„Kick-off“ für kostengünstige mechatronische Lösungen

Mit einem Fördervolumen von insgesamt rund 470.000 Euro für die Projektpartner CAE Software & Systems in Gütersloh und den Fachbereich IuM der Fachhochschule Bielefeld fördert das Bundesministerium für Wirt­schaft und Technologie (BMWi) über zweieinhalb Jahre das praxisnahe For­schungs­projekt LoCoMS Low-Cost Mecha­tronic Systems.

CAE hat sich auf die Entwicklung von Mess- und Analysesystemen für akustische Unter­suchungen spezialisiert. Die Fachhochschule unterstützt CAE im Rahmen des Projektes bei der Entwicklung von Software, die für die Analyse und den Entwurf von kostengünstigen mechatronischen Lösungen eingesetzt werden soll. Unter dem Dach des Forschungsschwerpunktes SyMM Systemoptimierung und Mechatronik im Maschinenbau im Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathe­matik führen die Professoren Dr.-Ing. Rolf Naumann und Dr.-Ing. Joachim Waßmuth das Projekt gemeinsam durch.

Die Entwicklung mechatronischer Problemlösungen erfordert interdisziplinäres Experten­wissen aus den Bereichen Informationsverarbeitung, Sensorik und Aktuatorik. Der Auf­wand und damit die Kosten für Unternehmen sind üblicherweise sehr hoch - oft zu hoch! Genau an dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt LoCoMS an. "Theoretische Lösungs­ansätze existieren schon lange. Die kostengünstige Umsetzung in Produkte ist allerdings selten", so Professor Waßmuth. Und Professor Naumann ergänzt: "Auch kleine und mitt­lere Unternehmen ohne eigene Forschungs- und Entwicklungsabteilung sollen in Zukunft vorhandenes, aber viel zu oft aus Kostengründen brachliegendes Innovationspotential ausschöpfen können. Die Entwicklung von Entwurfswerkzeugen zur Konzeption kosten­günstiger mechatronischer Lösungen kann zum Erhalt und Ausbau ihrer Wettbewerbs­fähigkeit beitragen."
Alle charakteristischen Elemente eines mechatronischen Systems werden auch in einem System-"Baukasten" zu finden sein, der - je nach zu identifizierender Anwendungsklasse - jeweils unterschiedliche, miteinander kombinierbare Hard- und Software-"Bausteine" enthalten wird.

Die Identifikation typischer Anwendungsklassen ist eine wesentliche Aufgabe des Projek­tes LoCoMS. Gemeinsam mit dem Kooperationspartner INVACARE aus Porta Westfalica wird Professor Naumann das dynamische Verhalten eines elektrischen Rollstuhls unter­suchen und ein mechatronisches System zur Verringerung der bei der Fahrt auftretenden störenden Vertikalschwingungen entwickeln. Die Erhöhung von Fahrsicherheit und Fahr­komfort sowie eine Kostenreduktion durch Gewichtsoptimierungen sind dabei wichtige Aspekte.

Der Kooperationspartner CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen aus Harsewinkel stellt der Fachhochschule für das Projekt LoCoMS die Fahrerkabine eines Feldhäckslers zur Verfügung. Professor Waßmuth wird daran untersuchen, wie durch aktive Schallkompen­sation der von außen in die Kabine eindringende Störschall - oft eine erhebliche Belas­tung für die Fahrer von landwirtschaftlichen Maschinen - reduziert werden kann. Auch an diesem Anwendungsbeispiel soll praxisnah eine innovative mechatronische Lösung erarbeitet werden.
Im Fokus steht für beide Anwendungsbeispiele sowohl die Konzeption eines leistungs­fähigen Verfahrens als auch dessen kostengünstige Realisierung.

Die Entwicklung eines low-cost mechatronischen Systems erfolgt in mehreren Phasen: Am Anfang steht die Analyse des IST-Zustandes, die Identifikation des Problems und des gewünschten Systemverhaltens. Eine Systemanalyse, bei der Messungen an technischen Systemen z.B. hinsichtlich Frequenz durchgeführt werden, ermöglicht dann die Zuord­nung zu einer Anwendungsklasse und - damit einhergehend - eine Einschätzung hin­sichtlich der Wirtschaftlichkeit.

In der zweiten Phase folgt die Auswahl der System-"Bausteine" und die Anpassung der Hard- und Software an das spezielle technische System. Durch geeignete Simulations­modelle soll das dynamische Verhalten zuerst rechnerisch beschrieben werden, um damit zunächst Lösungsansätze im so genannten "Model-in-the-Loop" untersuchen zu können. Das reale technische System wird anschließend prototypisch im so genannten "Rapid Control Prototyping" aufgebaut, um die Beeinflussung des Systemverhaltens testen und möglicherweise notwendige Anpassungen vornehmen zu können - all das, bevor kostenintensive Investitionen getätigt werden müssen!

Der Fachbereich IuM der FH Bielefeld arbeitet auch in diesem Projekt eng mit Partnern aus der Wirtschaft zusammen. Praxisnähe - von Beginn an - ist eine wichtige Intention des Projektes. Die Vorteile der engen Zusammenarbeit sind für alle Beteiligten groß: Die Lehre wird laufend aktualisiert, und Studierende lernen echte unternehmerische Anforderungen kennen. Die Wissenschaftler der Fachhochschule erweitern durch den permanenten fachlichen Dialog mit den Unternehmen ihre Kompetenzen, und die Ausstattung der Fachhochschule wird gestärkt - sowohl finanziell als auch in Form von Geräte-Nutzung. Unternehmen erhalten mit dem Zugang zu kreativen Ingenieurlösungen die Möglichkeit, neue Produkte zu entwickeln und bestehende Produkte und Prozesse zu optimieren.

"Kick-off" Treffen der Projektpartner
v. l.: Prof. Dr.-Ing. Waßmuth (Fachbereich IuM der FH Bielefeld), Dipl.-Ing. MBA Nico Zurmühlen (Geschäftsführer CAE Software & Systems) und Prof. Dr.-Ing. Rolf Naumann (Fachbereich IuM der FH Bielefeld)