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Anzeigesprache

Mechatronischer Systementwurf

6

Deutsch

#50232 / #4

Seit WS 2020/21

Fakultät V

EW 3

Institut für Maschinenkonstruktion und Systemtechnik (IMS)

35351400 FG Elektromechanische Konstruktionen

Maas, Jürgen

Maas, Jürgen

juergen.maas@tu-berlin.de

POS-Nummer PORD-Nummer Modultitel
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Lernergebnisse

Im Rahmen der Lehrveranstaltung „Mechatronischer Systementwurf“ erlernen die Studierenden Methoden zum ganzheitlichen Entwurf, ausgehend von einfachen bis hin zu cyber-physischen mechatronischen Systemen in Anlehnung an die VDI 2206. Dazu werden betrachtete mechatronische System in ihre Komponenten Grundsystem, Sensoren, Aktoren und Informationsverarbeitung eingeteilt und die Stoff-, Energie- und Informationsflüsse werden domänenübergreifend analysiert. Entwurf, Auslegung und Optimierung der Komponenten wie auch des mechatronischen Gesamtsystems erfolgt modellbasiert unter Zuhilfenahme geeigneter Analyse- und Simulationsmethoden. Hierbei werden insbesondere die Ebene kontinuumsphysikalischer Systeme (beschrieben durch partielle Differentialgleichungen PDE) und konzentrierter Systeme (beschrieben durch gewöhnliche Differentialgleichungen ODE) genauer betrachtet. Die Modellierung kontinuumsphysikalischer mechanischer, elektromagnetischer und elektrostatischer, strömungsdynamischer oder gekoppelter Systeme wird dabei anhand der Software COMSOL Multiphysics erläutert und behandelt und in Kleingruppen eigeständig geübt und vertieft. Für die numerische Simulation konzentrierter Systeme erwerben die Studierenden umfassende Kenntnisse in MATLAB/Simulink. Für beide Betrachtungsebenen wird die Leistungsfähigkeit der eingesetzten numerischen Simulationstechniken thematisiert und Grenzen aufgezeigt. Die erworbenen Fähigkeiten zur allgemeinen Entwurfsmethodik sowie zu den Simulationsumgebungen werden schließlich an einem durchgängigen Beispiel angewendet und bieten eine sehr gute technische Grundlage für den eigenständigen Entwurf mechatronischer Systeme.

Lehrinhalte

Die Lehrveranstaltung „Mechatronischer Systementwurf“ behandelt den ganzheitlichen Entwurf cyber-physischer mechatronischer Systeme. Auf Basis der VDI-Richtlinie 2206, die Kernelemente übergeordneter Entwicklungsmethodiken des Maschinenbaus, der Mikroelektronik, der Softwaretechnik und funktionalen Sicherheit enthält, wird die domänenübergreifende Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme vermittelt, auch mit Blick auf die Digitalisierung von Modellen im Zusammenhang mit dem „Internet of Things“. Bei der Konzipierung mechatronischer Systeme anhand des entsprechend erweiterten V-Modells werden Vorgehensweisen zur Systematik der Lösungsmuster, Spezifikation der Prinziplösungen und Produktstrukturierung sowie der Übergang in die domänenspezifische Konkretisierung, die Verifizierung und Validierung behandelt und auf Beispiele der industriellen Praxis angewendet. Für die domänenspezifischen Entwürfe werden erforderliche Grundkenntnisse der betrachteten physikalischen Domänen sowie zur Theorie der Modellierung und Simulation vermittelt. Herbei werden für kontinuumsphysikalische Systeme die Software COMSOL Multiphysics und für konzentrierte Systeme MATLAB/Simulink detailliert betrachtet und auf verschiedene Domänen angewendet.

Modulbestandteile

Pflichtgruppe:

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

Lehrveranstaltungen Art Nummer Turnus Sprache SWS
Mechatronischer Systementwurf IV 0535 L 001 WS Deutsch 4

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Mechatronischer Systementwurf (IV):

Aufwandbeschreibung Multiplikator Stunden Gesamt
Präsenzzeit 15.0 4.0h 60.0h
Bearbeitung der Hausaufgaben 6.0 5.0h 30.0h
Prüfungsvorbereitung 1.0 30.0h 30.0h
Vor-/Nachbereitung 15.0 4.0h 60.0h
180.0h(~6 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 180.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 6 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Die integrierte Veranstaltung vermittelt im Vorlesungsteil Methoden zum ganzheitlichen Entwurf cyber-physischer mechatronischer Systeme sowie zur Simulation kontinuumsphysikalischer und konzentrierter Systeme. Dabei werden auch die dazu erforderlichen physikalischen und numerischen Grundlagen zusammengefasst. In Übungen mit den Entwurfswerkzeugen COMSOL Multiphysics und MATLAB/Simulink werden die Kenntnisse anhand praxisnaher Beispiele vertieft. Die erworbenen Fähigkeiten werden in bewerteten Hausaufgaben in Kleingruppen im PC-Pool weiter gefestigt. Komplettiert wird das Modul durch ein durchgängiges Anwendungsbeispiel, welches die erlernten Methoden verknüpft.

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

- Grundkenntnisse zur Simulation technischer Systeme, zur Regelungstechnik und zur methodischen Produktentwicklung - Engineering Tools

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Keine Angabe

Abschluss des Moduls

Benotung

benotet

Prüfungsform

Portfolioprüfung

Art der Portfolioprüfung

100 Punkte insgesamt

Sprache

Deutsch

Prüfungselemente

Name Punkte Kategorie Dauer/Umfang
Hausaufgabe 30 flexibel Keine Angabe
Schlusstest 70 schriftlich 70 Minuten

Notenschlüssel

1.01.31.72.02.32.73.03.33.74.0
95.090.085.080.075.070.065.060.055.050.0

Prüfungsbeschreibung (Abschluss des Moduls)

Semesterbegleitend werden 6 Hausaufgaben bearbeitet, die insgesamt zu 30 Punkten führen. Der Abschlusstest umfasst 70 Punkte. Die zu erreichende Gesamtpunktezahl beträgt 100.

Dauer des Moduls

Dieses Modul kann in einem Semester abgeschlossen werden.

Maximale teilnehmende Personen

Dieses Modul ist nicht auf eine Anzahl Studierender begrenzt.

Anmeldeformalitäten

Einschreibung in der ersten Vorlesungswoche über das ISIS-System. Prüfungsmeldung: in den ersten vier Semesterwochen über das zentrale elektronische Anmeldesystem.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar
Zusätzliche Informationen:
Es wird ein elektronisches Skript angeboten Hinweis zum elektronischen Skript: https://www.isis.tu-berlin.de

Literatur

Empfohlene Literatur
Bosl, A.: Einführung in MATLAB/Simulink: Berechnung, Programmierung, Simulation. Hanser-Verlag, 2017.
COMSOL: Introduction to COMSOL Multiphysics, 2019, URL: https://cdn.comsol.com/doc/5.5/IntroductionToCOMSOLMultiphysics.pdf.
Feldhusen, J.; Grote, K.-H. (H.): Pahl/Beitz Konstruktionslehre. Springer, 2013.
Isermann, R.: Mechatronische Systeme: Grundlagen. Springer, 2008.
Janschek, K.: Systementwurf mechatronischer Systeme: Methode, Modelle, Konzepte. Springer Verlag, 2010.
VDI: VDI 2206 - Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme. Verein Deutscher Ingenieure, 2004 und 2020 (vor. überarbeitete Version), URL: www.vdi.de.

Zugeordnete Studiengänge

Diese Modulversion wird in folgenden Studiengängen verwendet:

Verwendungen (1)
Studiengänge: 1 Stupos: 1 Erstes Semester: WS 2020/21 Letztes Semester: offen

Diese Modulversion wird auf folgenden Modullisten verwendet (alte Studiengangsabbildung):

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

Sonstiges

Zugeordnete Studiengänge: Master Computational Engineering Sciences Master Fahrzeugtechnik Master Luft- und Raumfahrttechnik Master Maschinenbau Master Patentingenieurwesen Master Physikalische Ingenieurwissenschaften Master Technomathematik Master Wirtschaftsingenieurwesen