Funktionale Sicherheit von mechatronischen Systemen bei mobilen Arbeitsmaschinen

Zukünftige mechatronische Systeme von mobilen Arbeitsmaschinen stellen spezielle Anforderungen an ihre funktionale Sicherheit. Diesbezüglich wurde ein sicherheitsgerichtetes Entwicklungskonzept aus Vorgehensmodell, Methoden und Werkzeugen erarbeitet, welches die notwendigen Maßnahmen von der Systemsynthese bis zur Validierung beschreibt. Als Versuchsträger diente eine typische Traktor/Geräte-Kombination, in der über den Stand der Technik hinausgehende Automatisierungsstrategien in Form eines vollständigen Vorgewendemanagements sowie der autonomen Prozessführung (Prinzip „Gerät steuert Traktor“) realisiert wurden. Auf Grund von Parallelen in Systemaufbau, verwendeten Technologien und dynamischem Arbeitsumfeld steht die ausgewählte Anwendung beispielhaft für mobile Arbeitsmaschinen. In vorliegender Arbeit wird das Vorgehensmodell des Entwicklungskonzepts zunächst allgemein beschrieben. Geeignete, teilweise weiterentwickelte Methoden werden vorgestellt und aufbauend auf einer sicherheitsgerechten Systemarchitektur den einzelnen Entwicklungsschritten zugeordnet. Entscheidungskriterium ist dabei das geforderte maximale Risikoniveau für das betreffende System. Vorteile einer durchgängig modellbasierten Vorgehensweise werden aufgezeigt. Abschließend dokumentieren die Versuchsergebnisse die Validierung der nach dem Entwicklungskonzept erarbeiteten Automatiken des Versuchsträgers und erlauben die Verallgemeinerung der Ergebnisse auf den gesamten Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen. Future mechatronic systems of mobile working machinery have special requirements to satisfy functional safety. Therefore a safety-aligned development concept, consisting of process model, methods and tools, was worked out, which describes the required measures from synthesis to validation of mechatronic systems. A typical tractor/implement-combination was used as testing object, where automation strategies in terms of complete headland management or autonomous process-automation (“Implement Guided Tractor Control”) above the state of the art were implemented. Due to parallels in system architecture, available technologies and dynamic working circumstances, the selected application is exemplary for mobile working machinery. This thesis describes generally the process model of the development concept. After choice of safety-appropriate system architecture suitable, partly enhanced methods are introduced and assigned to each development step. Therefore the specified maximum risk level for the corresponding system is decision criterion. Advantages of a continuous model-based approach are shown. Finally test results document validation of the experimental vehicle automatics, which had been worked out according the development concept, and allow generalization of the results for the whole area of mobile working machinery.