PUB - Publikationen an der Universität Bielefeld

Die fortschreitende Digitalisierung und Vernetzung der Welt führen zu neuen Herausforderungen in der Qualifizierung von zukünftigen Fachkräften. Daher bedarf es anpassungsfähiger Systeme zur inspirierenden sowie anschaulichen Lehre mathematischer, naturwissenschaftlicher und technischer Kenntnisse. Ein mobiler Miniroboter bildet dabei eine innovative Lösung zur interdisziplinären Wissensvermittlung.

Folglich besteht ein Ergebnis dieser Arbeit aus einer interdisziplinären Entwicklung eines leistungsstarken, modularen und autonomen Miniroboters. Dieser sogenannte AMiRo besitzt eine heterogene sowie verteilte Systemarchitektur, bestehend aus drei leistungsstarken Mikrocontrollern, einem Einplatinencomputer, einer programmierbaren logischen Schaltung und einem echtzeitfähigen Kommunikationsnetz. Er unterstützt sowohl hochfrequente reaktive als auch speicherintensive reflektorische und kognitive Informationsverarbeitung sowie massiv parallele Bildverarbeitung. Im Unterschied zu existieren Plattformen erlaubt seine modulare Systemarchitektur einerseits eine kostengünstige sowie anwendungsspezifische Erweiterung und andererseits eine kontinuierliche sowie bedarfsgerechte Modernisierung.

Gleichzeitig offenbart dessen Entwicklung einen Handlungsbedarf im Leiterplattenentwurf. Entsprechend besteht ein weiteres Ergebnis dieser Arbeit aus einem Modell eines agilen Leiterplattenentwurfsprozesses. Dieser bildet einen Teil eines gemeinsamen interdisziplinären Entwicklungsprozesses und nutzt eine standardisierte Modellierungssprache. Er besteht aus einem Entwurfsmodell sowie -prozess, nutzt einen inkrementellen Ansatz und kombiniert etablierte Techniken sowie Methoden verschiedener Fachdisziplinen. Der Prozess besitzt im Unterschied zum klassischen Leiterplattenentwurf aufgrund seiner inkrementellen Verfeinerung einzelne überschaubare Aufgaben, einen kontinuierlichen Auswahlprozess und eine gesteigerte Wiederverwendung sowohl von Teillösungen als auch von Lösungsansätzen. Damit erhöht der agile Leiterplattenentwurfsprozess einerseits die Qualität sowie Zuverlässigkeit der Produkte und reduziert andererseits die Entwurfs- sowie Produkteinführungszeit. Zusätzlich bildet er eine Grundlage für zukünftige rechnergestützte Entwicklungsmethoden.

Insgesamt bestehen die Ergebnisse dieser Arbeit einerseits aus einem anpassungsfähigen, leistungsstarken sowie kostengünstigen Miniroboter zur anschaulichen Lehre und Forschung aktueller sowie zukünftiger Aspekte intelligenter technischer Systeme und andererseits aus einem agilen Leiterplattenentwurfsprozess als erste detaillierte sowie methodische Beschreibung des Bauteilauswahl- und Schaltungsentwicklungsprozesses. Grundlegende Resultate bilden dabei eine Entwicklungsprozessmodellierung und eine auf dem Wünschbarkeitsindex basierende Entwurfsraumexploration.