Aufgrund kürzer werdender Zeiträume zur Realisierung von hochautomatisierten, robotergestützten Fertigungsanlagen im Karosseriebau, stoßen traditionelle Inbetriebnahmemethoden immer öfter an ihre Grenzen. Daher hat die vorliegende Masterarbeit die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit dem Themenfeld der Virtuellen Inbetriebnahme zum Inhalt. Ziel der Forschungsaktivitäten ist die Entwicklung eines Prototyps, der die Anforderungen von Magna Steyr in diesem Themenbereich erfüllt. Diese sind einerseits eine Methode respektive ein Werkzeug zu schaffen, das die Verifikation und Validierung von steuerungstechnischen Entwicklungen ohne real bestehende Produktionsanlage ermöglicht. Andererseits ist mit der zu schaffenden Vorgehensweise ein System zu entwickeln, das modellgestützt die Analyse komplexer Störszenarien und Ausfälle von Produktionsanlagen im Karosseriebau erlaubt, ohne den bestehenden Fertigungsprozess zu beeinträchtigen. Das zu entwickelnde Engineeringwerkzeug ist so zu gestalten, dass weitestgehend originale Steuerungskomponenten und nativer Programmcode eingesetzt werden können. Um die forschungsleitenden Fragestellungen zu beantworten sowie die von Magna Steyr vorgegebenen Entwicklungsziele zu erreichen, werden in dieser Masterarbeit die Bereiche Modellbildung und Virtuelle Inbetriebnahme einer theoretischen Auseinandersetzung und Analyse unterzogen. Dies bildet die Grundlage für die im Praxisteil der Masterarbeit zu entwickelnde Methode zur virtuellen Absicherung von hochautomatisierten Karosseriebauanlagen.

In the early stages of the conceptual and the design phases of a new product simulation is involved in the decision making process, even before any prototyping is done. This concept is so-called front loading. Designing a new turbocharger for example requires better understanding of the rotor-dynamics. Multi-body dynamics simulation (MBD) is a suitable tool to investigate phenomena, e.g. rotor imbalance, which has a vast impact on the durability of bushing bearings. Combining multi-body dynamics simulation and computational fluid dynamics (CFD), the CFD supplies important boundary conditions for MBD, which is a new simulation methodology investigated in this thesis. The simulation tool AVL FIRE M with its multi-material capability is being used for this investigation. One of the most important fields related to this objective is the heat transfer analysis with special focus on the thermal dynamics of the heat flow within the turbocharger. Since CFD simulation is already a well established tool in product development and especially in the component design phase, this novel simulation approach is offering an alternative method to the conventional fluid-solid coupling which is usually used to calculate temperature distribution in solid structure and stress analysis. This proposed approach represents the simulation of heat transfer within the turbocharger structure and its parts by considering the solid and fluid parts of the turbocharger as a multi-domain and multi-material simulation model. The theoretical part builds up the fundamentals to the engineering background and the physical modelling. Furthermore, the basic essentials of workflow and the general evaluation process are introduced, which should form a transition between engineering outcome, usablity and user’s acceptance of the novel simulation approach. In the evaluation part of the thesis the gathered results are presented and summarized. The engineering outcome as well as the workflow and methodology of such kind of simulations are discussed. Finally, the summary presents all pillars of the evaluation process and an additional outlook is given as a reflection of the presented workflow. It provides recommendations for further improvement and gives suggestions for future investigations. The presented methodology proves to be a next level approach in prediction of turbocharger simulation in the product development process.

Elektrofahrzeuge spielen eine zentrale Rolle auf der Reise zu einer emissionsfreien und nachhaltigen Mobilität. Angesichts steigender Umweltbelastungen und globaler Bestrebungen zur Reduktion von CO₂-Emissionen gewinnen insbesondere Elektrofahrzeuge mit effizient integrierten Ladesystemen zunehmend an Bedeutung.Die Magna Steyr Fahrzeugtechnik zählt zu den weltweit führenden Unternehmen in der automobilen Entwicklung und realisiert neben konventionellen Antriebskonzepten auch Elektrofahrzeuge. Der derzeitige Entwicklungsstand basiert jedoch überwiegend auf textbasierten Ansätzen, die aufgrund ihrer Fehleranfälligkeit und mangelnden Skalierbarkeit den zunehmenden Anforderungen und der wachsenden Komplexität moderner Elektrofahrzeuge nicht mehr gerecht werden. Um diese Lücke zu schließen, erfolgt die Umstellung auf eine modellbasierte Entwicklungsumgebung, die die Effizienz, Nachvollziehbarkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Fahrzeugentwicklung erhöht.Diese Masterarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines generischen Modells das spezifische Ladefunktionen für Elektrofahrzeuge auf Basis der modellbasierten Systementwicklung unter Verwendung der Systems Modeling Language abbildet. Ziel ist es, die bestehende textbasierte Entwicklungsumgebung der Abteilung für das HV-Charging bei Magna Steyr Fahrzeugtechnik durch ein modular aufgebautes, wiederverwendbares Modell zu ersetzen. Dieses Modell soll als projektübergreifende Vorlage dienen und die Integration gängiger Features wie TargetSOC setting, AC Current Limit setting und AC-Charging in der Fahrzeugarchitektur ermöglichen.Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur Weiterentwicklung modellbasierter Entwicklungsprozesse und zeigt, wie durch MBSE die Qualität, Wiederverwendbarkeit und Effizienz in der Entwicklung von Ladefunktionen signifikant verbessert werden kann.

Steigende Konkurrenz für Dienstleistungsunternehmen im Bereich Elektrotechnik-Planung erfordert kürzere Projekt-Durchlaufzeiten sowie einen hohen Qualitätsstandard der Dokumentation. Darüber hinaus steigt die Anzahl an Engineering-Tools, was dazu führt, dass hoher Ressourcenaufwand sowie plattformspezifische Fehlerbehebung notwendig ist. Zusätzlich ist die Nachverfolgung von Basisdaten-Änderungen ein wichtiger Umstand, um schnelle Reaktion im Planungsprozess zu garantieren. Das Ziel dieser Masterarbeit ist, Pläne für verschiedene Engineering-Umgebungen unter Zuhilfenahme einer abstrakten Herangehensweise zu generieren, um plattform-spezifische Arbeitsschritte zu minimieren. Die Durchführung basiert auf dem modellgetriebenen Entwicklungsansatz. Dazu wird der aktuelle Planungsprozess untersucht und die darin enthaltenen Dokumente identifiziert. Auf Basis derer wird ein neuer, modellgetriebener Planungsprozess entwickelt, mit einem plattform-unabhängigen Modell als Hauptbestandteil. Die Prozessqualität wird anhand des Erfüllungsgrades der Anforderungen festgelegt. Mit dem ersten Testprojekt, das im Zuge dieser Arbeit erstellt wird, lässt sich das Potenzial zur Reduzierung von Entwicklungsaufwand sowie Projekt-Durchlaufzeiten bereits erkennen. Um diesen modellgetriebenen Planungsprozess effizient anwenden zu können, müssen jedoch Großprojekte damit umgesetzt werden. In der aktuellen Situation ist dieser Prozess nicht anwendbar, da keine Projekte dieser Größenordnung im Unternehmen geplant sind. Jedoch kann der Prozess als Leitfaden für die Planung elektrotechnischer Anlagen dienen.

Virtuelle Modelle technischer Systeme haben den Entwicklungsprozess in den letzten zwei Jahrzehnten maßgeblich beeinflusst. Insbesondere die Diskrete-Elemente-Methode (DEM) erlaubt es, das Verhalten von Schüttgütern zu simulieren und ermöglicht eine effektivere Art der Entwicklung und Erprobung von Maschinen und Systemen. Die Firma Komptech GmbH entwickelt Maschinen, die unter anderem Kompost verarbeiten, und konzentriert sich auf deren konsequente Optimierung. Mit dieser Masterarbeit wird das Ziel verfolgt, durch die Modellierung des Siebprozesses eines Trommelsiebes auf Basis der DEM, einen Wandel vom traditionellen Trial-and-Error-Konzept in der Maschinenentwicklung, hin zu einem neuen virtuellen Verfahren zu realisieren. Zunächst wird der Kompost hinsichtlich Partikelgrößen und dessen enthaltenen Materialien empirisch untersucht. Basierend auf den ausgewerteten Daten wird ein mathematisches Modell erstellt, das das Fließverhalten des Komposts darstellt. Darüber hinaus werden reale Experimente mit dem Kompost durchgeführt, um diese Materialmodelle zu kalibrieren. Zusätzlich wird eine Simulation des gesamten Siebprozesses des Trommelsiebes dargestellt. Die Qualität dieser virtuellen Nachbildung ergibt ein überaus realistisches Abbild der Realität, was durch Vergleiche mit einem Versuch der Realmaschine bestätigt wird. Basierend auf diesem Ergebnis werden Optimierungen hinsichtlich Durchsatz und Siebqualität dieser Maschine erarbeitet. Weitere virtuelle Analysen werden durchgeführt, um einerseits Verunreinigungen im Kompost, wie etwa Plastikfolien, sowie das Verschleißverhalten der Siebtrommel zu simulieren. Die Ergebnisse zeigen, dass virtuelle Modelle tiefgreifende Analysen ermöglichen, die mit realen Tests nicht möglich wären. Darüber hinaus zeigt sich, dass die virtuelle Modellbildung, insbesondere die DEM, entscheidend für die Entwicklung von Maschinen bei der Komptech GmbH ist, wodurch dem Unternehmen einen entscheidenden Vorteil bei der Maschinenoptimierung geschaffen wird.