Ausgangslage

Bedingt durch die stetig voranschreitende Digitalisierung im Maschinenbau entsteht ein kontinuierlich wachsender Bedarf an Daten hinsichtlich relevanter Zustands- und Prozessgrößen aus technischen Systemen, z. B. im Rahmen intelligenter Qualitätssicherungssysteme oder Condition-Monitoring. Die Qualität und Verlässlichkeit der durch sensorische Funktionen bereitgestellten Daten und Informationen spielen auch in der Sicherheitstechnik und insbesondere in der Teildisziplin der funktionalen Sicherheit eine bedeutende Rolle.

Werden sensorische Funktionen im Kontext der funktionalen Sicherheit als Teil einer Sicherheitsfunktion eingesetzt, so unterliegen diese im Vergleich zu konventionellen Anwendungen besonderen Anforderungen. Dabei sind insbesondere die Robustheit und Resilienz sensorischer Funktionen von Relevanz, da diese die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit eines technischen Systems mit integrierter Sicherheitsfunktion maßgeblich beeinflussen.

In diesem Kontext kann ein resilientes System durch zwei Charakteristiken abgegrenzt werden. Zum einen muss ein resilientes System auch bei Störeinfluss eine vorab festgelegte Mindestfunktionalität garantieren. Zum anderen muss ein resilientes System in der Lage sein, sich nach dem Abklingen der Störung mindestens bis auf das Ausgangsniveau der Funktionalität zu erholen. Dies kann automatisch oder durch manuelle Unterstützung gewährleistet werden.

Zur Umsetzung sensorischer Funktionen sollen Messverfahren entwickelt werden, die diesen Charakteristiken entsprechen. Um resiliente Messverfahren zu entwickeln, ist es unter anderem erforderlich im Rahmen einer Analyse Wissen hinsichtlich auftretender Störgrößen und ihrer Wirkung auf das Messverfahren sowie die darin genutzten Elemente zu generieren.

Projektziele

Das übergeordnete Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Methodik für die Konzeptionierung und Bewertung resilienter Messverfahren auf Basis sensierender Maschinenelemente (SME). Dies soll insbesondere vor dem Hintergrund der funktionalen Sicherheit stattfinden und eine erste Evaluierung der Methodik an einem Anwendungsbeispiel umfassen.

Vorgehensweise

Die Methodik setzt sich aus zwei inhaltlich aufeinander abgestimmten Methoden – einer zur Konzeptionierung resilienter Messverfahren und einer zur Bewertung der erzielten Resilienzeigenschaften – sowie den zugehörigen Modellen zusammen. Die Erarbeitung dieser orientiert sich im Rahmen des Projektes an folgenden Arbeitsschritten.

Zunächst gilt es, das Verständnis der technischen Resilienz aus der Ausgangslage auf Messverfahren zu übertragen und die dafür erforderlichen Eigenschaften zu quantifizieren. Notwendige und hinreichende Anforderungen an ein resilientes Messverfahren zur Realisierung einer Sicherheitsfunktion sind zu identifizieren. Mithilfe geeigneter Modelle werden Resilienzeigenschaften systematisch identifiziert und deduziert. Dies erlaub es, im Anschluss die Methode zur Konzeptionierung resilienter Messverfahren zu entwickeln.

Zur anschließenden Bewertung resilienter Messverfahren werden quantitative Bewertungskriterien hergeleitet, die auf den zuvor erarbeiteten ganzheitlichen Anforderungen aufbauen. Darauf basierend werden Kriterien für eine Bewertungsmethode entwickelt, mit der Messverfahren mit hinreichenden Resilienzeigenschaften ermittelt werden können.

Nach einer ersten Evaluierung der Methodik anhand eines Anwendungsbeispiels sowie der experimentellen Absicherung der erzielten Resilienzeigenschaften des entwickelten resilienten Messverfahrens werden allgemeine Gestaltungshinweise abgeleitet. Diese sollen die Synthese resilienter Messverfahren unterstützen, wobei insbesondere Lösungen auf Basis von SME als ressourcenschonende Alternative herangezogen werden.