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SFB 805:  Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus

Fachliche Zuordnung Maschinenbau und Produktionstechnik
Mathematik
Sozial- und Verhaltenswissenschaften
Förderung Förderung von 2009 bis 2020
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 57157498
 
Erstellungsjahr 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Technische Systeme befriedigen menschliche Bedürfnisse – im besten Fall nachhaltig und sicher. Wenn zwei Systeme A und B die gleiche Funktion erfüllen, dann ist dasjenige System vorzuziehen, das die gleiche Funktion mit (i) geringerem Aufwand, (ii) größerer Verfügbarkeit und (iii) größerer Akzeptabilität erreicht. Der Aufwand umfasst den Aufwand für Material, Energie, Bauraum und damit alle Kosten eines technischen Systems einschließlich der sozialen Kosten. Die Akzeptabilität wird z. B. durch rechtliche Konformität erreicht und durch Maximierung der funktionalen Qualität, d. h. Minimierung der Abweichung der Ist-Funktion von der Soll-Funktion. Sicherheit und Nachhaltigkeit sind die zwei wichtigesten Kriterien bei der Gestaltung, der Fertigung und dem Betrieb technischer Systeme in einem Umfeld, das von Unsicherheit geprägt ist. Das in der Mitte des letzten Jahrhunderts entstandene und heute weit validierte und genutzte Robust-Design von Taguchi ist ein Methodenbaukasten zur Maximierung der funktionalen Qualität eines Produkts. Der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft in den Jahren 2009 bis 2021 geförderte Sonderforschungsbereich 805 „Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Systemen des Maschinenbaus“ hat die Ideen von Taguchi weiterentwickelt. Die im Robust-Design eingeführte Analyse aller Phasen des Produktlebenslaufs wird in zwei Richtungen genutzt. Stromab von Fertigung zu Nutzung kann somit die Unsicherheitsfortpflanzung kontrolliert werden. Stromaufwärts ist mittels Feedback aus der Produktnutzung ein Lernen möglich. Dadurch, dass der SFB 805 aber nicht nur funktionale Qualität sondern alle Qualitätsdimensionen betrachtet, wird Robust-Design zum Sustainable-Systems-Design, das dem Paradigma „maximise quality subject to functionality“ folgt. Die Methoden, Technologien und Strategien zur Beherrschung von Unsicherheit in der Funktion, Akzeptabilität sowie in den Rand- bzw. Nebenbedingungen bilden den methodischen Kern des SFBs. Durch die Zusammenarbeit von Mathematikerinnen, Ingenieuren, Juristinnen und Sprachwissenschaftlern der Technischen Universität Darmstadt konnte das Forschungsziel „Beherrschen von Unsicherheit“ umfassend erreicht werden. Dies gilt in dreierlei Hinsicht: Erstens wurde eine konsistente Begriffsbildung der Unsicherheit erreicht, die auf der einen Seite Daten, Modell und Strukturunsicherheit und auf der anderen Seite stochastische Unsicherheit, Ungewissheit und Unwissen umfasst. Herausgehoben ist die Strukturunsicherheit, die bei Taguchi‘s Systems-Design und bei der Produktentwicklung nach Pahl und Beitz (vgl. auch VDI 2221) zwar als wichtig erkannt dennoch eigentlich nicht behandelt wird. Der SFB 805 schließt diese Lücke, die für das optimale Design und den optimalen Betrieb von Strukturen wesentlich ist. Zweitens hat der SFB Methoden erarbeitet, um Daten- und Modellunsicherheit zu erkennen und zu quantifizieren. Drittens und sicherlich am wichtigsten: der SFB hat die Strategien und zugehörigen Methoden und Technologien für Robustheit, Flexibilität und Resilienz weiterentwickelt, validiert oder klassifiziert und durch erprobte Metriken messbar und berechenbar gemacht. Dies gilt insbesondere für die Resilienz, die heute in vielen Disziplinen untersucht wird. Wissenschaft in der Tradition von Galileo beginnt dort, wo Dinge quantifizierbar und nachvollziehbar sind. Der SFB hat mit seiner Unterscheidung in statische und dynamische Resilienz sowie mit erprobten Metriken wie Nehmerqualität dazu beigetragen, die Resilienz-Forschung auf ein neues, solideres Fundament zu heben. Neben vielen Technologien, Methoden, Patentanmeldungen und drei Spin-Offs ist das SFB-Team insbesondere auf drei Demonstrator-Systeme stolz, nämlich die 3D-Servopresse, das sensorisch-aktive und modulare Tragsystem MAFDS sowie eine gänzlich neue aktive Fahrwerkstechnologie. Alle Methoden des SFBs wurden hieran erfolgreich validiert und zeigen den Nutzen und die Anwendbarkeit für viele technische Systeme.

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