title: Eine Methodik zur Analyse und Synthese robuster sensorischer Funktionen
Creators: name: Welzbacher, Peter Kristian Thomas
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2025

description: Die Bereitstellung verlässlicher Messdaten zu relevanten Zustands- und Prozessgrößen technischer Systeme mittels sensorischer Funktionen ist in der Industrie 4.0 eine wesentliche Voraussetzung für die effektive Funktionserfüllung nachgelagerter Systeme zur Informationsverarbeitung, bspw. zur vorausschauenden Instandhaltung. Störgrößen können dabei einen wesentlichen Einfluss auf die Verlässlichkeit der Messdaten ausüben. Die Unempfindlichkeit einer sensorischen Funktion und somit der bereitgestellten Messdaten gegenüber Störgrößen wird als Robustheit bezeichnet und ist eine wichtige Zielgröße. Deren effektive Absicherung stellt jedoch eine Herausforderung in der Entwicklung sensorischer Funktionen dar, die bislang nur unzureichend methodisch unterstützt wird. Folglich besteht das übergeordnete Ziel dieser Arbeit in der effektiven Absicherung der Robustheit systemindividueller sensorischer Funktionen gegenüber Störgrößen, um die Verlässlichkeit der bereitgestellten Messdaten abzusichern. Dazu wird eine Methodik zur Analyse und Synthese robuster sensorischer Funktionen entwickelt.
Zunächst werden Ansätze der methodischen Produktentwicklung, des Robust Designs und der Messtechnik zur Identifikation, Analyse und Berücksichtigung von Störgrößen bzgl. ihrer Limitierungen vor dem Hintergrund der Zielsetzung dieser Arbeit untersucht. Basierend auf den daraus abgeleiteten Anforderungen wird eine entsprechende Methodik konzeptioniert, die sich aus einem Analyse- und einem Syntheseteil zusammensetzt. Der Analyseteil dient der Ermittlung kritischer Störgrößen einer systemindividuellen sensorischen Funktion, woraus die erste der beiden Forschungsfragen dieser Arbeit abgeleitet wird: Wie können Störgrößen einer systemindividuellen sensorischen Funktion effektiv ermittelt werden, die kritisch für die Verlässlichkeit der bereitgestellten Messdaten sind? Zur Beantwortung wird zunächst ein divergentes Vorgehen verfolgt, wobei eine Störgrößenmatrix zur systematischen Identifikation potenzieller Störgrößen auf Basis der mehrpolbasierten Modellbildung erarbeitet wird. Durch eine systematische Untersuchung deren Wirkungen auf eine sensorische Funktion auf Basis physikalischer Effekte erfolgt im Anschluss eine erste Fokussierung. Hierzu wird ein Effektgraphentool funktional erweitert. Anhand des quantitativen Ausmaßes der Wirkungen von Störgrößen und der verbundenen Unsicherheit erfolgt anschließend deren Bewertung. Auf Basis der Bewertungsergebnisse erfolgt in einer Entscheidung eine abschließende Fokussierung auf kritische Störgrößen. Im Syntheseteil wird die systematischen Berücksichtigung kritischer Störgrößen mittels Maßnahmen forciert, woraus die zweite Forschungsfrage resultiert: Wie kann die Robustheit einer systemindividuellen sensorischen Funktion gegenüber kritischen Störgrößen und somit die Verlässlichkeit der bereitgestellten Messdaten effektiv abgesichert werden? Zur Beantwortung wird zunächst ein divergentes Vorgehen mit der Entwicklung potenzieller Maßnahmen verfolgt. Hierzu wird ein Flussdiagramm erarbeitet, das die Auswahl prinzipiell anwendbarer Ansätze des Robust Designs sowie der Messtechnik ermöglicht. Auf Basis der Ergebnisse einer anschließenden Bewertung anhand eines gewichteten Zielsystems erfolgt abschließend eine Entscheidung hinsichtlich der umzusetzenden Maßnahmen zur Absicherung der Robustheit der sensorischen Funktion und damit der Verlässlichkeit der bereitgestellten Messdaten.
Die Beantwortung der Forschungsfragen und die Erreichung der Zielsetzung dieser Arbeit werden in einer Verifikation gezeigt. Dazu werden die Ergebnisse aus einer beispielhaften Anwendung der Methodik auf eine sensorische Funktion zur Versatz- und Drehfrequenzmessung einer Lamellenpaketkupplung und die Ergebnisse aus einer Probandenstudie herangezogen.