Methodik für die simulationsbasierte Entwicklung mechatronischer Systeme

Abstract

Die Entwicklung technischer Produkte steht im Spannungsfeld zwischen Kundenansprüchen, insbesondere Produktqualität und -funktionalität, und Marktansprüchen, insbesondere Entwicklungszeit und -kosten. Hierbei stellen mechatronische Produkte aufgrund ihrer Komplexität besondere Ansprüche an den Entwicklungsprozess. Als ein Mittel zur Beherrschung dieser Problematik werden in der Produktentwicklung bereits seit längerem Simulationen angewendet. Ein konsistenter Einsatz im Sinne simulationsbasierter Entwicklung ist hierbei jedoch nicht zu erkennen. Ziel dieser Arbeit ist die Herleitung einer Methodik für die simulationsbasierte Entwicklung mechatronischer Systeme. Zu diesem Zweck erfolgt zunächst eine ausführliche Analyse existierender Modellierungs- und Simulationstechniken sowie von Entwicklungsmethodiken in Bezug auf die Umsetzung simulationsbasierter Entwicklung. Diese Analyse erfolgt sowohl domänenspezifisch als auch domänenübergreifend und zeigt, dass zwischen technologischen und entwicklungsmethodischen Aspekten ein Missverhältnis besteht, aus dem sich der Handlungsbedarf dieser Arbeit ableitet. Entsprechend wird im Hauptteil der Arbeit ein Gesamtrahmen für eine Entwicklungsmethodik definiert und eine geeignete Methodik systematisch hergeleitet. Hierbei stehen die Prozessbeschreibung sowie die Unterstützung durch Methoden im Vordergrund. Abschließend wird die entwickelte Methodik an einem mechatronischen Entwicklungsprojekt validiert und veranschaulicht.

Product development needs to deal with the conflict of satisfying both customer requirements, mainly product quality and functionality, and market requirements, mainly development time and costs. Due to their complexity mechatronic products in particular impose challenging requirements on the development process. Simulation has long been used in product development in order to cope with these challenges. Nevertheless a consistent integration in terms of simulation-based design has not yet been achieved. This work aims to derive a methodology for simulation-based design of mechatronic systems. It is based on a comprehensive analysis of modeling and simulation techniques as well as development methodologies regarding the implementation of simulation-based design. The analysis is performed both domain-specific and across domains, identifying a gap between technological and methodological aspects. This gap forms the rationale for this work. The main part of this work defines an overall framework for the development methodology. Based on this framework the structured development of an appropriate methodology is described. Primary focus lies on the description of process aspects as well as on methods intended to provide guidance for designers. The developed methodology is validated on and exemplified through a mechatronic design project.