Eine smarte Struktur entsteht jedoch nicht nur durch das Ergänzen von Sensoren oder Aktoren. Entscheidend ist das abgestimmte Zusammenspiel von mechanischer Struktur, Messgröße, Aktorik, Signalverarbeitung, Regelstrategie und Systemintegration.
Das Fraunhofer LBF unterstützt Sie bei dem Entwurf, der Integration und der Bewertung smarter Struktur- und Systemlösungen. Umfang und Reifegrad richten sich nach Anwendung und Entwicklungsziel – vom ersten Funktionsprinzip bis zum anwendungsnahen Funktionsmuster oder Prototyp. Im Mittelpunkt steht die integrierte Systemfunktion, nicht die isolierte Bereitstellung einzelner Sensor-, Aktor- oder Monitoringbausteine.
Von der Systemfunktion zum prüfbaren Funktionsmuster
Ausgangspunkt ist die Frage, welche Zustände erfasst, welche Größen beeinflusst und welche Betriebszustände berücksichtigt werden müssen. Darauf aufbauend lassen sich Sensor- und Aktorkonzepte, Signalverarbeitung und Regelung gemeinsam mit der mechanischen Struktur entwickeln.
Digitale Modelle, Rapid-Control-Prototyping, Embedded-Control-Bausteine, Hardware-in-the-Loop-Untersuchungen und experimentelle Erprobung können schrittweise miteinander verbunden werden. Ergebnisse aus der Erprobung fließen zurück in die Architektur und Auslegung des Systems.
Schrittweise vom Regelkreis zum Gesamtsystem
In einer frühen Phase kann ein abgegrenzter Regelkreis oder ein einzelnes Sensor-Aktor-Prinzip untersucht werden. Darauf aufbauend lassen sich Signalverarbeitung, Regelungsfunktion und mechanische Integration erweitern und in einer geeigneten Erprobungsumgebung zusammenführen.
Mit zunehmendem Reifegrad werden reale Schnittstellen, Betriebszustände und Robustheitsanforderungen stärker einbezogen. Dadurch bleibt die Entwicklung eng an der jeweiligen Funktions- und Transferentscheidung ausgerichtet.
Je nach Aufgabenstellung können System- und Funktionskonzepte, Sensor- und Aktorlayouts, Funktionsmuster sowie Ergebnisse aus Simulation und Versuch entstehen. Sie erhalten eine fachlich begründete Einordnung, welche Bausteine für die weitere Entwicklung geeignet erscheinen und welche Schnittstellen oder Nachweise noch zu klären sind.
Smarte Strukturen sind in der Regel projektbezogene Entwicklungs- und Transferlösungen. Aussagen zu Echtzeitfähigkeit, Autonomie, Robustheit oder Produktreife sind an die konkrete Architektur und den nachgewiesenen Entwicklungsstand gebunden.
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF