Algorithmic system design under consideration of dynamic processes

Nach Stand von Wissenschaft und Technik werden Komponenten hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie Lebensdauer oder Energieeffizienz, optimiert. Allerdings können selbst hervorragende Komponenten zu ineffizienten oder instabilen Systemen führen, wenn ihr Zusammenspiel nur unzureichend berücksichtigt wird. Eine Systembetrachtung schafft ein größeres Optimierungspotential - dem erhöhten Potential steht jedoch auch ein erhöhter Komplexitätsgrad gegenüber. Die vorliegende Arbeit ist im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 805 entstanden, dessen Ziel die Beherrschung von Unsicherheit in Systemen des Maschinenbaus ist. Die Arbeit zeigt anhand eines realen Systems aus dem Bereich der Hydraulik, wie Unsicherheit in der Entwicklungsphase beherrscht werden kann. Hierbei ist neu, dass die durch den späteren Betrieb zu erwartende Systemdegradation eines jeden möglichen Systemvorschlags antizipiert werden kann. Dadurch können Betriebs- und Wartungskosten vorausgesagt und minimiert werden und durch eine optimale Betriebs- und Wartungsstrategie die Verfügbarkeit des Systems garantiert werden. Wesentliche Fragen bei der optimalen Auslegung des betrachteten hydrostatischen Getriebes sind dessen physikalische Modellierung, die Darstellung des Optimierungsproblems als gemischt-ganzzahliges lineares Programm, und dessen algorithmische Behandlung zur Lösungsfindung. Hierzu werden Heuristiken zum schnelleren Auffinden sinnvoller Systemtopologien vorgestellt und mittels mathematischer Dekomposition eine Bewertung des dynamischen Verschleiß- und Wartungsverlaufs möglicher Systemvorschläge vorgenommen. Die Arbeit stellt die Optimierung technischer Systeme an der Schnittstelle von Mathematik, Informatik und Ingenieurwesen sowohl gründlich als auch anschaulich und nachvollziehbar dar.