Im April 2021 erhielt Digital Elektronik den Auftrag zur Entwicklung und Fertigung eines komplexen mechatronischen Produktes. Digital Elektronik entwickelte in 5 Monaten ein mechatronisches System für den Kunden.
Vom Design bis zur Serie
– der Prozess allgemein erklärt
Der Prozess zur Entwicklung mechatronischer Systeme wird in vier Phasen gegliedert. Zu Beginn wird das Design des Produktes im Zuge des Designprozesses entworfen. Anschließend folgt die Entwicklung der Prototypen, welche unter anderem zur Validierung dienen. Danach erfolgten die Zulassung und Zertifizierung des Produktes. Dann beginnt die Serienfertigung.
Entwicklung mechatronischer Systeme
in nur 5 Monaten
Der Designprozess
Die Entwicklung mechatronischer Systeme beginnt mit der Ermittlung und Darstellung der Nutzerbedürfnisse. Diese dienen als Basis für die Usability, das Design und die technische Umsetzbarkeit. Im nächsten Schritt beginnt der Designprozess gemeinsam mit unserem Kunden und unserem Partner Phormolog . Dieser wurde in zwei Ideationsphasen unterteilt.
Die erste Ideationsphase beschäftigte sich mit der Mechanik. Dabei werden
- die relevantesten Merkmale für die Anwender
- Ideen zum Aussehen und
- die Gestaltung des Produktes erarbeitet.
Diese Phase verlangte ständige Rücksprache und eine enge Zusammenarbeit zwischen Designer und Entwickler für Platzbedarf und die Machbarkeit.
Das Zwischenergebnis dieser Ideationsphase:
- Erkenntnisse über die Form und Größe sowie
- die Art, wie das Gehäuse gefertigt wird.
Im nächsten Schritt wurden verschiedene Varianten des Produktes gebildet. Daraus ergab sich der finale Entwurf.
Die zweite Ideationsphase wurde für das User-Interface genutzt.
- Zu Beginn dieser Phase werden die Menüstruktur sowie der Programmablauf mit allen Screens diskutiert, strukturiert und entworfen.
- Nach mehrmaligen Wiederholungen dieser Strukturierung erarbeiten wir eine genaue Beschreibung für das User-Interface inklusive Ablaufdiagramm
- Im nächsten Schritt folgen die Designvarianten, die Abstimmung mit dem Kunden und die Prüfung in Hinblick auf die Umsetzbarkeit mit der Softwareentwicklung
- Daraus ergiebt sich das finale User-Interface Design.
- Nach finaler Freigabe werden alle benötigten Screens, UI Elemente sowie die Funktionalität an den Softwareentwickler vom Designer übergeben und implementiert.
Das Ergebnis des Designprozesses zur Entwicklung mechatronischer Systeme sind zum Einem gut abgestimmte Nutzerbedürfnisse und Produktanforderungen. Zum anderen eine enorme Zeitersparnis, sowie die Sicherheit für den Kunden, da das Produkt sehr früh digital begutachtet werden kann und somit eine klare Vorstellung vom Produkt geschaffen wird.
Entwicklung der Prototypen
Um die Entwicklung des mechatronischen Systems voranzutreiben, wird parallel zum Designprozess bereits der Entwicklungsprozess vorbereitet. Dazu wird eine Systemarchitektur entworfen, Key-Komponenten ausgewählt und erste Versuchsträger aufgebaut. Nach der Finalisierung des Designs werden die 3D Modelle in die vorbereitete Konstruktion übergeführt und die Innenbaugruppe erstellt. Basierend auf dem Systemdesign wird der Schaltplan für die Elektronik entworfen und simuliert. Danach wird das Layout für das Board erstellt und durch den Hardware-Entwicklungsprozess validiert. Im nächsten Schritt werden alle Firmware/ Software-Komponenten zusammen mit einem Elektronikentwickler implementiert.
Bei diesem Projekt haben wir ein proprietäres System für das User-Interface eingesetzt. Aufgrund der hohen Systemanforderungen (Echtzeitanforderung) kam für die eigentliche Steuerung des User-Interfaces sowie der Peripherie ein 32-bit Mikrocontroller ohne Betriebssystem zum Einsatz. Darüber hinaus stand hier auch ein Linux System (Debian oder Yocto) auf einer Embedded PC Plattform mit einem externen Display zur Auswahl. Das User-Interface wurde in Abstimmung mit dem UI-Design programmiert und abhängig von der Zielplattform kompiliert und getestet. In Zuge des Auftrags wurden insgesamt 5 Prototypen, welche so nah wie möglich am Seriengerät sind, angefertigt.
Komponenten
Bei der Auswahl der Komponenten zur Entwicklung des komplexen mechatronischen Systems wurden die Produktanforderungen vom Kunden sowie bereits verfügbare Standardkomponenten von DE betrachtet.
Der gesamte Auftrag wurde durch die Bauteilsituation und Beschaffung der Bauteile, während der Projektlaufzeit, erschwert. Zu Beginn der Entwicklung vereinbarte DE mit dem Kunden einen Rahmenvertrag. Dadurch konnten Komponenten bereits während der Entwicklungsphase – unmittelbar nach der technischen Klarheit – beschaffen werden. Somit konnte der Kunde nach der Entwicklungsphase sofort mit dem ersten Batch beliefert werden.
Der gesamte Auftrag wurde durch die Bauteilsituation und Beschaffung der Bauteile, während der Projektlaufzeit, erschwert. Zu Beginn der Entwicklung vereinbarte DE mit dem Kunden einen Rahmenvertrag. Dadurch konnten Komponenten bereits während der Entwicklungsphase – unmittelbar nach der technischen Klarheit – beschaffen werden. Somit konnte der Kunde nach der Entwicklungsphase sofort mit dem ersten Batch beliefert werden.
Zulassung und Zertifizierung
Für die Zulassung und Zertifizierung neuer Produkte führt Digital Elektronik die Vorprüfung intern durch. Die Zertifizierung erfolgt anschließend durch Externe. In diesem Prozess wurde bei dem neu entwickelte mechatronische System eine EMV Prüfung bei TÜV durchgeführt. Zusätzlich wurden die Produkteigenschaften und die gerätespezifischen Normanforderungen geprüft.
Serienfertigung
Bevor die Serienfertigung gestartet werden kann und die Entwicklung mechatronischer Systeme abgeschlossen wird, werden Prüfmittel zur Qualitätssicherung in der Serie benötigt. Für die Serie wurde ein Funktionstestadapter für die Leiterplatte gebaut. Dieses Prüfmittel dient dazu, dass alle wichtigen Funktionen getestet werden. Nach kompletter Assemblierung wird das Gerät endgeprüft, alle Parameter eingestellt und anschließend zur Serienfertigung geschickt.
Die Serienfertigung dieses komplexen mechatronischen Produktes erfolgt im Lean Management Prozess, in verschiedenen Werken von Digital Elektronik. Alle Metallvorbaugruppen werden im Werk Bosnien hergestellt. Der Elektronikfertigungsprozess (SMD & THT sowie die Inbetriebnahme & Test) und die Assemblierung erfolgen in Salzburg. Alle Komponenten für das Produkt werden durch Digital Elektronik beschaffen und der Wareneingang wird geprüft.
Die Serienfertigung dieses komplexen mechatronischen Produktes erfolgt im Lean Management Prozess, in verschiedenen Werken von Digital Elektronik. Alle Metallvorbaugruppen werden im Werk Bosnien hergestellt. Der Elektronikfertigungsprozess (SMD & THT sowie die Inbetriebnahme & Test) und die Assemblierung erfolgen in Salzburg. Alle Komponenten für das Produkt werden durch Digital Elektronik beschaffen und der Wareneingang wird geprüft.
