Prüfverfahren für komplexe Automatisierungssysteme Virtueller Stresstest macht Motion-Control-Systeme sicher

Stresstest für Motion-Control-Systeme: Eine neue Prüfmethode wird Fehler viel früher als bisher dingfest machen können.
Stresstest für Motion-Control-Systeme: Eine neue Prüfmethode wird Fehler viel früher als bisher dingfest machen können.

Die Investitionsgüterindustrie kann genauer und kostengünstiger planen, wenn sie ihre Produkte möglichst früh im Entwicklungsprozess einem sogenannten virtuellen Stresstest unterzieht. Das Forschungsprojekt »EffektiV« hat zum Ziel, solch eine Prüfmethode zunächst für die Automatisierungsbranche zu entwickeln.

Im ersten Schritt erarbeitet das Forschungsteam ein Prüfverfahren für Motion-Control-Systeme, die in der Automatisierung die Bewegungen etwa von Förderbändern und Roboterarmen regeln. Motion-Control-Systeme bestehen aus einer Vielzahl an Komponenten, die reibungslos ineinander greifen müssen. Doch was geschieht, wenn während des Betriebs bei einer dieser Komponenten ein Fehler auftritt? Zum Beispiel könnten einzelne ICs in einem Steuergerät ausfallen, ein Motor könnte sich wegen eines Lagerschadens erhitzen oder ein Sensor fehlerhafte Daten liefern. Solche Fehler dürfen weder zu einem Ausfall des Gesamtsystems führen noch einzelne Bauteile zerstören. Ebenso muss verhindert werden, dass ein ausschlagender Roboterarm Menschen verletzen kann.

Mit der im Projekt »EffektiV« entwickelten Methode lassen sich Motion-Control-Systeme schon in einer frühen Entwicklungsphase auf Herz und Nieren prüfen - anhand virtueller Prototypen. Vor dem realen Prototyp wird ein virtuelles Modell des Systems erstellt. An ihm werden alle relevanten Fehlerszenarien durchgespielt. So lassen sich Fehler vermeiden, und das Gesamtsystem wird robuster und sicherer. »Derzeit arbeitet die Automatisierungsbranche noch mit klassischen Hardware-Prototypen, d.h. die diversen Komponenten werden relativ spät im Entwicklungsprozess zusammengefügt und dann als Gesamtsystem getestet«, erläutert Dr. Jan-Hendrik Oetjens, der das Projekt »EffektiV« bei Bosch koordiniert. »Virtuelle Modelle sind aber viel früher und umfassender überprüfbar als die bisherigen Hardware-Prototypen. Das reduziert die Zahl der Entwicklungszyklen und vermeidet kostspielige Nachbesserungen.« Gerade bei sehr komplexen Produkten ist das Risiko einer spät entdeckten Fehlfunktion groß und ein Stresstest deshalb besonders sinnvoll.

Obwohl die Methode für die Automatisierungsbranche entwickelt wird, soll sie auch in vielen anderen Industriezweigen anwendbar sein. Zum Beispiel kann sie helfen, in Fahrzeugen das ESP sowie Fahrerassistenz- oder Airbag-Systeme noch sicherer zu machen. Das Projekt »EffektiV« trägt dazu bei, die deutsche Wirtschaft für Industrie 4.0 zu rüsten: »Es unterstützt ein hohes Innovationstempo bei größtmöglicher Betriebssicherheit und verbessert so die Wettbewerbsfähigkeit deutscher High-Tech-Unternehmen«, betont Oetjens.

»EffektiV« steht für »Effiziente Fehlersimulation mit virtuellen Prototypen zur Qualifikation intelligenter Motion-Control-Systeme in der Industrieautomatisierung«. Das Projekt hat im Oktober 2013 begonnen und ist auf drei Jahre angelegt. Damit möglichst viele Kompetenzen in den Stresstest einfließen und die Methode breit anwendbar ist, arbeiten drei große Unternehmen und vier Forschungseinrichtungen aus Deutschland zusammen. Bosch leitet das Konsortium, Infineon Technologies ist Entwicklungspartner, und Siemens fungiert als Anwendungspartner. Die Aufgabe der Forschungspartner übernehmen das FZI Forschungszentrum Informatik in Karlsruhe, die Universität Bremen, die Universität Paderborn und die Eberhard-Karls-Universität Tübingen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert »EffektiV« im Rahmen des Forschungsprogramms IKT 2020 mit mehr als 7 Mio. Euro.