der Prinziplösung
werden technisch durch Partialmodelle repräsentiert.
Die Modellierung erfolgt grafisch und interaktiv mit dem
Mechatronic Modeller. Das Tool bietet die Möglichkeit das
System rechnerintern abzubilden und weiter zu entwickeln.
Mit dem Mechatronic Modeller lassen sich Anforderungen
nachverfolgen und Sichten auf das zu entwickelnde System
definieren.
Die Spezifikationstechnik CONSENS: Übersicht der Aspekte zur Beschreibung der Prinziplösung
Ihr Nutzen
Requirements Model
Requirements
Edit the requirements contained in the requirements model.
Die Beschreibung der Produktkonzeption mit der Spezifikationstechnik CONSENS umfasst die acht Aspekte: Umfeld,
Anwendungsszenarien, Anforderungen, Funktionen, Wirkstruktur, Verhalten-Zustände, Verhalten-Aktivitäten sowie
Gestalt. Das Zusammenspiel der Aspekte wird in der Prinziplösung abgebildet. Sie ergibt ein konsistentes Gesamtbild des zu entwickelnden Systems. Sie beschreibt den prinzipiellen Aufbau und die Wirkungsweise. Die Prinziplösung
bildet die Basis für die weitere Ausabreitung sowie Kommunikation und Kooperation der Fachleute untereinander.
Dies umfasst auch das Propagieren von fachgebietsübergreifenden, relevanten Änderungen während der Konkretisierung. Dadurch wird ein gemeinsames Systemverständis
gefördert.
Moderierte Workshops sind der erste Schritt bei der
Erarbeitung der Prinziplösung. Hier wird das Workshop-Kartenset eingesetzt, das speziell auf die Spezifikationstechnik
zugeschnitten ist. Der Workshop-Charakter fördert die disziplinübergreifende Zusammenarbeit und die zugehörige
Gruppendynamik.
Z
1: Geometrie
Z
2: Kinematik
Z
3: Störeffekte
Z
4: Kräfte
\
5: Energie
\
5.1: Eigenschaften der Energieversorgung
5.1.1: durch benutzer aufladbar
5.1.2: Akku soll einfach ersetzt werden können
5.1.3: 3500-4000 Ladezyklen möglich
Leistungselektronik
5.1.4: Energiedichte
5.1.5: Memoryeffekt vermeiden
5.1.6: Masse des Akkus
5.1.7: Ladespannung
El. Energie
bereitstellen
5.1.8: Nennspannung des Akkus
Z
elektr. Energi
5.2: Akkuladegerät
Z
6: Sicherheit
Z
7: Signal
Z
8: Fertigung/Montage
Z
9: Instandhaltung
Z
10: Recycling
Z
11: Gebrauch
Z
12: Kosten
Z
13: Ergonomie
Z
14: Energierückgewinnung durch Windkraft
Akku
elektr. Energie <DC>
Ladezustand
überwachen
Nabenmotor
Drehzahl <>
Querverweise zwischen
den Partialmodellen
Ladezustand <SoC>
mech. Energie <Drehmoment>
Akkuzustand <SoH>
Elektrische Energie <>
Steuerung
Ist-Wert <Drehrichtung / Trittfrequenz>
Ist-Wert <Drehrmoment / Tretkraft>
Ist-Wert <Puls>
Benutzereingabe <Wahl des Unterstützungsmodus, Licht>
Elektrische Energie <>
Statusinformationen zur Anzeige
Der Mechatronic Modeller: Rückverfolgbare Querverweise zwischen den Partialmodellen Anforderungen, Funktionen und Wirkstruktur
Hinterrad
• Ein gemeinsames Systemverständnis als Basis für die
Kommunikation und Kooperation der Fachleute
untereinander
• Reduktion von Fehlerkosten
• Wettbewerbsvorteile durch schnelleres time-to-market
• Vermeiden von nachträglichen, kostenintensiven
Änderungen
• Definition der domänenübergreifenden Zusammenhänge
und Verantwortlichkeiten
• Stärken-Schwächen Betrachtung von alternativen
Produktkonzeptionen
• Automatische Generierung der technischen
Dokumentation
• Plausibilitätsprüfungen im Hinblick auf Korrektheit und
Vollständigkeit der Produktkonzeption
• Rückverfolgbarkeit von Anforderungen
Das Heinz Nixdorf Institut
Interdisziplinäres Forschungszentrum für Informatik und Technik
Das Heinz Nixdorf Institut ist ein Forschungszentrum der Universität Paderborn. Es entstand
1987 aus der Initiative und mit Förderung von Heinz Nixdorf. Damit wollte er Ingenieurwissenschaften und Informatik zusammenzuführen, um wesentliche Impulse für neue Produkte und
Dienstleistungen zu erzeugen. Dies schließt auch die Wechselwirkungen mit dem gesellschaftlichen Umfeld ein.
Die Forschungsarbeit orientiert sich an dem Programm „Dynamik, Mobilität, Vernetzung: Eine neue
Schule des Entwurfs der technischen Systeme von morgen“. In der Lehre engagiert sich das Heinz
Nixdorf Institut in Studiengängen der Informatik, der Ingenieurwissenschaften und der Wirtschaftswissenschaften.
Heute wirken am Heinz Nixdorf Institut sieben Professoren mit insgesamt 200 Mitarbeiterinnen
und Mitarbeitern. Etwa ein Viertel der Forschungsprojekte der Universität Paderborn entfallen auf
das Heinz Nixdorf Institut, und pro Jahr promovieren hier etwa 30 Nachwuchswissenschaftlerinnen
und Nachwuchswissenschaftler.
Der Lehrstuhl für Produktentstehung
Erfolgspotentiale der Zukunft erkennen und erschließen
Produkt- und Produktionssysteminnovationen sind der entscheidende Hebel für Zukunftssicherung und Beschäftigung. Der Maschinenbau und verwandte Branchen, wie die Automobilindustrie, nehmen heute eine Schlüsselstellung ein. Diese Branchen weisen aber auch erhebliche Erfolgspotentiale der Zukunft auf. Diese gilt es, frühzeitig zu erkennen und rechtzeitig zu
erschließen.
Informations- und Kommunikationstechnik führt nicht nur zu Produktivitätssteigerungen — es
entstehen auch neue Produkte und neue Märkte. Unser Ziel ist die Steigerung der Innovationskraft
von Industrieunternehmen. Dafür erarbeiten wir Methoden und Verfahren. Unsere Forschungsschwerpunkte sind:
• Strategische Produkt- und Technologieplanung
• Entwicklungsmethodik Mechatronik
• Produktionssystemplanung
• Virtual Reality, Augmented Reality und Simulation
Heinz Nixdorf Institut
Lehrstuhl für Produktentstehung
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
Telefon 0 52 51 | 60 62 67
Telefax 0 52 51 | 60 62 68
E-Mail [email protected]
www.hni.uni-paderborn.de
Titelfoto: Interaktives Erarbeiten der Produktkonzeption mit dem Mechatronic Modeller.
© Fraunhofer IPT, Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik.

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