Methodology for Consistent and Flexible Validation of Mechatronic Systems in Advance Development in the Context of the IPEK-X-in-the-Loop-Framework

Um die Effizienz und Flexibilität in der Entwicklung und Validierung komplexer Systeme zu erhöhen, wird die vermehrte Verwendung virtueller oder gemischt virtuell-physischer Testkonfigurationen angestrebt. Gleichzeitig stehen weiterhin physische Prototypen bei Entwicklungsentscheidungen im Fokus. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zum Verständnis und der Abbildung von Validierungsaktivitäten in der Vorausentwicklung im Modell der SGE – Systemgenerationsentwicklung nach Albers. Im Zentrum der Arbeit steht die Entwicklung einer Methodik zur konsistenten und flexiblen Validierung mechatronischer Systeme in der Vorausentwicklung im Rahmen des IPEK-X-in-the-Loop-Framework.
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Teilnehmende Beobachtungen und Experteninterviews in der Vorausentwicklung des Automobilzulieferers MAHLE bilden die Basis für die erfolgreiche Anwendung des Modells der SGE – Systemgenerationsentwicklung zur Beschreibung der Zusammenhänge zwischen der Vorausentwicklung und der Produktentwicklung. Darüber hinaus werden Anforderungen an eine methodische Unterstützung der Validierung in der Vorausentwicklung abgeleitet. Das gemeinsame Verständnis der verschiedenen Entwicklungspfade ermöglicht die Entwicklung und Übertragbarkeit von Methoden und Prozessen für die Produktentstehung.
Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Methodik zielt darauf ab, das Vertrauen in virtuelle und gemischt virtuell-physische Testkonfigurationen zu stärken. Sie umfasst eine Methode zur Verbesserung der Konsistenz und Nachverfolgbarkeit von Testaktivitäten, eine Methode zur Verbesserung der Durchgängigkeit von Modell- und Parameterdaten in virtuell oder gemischt virtuell-physischen Testkonfigurationen, sowie eine Methode zur konsistenten Analyse und Klassifizierung von Testkonfigurationen in der Vorausentwicklung. Die Anwendung der Methoden wird durch die Entwicklung und Anpassung von Tools systematisch unterstützt.
Anhand verschiedener Entwicklungsbeispiele elektrischer Traktionsantriebssysteme wird die entwickelte Methodik angewendet und evaluiert. In der ersten Fallstudie wird eine gemischt virtuell-physische Testkonfiguration zur Steuergeräteentwicklung weiterentwickelt und evaluiert. Somit kann eine teilweise Verlagerung des Entwicklungs- und Validierungsaufwands für den Regelungsalgorithmus erzielt werden. Im zweiten Entwicklungsbeispiel werden mit Hilfe der Methodik die Stärken und Limitationen einer überwiegend virtuellen Testkonfiguration hinsichtlich der Validierung der Regelungsstrategie des Systems identifiziert. Diese Evaluierung der Testkonfigurationen in der Vorausentwicklung dient als Basis für die Planung und Durchführung der Validierungsaktivitäten für die nachfolgende Vor- und Serienentwicklung des Produkts.

In order to increase efficiency and flexibility in the development and validation of complex systems, the increased utilization of virtual or mixed virtual-physical Test Configurations is aspired. At the same time, physical prototypes continue to be the focus point of development decisions. The aim of this thesis is to deepen the understanding and to offer a description of validation activities in Advance Development in the model of SGE – System Generation Engineering according to Albers. The central objective is the development of a methodology for consistent and flexible validation of mechatronic systems in Advance Development within the IPEK-X-in-the-Loop-Framework.
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Participating observations and an expert interview study carried out in the Advance Development department of the automotive supplier MAHLE serve as the basis for the successful application of the Model of SGE – System Generation Engineering to describe the link between Advance Development and product development. In addition, requirements on methodical support for validation in Advance Development are derived. The common understanding of the different development paths enables the development and transferability of methods and processes for product engineering.
The developed methodology aims to increase the credibility of virtual and mixed virtual-physical Test Configurations. The methodology includes methodical support for consistent testing, a method to improve consistency of modeling and parameter data in virtual or mixed virtual-physical Test Configurations, and a method for consistent analysis and classification of Test Configurations in Advance Development. The application of the methods is systematically supported by the development and adaptation of tools.
The developed methodology is applied and evaluated in several case studies of the development of electric traction drive systems. In the first case study, a mixed virtual-physical Test Configuration for the development of electric control units is further developed and analyzed in accordance with the proposed methodology. As a result, significant frontloading of development and validation efforts for the control algorithm can be achieved. In the second case study, the methodology is used to identify the strengths and limitations of a highly virtual Test Configuration with regard to the validation of the control strategy of the electric traction drive system. The evaluation of the available Test Configurations in Advance Development serves as the basis for planning and implementation of validation activities in the subsequent pre- and series development of the product.