(openPR) Die Entwicklung von Systemen mit elektronischen und nichtelektronischen Komponenten stand im Mittelpunkt eines von der Gesellschaft für Informatik (GI), der VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik ( GMM) und der Informationstechnischen Gesellschaft im VDE (ITG) veranstalteten Workshops. Kernthemen der Veranstaltung waren Entwurf und Applikation technischer Systeme mit gemeinsamen mikro- und nanoelektronischen sowie nichtelektronischen Komponenten. Unterstützutzt wurde der Workshop durch das Institut für Eingebettete Systeme/Echtzeitsysteme der Universität Ulm.
In den unterschiedlichsten softwaregesteuerten Anwendungen nehmen elektromechanische Systeme einen immer breiteren Raum ein. „Um den steigenden Anforderungen an die Qualität der Produkte bereits im Entwicklungsprozess gerecht zu werden, müssen computergestützte Entwicklungswerkzeuge und Simulatoren frühzeitig interagieren, damit qualifizierte Aussagen zum Gesamtsystem getroffen werden können,“ brachte Christoph Clauß vom Dresdner Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS die Herausforderung auf den Punkt.
Seinen Angaben zufolge birgt die moderne Mechatronik, ein Gebiet bei dem mechanische und elektrische Systeme sowie steuernde Systeme der Informationstechnik zusammenwirken, ein großes Innovationspotenzial. Dadurch würden sich auch die funktionellen Möglichkeiten der einzelnen Disziplinen enorm erweitern. Der Entwurf der zumeist komplexen mechatronischen Systeme müsse frühzeitig das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten berücksichtigen. Dies erfordere ein Zusammenspiel der Entwurfswerkzeuge. Dies gelte insbesondere für die etablierten Simulatoren, die in der Vergangenheit ausschließlich domänenspezifisch entwickelt worden seien.
Domänengrenzen werden überschritten
Den bisher vorwiegend geometrisch orientierten Design Reviews haben Clauß und seine Kollegen jetzt ein funktionales Design Review gegenübergestellt, das erstmals die frühzeitige Erkennung von Problemen beim Zusammenspiel mechatronischer Komponenten gestattet, was wiederum mit einer Verkürzung der Entwicklungszeiten einher geht. Hinsichtlich der Potenziale des funktionalen Designs zeigt sich Clauß optimistisch. „Die Domänengrenzende überschreitende Optimierung dürfte sich in qualitativ besseren Produkten niederschlagen.“
Einen neuen Ansatz beim Entwurf integrierter Schaltungen stellten Benjamin Menhorn und Frank Slomka vom Institut für Eingebettete Systeme/Echtzeitsysteme der Universität Ulm vor. Zu diesem Zweck führten die Experten die Entwurfsentropie ein. Der Begriff stammt aus der Informationstheorie. Mit Hilfe der Entwurfsentropie ist es erstmals möglich, die Komplexität der Struktur, der Implementierung und der Verifikation eines Systems zu berechnen.
„Der Entwurfsaufwand einer Schaltung hängt mit der Komplexität des Entwurfes zusammen, der sich nun auch kalkulieren lässt“, erläuterte Menhorn. Sowohl die Komplexität des Entwurfes als auch der Verifikationsaufwand könnten nun auf einfache Art ermittelt werden. Auf diese Weise sei es möglich, nur auf der Grundlage von verschiedenen Entwürfen eine Aussage über die jeweilige Komplexität und den Verifikationsaufwand zu treffen.
Herausforderungen an die Sensorik in mobilen Anwendungen
Zu den großen Herausforderungen moderner mikromechanischer Systeme gehört zweifelsohne ihr Einsatz in rauen Betriebsumfeldern, wozu insbesondere mobile Anwendungen gehören. In diesem Umfeld stellen Einflüsse wie Vibrationen, Stöße oder hohe Temperaturschwankungen die empfindlichen Sensoren auf eine harte Probe. Einer Funktionsstörung kann entgegengewirkt werden, indem die Sensoren mit einer geeigneten Regelelektronik ausgestattet werden, die diese Einflüsse erkennt, vom eigentlichen Sensorsignal trennt und derart kompensiert, dass die zuverlässige Funktion des Sensorsystems in der jeweiligen Umgebung gewährleistet ist.
Anlässlich des Workshops verdeutlichten Martin Niessner, Gabriele Schrag und Gerhard Wachutka von der Technischen Universität München und ihre italienischen Kollegen Jacopo Iannacci und Benno Margesin von der Fondazione Bruno Kessler in Trient in einem gemeinsam vorgestellten Referat, wie sich das Konzept auf einen Hochfrequenzschalter anwenden lässt. Das von den Experten erstellte Modell ist in der Lage, das fluidisch gedämpfte Verhalten des elektrostatisch gesteuerten Bauteils nach lediglich grober Kalibrierung realitätsgetreu abzubilden. Dazu parallel wies das Modell aber auch eine hohe Effizienz hinsichtlich des Rechenaufwands auf. Auf diese Weise wird den Experten zufolge eine Optimierung des Gesamtsystems ermöglicht.
