Konstruktionsprozess von Funktionsmustern

Abstract :

Der Konstruktionsprozess nach VDI2221 als auch die Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme nach VDI 2206 beschreiben ein interdiszipliniäres, teilweise parallelisiertes und iteratives Vorgehen zur Gestaltung technischer Objekte. Wie diese Richtlinien in einem realen Projekt zur Entwicklung eines Funktionsmusters ausgeprägt werden können, wird im Folgenden anhand der Entwicklung des Roboters AILA beleuchtet. Unter dem Begriff Funktionsmuster soll dabei das eine Extrem eines Kontinuums verstanden werden, das vom Funktionsmuster über den Prototyp zum Produkt oder gar dem Großserienprodukt führt. Funktionsmuster dienen dem Zweck eine gegebene, neuartige Funktionalität zu ermöglichen, wobei nicht nur die Gestaltung, sondern auch das zugrundeliegende Prinzip zur Disposition steht. Demgegenüber werden an Prototypen bereits Anforderungen eines zukünftigen Produkts gestellt, die u. a. meist die effiziente Herstellung oder den Gebrauch durch den Nutzer beinhalten. Robotik als ein Teilgebiet der Künstlichen-Intelligenz-Forschung bezeichnet vornehmlich autonome Systeme, an deren Funktionsmustern eine Reihe prinzipiell bedingter, zum Teil gegenläufige Anforderungen gestellt werden. Die per Definition geforderte Autonomie erzwingt das Abwägen der miteinander konkurrierenden Anforderungen bezüglich Bauraum und Energiebedarf der Systemkomponenten für Struktur, Sensorik und Aktorik. Unabhängig von der speziellen Ausprägung eines Systems folgt hieraus immer das Streben nach Leichtbau, Energieeffizienz und einer hohen Integrationsdichte. Alle diese drei Eigenschaften sind gegenläufig zur Modularität, die als Strategie zur Erhöhung der Variabilität des Systems wünschenswert wäre. Hervorzuheben ist, dass einzelne Funktionalitäten meist von mehreren Systemkomponenten gemeinsam umgesetzt werden. Dies betrifft mechanische Funktionen, z. B. die Stoßabsorption durch Dämpfer, die Struktur und aktive Gegensteuerung, wie auch signalverarbeitende Funktionen, z. B. die dezentrale Sensordatenverarbeitung durch hierarchisch organisierte eingebettete Systeme. Die Anwendung des Konstruktionsprozesses wird im Weiteren exemplarisch an Hand der Entwicklung des Robotersystems AILA vorgestellt, das als Funktionsmuster zur Erforschung von Algorithmen zur mobilen Zweiarm-Manipulation konzipiert wurde.