Die vorliegende Arbeit thematisiert das Testen der Steuerungssoftware autonomer fahrerloser Transportfahrzeuge mittels der virtuellen Inbetriebnahme. Diesbezüglich wird eine Methodik zur kombinierten Testfallgenerierung und Übertragbarkeitsbestimmung vorgestellt.
Die Methodik generiert Testfälle zur Durchführung der virtuellen Inbetriebnahme auf Basis eines Use Case, wobei kritische Randbedingungen der Algorithmen des autonomen Fahrens berücksichtigt werden. Während der Durchführung der Testfälle werden die Trajektorie und Fahrzeit aufgezeichnet. Diese werden anschließend zur Bestimmung der Übertragbarkeit verwendet. Liegt diese in einem ermittelten Toleranzrahmen, sind die virtuell gewonnen Erkenntnisse auf die Realität übertragbar.
Die Methodik wird anhand eines industriellen Use Case evaluiert. Es wird gezeigt, dass sie praktikabel einsetzbar ist. Ferner resultieren für den exemplarischen Use Case valide Ergebnisse, denn es wird zum einen gezeigt, dass die generierten Testfälle den realen Use Case adäquat repräsentieren. Zum anderen wird nachgewiesen, dass auf Basis einer ausreichenden Übertragbarkeit neue, valide Erkenntnisse mittels virtueller Testfälle gewonnen werden können.
Aktualisiert: 2023-05-04
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Die Parametrierung von Steuergeräten wird als Applikation bezeichnet und umfasst in modernen Antriebskonzepten einen Großteil der gesamten Entwicklungsdauer. In der konventionellen Herangehensweise wird hierfür eine große Anzahl von Versuchen auf Motorprüfständen und Versuchsfahrzeugen durchgeführt. Um Versuchskosten und Zeit zu sparen, besteht die Möglichkeit den Applikationsprozess virtuell gestützt durchzuführen und bei der Optimierung des Datensatzes verstärkt auf Simulationsmodelle zu setzen.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse des Potenzials einer virtuellen Methode innerhalb des Serienapplikationsprozesses, die als Software-in-the-Loop (SiL) bezeichnet wird. Hierbei wird ein virtuelles Steuergerät mit Simulationsmodellen des Antriebs gekoppelt und in einem geschlossenen Regelkreis ausgeführt. Mit Hilfe der entstehenden SiL-Umgebung können die Applikateure fahrzeugunabhängige Versuche durchführen und erste Parametrierungen vornehmen. Um diesen Ansatz produktiv in der Serienentwicklung einzusetzen, wird eine Methodik vorgestellt, die sowohl die Identifikation geeigneter applikativer Tätigkeiten als auch den anwendungsfallspezifischen Aufbau von SiL-Umgebungen ermöglicht. Die Methodik basiert dabei auf einer engen Zusammenarbeit mit den Applikateuren zur Beschreibung von nutzerorientierten Anforderungen und umfasst ebenfalls ein Verifikations- und Validierungsvorgehen. In diesem Zusammenhang erfolgt der Aufbau einer SiL-Umgebung zur Applikation des Drehzahlverlaufs im Motorkaltstartvorgang.Zur Identifikation weiterer Potenziale des SiL-Ansatzes, werden die zwei weiteren Anwendungsbeispiele Leerlaufregelung und Diagnose der Ottopartikelfilterbeladung untersucht.
Aktualisiert: 2022-11-03
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Aktualisiert: 2023-04-03
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Zur Erschließung des bisher ungenutzten Potenzials im Rahmen der auftragsspezifischen Erstellung sowie der möglichst fehlerfreien Inbetriebnahme von Steuerungssoftware an einer realen Maschine oder Anlage sind ein ganz¬heitliches Umdenken und der Einsatz moderner Softwaremethoden unumgänglich. Insbesondere für die virtuellen Inbetriebnahme von Werk-zeugmaschinen setzt dies beispielsweise voraus, dass nur eine vollständige Integration der virtuellen Steuerung, welche aus virtueller NC-, virtueller Logiksteuerung, virtuellem Human Machine Interface, virtueller Maschinensteuertafel sowie einem Verhaltensmodell besteht, einen tatsächlichen Inbetriebnahmevorteil bietet. Diese virtuellen Steuerungs¬komponenten können heute im Wesentlichen bereits mit Projektierungswerkzeugen parametriert und pro-grammiert werden, die auch an der realen Anlage Verwendung finden.
Damit wird eine aufwändige Anpassung der steuerungstechnischen Programme grundsätz-lich vermieden, was weitere Zeit- und Qualitätsvorteile mit sich bringt. Trotz der viel¬versprechenden Möglichkeiten zur signifikanten Rationalisierung bisheriger Anlauf- und Ein-fahrprozesse, wirkt sich die Umsetzung dieser Software in the Loop Simulationen (SiLS), die damit verbundene Komplexität der Emulations- und Simulations¬systeme und die hohen An-schaffungskosten nachteilig auf die Investitions¬bereitschaft der Unternehmen aus. Speziell auf die Einbindung der entwickelten Methoden in den Entwicklungsprozess beim Maschi-nenhersteller ist besonderes Augenmerk zu legen.
Anhand eines prototypischen Realisierungsvorschlags wird im Rahmen dieser Arbeit ein ge-eigneter Lösungsweg zur Software in the Loop Simulation für Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus aufgezeigt, umfassend erprobt und bewertet.
Darüber hinaus wird durch die umfangreichen disziplinübergreifenden Projektierungsschritte auf die Notwendigkeit eines modellbasierten mechatronischen Ansatzes zur Entwicklung und Verifikation von Maschinenfunktionen hingewiesen. Für den Anwendungsbereich der virtuel-len Inbetriebnahme werden die derzeitigen Defizite des funktionalen Engineerings beleuch-tet, ein geeignetes Metamodell zur domänenspezifischen Modellierung entwickelt und weite-re software¬technische Unterstützungswerkzeuge vorgestellt, die eine schnelle Konfiguration, einen „virtuellen Hochlauf“ einer steuerungstechnischen SiLS Simulation sowie einen frühzei-tigen Test von Maschinenfunktionen ermöglichen.
Aktualisiert: 2021-07-10
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