Präsentation Hardware in the Loop Industrietag 2017
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Das Dokument beschäftigt sich mit der Hardware-in-the-Loop (HIL) Testmethodik zur Validierung und Optimierung mechatronischer Systeme. Es wird das Potenzial dieser Methode zur Vereinfachung von Tests, Verbesserung der Zuverlässigkeit und Effizienz, sowie zur systematischen Entwicklung und Validierung neuer Produkte erörtert. Aktuelle Entwicklungen und zukünftige Forschungsrichtungen werden vorgestellt, wobei ein Fokus auf der Integration von HIL in durchgängige testgetriebene Entwicklungsprozesse liegt.
Präsentation Hardware in the Loop Industrietag 2017
- 1. © Fraunhofer LBF MOTIVATION UND EINFÜHRUNG REALITÄTSNAH TESTEN MIT HARDWARE-IN-THE-LOOP Aktuelle Anwendungen und Entwicklungen im Bereich der Komponenten- und Systemprüfung Dirk Mayer Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF www.lbf.fraunhofer.de
- 2. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 2Seite 2 AGENDA Motivation Hardware-in-the-Loop Tests Potenzial von In-the-Loop-Simulationen Aktuelle Entwicklungen Ausblick
- 3. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 3Seite 3 © Fraunhofer LBF Entwicklung zuverlässiger Systeme Experimentelle und numerische Betriebsfestigkeit Zyklische Prüfungen von Materialproben, Komponenten und Systemen Zuverlässigkeit elektromechanischer Systeme, Degradation smarter Aktoren Fahrbetriebsmessungen und Betriebslastennachfahrversuche Entwicklung maßgeschneiderter Prüftechnik
- 4. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 4Seite 4 © Fraunhofer LBF Entwicklung zuverlässiger Systeme FMEAs, Funktionale Sicherheit, etc. Design-to-Reliability Innovative Funktionsintegration Ableitung von Auslegungsrichtlinien für sicherheitsrelevante Komponenten Analyse und Abschätzung von Fertigungs- und Umwelteinflüssen auf die Betriebsfestigkeit
- 5. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 5Seite 5 © Fraunhofer LBF Entwicklung zuverlässiger Systeme Modellbildung multi-physikalischer komplexer Systeme Betriebsmessungen und Systemanalyse Systemoptimierung hinsichtlich (Ressourcen-)Effizienz Auslegung, Prototyping und Systemintegration Systemtests im Labor und im Feld Integration in bestehende Entwicklungs- und Fertigungsprozesse
- 6. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 6Seite 6 Motivation Schleppende Integration digitaler Technologien in moderne mechatronische Systeme mit hoher Funktionalität Validierung komplexer mechatronischer Systeme derzeit nur im Feldversuch unter Aufwendung hoher Ressourcen möglich Zuverlässige mechatronische Systeme basieren auf inkrementeller Entwicklung – Vermeidung disruptiver technologischer Innovationen Großes Interesse der Industrie an systematischer und effizienter Entwicklung und Validierung der Produkte „von morgen“
- 7. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 7Seite 7 Entwicklung mechatronischer Systeme Vereinfachte Tests für mechanische und elektrische Komponenten Verifikation der Funktionsweise des Gesamtsystems oft erst nach erfolgter Systemintegration möglich
- 8. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 8Seite 8 Hardware-in-the-Loop Simulation Rocket Science Test der Avionik einer (bemannten) Rakete IBM Gemini Mission Verification Simulation (1967) “Will the actual Gemini digital computer, together with its operational program, indeed function adequately within the operational interface environment expected during actual Gemini missions?” Test von Funktionalität und Zuverlässigkeit VOR dem Start eines Prototyps http://en.wikipedia.org
- 9. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 9Seite 9 Hardware-in-the-Loop Simulation Funktionsvalidierung im Systemkontext (HiL-)Prüfungen im „Systemkontext“ für Steuergeräte und Software Nachbildung komplexer Interaktionen eines mechatronischen Systems mit seiner Umwelt derzeit nicht möglich
- 10. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 10 Beispielszenario Windenergie Herausforderung Zertifizierende Versuche neuer Systemlösungen Zuverlässigkeit Effizienz Netzverträglichkeit Derzeitiges Vorgehen Feldversuch mit Fault-Ride-Through- Container Simulation von Netzfehlern Abwarten günstiger Windbedingungen Kosten bis 1M€, Dauer 1-2 Jahre (Bild: Nordex SE)
- 11. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 11Seite 11 Erweiterte In-the-Loop-Simulation
- 12. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 12Seite 12 Erweiterte In-the-Loop-Simulation Frühzeitige Tests im Systemkontext und schnelle Reaktionen auf veränderte Systemeigenschaften Prüfung komplexer/großer Teilsysteme im Labor Gezielte Fehlerinjektion und systemkritische Tests ohne Gefährdungspotenzial für Mensch Reproduzierbare Tests unter gleichbleibenden und im Feld schwer zu erreichenden Test- bedingungen Beschleunigte Entwicklung zuverlässiger Produkte durch den Einsatz von Zuverlässigkeitsmethoden (Prüfen kritischer Fehlerpfade) Vereinfachung von Versuchsaufbauten möglich Ersatz elektrischer, elektromechanischer oder mechanischer Systeme Zeitvariantes Verhalten kann simuliert werden
- 13. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 13Seite 13 Technologiepotenzial Potenzial von In-the-Loop Simulationen
- 14. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 14Seite 14 Integration der In-the-Loop-Methoden in einen durchgängigen testgetriebenen Entwicklungsprozess für komplexe mechatronische Systeme Generierung hochdynamischer, echtzeitfähiger Modelle zur virtuellen Nachbildung des Restsystemverhaltens Entwicklung und Realisierung von modularen V/R-Schnittstellen zur Nachbildung von dynamischen mechanischen und elektrischen Randbedingungen zwischen virtuellen und realen Systemteilen Mittelfristige Ziele zur Umsetzung 1. 2. 3.
- 15. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 15Seite 15 Anwendungen Hochdynamische mechanische Prüfung Antriebsstrangprüfung Umweltsimulation mit Echtzeitnachbildung elektromechanischer Lasten Vernetze HIL-Prüfstände
- 16. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 16Seite 16 Ausblick und weitere Forschungsthemen Erweiterte Regelungsverfahren Automatisierte und parametrische Modellreduktion Schnelles Testen von Varianten und Fehlermoden Mechanical-Simulation Toolbox (Matlab/Simulink) Mehrachsige Schnittstellen Realitätsnäherer Test übertragener Kräfte/ Momente Kombination aktiver Systeme mit passiven Substrukturen Kompromiss zwischen Aufwand für den Versuchsaufbau und die M-HITL-Schnittstelle bei der Nachbildung der Admittanz Systemintegration der Aktorik und Sensorik in der M-HITL- Schnittstelle Robuste Hardware, tauglich für Dauer- und Belastungstests www.mechanical-simulation.de DUT Virtual Residual SystemInterface - Adaptive Filter F xm . x . y Online Adaptation x .
- 17. © Fraunhofer LBF Workshop„Hardware-in-the-Loop“,31.Januar2017,FraunhoferLBF Seite 17Seite 17 Kontakt Dirk Mayer Leiter Innovationsmanagement Fraunhofer-Institute für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF Darmstadt dirk.mayer@lbf.fraunhofer.de