Browsing by Author "Rieker, Timo"

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    Modellierung der Zuverlässigkeit technischer Systeme mit stochastischen Netzverfahren
    (Stuttgart : Institut für Maschinenelemente, 2018) Rieker, Timo; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)
    Durch den Einsatz von mechatronischen Systemen mit den Wissensdomänen Mechanik, Elektronik und Software kommt es zu einer weitaus höheren technischen Komplexität in den Systemen. Darüber hinaus ist es aufgrund von wirtschaftlichen Aspekten und zur Förderung des Systemverständnisses wichtig die Zuverlässigkeit dieser Systeme zu verstehen und berechnen zu können. Die komplexen Zusammenhänge können mit gewöhnlichen Zuverlässigkeitsmethoden nicht mehr beschrieben werden. Hier setzen die dynamischen Modellierungsmethoden an, wobei diese häufig aufgrund der aufwendigen Modellierung noch keine hinreichende Beachtung finden. Ziel dieser Arbeit war es, mit der Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise die Motivation zur Anwendung einer geeigneten dynamischen Modellierungsmethode zu fördern. Diese wird durch eine Reduzierung des Modellierungsaufwands und einer realitätsnahen, strukturierten und nachvollziehbaren Modellierung erreicht. Die methodische Vorgehensweise soll dabei als ein Leitfaden für mögliche Anwender dienen. Zu Beginn der Arbeit wurden der Stand der Technik und Forschung zur prinzipiellen Modellierung der Zuverlässigkeit und deren Aspekte in Bezug auf den Modellierungsprozess von mechatronischen Systemen betrachtet. Anschließend wurden die bekanntesten und am verbreitetsten dynamischen Modellierungsmethoden beschrieben. Diese wurden bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit untersucht. Aufgrund dieser Untersuchung wurde gezeigt, weshalb die erweiterten farbigen stochastischen Petrinetze (ECSPN) und speziell die verbundene Modellierung (CSM) für die Modellierung der Zuverlässigkeit von komplexen technischen Systemen geeignet sind. Den Kern dieser Arbeit bildet die Entwicklung einer methodischen Vorgehensweise zur Modellierung der Zuverlässigkeit von technischen Systemen. Dieser Inhalt teilt sich auf drei Kapitel auf. Zunächst wurden die Anforderungen an die methodische Vorgehensweise formuliert. Es wurden allgemeine Anforderungen, die sich aus der generellen Entwicklung einer Methode ergaben, ausgearbeitet. Die Anforderungen aufgrund des Entwicklungsprozesses ergaben sich aus den speziellen Problemstellungen bei der Entwicklung mechatronischer Systeme. Weiterhin wurden Anforderungen aufgrund der gewählten Modellierungsmethode und zuverlässigkeitsspezifische Anforderungen formuliert. Für die Entwicklung der methodischen Vorgehensweise wurde ein Ebenenansatz gewählt, wobei die jeweiligen Ebenen mehrere Arbeitsschritte beinhalten. Vorteil dieses Ansatzes ist die hohe gesamtheitliche Durchgängigkeit in jeder Modellierungsphase. Weiterhin wird eine starre unidirektionale Modellierung vermieden. Die methodische Vorgehensweise gliedert sich dabei in eine funktionale Ebene, in eine Komponenten-, Betriebs- und Systemebene und in eine Ebene für das Zuverlässigkeitsmodell und die Zuverlässigkeitsanalyse. Auf der funktionalen Ebene wurden Zuverlässigkeitsnetze der relevanten Komponenten auf Basis der bereitzustellenden Funktionen erstellt. Diese wurden auf der Komponentenebene zu Zuverlässigkeitsmodellen erweitert. Wechselwirkungen, die zwischen den Komponenten entstehen können, fanden ebenfalls Berücksichtigung. Auf der Betriebsebene wurden die zeitabhängigen Belastungen der Komponenten bestimmt. Maßgeblichen Einfluss darauf haben die Lastkollektive und die Betriebsstrategie, für die die Vorgehensweise bei deren Modellierung beschrieben wurde. Auf der Systemebene wurden die vervollständigten Zuverlässigkeitsmodelle zu einem Gesamtmodell zusammengefügt und schließlich auf der untersten Ebene berechnet und analysiert. Der Einfluss der Alterung der Komponenten wurde gezeigt und deren Modellierung beschrieben. Anhand den zuvor formulierten Anforderungen wurde die methodische Vorgehensweise reflektiert. Durch den Ebenenansatz wurde eine für den Anwender transparente und nachvollziehbare Vorgehensweise erreicht. Die Modellierung in den Ebenen kann unabhängig voneinander durchgeführt und zu einem späteren Zeitpunkt verknüpft werden. Die wesentlichen Herausforderungen, die bei der Modellierung von komplexen technischen Systemen entstehen, konnten erfüllt werden. Die Modellierung von Betriebsstrategien, zeitabhängigen Lastkollektiven, Alterungseinflüssen und Wechselwirkungen zwischen den Komponenten, die die Zuverlässigkeit maßgeblich beeinflussen, wurden gezeigt. Anhand eines Hybridantriebsstrangs eines Parallel-PlugIn-Hybridfahrzeugs wurde die methodische Vorgehensweise angewendet. Hier wurde der Einfluss von verschiedenen Fahrzyklen auf die Zuverlässigkeit der relevanten Komponenten und des Systems gezeigt.