Product development with sensor integrating machine elements - Managing uncertainty associ-ated to in-situ acquired sensor data in mechatronic systems

该项目的科学核心是结构集成信号和能量传递的整体建模方法，以及从传感器到结构集成传递路径边界处的交接界面的传递路径的不确定性的管理。因此，需要解决以下研究课题：1.在机电系统中应用传感器集成机械元件(SIME)时，识别和量化常规(电)和结构集成(机械)能量和信号传递的扰动及其影响。利用SIME定量评估干扰效应的机电系统分析模型和方法。SIME实施例设计的建议和指南，以降低其固有的干扰敏感性。作为可操作实施例设计过程的一种手段，应开发干扰效应的数学描述作为系统确定性优化的起点。对机电一体化系统的机械载荷与结构电信号和能量传递的相互作用进行了实验研究和定量描述。可预测结构集成信号传输的最终目标是消除整个传输路径中的无知、被忽视的不确定性和模糊性。这是一个非常重要的信号，这是一个非常重要的信号，也是一个重要的信号。这是一个很重要的问题，也是一件很重要的事情。它是一种新的技术和方法，它是一种新的技术。对机械设计和微侵入式集成SIME在卸载、静态和动态测试条件下的电气行为进行了研究。应用了不同的环境扰动，如温度和电磁辐射，并记录了它们的影响，为用不确定性管理框架对特定影响进行数学描述及其分类提供了基础。利用比较研究得出SIME的设计指南，并将其整合到机电系统中。作为验证实例，评估了具有集成SIME的两级直齿圆柱齿轮变速器，以提供预测质量的估计。

The scientific core of the project is a holistic modeling method for structure integrated signal and energy transfer and the management of the resulting uncertainty along the transfer path from a sensor until a hand-over interface at the boundary of the structure integrated transfer path.Hence, the following research topics need to be addressed:1. Identification and quantification of disturbances and their effects of conventional (electric) and structure integrated (mechanic) energy and signal transfer when applying sensor integrating machine elements (SiME) in mechatronic systems.2. Models and methods for analysis of mechatronic systems with SiME for quantitative assessment of disturbance effects.3. Recommendations and guidelines for the embodiment design of SiME to reduce their intrinsic disturbance sensitivity.A mathematical description of disturbance effects is to be developed as a starting point for the deterministic optimization of the system during as a means of the operative embodiment design process. The interactions between the mechanical load of the mechatronic system and the structure integrated electric signal- and energy transfer are experimentally examined and quantitatively described. The ultimate goal of a predictable structure integrated signal transfer is the elimination of ignorance, disregarded uncertainty and ambiguity from the overall transfer path. Dabei wirken einerseits Störgrößen auf den Übertragungspfad der Messgrößen zum SiME und beeinflussen das abgegebene Signal, andererseits wirken Störgrößen auf die Signalübertragungsstrecke. Dabei ist es wichtig, die Störgrößenwirkung auf die Signalerfassung und -übertragung zu klassifizieren und mathematisch zu beschreiben.Im Rahmen des Arbeitsprogramms werden einstufige Getriebe und ihre Komponenten in drei Baugrößen mechanisch beansprucht und dabei elektrisch vermessen, als exemplarische SiME werden Passfedern und Klauenkupplungen verwendet, die teils eine geschlossene mathematische Beschreibung der Störgrößenwirkung ermöglichen. Für die statistische Absicherung werden mehrere Versuchsträger untersucht, die Messungen werden nach detaillierten Messplänen mehrfach durchgeführt, dabei kommen Kreuztauschmethoden zur Anwendung.The electric behavior of the mechanical design and of microinvasively integrated SiME is investigated in unloaded, static and dynamic testing conditions. Different environmental disturbances such as temperature and electromagnetic radiation are applied and their effects recorded providing a basis for the mathematical description of particular effects and their classification with an uncertainty management framework. Comparative studies are exploited to derive design guidelines for SiME and for their integration into mechatronic systems. As a verification example a two-step spur gear transmission with integrated SiME is assessed to provide an estimate of the prognosis quality.