Arbeitsschwerpunkt: Mechatronik

Die Mechatronik hat sich weltweit zu einem hochattraktiven Gebiet der Ingenieurwissenschaften entwickelt. Die interdisziplinäre Verknüpfung von mechanischen, elektronischen und informationstechnischen Modulen zu mechatronischen Systemen prägt den modernen Maschinenbau,
die Automobilindustrie sowie die Elektrotechnikindustrie in besonderem Maße. Mechatronische Systeme sichern Wettbewerbsvorteile durch erweiterte Funktionalität, bessere Effizienz und niedrigere Kosten in innovativen Produkten genauso wie in fortschrittlichen Produktionsprozessen. Die Mechatronik ist damit ein Kernelement im Forschungsschwerpunkt und erfordert ein Zusammenspiel von Experten auf unterschiedlichen Fachgebieten. Sie integriert die Arbeitsschwerpunkte, um den zur Systemoptimierung zur Verfügung stehenden Lösungsraum optimal auszunutzen.
Das Vorgehen bei der Entwicklung mechatronischer Systeme ist anschaulich am 3-Ebenen Vorgehensmodell nach Bender, welches aus dem klassischen V-Modell und aus der VDIRichtlinie 2206 im Hinblick auf mechatronische Systeme verfeinert wurde, darstellbar.

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Im linken Zweig des V-Modells sind Entwurf und Verifikation des Entwicklungsgegenstands auf den unterschiedlichen Ebenen dargestellt. Der mechatronische Charakter moderner technischer Systeme bedingt, dass in der heutigen Produktentwicklung die Entwürfe der fachspezifischen Komponenten Mechanik, Sensorik, Leistungselektronik, Elektromechanik, Aktorik, Hardware und Firmware sowie PC-basierte Software zum Gerätemanagement und zur Systemintegration nach den jeweils fachspezifischen Entwurfsmethoden und - wo vorhanden - mit den jeweils spezifischen Entwurfswerkzeugen erfolgen. Zur Realisierung mechatronischer Systemen und zu deren Optimierung sind realitätsnahe Systemmodelle eine wichtige Voraussetzung. Diese Modelle müssen die wechselwirkenden Systemkomponenten hinreichend genau abbilden, wobei der Entwurfsprozess im Idealfall modellbasiert ohne Systembruch durchlaufen werden sollte. Die Mechatronik ist damit nicht nur ein einfacher Verbund aus bereits existierenden Fachgebieten und Technologien, sondern erfordert durch die systemische Verknüpfung unterschiedlicher Disziplinen innovative Werkzeuge, Prozesse und Methoden – hier besteht Forschungsbedarf bezüglich übergreifender Methodik, Techniken und Werkzeugen, um die synergetischen Potenziale tatsächlich heben zu können. Dieses komplexe Zusammenwirken unterschiedlicher Domänen in der Mechatronik erfordert zusätzlichen Aufwand für Validierung ("Testen") und die Verifizierung mechatronischer Systeme. Zur Verkürzung der Verifikation und Validation (V&V) sind einerseits modellbasierte Ansätze geeignet (Entwurfs- und Verifikationsunterstützung), andererseits ist ein hoher Test-Automatisierungsgrad bereits im frühen Entwicklungsstadium notwendig (Validationsunterstützung). Testmethoden wie Software-in-the-Loop (SiL), Prozessor-in-the-Loop (PiL), Model-inthe-Loop (MiL) oder Hardware-in-the-Loop (HiL) sind hierzu unumgänglich. Hinzu kommen Endurance-Tests zur Erprobung der Lebensdauer des Systems oder einzelner Komponenten, welche im Bestfall durch Methoden der künstlichen Alterung abgekürzt werden. Seit einigen Jahren befindet sich die produzierende Industrie durch den Einsatz mechatronischer Lösungen in einem nachhaltigen Wandel. Durch die enge Integration unterschiedlicher
Domänen erhöht sich die Produkt- und Prozessqualität enorm. Da zugleich auch der Zeit- und Kostendruck wächst, muss sich die Industrie den neuen Anforderungen national und international stellen. Dies eröffnet ein hohes FuE-Potential im Bereich der Mechatronik als Kernelement der effizienten technischen Systeme, insbesondere auch im Umfeld klein- und mittelständischer Unternehmen. Projektschwerpunkte im Forschungsschwerpunkt "effiziente technische Systeme" könnten in nachfolgenden Bereichen liegen:

  • Consulting zum Vorgehen beim Entwurf mechatronischer Systeme
  • Durchgängige modellbasierte Verfahren bei Entwurf, Verifikation und Validation
  • (Anwendungs-)Entwicklung mechatronischer Systeme (Systemdesign, Aktorik, Sensorik,Mechanik, Informationstechnik)
  • Entwicklung von Werkzeugen, Prozessen und Methoden
  • Testspezifikation und Testfallentwicklung
  • Testautomatisierung
  • Testentwicklung (SiL, PiL, MiL, HiL)
  • Test und Verifizierung im Labor oder Feld

Durch die in Wechselwirkung stehenden Systemkomponenten mechatronischer Produkte ist eine enge Vernetzung zwischen den Kollegen im Forschungsschwerpunkt bei FuE-Projekten unabdingbar. Die Möglichkeit auf diese Weise Ansätze, Methoden und Prozesse aus anderen Domänen kennenzulernen ist neben der zu steigernden Drittmitteleinwerbung eine wichtige Kompetenz, die durch den Forschungsschwerpunkt forciert wird.

Kontakt "Mechatronik"

Prüfungsausschuss AING Master, Studiengangsleitung Master Elektrotechnik und Informationstechnik
Prof. Dr.-Ing. Sven Urschel