Eine domänenübergreifende Konzeptionsumgebung für die Entwicklung mechatronischer Systeme:
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Aachen
Shaker
2001
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1 1 Ausgangssituation 1
1 2 Zielsetzung und Vorgehensweise 4
2 Charakteristika der Konzeption mechatronischer Systeme 7
2 1 Klärung des Mechatronik-Begriffs 7
2 2 Produktcharakteristika mechatronischer Systeme 9
221 Basismodell mechatronischer Systeme 9
222 Mechatronische Domänen in Komponenten- und Systemsicht und
ihre Relationen zum Basismodell 10
223 Differenzierung mechatronischer, heterogener und hybrider
Systeme 13
224 Anwendungsbezogene Charakteristika mechatronischer Systeme 14
2 3 Prozeßcharakteristika der Konzeptionsphase mechatronischer Systeme 15
231 Phasenbezogene Einordnung und Bedeutung des Konzipierens im
mechatronischen Produktentwicklungsprozeß 15
232 Domänenübergreifende Charakteristika des Problemlösens in der
Konzeptionsphase 17
233 Mechatronikspezifische charakteristische Konzeptionstätigkeiten 18
2331 Partitionierung 18
2332 Funktionale Integration 18
2333 Qualitative Beurteilung und Simulation 19
234 Charakteristische Strukturen des mechatronischen
Konzeptionsprozesses 21
3 Anforderungen an Ansätze zur methodischen rechnerunterstützten
Konzeption mechatronischer Systeme 23
3 1 Abgrenzung wesentlicher Anforderungskomplexe 23
3 2 Abgeleitete Anforderungen in den Anforderungskomplexen 23
321 Anforderungskomplex 1: Ausrichtung auf mechatronische Systeme 23
322 Anforderungskomplex 2: Ausrichtung auf die Konzeptionsphase 25
323 Anforderungskomplex 3: Ausrichtung auf methodisches Vorgehen 25
324 Anforderungskomplex 4: Ausrichtung auf rechnerunterstütztes
Vorgehen 27
a
4 Stand der Forschung der methodischen rechnerunterstützten
Konzeption mechatronischer Systeme 29
4 1 Einleitung und Clusterbildung 29
4 2 Allgemeine Problemlösungsmethoden 30
4 3 Fokus: Konzeptkreation 31
4 4 Fokus: Konzeptdarstellung und -kommunikation 37
4 5 Fokus: Konzeptsimulation 39
4 6 Zusammenfassendes Fazit zum Stand der Forschung 42
5 Die Strategie multipler Konzeption auf der Basis von Funktion, Wirkung
und Verhalten mechatronischer Systeme 47
5 1 Arbeits- und Geltungsbereich der Konzeptionsumgebung 47
511 Arbeits- und Geltungsbereich 47
512 Vorgehensweise 50
5 2 Strategie multipler Konzeption mechatronischer Systeme 51
521 Grundidee 51
522 Tätigkeitskomplemente der multiplen Konzeption mechatronischer
Systeme 52
5221 Allgemeine Tätigkeitskomplemente der multiplen
Konzeption mechatronischer Systeme 52
5222 Spezielle Tätigkeitskomplemente der multiplen
Konzeption mechatronischer Systeme 55
5 3 Wesentliche Modellbildungs- und Handlungsebenen der multiplen
Konzeption mechatronischer Systeme 58
531 Einleitung, Modellbegriff 58
532 Betrachtung von Modellbildungs- und Handlungsebenen im
Prozeßbezug 58
533 Die Funktionsebene als domänenübergreifend nutzbare
Modellbildungs- und Handlungsebene 60
534 Die Wirkebene als domänenübergreifend nutzbare Modellbildungs
und Handlungsebene 61
535 Die Verhaltensebene als domänenübergreifend nutzbare
Modellbildungs- und Handlungsebene 63
5 4 Objektorientiertes Paradigma als Strukturierungs- und
Modularisierungsansatz 64
5 5 Kapitelzusammenfassung 66
iii
6 Kreationsorientierte Konzeption mechatronischer Systeme
auf der Basis von Funktion und Wirkung 69
6 1 Modellbildung und Nutzbarkeit von Konzeptionselementen für die
kreationsorientierte Konzeption 69
611 Einführung von Konzeptionselementen für die objektorientierte
Modellbildung mechatronischer Konzepte 69
612 Grundlagen der Anwendung von Konzeptionselementen 72
6 2 Mehrstufiges mechatronisches Partitionierungsschema 76
6 3 Merkmale, Eigenschaften und Klassifizierung von Funktions- und
Wirkelementen 82
631 Klassendiagramm für die objektorientierte Modellierung der
Konzeptionselemente und ihrer Beziehungen 82
632 Übersicht über die Inhaltsblöcke der Konzeptionselemente 85
633 Merkmale, Eigenschaften und Klassifizierung der Funktions
elemente 86
634 Flüsse zwischen Konzeptionselementen 89
635 Merkmale, Eigenschaften und Klassifizierung der Wirkelemente 92
6 4 Nutzung der Konzeptionsumgebung für die kreationsorientierte
Konzeption 96
641 Nutzung der Konzeptionsumgebung auf der mechatronischen
Funktionsebene ; 96
642 Nutzung der Konzeptionsumgebung im Wechselspiel zwischen
mechatronischer Funktions- und Wirkebene 100
643 Nutzung der Konzeptionsumgebung für die domänenübergreifende
Konkretisierung von Konzepten auf der mechatronischen
Wirkebene 106
6 5 Kapitelzusammenfassung 111
7 Integrierte kreations- und simulationsorientierte Konzeption
auf der Basis von Funktion, Wirkung und Verhalten 113
7 1 Erweiterte Modellbildung und Nutzbarkeit der Konzeptionselemente
für die integrierte kreations- und simulationsorientierte Konzeption 113
711 Kopplung der Prozeßketten der kreationsorientierten und der
simulationsorientierten Konzeption auf der Wirkebene 113
712 Einbindung von Verhaltenselementen in die Modellbildung für die
integrierte kreations- und simulationsorientierte Konzeption 115
713 Einbindung von Verhaltenselementen in das Klassendiagramm des
Konzeptmodells 116
714 Merkmale und Eigenschaften der Verhaltenselemente 116
iv
7 2 Ansätze für die simulationsorientierte Modellbildung des Verhaltens
mechatronischer Systeme 119
721 Mechatronikspezifische Problemstellung und Eingrenzung der
Simulationsproblematik 119
722 Bondgraphen als zentraler Ansatz für die simulationsorientierte
Modellbildung mechatronischer Systeme 122
723 Blockschaltbilder als ergänzender Ansatz für die simulations
orientierte Modellbildung mechatronischer Systeme 128
724 Statecharts als ergänzender Ansatz für die simulationsorientierte
Modellbildung mechatronischer Systeme 131
725 Kombination der simulationsorientierten Modellbildungsansätze 135
7 3 Nutzung der Konzeptionsumgebung für die integrierte kreations-
und simulationsorientierte Konzeption 138
731 Nutzung der Konzeptionsumgebung für den Einstieg in die
Verhaltensmodellierung im Konzeptkontext 138
732 Generieren simulationsfähiger Verhaltensmodelle durch
Konkretisierung und Verknüpfung von Verhaltenselementen 142
7 4 Kapitelzusammenfassung 149
8 Zusammenfassung 151
Literaturverzeichnis 153
Anhang 161
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