Mechatronik Mechanik, Elektronik und Informatik verschmelzen zum mechatronischen Gesamtsystem

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Intelligente mechatronische Systeme, eine Symbiose aus klassischer Elektromechanik, moderner Elektronik und Software ermöglichen beinahe unerschöpfliche Kombinationen und setzen der Kreativität keine Grenzen. Es ist jedoch kein leichtes Unterfangen, da es über die einfache interdisziplinäre Verknüpfung dieser Fachgebiete weit hinausgeht.

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Medicon Herstellungs- und Verpackungslinie für Wundauflagen
Medicon Herstellungs- und Verpackungslinie für Wundauflagen
( Archiv: Vogel Business Media )

Die ursprüngliche Bezeichnung Mechatronik bezog sich in den 70er Jahren auf die Kombination von Mechanik und Elektronik. Durch die zunehmende Integration eingebetteter Systeme ist die Software als zusätzlicher Funktionsträger hinzugekommen, das neue Produkte in nahezu beliebiger Funktionalität ermöglicht. Ein Quantensprung, mit dem die Mechatronik eine wichtige strategische Bedeutung im Innovationswettbewerb erlangt und bald alle Branchen und Märkte erobern soll. „Dennoch ist die Definition des Begriffs Mechatronik sehr umstritten“, schätzt Dr. Rainer Stetter.

Zwar lässt sich bereits aus dem Namen ableiten, dass es sich um eine Ingenieurswissenschaft handelt, die die Funktionalität eines technischen Systems durch eine enge Verknüpfung mechanischer, elektronischer und datenverarbeitender Komponenten erzielt und somit die Gesamtfunktionalität eines Systems erhöht. „Aber das geht über die einfache interdisziplinäre Verknüpfung dieser Fachgebiete weit hinaus.“

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Sie sollen dabei miteinander verschmelzen und anstelle von mehreren Modellen ein mechatronisches Gesamtsystem beschreiben, das meist in Funktionsgruppen unterteilt werden kann. Diese wiederum bestehen aus Modulen mit mechanischen, elektrischen, magnetischen, thermischen und optischen Bauelementen; Sensorik zur Erfassung von Messgrößen des Systemzustandes, Aktorik zur Regelung und Steuerung sowie Prozessorik und Informatik zur Informationsverarbeitung.

„Zukünftig wird es für die internationale Wettbewerbsfähigkeit des Maschinenbaus ausschlaggebend sein, diese Potentiale zu erschließen“, stellt Dr. Stetter fest. Gleichzeitig werde aber deutlich, dass aufgrund der Interdisziplinarität und der höheren Komplexität mechatronischer Entwicklungsprojekte eine ganze Reihe von Herausforderungen auf die Entwicklung und Fertigung zukommen.

Wichtig ist die ganzheitliche Betrachtung

Als Schlagwort nennt der Experte hier die domänenübergreifende Produktentwicklung: Jede Domäne verfügt über die ihr eigene Begriffswelt, Methoden, Verfahren und Werkzeuge, welche die fachübergreifende Kommunikation erheblich erschweren. Domänenspezifische Vorgehensweisen, Sprachen und Spezifikationen umfassen häufig gleiche Begriffe, die jedoch unterschiedliche Bedeutungen haben – und gleiche Inhalte, die mit unterschiedlichen Begriffen ausgedrückt werden. „Es fehlt unter anderem an einer einfachen und intuitiven Spezifikations-Technik zur Beschreibung der Prinziplösung mechatronischer Systeme, die den Sprachgebrauch vereinheitlicht, die Entwicklungsergebnisse dokumentiert und eine ganzheitliche Betrachtung des Systems ermöglicht“, erläutert Dr. Stetter.

Während in der Vergangenheit oftmals einige wenige Köpfe – meist mechanische Konstrukteure – die technische Grundlage für den Erfolg eines Unternehmens legten, müssen nun interdisziplinäre Teams miteinander auskommen. Und das ist der Knackpunkt: Denn im konkreten Arbeitsablauf bedingt dies – theoretisch – dass nicht mehr die mechanische Konstruktion vorgibt und der Rest des Unternehmens sequenziell die daraus resultierenden Aufgaben abarbeitet, sondern dass zu Beginn des Projekts gemeinsam darüber beraten und diskutiert werden muss, welche Funktionen durch die Mechanik, die Elektrotechnik beziehungsweise die Software ausgeführt werden sollen.

Die erhöhte Produkt-Komplexität, bedingt durch das vernetzte Zusammenspiel der involvierten Fachgebiete, führt zudem zu einer erhöhten Anzahl verkoppelter Komponenten. „Deren gegenseitige Beeinflussung und Abhängigkeiten wird aber in der Entwicklung noch häufig zu wenig bedacht“, betont Rainer Stetter und folgert, dass die daraus resultierenden unterschiedlichen Schnittstellen und Werkzeuge in einer Entwicklungs-Umgebung integriert werden müssen.

Für den Mehrwert Erfahrungen austauschen

Beispiel eines solchen mechatronischen Projektes ist Medicon (siehe Kasten), der sich einen externen Spezialisten von ITQ herangezogen hat. „Denn um mit Mechatronik einen Mehrwert für die Unternehmen zu generieren, bedarf es professioneller Unterstützung und eines Erfahrungsaustausches“, weiß der ITQ-Geschäftsführer. So haben es sich Verbände, Institute, Organisationen und Unternehmen in den letzten Jahren zur Aufgabe gemacht, mit Veranstaltungen, Forschungsprojekten und Messen darüber aufzuklären und Hilfestellungen zu geben.

Etwa auf der Sonderschau Mensch & Mechatronik, die sich – in Kooperation von ITQ und Festo mit der Deutschen Messe – erstmals auf der diesjährigen Hannover Messe präsentierte, hieß es Grenzen überwinden – zwischen Mechanik, Elektronik und Softwareentwicklung. Von Komponentenhersteller über Systemintegratoren bis zum Maschinenbauer war die gesamte Wertschöpfungskette vertreten. Primäres Ziel: das Netzwerk mit Mechatronik zu verdichten und den Besuchern zugänglich zu machen. Weitere Sonderschauen sind für die Motek 2007 und Automatica 2008 in Planung.

Das in Schwäbisch-Hall ansässige Unternehmen Medicon produziert Herstellungs- und Verpackungslinien, beispielsweise für Wundauflagen. Diese werden direkt aus Rohmaterial erzeugt, mehrfach automatisch inspiziert sowie verkaufsbereit verpackt und kartoniert. Schon die Konzeption erfolgte konsequent mechatronisch: Konstrukteure, Steuerungs- und Elektroingenieure, sowie ein technischer Redakteur und ein externer Berater trafen sich regelmäßig, um jedes Modul dieser Linie gemeinsam zu planen. Dabei ist es genauso wichtig, dass auch die Zulieferer die Anforderungen eines mechatronischen Gesamtprojekts verstehen. Hier spielt die fachübergreifende Kommunikation eine zentrale Rolle, um die technischen Herausforderungen meistern zu können. „Die Integration der Mechanik ist in der Regel einfach, aber neben Luft und Strom müssen von Anfang an die gesamten Verarbeitungsprozesse durchdacht sowie die Datenanbindung und Sicherheitskreise berücksichtigt werden“, betont Medicon-Leiter Jürgen Feyerherd. Als wichtigste Arbeitsgrundlage dienten während des gesamten Projekts die anfangs gemeinsam erstellten Modul-Spezifikationen – die das mechanische Konzept, die steuerungstechnischen Abläufe sowie die internen und externen Schnittstellen beschreiben.

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