Kick-Off "Entwicklungssystematik und kollaboratives Arbeiten" - 27.01.2023

Köln

Einleitung und Methodik

Unser erster Workshop diente dem gegenseitigen und zielgeführten Kennenlernen zwischen den Akteuren aus dem Netzwerk und den Teilnehmenden. Um eine gemeinsame Gesprächsbasis sicherzustellen und einen Ordnungsrahmen vorzugeben, an dessen sich alle bestmöglich einordnen können, erfolgte die Einteilung des Programms in drei entsprechende Phasen: Intro, Action und Strategy.

Der erste Teil beinhaltete folglich eine Begrüßung und die dazugehörige Vorstellungsrunde mit dem Ziel, die Unternehmen sowie die Repräsentanten kennenzulernen und gleichzeitig ihre initialen Gedanken sowie Erwartungen zu erfragen. Dies unterstützt gleichzeitig den Vernetzungsgedanken innerhalb des Projektes und ermöglicht ebenso das folgende gemeinsame Bearbeiten der Themenstellungen, um so neue Einblicke in die unterschiedlichen Arbeits- und Denkweisen zu gewinnen. Es folgten noch vereinzelte Organisationspunkte, bevor der Workshop dann in die Action-Phase überging.

Im zweiten Teil des Workshops fand ein erstes Eintauchen in die Entwicklungssystematiken moderner und hochkomplexer mechatronischer Produkte anhand von zwei erlebbaren Demonstratoren statt. Es erfolgte jeweils im Vorhinein eine kurze theoretische Betrachtung der Methode sowie ein beispielhaftes unternehmerisches Szenario zur besseren Einordnung der Vorgehensweise. Nachgelagert wurden dann vergleichbare Methoden innerhalb der Unternehmen erfragt, um die gängigen Entwicklungsstandards mit den Real-Szenarien der Teilnehmenden in Beziehung zu setzen.

Der Schlussteil diente der strategischen Auswertung sowie der Reflektion des Erlebten. Da es sich um den Auftaktworkshop handelte, trägt das Feedback elementar zur weiteren Gestaltung der nächsten Treffen bei. Das Ziel der Workshops ist stets die Teilnehmenden individuell und bedarfsgerecht für die Trends der Mobilitätswende in der Fahrzeugindustrie vorzubereiten. Die teilnehmenden Akteure können folglich den Lernprozess maximal ideal mitgestalten, indem Sie ihre Ideen miteinfließen lassen.

Das Teilnehmerfeld der ersten Veranstaltung bestand unter anderem aus Vertretern des Werkzeugbaus, der Konstruktion und der Entwicklung von Antriebssträngen.

Schwerpunkt: Produktbezogene Entwicklungssystematik 

Luftverschmutzung, Klimabelastung und Überbelastung der Innenstädte sind nur einige der großen Probleme, die durch Verkehr verursacht werden. Das Ziel der Automobilbranche muss somit sein, den Verkehr zu verringern sowie ihn kompakter und grüner zu gestalten. Dabei stellen ein Automobil und seine Teilkomponenten ein Paradebeispiel für ein mechatronisches System dar. Dieses kennzeichnet sich dadurch, dass es nicht nur aus mechanischen und elektronischen Komponenten besteht, sondern auch Aspekte der Informatik, Regelungstechnik sowie Simulationstechnik gerade bei der Entwicklung von immer intelligenteren Assistenzsystemen Anwendung finden. Um all dem gerecht werden zu können, sind spezielle Lösungsansätze und produktbezogene Entwicklungssystematiken zur Entwicklung mechatronischer Systeme gefordert.

Vom Beispiel zur Entwicklungssystematik

Eine Entwicklungssystematik wird durch das V-Modell zur Entwicklung mechatronischer und cyber-physischer Systeme (VDI/VDE 2206) vorgegeben. Das V-Modell stellt das wichtigste Vorgehensmodell in Deutschland dar und verfolgt den Grundsatz, dass Entwicklungs- und Testarbeiten zueinander korrespondierende und gleichwertige Tätigkeiten sind. Innerhalb des Systementwurfs des V-Modells lässt sich der mechatronische Entwicklungskreislauf einordnen. Dieser liefert einen Prozess von den Anforderungen bis hin zum optimalen Prototyp. Mit dem optimalen Prototyp beginnt dann die Weiterentwicklung bis hin zur Serienreife.

Mechatronische Produktentwicklung

Der erste Schritt des mechatronischen Entwicklungskreislaufs ist die Modellbildung. Die Modellbildung inklusive Parameteridentifikation liefert als Ergebnis ein numerisch parametriertes Modell. Mithilfe dieses Modells kann das dynamische Verhalten analysiert sowie Algorithmen zur gezielten Beeinflussung entworfen werden. Eine solche Analyse ist Gegenstand der nachfolgenden Modellanalyse. Die Modellanalyse liefert Einblicke in das Modellverhalten und zeigt beispielsweise auf, dass das Modell ohne intelligente Algorithmik kein ideales Führungs- oder Störverhalten aufweist. Auf Basis der Modellanalyse kann der modellbasierte Entwurf einer Regelung erfolgen. Die Regelung hat dabei zum Ziel, die Unzulänglichkeiten im Modellverhalten zu beheben. Die anschließende Systemanalyse zeigt, dass durch die Regelung beispielsweise die Unzulänglichkeiten im Modellverhalten beseitigt werden können und ein gutes Führungs- sowie Störverhalten ab diesem Punkt erreicht wird. Ein abschließendes Rapid Control Prototyping ermöglicht, dass bereits frühzeitig eine realitätsnahe Erprobung der entwickelten Methoden, Konzepte und Algorithmen stattfinden kann. Diese frühere Untersuchung und Anpassung optimiert den Entwicklungsprozess. Bei dieser realitätsnahen Erprobung des entwickelten Reglers erfolgt dabei die Durchführung der gleichen Experimente wie in der Simulation. So werden die Mess- und Simulationsergebnisse verglichen und ggf. Anpassungen vorgenommen, bis ein optimaler Prototyp vorliegt.

Impulsvorträge mit Demonstration 

Begleitend zu den Vorträgen bereicherten zwei Demonstrationen aus der Entwicklungspraxis den Workshop. Beide Beispiele waren bereits Inhalt der Vorträge und den Teilnehmenden daher bekannt. Die Akteure hatten die Möglichkeit selbst an der Vorführung mitzuwirken, worauf kurze Impulsvorträge zum jeweiligen Beispiel und dessen Kontext folgten.

Demonstration: Messfahrt mit einem Lastenfahrrad-Prototypen

Als begleitendes Beispiel zum Vortragsthema „Mechatronische Produktentwicklung“ diente das Konzept eines elektrifizierten Lastendreirades. Um dessen Antriebssysteme entwickeln zu können, bedarf es virtueller Fahrzeugmodelle mit realitätsgetreuem Verhalten. Zur Verifikation des Modellverhalten erfolgte die Ausstattung eines Lastenrades mit allen nötigen Sensoren. Mit diesem Demonstrator konnten die Teilnehmenden Messfahrten unternehmen, deren Ergebnis im Anschluss analysiert worden ist.

Demonstration: Rapid-Control Prototyping eines Gleichstrommotors

Der vorgestellte Prozess für die modellbasierte Entwicklung mechatronischer Systeme sieht eine initiale Realisierung des entworfenen Systems bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt vor. So können reale Effekte und Phänomene in die iterative Entwicklung miteinfließen. Einen solchen Realisierungsvorgang beschreibt das Rapid-Control Prototyping: Ausgehend von den bereits erstellten, virtuellen Modellen wird ein Echtzeitrechner schnell und vollautomatisch programmiert sowie über eine intuitive Benutzeroberfläche bedient. Mit dieser Werkzeugkette können Messungen vorgenommen, Realisierungseffekte erforscht und Modelle verifiziert werden. 

Gesamte Präsentation

Alle präsentierten Folien und erarbeiteten Ergebnisse des Tages können Sie bequem als PDF herunterladen.

Ergebnisse und Ausblick

Der Auftaktworkshop war ein spannender Einstieg in die Thematiken unseres Projektteams und die sich daraus ableitenden Herausforderungen für die Unternehmen im Zuge der Transformation. Es zeigte sich unter anderem in spannenden Diskussionsrunden, dass sowohl die Ausgangssituationen wie auch die anvisierten Ziele dabei zwar indifferent erscheinen, aber durch das entstandene Netzwerk diese Schritte gemeinsam zu schaffen sind. Folgende wichtige Aspekte stachen bei der Feedback-Evaluation heraus:

  • Der Wunsch nach der Erkundung möglicher Potentiale durch Künstliche Intelligenz für die Unternehmen
  • Wissensgestützte Entwicklungsmethoden im Detail zu untersuchen
  • Die Betrachtung von Simulationen entlang des Product-Lifecycle
  • Die Vernetzung mit anderen TrendAuto-Projektteams und somit die Nutzung der immensen Potentiale des TrendAuto2030+-Netzwerks

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