Multidisziplinäre Analyse und Optimierung

Fallstudien

Energiesparmaßnahmen auf pneumatische Antriebssysteme

In diesem Artikel werden zwei unterschiedliche Energiesparmaßnahmen vorgestellt. Die möglichen Einsparpotenziale und der Aufwand zur Realisierung dieser Methoden sind beschrieben. Mit diesen Maßnahmen wurde gezeigt, dass bis zu 55 % Energieeinsparung für ein einzelnes Laufwerk erreicht werden kann. Der Artikel stellt die erforderlichen thermodynamischen Prinzipien dar, um den Energieverbrauch von pneumatischen Antrieben zu bestimmen, welche aus der Druckluft und Energieanalyseberechnungen bestehen. Weiterhin wurde der Einfluss der Design-Parameter auf den Energieverbrauch untersucht. Die Lösungen über mögliche Einsparungen sind beispielhaft angeordnet und zusammengefasst. In diesem Fall wurden zwei Methoden der Einsparungen auf Auto-Einzylinder eines pneumatischen Handhabungssystems realisiert. Diese ausgewählt energiesparende Lösungen zielen auf die Optimierung die Konstruktionsparameter Pneumatikzylinder-Laufwerke und über die Verwendung des Abgases Luft Erholung Schaltungen. Die Nutzung dieser Sparmaßnahmen ist zunächst durch Simulation getestet und dann auf einem Beispiel Zylinder-Laufwerk umgesetzt. Für jede rettende Maßnahme ist der Einfluss auf den Energieverbrauch und das Bewegungsprofil des Laufwerks im Detail untersucht. Der Fokus richtet sich vor allem auf die Frage, ob das ursprüngliche Bewegungsprofil des Laufwerks nach dem Anwenden der Sparmaßnahmen gleich geblieben ist. Artikel lesen.

Äquivalentes Luftfederungsmodell für ein passives PKW-Suspensionsystem

Dieser Artikel beschreibt die Untersuchung des Luftfederungssystems GENSIS, die sich äquivalent zu einem passiven Tragesystem verhalten soll. Das Luftfederungssystem wurde mit der Simulationssoftware Matlab/Simulink abgebildet und anschließend mit dem Programm OptiY optimiert. Das Optimierungsziel ist der Unterschied der Fahrzeugreaktionen von beiden Systemen mit einem gleichen Fahrwegprofil. Die zu optimierenden Parameter sind u.a. Anfangsdruck, Airbag-Volumen, Rohrlänge und Durchmesser der Welle usw. Die Simulation zeigt, dass das Luftfederungssystem ein sehr äquivalentes Verhalten wie ein passives Tragesystem hat. Artikel lesen.

Entwurfsoptimierung eines einachsigen Axialmagnetlageraktuators

Entwurfsoptimierung aktiver Magnetlagerung (AMB) ist in Bezug auf einen zuverlässigen Hochgeschwindigkeitsbetrieb enorm wichtig. Aktiver Magnetlagerung ist sehr weit verbreitet und wird in Schwungräder, Windgeneratoren, Hochtemperaturanwendungen usw. eingesetzt. Der Entwurf und Entwicklung aktiver Magnetlagerung mit einem großen Luftspalt ist eine große Herausforderung. Dieser Artikel präsentiert die Modellierung und Design-Optimierung einer großen Luftspalt AMB mit Open-Loop-Positionierungssteifigkeit. Das Ziel der Arbeit ist die Suche nach einer globalen Optimierungsmethodik für doppeltwirkendes AMB-System, bei dem eine Kombination aus höherem (CRGO Elektrostahl) und unterem gesättigten magnetischen Material (Mu-Metall) eingesetzt wird. Adaptive-Response-Surface (ARSM) wurde als Optimierungsmethode verwendet, um eine robuste Positionierungssteifigkeit über 1500 µm Luftspalt zu erreichen. Die zu optimierenden Modellparameter sind dabei geometrische Abmessungen und der Erregerstrom. Diese Untersuchung eröffnet einen neuen Weg, um die AMB-Systeme zu entwickeln, deren Positionierungssteifigkeit unempfindlich gegenüber die Positionsungenauigkeit des Rotors in einem großen Luftspalt ist. Artikel lesen.

Robust Design einer Aktuator-Baugruppe für hochgenaue Positionierung unter statischem Aspekt

Aktuator hat die Aufgabe, die Drehbewegung eines Motors in Translationsbewegung eines Gliedes umzusetzen. Bei manchen Anwendungen muss der Aktuatorkopf sehr genau an eine bestimmte Position anfahren. Aufgrund vieler Unsicherheiten wie schwankende, durch Elastizitätsmodul und Poission-Zahl gekennzeichnete Materialeigenschaften, unterschiedliche Gelenksteifigkeiten und ungenaue Antriebskraft des Motors sowie die Fertigungstoleranzen der Bauteilen kommt es allerdings zu unzulässigen Abweichungen bei der Positionierung. Die Aufgabe des Robust-Designs ist es, die Entwurfsparameter des Aktuators optimal festzulegen, so dass die geforderte Positionierungsgenauigkeit trotz dieser Unsicherheiten eingehalten werden muss. In dieser Fallstudie muss der Aktuator in der Y-Richtung eine Positionierungsgenauigkeit von 4 mm einhalten. Die im Anfangsentwurf festgelegten Geometrieabmessungen mit Fertigungstoleranzen erfüllen idealerweise diese Bedingung. Wenn aber alle genannten Unsicherheiten zur stochastischen Berechnung der Positionierungsgenauigkeit einbezogen werden, beträgt die Versagenswahrscheinlickeit des Anfangsentwurfs allerdings 25,44%. Erst eine Robust-Design-Optimierung liefert optimale Nennwerte der Entwurfsparameter, mit denen eine probabilistische Simulation durchgeführt wird. Die Versagenswahrscheinlichkeit der Aktuator-Baugruppe reduziert sich trotz aller Unsicherheiten nur noch auf 0,04%, welche eine hohe Produktqualität bei der Serienfertigung darstellt. Artikel lesen.

Toleranzanalyse eines Überspannungsableiters

Überspannungsableiter ist ein Gerät oder Bauteil zum Begrenzen gefährlicher Überspannungen in elektrischen Leitungen und Geräten. Überspannungen können durch direkte oder nahegelegene Blitzeinschläge, durch von der Sonne verursachte Magnetstürme, durch einen elektromagnetischen Puls, durch elektrostatische Entladungen oder Schaltvorgänge im Stromnetz und in Geräten entstehen und haben dementsprechend teilweise erhebliche Energien. Die nominale elektrische Feldstärke-Simulation erfolgt mit FEM-Software-Paket ElecNet © von Infolytica Corporation. Die Entwurfsspezifikationen sind die maximalen Werte der elektrischen Feldstärke der Widerstände und des Induktionsstroms angegeben. Als Entwurfsparameter mit ihren Nennwerte und Toleranzen werden die Abmessungen und Positionen der zwei Ringe betrachtet. Für Toleranzanalyse wird ElecNet in OptiY© gekoppelt, um einige Schleifen der Simulation auszuführen. Nach der statistischen Versuchsplanung wird das Metamodell approximiert, welches die mathematische Beziehung zwischen Ein- und Ausgangsparameter des originalen Modells präsentiert. Basierend auf diesem Metamodell wird eine schnelle und genaue Toleranzanalyse durchgeführt. Die Ausfallwahrscheinlichkeit oder die Ausschussquote für die Fertigung beträgt dabei 22.32 % in Bezug auf die geforderten Spezifikationen. Die Sensitivitätsstudien zeigen, dass die Radien der 2 Ringe am wichtigsten für die Streuung des Induktionsstromes sind. Artikel lesen.

Robust Design eines Induktionsmotors

Induktionsmotoren sind Wechselstrommotor, welche in der Industrie von kleinen Werkstätten bis zu Großmaschinen eingesetzt werden. Diese Motoren finden Anwendungen wie in Kreiselpumpen, Fließbänder, Kompressoren, Bohrmaschinen usw. Das Hauptziel des Entwurfs ist die Festlegung der physikalischen Motorparameter, welche alle Kundenanforderungen erfüllen. Für das Experiment sind 4 Entwurfsparameter wie Rotorradius, Ringdicke, Luftspalte und Phasenwinkel mit Toleranzen und 3 Unsicherheiten wie Materialeigenschaften und viskose Rotorreibung ausgewählt. Die Anforderungen sind eine gewünschte Korridor für die Rotordrehzahl, max. Stator-Flussdichte, max. Induktionsstrom, max. magnetisches Rotor-Drehmoment und max. Energieverlust. Die nominale Magnetfeld- und Dynamik-Simulation wird mit MagNet ® von der Firma Infolytica durchgeführt. Dabei sind alle geforderten Spezifikationen erfüllt. Die probabilistische Simulation in OptiY® zeigt jedoch eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 52.597 % für diesen Anfangsentwurf. Die Sensitivitätsstudie enthüllt die Beziehungen zwischen Parameterstreuungen und Streuungen der Entwurfsspezifikationen. Dabei werden auch wichtige Entwurfsparameter identifiziert. Erst die Robust-Design Optimierung liefert die optimalen Nennwerte der Entwurfsparameter mit den gleichen Toleranzen und Unsicherheiten, mit denen eine probabilistische Simulation durchgefürt wird. Dabei beträgt die gesamte Ausfallwahrscheinlichkeit nur 0,013 % bezogen auf die Anforderungen. Es stellt somit eine hohe Produktqualität für den Herstellungsprozess dar. Artikel lesen.

Unsicherheitsanalyse einer PKW-Längsfahrdynamik

Für eine Simulation des dynamischen Verhaltens der Fahrzeuge müssen die Längsfahrdynamik und die Rad/Reifen-Dynamik mit einem Regler betrachtet werden. Dies kann man durch ein lineares Zwei-Rad-Version-Modell für die Beschleunigungsanalyse erfassen. Das Modell wurde in MapleSim ® erstellt. Es simuliert das Beschleunigungsverhalten auf einer steilen Autobahn mit einem Winkel. Entwurfsspezifikationen für eine geforderte Leistung sind gegeben durch Parameterraum, Design-, Prozess- und Umwelt-Unsicherheiten sowie Restriktionen. Die dynamische Simulation in MapleSim zeigt, dass das nominale Verhalten der Längs-Fahrzeugdynamik alle gegebenen Entwurfsspezifikationen erfüllt. Aufgrund der Unsicherheiten in Design, Prozess und Umwelt muss eine probabilistische Simulation in OptiY basierend auf dem Fahrzeugmodell in MapleSim durchgeführt werden, wobei die Unsicherheiten als stochastischen Verteilungen betrachtet werden. Es zeigt jedoch eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 8,78% in Bezug auf die geforderten Entwurfsspezifikationen. Die globale varianzbasierte Sensitivitätsstudie zeigt die wichtigsten Modellparameter und seine Interaktionen zur Reduzierung der Entwurfskomplexität. Artikel lesen.

Nummerische Optimierung der Verteilung von Dämpfungsbelägen

In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, mit der sich numerisch die Dämpfungsverteilung auf einer angeregten Schalenstruktur optimieren lässt. Mit der Strukturintensität, die den Energiefluss des Körperschalls von einer Quelle zu einer Senke beschreibt, lässt sich ermitteln, wie viel Energie in einem Kontrollvolumen, in dem sich eine Senke befindet, dissipiert wird. Ebenso kann die Eingangsleistung für ein Kontrollvolumen berechnet werden, in dem sich eine Quelle befindet. Aufbauend auf den Ergebnisse der Voruntersuchungen wird das FE-Modell erstellt. Dieses ist die Bodenbaugruppe eines PKWs, auf dessen Bodenblech sechs Dämpfungsbeläge appliziert werden. Die Dicken dieser Beläge entsprechen den Designvariablen in der Optimierung. Als Zielfunktion wird der Kehrwert des Verhältnisses aus Verlust- zu Eingangsleistung minimiert. Beide Leistungsgrößen werden, bevor sie zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, über dem betrachteten Frequenzbereich integriert. Diese Arbeit hat gezeigt, dass die Strukturintensität verwendet werden kann, um eine optimale Dämpfungsverteilung zu bestimmen. Das Strukturverhalten sollte in einem weiteren Schritt aber näher untersucht werden, um genauere Informationen zu erhalten, was genau im Übergangsbereich zwischen Bodenblech und Dämpfungsbelag passiert. Eine genauere Betrachtung der Schnittkräfte und der Geschwindigkeiten in diesem Bereich kann Aufschluss darüber geben, weswegen der dünnere Dämpfungsbelag deutlich mehr Energie dissipiert als der dickere Belag. Auch die Betrachtung der Divergenz der Strukturintensität kann weitere Anhaltspunkte liefern, da diese angibt, wie sich der Betrag und die Richtung der Strukturintensität ändern. Die Betrachtung der Strukturintensität in den Dämpfungsbelägen selbst ist möglicherweise ebenfalls sehr aufschlussreich. Artikel lesen.

Probabilistische Lebensdauerberechnung Mikroelektronischer Komponenten am Beispiel eines Widerstandes

Lebensdauerberechnung ist eine schwierige Entwurfsaufgabe, um genaue und anwendbare Ergebnisse zu erzielen. Erstens muss man die theoretischen Parameter für das Lebensdauermodell mit Messdaten validieren. Dazu müssen physikalische Experimente für einen Prototyp durchgeführt werden, um realistische Ermüdungsdaten zu erhalten. Basierend auf diesen Daten, relative Lebensdauervorhersage für andere Entwurfsvarianten können realisiert werden. Das zweite Problem ist, dass viele verschiedenen Umwelt-, Fertigungs- und Entwurfsparameter auf die Lebensdauer insbesondere für mikroelektronische Komponenten beeinflussen. Diese Parameters sind jedoch zufällig, schwer zu erfassen und müssen bei der theoretischen Modellierung berücksichtigt werden. Die vorhergesagten Ergebnisse mit der klassischen Nennwert-Simulation sind daher sehr schlecht in Bezug auf die Realität. Probabilistische Lebensdauerberechnung mittels der Meta-Modellierungstechnik ist die beste Methodik, um diese Probleme zu lösen. Die Unsicherheiten aus der Entwicklung, Fertigung und Umweltbedingungen werden als stochastische Verteilungen im Modell berücksichtigt. Somit kann man eine sehr genaue theoretische Lebensdauerberechnung erzielen. Als Ergebnis liegt die Vorhersage der Lebensdauerdaten in der Form einer stochastische Verteilung mit minimalen und maximalen Werten. Bei einem Chipwiderstand kann die probabilistische Analyse die realistische Lebensdauer aufzeigen. Um die Lebensdauer zu maximieren, werden einige Entwurfsparameter mittels numerischer Optimierung geändert. Obwohl die erreichte nominale Lebensdauer größer als der Anfangsentwurf ist, zeigt die probabilistische Lebensdauerberechnung einen sehr schlechten minimalen Wert für diesen Entwurf, somit schlechter als der Anfangsentwurf. Artikel lesen.

Entwurfsoptimierung eines elektromagnetischen Ventilantriebes

Als Weltmarktführer für Gasfedern und hydraulische Schwingungsdämpfer, die Fa. Stabilus GmbH entwickelt derzeit Gasfedern mit elektromagnetisch steuerbarem Ventil für den Einsatz im Automobil. Der elektromagnetische Ventilantrieb solcher Gasfedern ist ein komplexes mechatronisches System. Zur Beherrschung dieser Komplexität und der Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Teilsystemen werden sie beim Systementwurf getrennt mit verschiedenen Simulationsprogrammen modelliert und anschließend miteinander gekoppelt. Die stationären Magnetfelder des Antriebes werden mit dem Finite- Elemente-System FEMM zur Berechnung der wesentlichen Kennfelder behandelt, während die Dynamik des Systems mit dem Netzwerk-Simulationssystem SimulationX modelliert wird. Weiterhin wird die transiente Temperaturverteilung im Antrieb mit dem Finite-Elemente-Programm COMSOL Multiphysics beschrieben. Mit dieser Vorgehensweise kann man die Wirkprinzipien der Teilsysteme und deren Wechselwirkungen mit geringem Aufwand bis ins Detail parametrieren und berechnen. Zur Integration und Automatisierung dieser einzelnen Simulationsprozesse wird das multidisziplinäre Analyse- und Optimierungsprogramm OptiY verwendet. Dadurch werden zudem die Grundlagen für einen automatisierten Systementwurf mittels numerischer Optimierung geschaffen. Durch die Definition von Systemparametern und die Eingabe von Randbedingungen und Entwurfszielen in Form von Restriktionen und Gütekriterien der Optimierungsaufgabe werden die Eigenschaften des Antriebes hinsichtlich der Magnetkraft, der Verlustleistung und des Anzugsvorgangs mit numerischen Optimierungsverfahren systematisch verbessert. Artikel lesen

Robust Design eines hydraulischen Zylinderantriebssystems

Geregelte hydraulische Antriebssysteme arbeiten bereits stabil. Es führt eine Masse in der Regle nach einer vorgegeneben Kurve mittels hydraulischen Antriebs. Für eine gute Qualität, d.h. einwandfreie Funktion des Antriebssystems sind hohe Entwurfsspezifikationen erforderlich, wie gedämpfte Schwingung der Kolbengeschwindigkeit und des Ventildrucks. Es wird bisher durch klassische dynamische Simulation untersucht und entworfen.  Unsicherheiten durch Prozess, Umwelt, menschliche Ungeschicktheit usw. führen jedoch häufig eine schlechte Erfüllung der Entwurfsvorgaben, die wiederum zu einer schlechten Produktqualität herbeiführen. Obwohl ein Nennwert-Entwurf  zuverlässige Funktion des Antriebssystems zeigt, enthüllt probabilistische Simulation jedoch Verletzungen der vorgegebenen Restriktionen, die durch die Parameter- und Prozessunsicherheiten verursachen. Die Robust-Design-Optimierung reduziert der Ausfallwahrscheinlichkeit von 23,71 % beim Nennwert-Entwurf  auf 1,08 % beim Robust-Entwurf. Dies ist das beste Design für das Fertigungsprozess. Artikel lesen.

Robust Design einer Cohn-Filter-Schaltung

Die Produktspezifikation einer Cohn-Filter-Schaltung ist der Frequenzbereich zwischen 15-17 MHz für die Ausgangssignale. Zunächst wird eine Nennwert-Optimierung durchgeführt, um die optimale Entwurfsparameter für die geforderte Spezifikation zu erhalten. Aufgrund der Fertigungsungenauigkeit, Prozessunsicherheiten und Umwelteinflüsse bleiben die Entwurfsparameter nicht konstant, sondern sie streuen in der Realität und werden als stochastische Verteilungen betrachtet. Obwohl die Nennwert-Simulation der Schaltung eine Erfüllung der Spezifikation bestätigt, zeigt die probabilistische Simulation mit den Entwurfsparameter-Streuungen aber eine Verletzung der Restriktionen. Die Ausfallwahrscheinlichkeit bzw. Ausschussquote dieses Entwurfes ist etwa bei 82,1% fixiert und ist nicht akzeptabel für eine Massenfertigung. Mit der Varianzbasierten Sensitivitätsanalyse werden die unwichtigen Entwurfsparameter vernachlässigt, um Entwurfskomplexität zu reduzieren. Dadurch bleiben nur noch 6 wichtige Entwurfsparameter für die weitere Untersuchungen erforderlich. Um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu verringern, wird eine Robust-Design-Optimierung unter Berücksichtigung dieser 6 stochastischen Entwurfsparameter durchgeführt. Als Ergebnis wird ein Ausfallrate von 16,5% ermittelt. Artikel lesen.

Robust Design von MEMS am Beispiel eines Wärme-Aktuators

Der Wärmeaktuator arbeitet auf der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen den dünnen Arm und dicken Flügel. Die Nennwertsimulation ist eine gekoppelte Feldanalyse, die aus der Interaktion zwischen thermischen, elektrischen und mechanischen Felder besteht. Eine Spannung an den elektrische Verbindungen induziert einen Strom durch den Arm und Flügel. Der Stromfluss und die Widerstandskraft des Siliziums produzieren Wärmeverlustleistung im Arm und Flügel. Die Betriebstemperatur liegt bei 750°C. Es produziert thermische Belastung und Biegung. Der Widerstand in den dünnen Arm ist größer als der Widerstand im Flügle. Daher erwärmt der dünne Arm sich mehr als die Flügel, wodurch der Aktuator  in Richtung der Flügel biegt. Die maximale Verformung tritt bei der Spitze auf. Die Biegung ist eine direkte Funktion der angewandten Spannung. Für die funktionale Anforderung wird diese Biegung im Bereich von [0.2,0.24] μm angegeben. Die äquivalente statische Spannung sollte minimal wie möglichst und die erste Resonanzfrequenz möglichst maximal sein. Beim ersten Entwurfsschritt erfolgt eine Nennwert-Optimierung. Aufgrund der Geometrietoleranzen und Unsicherheit der Material- und Prozess-Parameter, ergibt sich beim Nennwert-Entwurf ein Ausfallwahrscheinlichkeit von 6,69 % für die Fertigung. Beim letzten Entwurfsschritt wird eine Robust-Optimierung durchgeführt um den robusten Entwurf mit NULL Ausfallwahrscheinlichkeit zu erzielen. Die Sensitivitätsstudie identifiziert die einflussreichsten Entwurfs- und Prozess-Parameter. Artikel lesen.

Six Sigma Design eines elektromagnetischen Aktuators

Der Aktuator besteht aus einem Anker, einer Spule und einem Back-Eisen. Der Anker ist eine bewegliche Komponente. Das Back-Eisen ist die stationäre Komponente, die den magnetischen Kreis um die Spule abschließt. Die Spule liefert die vordefinierte Magnetfeld. der Luftspalt ist ein dünn rechteckige Bereich zwischen dem Anker und den Polen der Back-Eisen. Für die funktionelle Anforderung wird die auf den Anker wirkende Kraft im Bereich [-15,-10] N angegeben. Die verkettete magnetische Fluss sollte möglichst minimal sein. Als Ergebnis der Nennwert-Optimierung liefert der Nennwert-Entwurf eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 78,93% für die Fertigung. die durch die Geometrietoleranzen und Unsicherheit der Prozess- und Materialeigenschaften entstehen. Erst die Robust-Optimierung mit der Taguchi Qualitätsverlustfunktion liefert einen rosten Entwurf, bei dem nur eine minimale Ausfallwahrscheinlichkeit von 5,48% in der Fertigung entsteht. Artikel lesen.

Dickfilm-Beschleunigungssensoren in LTCC-Technologie

Stand der Technik in mechanischen Elemente von MEMS in LTCC-Technologie (z. B. für Kraft und Drucksensoren) sind Membranen und Balken. Diese Elemente führen nur kleine Belastungen und kleinen Verformungen. Eine Vielzahl von Sensor- und Aktuatoranwendungen erfordern jedoch bewegliche Elemente, die größere Verformungen trotz niedriger lokalen Stämme ermöglichen. Solche Anwendungen sind z.B. Feder, Beschleunigungsmesser, Antriebe, Stellungsregler und Ventile. Für ein Beschleunigungssensor wird ein Konzept für die Herstellung von Blattfedern in die LTCC-Technologie entwickelt. Das Wirkprinzip des Beschleunigungssensor basiert auf eine seismische Masse auf zwei parallelen Blattfedern. Der Piezo-Widerstände bilden eine Messbrücke. Im ersten Entwurfsschritt wird ein FEM-Modell für die Suche nach einer optimalen Entwurf gemäß der Empfindlichkeitsanforderungen, einschließlich der Resonanzfrequenz verwendet. Im zweiten Schritt wird mittels einer Toleranzanalyse die Wahrscheinlichkeitsverteilungen der funktionalen Variablen aus der Wahrscheinlichkeitsverteilungen der Entwurfsparameter durchgeführt. Damit kann man die Wahrscheinlichkeit eines Systemfehlers ableiten. Im letzten Schritt wird  die Ausfallwahrscheinlichkeit des Systems minimiert. Dadurch erhält man einen optimalen Entwurf mit erfüllten Anforderungen. Die Ergebnisse der Berechnungen anhand der FEA-Modelle werden von Messdaten von Prototypen des Beschleunigungsmessers  verglichen. Artikel lesen.

Robust Design eines Schmetterlingsventils

Das Ventil regelt die Strömung im Wasserleitung mit Sandpartikeln. Für die Masserate der Strömung sind der Winkel und der Radius des Ventils von Bedeutung. Für die sichere Funktionserfüllung müssen die Toleranzen und Unsicherheiten der Prozess- und Umweltbedingungen in den Entwurf einbezogen werden. Robust Design ist ein wichtiger Tool für den Entwurf zuverlässiger und hochwertiger Ventile. Die Ausfallsrate konnte von 56,12% zu 0,36% für die Fertigung reduziert werden. Artikel lesen.

Robust-Optimierung einer Mischbatterie

Die Nennwert-Simulation einer Mischbatterie wird von verschiedenen spezialisierten CAD/CAE-Software wie CATIA, ICEM und CFX durchgeführt. Die Vorteile sind eine schnelle Modellierung und detailliertes System-Komponentenverhalten. Der Prozessworkflow wird in OptiY aufgebaut. Für die Meta-Modellierung verwendet man das adaptive Gauss-Prozess, das nur 88 Modellrechnungen für 8 Entwurfsparameter und 1 Entwurfsziel benötigt. Die globalen Sensitivitätsstudie identifiziert die wichtigsten Parameter und seine Interaktionen. Die Robust-Optimierung mit der Taguchi Qualitätsverlustfunktion von der Temperatur am Austritt führt zu einem robusten Design mit einer minimalen Varianz der Wahrscheinlichkeitsverteilung. Artikel lesen.

Entwurfsvisualisierung eines elektromagnetischen Wellenleiters

Die Struktur des Wellenleiters besteht aus einer Kopplung mit einem kleinen metallischen Blatt und einen externen Hohlraum-Resonator, mit dem der Wellenleiter durch ein Loch verbunden ist. Die Definition von Symmetrien S-Parameter ermöglicht die Reduzierung der durchgeführten Berechnung. Die Nennwert-Simulation erfolgt mit CST Microwave Studio. Die Ziele sind die Übertragung und die Reflexion am Arbeitspunkt der 8 GHz. mit dem adaptive Gauß-Verfahren kann man den gesamten Entwurfsbereich in 2D und 3D-Grafiken visualisieren. Die globale nichtlineare und quantitative Sensitivitätsanalyse analysiert die Ursache-Wirkungs-Beziehung für die Entwurfsziele und identifiziert die wichtigsten Parameter und seine Interaktionen. Die Robust-Optimierung mit der Taguchi Qualitätsverlustfunktion führt zu einem Entwurf mit einer minimalen stochastischen  Varianz . Artikel lesen.

Sensitivitätsstudie und Entwurfsoptimierung eines PKW-Radaufhängers

Der Leistungsindex eines PKW-Radaufhängersystems ist die erste rotatorische Y-P-R. Die Leistung und Komfort des PKW ist gekennzeichnet durch minimale Bandbreite von Y-P-R. Es existieren dabei 27 Entwurfsparameter der gemeinsamen Koordinaten. Die Nennwert-Simulation erfolgt mit der Software RecurDyn. Zunächst wird eine globale Sensitivitätsstudie mit Latin-Hypercube-Sampling durchgeführt, um die wichtigsten Entwurfsparameter zu identifizieren und die Komplexität zu verringern. Nur 10 wichtige Entwurfsparameter werden anschließend für den Entwurfsoptimierung zur Verbesserung der Leistung und des Komforts vom  der PKW-Radaufhängers verwendet. Artikel lesen.

Sensitivitätsstudie, Entwurfsoptimierung und probabilistische Simulation eines Rotor-Brems-Systems

Das System besteht aus einm bewegbaren Bremsbelag, einen rotierenden Rotor, das mit dem Rotorblatt verbunden ist. Auf dem Bremsbelag wird ein Druck von 4000 MPa ausgeübt, um die Drehbewegung des Rotors zu bremsen. Für das Bremssystem ist der Kontakt wischen dem Bremsbelag und dem Rotor entscheidend und muss genau untersucht werden, um die Bremswirkung zu optimieren. Zuerst wird eine globale Sensitivitätsstudie durchgeführt, danach eine Entwurfsoptimierung, um einen optimalen Entwurf mit einem maximalen Kontaktdruck zu erzielen. Wegen der Unsicherheit der Prozess- und Umweltparameter sowie der Toleranzen, streuen die Kontaktdruck ständig in der Realität. Die probabilistische Simulation berechnet anschließend die stochastische Streuungen der Entwurfsziele. Die Sensitivität des optimalen Entwurfes zeigt die Ursache-Wirkungs-Beziehung für diese Streuungen. Artikel lesen.

Ausfall- und Lebensdauerbewertung der geschweißten Stahlkonstruktionen

Für die Ausfall- und und Lebensdauerbewertung der geschweißten Stahlkonstruktionen ist es wichtig, die meist beeinflussenden Entwurfsparameter zu identifizieren und die Ursache-Wirkungs-Beziehung zu veranschaulichen. Die Nennwert-Simulation erfolgt mit ANSYS, wobei die Modellparameter durch Messdaten ermittelt wurden, um das Modellverhalten zu validieren. Die globale varianzbasierte Sensitivitätsstudie wird in OptiY durchgeführt. daraus werden bedeutende Empfehlungen für den Entwurfsprozess durch gezielte Änderung der Entwurfsparameter abgeleitet, um das Ausfallrate zu minimieren und die Lebensdauer der geschweißten Stahlkonstruktionen zu verbessern. Artikel lesen.

Entwurfsoptimierung eines Blindschriftdrucker-Antriebes

Der elektromagnetische Antrieb wird für das Blindschriftdrucker  verwendet. Die Entwurfs-optimierung umfasst stochastische Variablen, Nennwert-Optimierung, Robustheitsanalyse und Robust-Optimierung. Ein heterogenes Modell simuliert die statische und das dynamische Verhalten des Antriebes und seine nichtlineare Last. Es besteht aus einem Netzwerkmodell in SimulationX und eine statische magnetische FEA-Modell in COMSOL Multiphysics. Das Netzwerkmodell verwendet die Tabellen der Magnetkraft und der verketteten Flussdichte vom FEA-Modell. Um den Rechenaufwand zu reduzieren wird Antwortflächenverfahren angewendet. Dadurch lässt sich eine hohe Genauigkeit der stochastischen Analyse und Optimierung erzielen. Artikel lesen.