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Fehlertolerante numerische Steuerung
(2015) Bock, Hans-Peter; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
Die andauernde Leistungssteigerung von Rechnern nach dem noch geltenden Mooreschen Gesetz ermöglicht computerbasierten numerischen Steuerungen den Einsatz in Anwendungsbereichen, die bisher allein dem Menschen vorbehalten waren. Damit werden numerische Steuerungen vermehrt auch in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt wie beispielsweise der minimal invasiven Chirurgie. Dieser Anwendungsbereich stellt sehr hohe Anforderungen an die Sicherheit des Assistenzsystems. Aus diesem Grund sind diese Systeme fehlersicher ausgelegt und gewährleisten, dass ein interner Fehler des Systems einen Patienten nicht unmittelbar verletzt. Um dieser Anforderung gerecht zu werden nehmen bestehende Systeme zur Erhöhung der Sicherheit eine Reduktion der Zuverlässigkeit in Kauf. Zukünftig ist dies nicht weiter ausreichend, da bestimmte Operationstechniken bei Ausfall des Assistenzsystems nur durch einen deutlich größeren manuellen Eingriff weitergeführt werden können oder im schlechtesten Fallüberhaupt nicht möglich sind. Eine Aufgabenstellung liegt hierbei darin, eine fehlertolerante numerische Steuerung zu entwerfen, welche den bestehenden Sicherheitsanforderungen gerecht wird und gleichzeitig die Zuverlässigkeit gegenüber bestehenden Systemen deutlich erhöht. Herausfordernd ist dabei, dass möglicherweise in der Steuerung auftretende Fehler zu keiner Konturverletzung der Sollbahn führen dürfen. Diese Arbeit untersucht hierzu bestehende Ansätze zur Erhöhung der Zuverlässigkeit von Systemen sowie ein Operationsassistenzsystem, das die Sicherheit dessen numerischer Steuerung erhöht. Dabei wird der fehlersichere Ansatz des Operationsassistenzsystems um Fehlertoleranz erweitert. Das Ziel ist der Entwurf eines numerischen Steuerungssystems das durch Redundanz auf Basis einer Mehrheitsentscheidung interne Fehler maskieren sowie fehlerhafte redundante Einheiten durch Rekonfiguration ausgliedern kann, so dass keine fehlerhaften Sollwerte ausgegeben werden. Das System weist damitnach außen hin eine fehlerfreie Funktion auf, so dass ein begonnener Bearbeitungsprozess ohne Unterbrechung zu Ende geführt werden kann.