SysML4Mechatronics
Modellbasierte interdisziplinäre Entwicklung mechatronischer Systeme
Motivation
In modernen mechatronischen Systemen trägt die IT zu einem stetig steigenden Anteil zur Funktionserfüllung bei. Bei der Entwicklung solcher Systeme müssen deshalb die Abhängigkeiten der IT-Komponenten zu Komponenten aus anderen Disziplinen in Betracht gezogen werden, um einerseits die Gesamtfunktionalität des Systems zu gewährleisten und anderseits bei einer intersdisziplinären Modularisierung optimale Modulgrenzen für alle Gewerke zu definieren. Durch die kürzeren Zyklen sowohl der Software als auch der Elektrik/Elektronik kommt es in späteren Lebenszyklusphasen häufig zu Änderungen oder Updates deren Änderungsauswirkungen vor Integration in das reale System im Modell analysiert werden müssen.
Aufgrund dieser Problemstellung wurde SysML4Mechatronics als Modellierungsansatz entwickelt, der es ermöglicht die Zusammenhänge und Interaktionen der Komponenten der verschiedenen beteiligten Disziplinen mechatronischer Systeme (Mechanik, Elektrik/Elektronik und Software) zu modellieren. Der Modellierungsansatz basiert auf der standardisierten Systems Modeling Language (SysML), welche sich aus der typischen Modellierungssprache der Software Entwicklung, der Unified Modeling Language (UML), entwickelt hat und um Nicht-Software bezogene Aspekte zur ganzheitlichen Systementwicklung erweitert wurde. Da SysML für die Entwicklung unterschiedlichster Systeme geschaffen wurde, muss sie jedoch für den spezifischen Anwendungsfall angepasst werden.
SysML4Mechatronics
SysML4Mechatronics bietet deshalb die Möglichkeit die Komponentenschnittstellen (Ports), welche disziplinspezifisch oder interdisziplinär sein können, zu spezifizieren und zu modellieren. Beispielsweise ist ein Sensor einerseits physisch in ein System integriert, besitzt eine Verbindung zur Kommunikation mit der Steuerung, und ist ebenso in der Software repräsentiert; dementsprechend sind Schnittstellen in unterschiedlichen Disziplinen notwendig.
Der Modellierungsansatz ermöglicht es zudem die disziplinspezifischen Komponenten zu funktionsorientierten interdisziplinären Modulen zusammenzufügen. Insbesondere im Bereich automatisierter Fertigungsanlagen ist dabei eine 1:1:1 Modularisierung (gleiche Modulgrenzen in allen Disziplinen) oft nicht möglich bzw. rentabel. Um dieser Anforderung gerecht zu werden stellt SysML4Mechatronics die Möglichkeit zur Verfügung, in den unterschiedlichen Disziplinen obligatorische Schnittstellen an den Modulgrenzen zu definieren, welche durch Elemente außerhalb des Moduls erfüllt werden.
Durch Integration der benötigten Komponenten und Module lässt sich so das Gesamtsystem interdisziplinär modellieren.
Abbildung 1 zeigt den beschriebenen Ansatz am Beispiel der Demonstrationsanlage Pick-and-Place Unit (PPU, https://www.mw.tum.de/ais/ppu):
Kontakt und Informationsanfragen
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Bitte wenden Sie sich an Dipl.-Ing. Konstantin Kernschmidt.
Ausgewählte Publikationen
- Kernschmidt, K.; Vogel-Heuser, B.:
An interdisciplinary SysML based modeling approach for analyzing change influences in production plants to support the engineering
In: 9th annual IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (IEEE CASE 2013), August 17-21, 2013, Madison, WI, USA - Barbieri, G.; Kernschmidt, K.; Fantuzzi, C.; Vogel-Heuser, B.:
A SysML based design pattern for the high-level development of mechatronic systems to enhance re-usability. In: 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control (IFAC), Cape Town, 2014. - Kernschmidt, K.; Barbieri, G.; Fantuzzi, C.; Vogel-Heuser, B.:
Interdisziplinäre modellbasierte Entwicklung mechatronischer Systeme basierend auf SysML zur Steigerung der Wiederverwendung. In: In: Kongress Automation, 2014, Baden-Baden, Deutschland. - Feldmann, S.; Legat, C.; Kernschmidt, K.; Vogel-Heuser, B.:
Compatibility and Coalition Forming: Towards the Vision of an Automatic Synthesis of Manufacturing System Designs. In: 23rd IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Istanbul, Turkey, 2014. - Feldmann, S.; Kernschmidt, K.; Vogel-Heuser, B.:
Combining a SysML-based modeling approach and semantic technologies for analyzing change influences in manufacturing plant models.
In: 47th CIRP Conference on Manufacturing Systems (CMS), Ontario, Canada, 2014. - Kernschmidt, K.; Behncke, F.; Chucholowski, N.; Wickel M.; Bayrak, G.; Lindemann, U.; Vogel-Heuser, B.:
An integrated approach to analyze change-situations in the development of
production systems.
In: 47th CIRP Conference on Manufacturing Systems (CMS), Ontario, Canada, 2014. - Kernschmidt, K.; Feldmann, S.; Vogel-Heuser, B.:
Analyse von Änderungsauswirkungen in langlebigen Automatisierungssystemen.
In: 1st Collaborative Workshop on Evolution and Maintenance of Long-Living Systems (EMLS), Kiel, Germany, 2014.