Plakativ formuliert, verfolgt it´s OWL das Ziel, Intelligenz in Maschinen und Anlagen zu bringen. Diese Intelligenz muss folglich in die Maschinen ‚hineinkonstruiert‘ werden – und dazu bedarf es neuer Ansätze der Konstruktionsmethodik. Ein Blick auf die aktuelle Vorgehensweise bei der Konstruktion von Maschinen und Anlagen zeigt:
- Die einzelnen Gewerke werden (noch) Schritt für Schritt und unabhängig voneinander entwickelt. Das kostet vergleichsweise viel Zeit, weil die einzelnen Gewerke nur begrenzt synchron arbeiten können.
- Darüber hinaus führt die herkömmliche sequentielle Konstruktion zu ‚suboptimalen‘ Ergebnissen, weil die Optimierungspotenziale aus der Kombination verschiedener Gewerke nicht annähernd vollständig ausgeschöpft werden können.
Wunsch: Ein integrierter, durchgängiger Entwicklungsprozess
Die Konsequenz daraus: Um intelligentere und effizientere Maschinen zur Serienreife zu bringen, muss die Konstruktionsarbeit, müssen die einzelnen Gewerke besser vernetzt und integriert werden. Genau das ist der Ansatz des ‚Modellbasierten Systems Engineerings‘ (englisch: Model Based Systems Engineering; kurz MBSE). Der gesamte Entwicklungsprozess wird hier durch ein Systemmodell begleitet, in dem alle Schlüsselanforderungen an das zu konstruierende Produkt bereits zu Beginn festgeschrieben worden sind. Dieses Modell ist und bleibt Grundlage für die Arbeit der einzelnen Konstruktionsdisziplinen – über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg.
Der Vorteil ist, dass alle am Prozess Beteiligten stets auf dieses Systemmodell und somit auf einen einheitlichen Projektstatus zurückgreifen können. Das gilt insbesondere für die Konstrukteure der einzelnen Gewerke, die üblicherweise autark mit jeweils spezifischen CAE-Werkzeugen arbeiten. Es gilt aber auch für die anderen ‚Stakeholder‘ des Prozesses wie etwa Einkäufer, Produktionsplaner, Sicherheitsexperten und letztlich den Anwender der Maschine.
Nicht zu unterschätzen ist der Nutzen von MBSE im Hinblick auf die interdisziplinäre beziehungsweise gewerkeübergreifende Konstruktion nach dem Grundsatz: „Das Ganze (System) ist mehr als die Summe seiner Teile.“ So kann das Modell-basierte Systems Engineering etwa zu neuen Produkteigenschaften führen und eine deutlich optimierte Maschinenkonstruktion zur Folge haben.
Nutzung über den gesamten Produktlebenszyklus der Maschine
Ein weiterer Vorteil des MBSE: Das Systemmodell, das mit dem Konstruktionsfortschritt ‚wächst‘, kann auch für die Dokumentation und Instandhaltung, das heißt über den gesamten Produktlebenszyklus der Maschine, genutzt werden. Alle Revisionsstände werden ebenfalls dokumentiert, so dass auch während des Maschinenbetriebs stets ein aktuelles Modell der Maschine zur Verfügung steht.
In der Luft- und Raumfahrttechnik sind Entwicklung und Konstruktion von komplexen Systemen mit MSBE bereits bewährt. Nun wird der Ansatz mit Nachdruck auch auf andere Bereiche wie den Maschinen- und Anlagenbau übertragen. Diese Aufgabe verfolgt das Querschnittsprojekt ‚Systems Engineering‘ von it‘s OWL. Partner dieses Projektes sind die Fraunhofer-Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik in Paderborn sowie sechs weitere Forschungsinstitute in OWL.
Ganz konkret erarbeiten die Partner ein Instrumentarium für die fachdisziplinübergreifende Entwicklung intelligenter Produkte und Produktionssysteme. Zu den Disziplinen, deren Entwurfsaktivitäten im System abgebildet werden, gehören der Maschinenbau (Mechanik), die Elektrotechnik, die Software-Entwicklung und die Regelungstechnik.
Auf dieser Grundlage werden Methoden zur Sicherung der Vereinbarkeit unterschiedlicher Modelle entlang der gesamten Produktentstehung erarbeitet. Modellbasierte Synthese- und Analysemethoden, wie zum Beispiel Fehlerbaum- und Risikoanalyse, sichern die spezifizierten Systemeigenschaften. Leitfäden, Werkzeuge und ein Wissenscluster bieten den Unternehmen dazu praxisnahe Unterstützung.
Technologietransfer in verschiedene Branchen
Die Ergebnisse werden von den Clusterunternehmen validiert und in Projekten eingesetzt, zum Beispiel bei der Entwicklung eines intelligenten Kfz-Scheinwerfers oder bei der intelligenten Verarbeitung von Großbauteilen.
Die bisherigen Projektergebnisse zeigen: Systems Engineering und Model Based Systems Engineering ermöglichen es, mechatronische Systeme effizient und effektiv zu entwickeln. Entwicklungszeiten werden verkürzt, Abstimmungsbedarfe und nachträgliche Änderungen entfallen und die Produktqualität steigt – mit dem Ergebnis, dass sich die Wettbewerbsfähigkeit der teilnehmenden Unternehmen verbessert. co
Info
Hintergrund
Im Technologie-Netzwerk it‘s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe – entwickeln über 170 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 46 Projekten gemeinsam Lösungen für intelligente Produkte und Produktionssysteme. Das Spektrum reicht von intelligenten Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge und Hausgeräte bis zu vernetzten Produktionsanlagen. Über ein innovatives Transferkonzept werden neue Technologien für eine Vielzahl von – insbesondere kleinen und mittelständischen – Unternehmen verfügbar gemacht. Ausgezeichnet im Spitzencluster-Wettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gilt it´s OWL als eine der größten Initiativen für Industrie 4.0 in Deutschland.
