Function-oriented design of mechatronic modular product platforms through systematic restriction of degrees of freedom

通过系统自由度限制实现机电一体化模块化产品平台功能导向设计

基本信息

项目摘要

In the development of new products the fulfillment of product functions is increasingly realized in electrics/electronics and software. The development of these mechatronic systems requires a strong function orientation, in order to ensure the integration of the different disciplines. The increasing importance of mechatronic systems and the stronger function-oriented development have to be regarded when designing modular product platforms. Existing approaches regarding the development of mechatronic systems or the design of product platforms are insufficiently addressing the specific requirements for the design of modular product platforms for mechatronic systems. Taking into consideration the described situation the objective of the planned research proposition is to develop a design model, which enables an increased efficiency of modular product platforms for mechatronic systems. The main elements of the solution are the structuring of a system in mechatronic function modules and the targeted restriction of system-relevant degrees of freedom. Through the functional orientation and the restriction of degrees of freedom the optimal usage of design variables within the partial disciplines of mechatronic systems will be ensured. The proposed approach is structured in five partial models. The objective of the first model is the structuring of a system in mechatronic function modules. Within the second model classifications for degrees of freedom in mechatronic systems will be developed and embedded within a process model for the derivation of specific degrees of freedom. Based on the structured function modules and the identification of degrees of freedom the third partial model quantifies the impact of a variation of a degree of freedom (design variable variation) on the system regarding the fulfillment of function, cost und interdependencies using performance indicators. Applying these performance indicators within the fourth partial model a method for the design of modular function modules through a systematic restriction of degrees of freedom is developed. The objective is to fulfill the demanded function by applying flexibility in the degrees of freedom which have a minimum effect on additional costs of the system. To realize this objective within this step a system model through graph theory and a system analysis through change propagation is used. The final step of the methodology is constituted by the fifth partial model for the configuration of the whole system from mechatronic function modules through the systematic identification and dissolution of target conflicts. The planned research proposition contributes to a better understanding of the complexity of mechatronic systems and enables the design of efficient modular platforms for mechatronic products.
在新产品的开发中,产品功能的实现越来越多地在电气/电子和软件中实现。为了确保不同学科的整合,这些机电雄性系统的开发需要强大的功能取向。在设计模块化产品平台时,必须考虑机电系统系统的越来越重要和面向功能的开发。有关机电系统的开发或产品平台设计的现有方法不足以满足用于机电系统模块化产品平台的特定要求。考虑到所描述的情况,计划的研究主张的目的是开发一个设计模型,该模型能够提高机甲系统模块化产品平台的效率。解决方案的主要要素是机电久函数模块中系统的构造以及系统相关的自由度的靶向限制。通过功能取向和自由度的限制,将确保设计变量在机电系统系统中的部分学科中的最佳用法。所提出的方法是在五个部分模型中构成的。第一个模型的目的是在机电久函数模块中的系统结构。在第二个模型分类中,将开发并嵌入机器人系统中的自由度,并将其嵌入到特定自由度的过程模型中。基于结构化函数模块和自由度的识别,第三部分模型量化了自由度(设计变化)对功能实现的系统的影响,使用性能指标的成本相互依存关系。在第四部分模型中应用这些性能指标通过系统的自由度限制设计模块函数模块的方法。目的是通过在自由度上应用灵活性来实现所需的功能,这对系统的额外成本产生最小影响。为了在此步骤中实现这一目标,通过图理论系统模型,并使用了通过变化传播的系统分析。该方法的最后一步是由第五部分模型构成的,用于通过系统识别和目标冲突的系统识别和溶解整个系统的配置。计划的研究主张有助于更好地理解机电系统的复杂性,并可以设计用于机电产品的有效模块化平台。

项目成果

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Kontextbezogene Auslegung von Produktbaukästen
模块化产品的情境相关设计
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机电系统高效模块化产品平台设计
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