OptMeSys — Domänenübergreifende Optimierung für die automatisierte Anpassungskonstruktion mechatronischer Verstellsysteme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sandro Wartzack
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520437130

Mechatronische Verstellsysteme bilden die Grundlage für die Automatisierung verschiedenster Aufgaben. Bei deren Entwicklung kann zumeist auf bereits bestehende Produkte zurückgegriffen werden, da die Änderungen und somit die Anpassung von Vorgängerprodukten, wie z. B. an kundenspezifische Anforderungen, vergleichsweise gering sind. Eine Wiederverwendung von bestehendem, implizitem Wissen aus vorangegangenen Produktenwicklungszyklen und Optimierungsiterationen könnte den Aufwand in der Anpassungskonstruktion erheblich reduzieren, dieses kann jedoch aufgrund mangelnder Methoden zur strukturierten Erfassung, Verknüpfung und Bereitstellung häufig nicht genutzt werden. Stattdessen müssen die Informationen aus den einzelnen Domänen der Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik erneut gesammelt, die domänenübergreifenden Gestalt- und Verhaltensmodelle neuerstellt bzw. manuell angepasst und die Optimierungsprobleme von Neuem aufgestellt und gelöst werden. Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, die zur domänenübergreifenden Optimierung mechatronischer Verstellsysteme notwendigen Schritte des Produktentwicklungsprozesses mithilfe einer durchgängigen, wissensbasierten Methode zu automatisieren und dadurch zeitaufwändige Iterationen in der Anpassungskonstruktion zu vermeiden. Dies erfordert die Schaffung geeigneter Automatisierungsprozesse zur Identifikation der domänenspezifischen Produktmerkmale, zur modellbasierten Abbildung der domänenübergreifenden Zusammenhänge sowie zur Verknüpfung der verschiedenartigen Informationen und Modelle, wie u. a. von Anforderungen, Lösungsprinzipien und Produktmerkmalen mit System- und Verhaltensmodellen. Der Einsatz von Textmining, Ontologien, Graphdatenbanken und Systemmodellierung sowie deren gegenseitige Abstimmung sollen hierbei eine automatisierte Ableitung der Optimierungsprobleme zur modellbasierten Auslegung zeitvarianter, mechatronischer Produkte ermöglichen. Um diese anschließend effizient lösen zu können, werden in diesem Forschungsvorhaben neuartige Optimierungsstrategien durch Nutzung von Wissen aus vorherigen Produktentwicklungsschritten und -optimierungen erforscht. Neben der Wahl geeigneter metaheuristischer Algorithmen und deren Einstellungen in Kombination mit Methoden zur Effizienzsteigerung, wie z. B. metamodellbasierten Optimierungsstrategien, soll die Komplexität der Optimierungsprobleme mithilfe von Wissen aus Zwischenlösungen, welches aus vorangegangenen Optimierungsdurchläufen gewonnen wurde, deutlich reduziert werden. Neben entwicklungsbegleitenden Anwendungsbeispielen, wie elektrischen Fensterhebern und Verstellsystemen zur Ausrichtung von Extruder und Plattform in 3D-Druckern, zeigen abschließende Studien an weiteren mechatronischen Produkten die Übertragbarkeit der entwickelten Methode, deren Potential und Grenzen hinsichtlich der Art und des Grads der Änderungen auf.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen