Table of Contents

1.  Aktuelles

Lehrveranstaltung ist derzeit nicht im Angebot.
Ähnliche Inhalte werden in der Lehrveranstaltung Quantitative Methoden zur Qualitätssicherung ab Sommersemester 2012 angeboten.

2.  Einordnung der Lehrveranstaltung

3.  Überblick

Schwerpunkt der Lehrveranstaltung bilden Maßnahmen zur Qualitätssicherung in automatisierten technischen Prozessen — sowohl industrielle Prozesse (z.B. (Schicht-)Dickenregelung in der Fertigung von elektronischen Produkten) als auch Prozesse der Versorgungstechnik (z.B. Raumtemperaturregelung über ein Thermostatventil)). Ausgehend von der Definition des Begriffes Qualität als Grad, in dem ein Satz inhärenter Merkmale Anforderungen erfüllt (Norm DIN EN ISO 9000:2005) sollen sowohl rein beobachtende (statistical process control, SPC) als auch aktiv in das Prozessgeschehen eingreifende Maßnahmen ((Qualitäts-)Regelkreis) untersucht werden. Dabei soll das komplette Vorgehen betrachtet werden: Beginnend mit der Analyse des Prozesses und der Ermittlung der qualitätsbestimmenden Merkmalsgrößen werden nach der Definition von Gütekriterien geeignete Qualitätssicherungsmaßnahmen geplant und realisiert sowie deren Wirkungen anhand der festgelegten Qualitätsziele bewertet.
Für das Beispiel der Raumtemperaturregelung erfordert dies eine akzeptable Einstellung der Innentemperatur im Hinblick auf das Wohlbefinden des Nutzers ("Behaglichkeit"). Störend wirken sich dabei unter anderem die Außentemperatur, innere Wärmequellen wie Mensch und Maschine, aber auch geöffnete Fenster aus. Die Realisierung der gewünschen Innentemperatur soll zudem möglichst einfach realisiert (u.a. Parametrierungsaufwand), kostengünstig erbaut (u.a. Anschaffungskosten) und mit geringem Aufwand betrieben werden (Energieeinsparung und Energieeffizienz).

Aufbauend auf den Kenntnissen aus der Lehrveranstaltung "Systemorientierte Informatik / Hardware Software-Codesign" werden die Prozesse nicht nur im Zeitbereich (Differenzial- und Differenzengleichungen), sondern auch im Bildbereich (Laplace- bzw. z-transformierte Übertragungsfunktionen) modelliert. Auch die Beschreibung stochastischen Verhaltens mithilfe mathematisch-statistischer Methoden (unter anderem Zufallsgrößen und deren Verteilungen) wird betrachtet. Das Hauptaugenmerk liegt dabei jedoch auf der Anwendung der vorgestellten Konzepte und Methoden. Um den Studenten zu deren selbstständigen Realisierung zu befähigen, ist die Lehrveranstaltung durch eine Vielzahl von praktischen Beispielen untersetzt.
Zum Veranschaulichen und Lösen der Problemstellungen kommt die – auch im industriellen Umfeld weitverbreitete – MATLAB-Produktfamilie zum Einsatz.

4.  Gliederung der Vorlesung

1. Grundlagen der Qualitätssicherung
   • Überblick und Einordnung
   • Definition Qualität
   • Klassifikation von Produktionsprozessen
   • Operationsanalytisches Modell
   • Klassifikation von Prozessgrößen
   • Anforderungen an und Einflüsse auf die Qualität in Fertigungsprozessen
   • Qualitätsregelkreis
2. Beschreibung von Signalen und (deterministischen) Prozessen
   • Definition und Eigenschaften von Signalen
   • Testsignale
   • Definition und Eigenschaften von Systemen
   • LTI-(Grund-)Systeme
   • Faltung
   • Laplace-Transformation
   • z-Transformation
   • Übertragungsfunktion
   • Stabilität
   • Pol-Nullstellen-Plan
   • Prozessidentifikation
3. Beeinflussung deterministischer Systeme
   • Steuerung
   • Regelung
   • Anforderungen und Gütekriterien
   • Reglerentwurf
   • zeitdiskreter Regelkreis
   • Wahl der Abtastrate
   • Einstellregeln
   • Regleroptimierung
   • Advanced Process Control (APC)
4. Grundlagen der Stochastik
   • Zufallsgröße
   • Wahrscheinlichkeitsverteilungen und deren Beschreibung
   • Stichprobennahme
   • statistische Maßzahlen
   • statistische Schätzmethoden und Tests
5. Bewertung und Beeinflussung stochastischer Systeme
   • Statistical Process Control (SPC)
   • Qualitätsregelkarten
   • Regelung stochastischer Systeme

5.  Vorlesungsmaterialien

• Kommentierte Formelsammlung (PDF)
• Weitere Materialien werden im Laufe des Semesters zur Verfügung gestellt.

6.  Übungsmaterialien

• Übung 1 (PDF; 14.10.2010)
• Übung 2 (PDF; 21.10.2010)
  • zur Wiederholung: Folien zur 1. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • zur Wiederholung: Folien zur 2. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • zur Wiederholung: Skript siehe Webseite zur Lehrveranstaltung "Systemorientierte Informatik / Hardware Software-Codesign"
• Übung 3 (PDF; 27.10.—28.10.2010)
  • zur Wiederholung: Folien zur 1. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • zur Wiederholung: Folien zur 3. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • zur Wiederholung: Skript siehe Webseite zur Lehrveranstaltung "Systemorientierte Informatik / Hardware Software-Codesign"
• Übung 4 (PDF; 28.10.—04.11.2010)
  • zur Wiederholung: Folien zur 3. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
• Übung 5 (PDF; 04.11.—10.11.2010)
  • zur Wiederholung: Folien zur 3. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • Signalverläufe der Gewichtsfunktionen aus Aufgabe 10 (PDF)
  • Bedienungsanleitung zum Zugriff auf die MATLAB-Produktfamilie (PDF; vom Praktikum und Komplexpraktikum Technische Informationssysteme übernommen)
  • Weitere Informationen zu MATLAB, Simulink und MuPAD finden Sie in der Literaturliste.
  • MuPAD-Notebook zu Aufgabe 10 (MN, PDF)
• Übung 6 (PDF; 11.11.—24.11.2010)
  • zur Wiederholung: Folien zur 5. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • Simulink-Modell zu Aufgabe 14 (MDL, PDF)
  • MATLAB-Skript zu Aufgabe 15 (a) und (b) (M, PDF)
  • MuPAD-Notebook zu Aufgabe 15 (c) (MN, PDF)
• Übung 7 (PDF; 02.12.2010)
  • zur Wiederholung: Folien zur 5. Co-Vorlesung "Prozesssteuerung" (PDF)
  • Simulink-Modell zu numerischen Abweichungen äquivalenter Darstellungen (MDL, PDF)
  • Simulink-Modell zu Aufgabe 16 (MDL, PDF)
  • MATLAB-Skript zu Aufgabe 16 (M, PDF)
  • Simulink-Modell zu Aufgabe 17 (MDL, PDF)
  • MATLAB-Skript zu Aufgabe 17 (M, PDF)
• Übung 8 (PDF; 09.12.—16.12.2010)
• Übung 9 (PDF; 16.12.—22.12.2010)
  • Simulink-Modell zu Aufgabe 23 (MDL, PDF)
  • Simulink-Modell zu Aufgabe 24 (MDL, PDF)
  • MuPAD-Notebook zu Aufgabe 24 (d) (MN, PDF)
• Übung 10 (PDF; 22.12.2010—06.01.2011)
  • MuPAD-Notebook zu Aufgabe 25 (MN, PDF)
• Ein Ausdruck "2 auf 1" der Übungsblätter wird empfohlen.

7.  Literatur

7.1.  Allgemeine Hinweise

• Die Reihenfolge der Literaturstellen spiegelt deren Relevanz für die Lehrveranstaltung wider. Weiter hinten aufgeführte Literaturstellen sind daher eher als Ergänzungsliteratur anzusehen.
• Weitere Literaturstellen finden Sie in der kommentierten Formelsammlung zur Lehrveranstaltung unter Vorlesungsmaterialien.

7.2.  Automatisierungs- und Regelungstechnik

• [MSF09] Mann, H. ; Schiffelgen, H. ; Froriep, R.: Einführung in die Regelungstechnik: analoge und digitale Regelung, Fuzzy-Regler, Regler-Realisierung, Software. 11., neu bearb. Aufl. München : Hanser, 2009. – ISBN 978–3–446–41765–6
  • Webseite zum Buch
• [Lun10a] Lunze, J.: Regelungstechnik. Bd. 1, Systemtheoretische Grundlagen, Analyse und Entwurf einschleifiger Regelungen. 8., neu bearb. Aufl. Berlin ; Heidelberg [u.a.] : Springer, 2010. – ISBN 978–3–642–13807–2
  • Webseite zum Buch
  • Abbildungen aus dem Buch
• [LW10] Lutz, H. ; Wendt, W.: Taschenbuch der Regelungstechnik : mit MATLAB und Simulink. 8., erg. Aufl. Frankfurt am Main : Harri Deutsch, 2010. – ISBN 978–3–8171–1807–6
  • Webseite zum Buch
• [Lun10b] Lunze, J.: Regelungstechnik. Bd. 2, Mehrgrößensysteme, digitale Regelung. 6., neu bearb. Aufl. Berlin ; Heidelberg [u.a] : Springer, 2010. – ISBN 978–3–642–10197–7
  • Webseite zum Buch
  • Abbildungen aus dem Buch
• [Rei06] Reinschke, K.: Lineare Regelungs- und Steuerungstheorie: Modellierung von Regelstrecken, robuste Stabilität und Entwurf robuster Regler, Trajektoriensteuerung mit Folgeregelung, polynomiale Beschreibung von MIMO-Systemen, Zeitdiskrete und Abtastregelkreise. Berlin ; Heidelberg [u.a.] : Springer, 2006. – ISBN 978–3–540–21886–9

7.3.  Stochastik und Qualität

• [Sto07] Storm, R.: Wahrscheinlichkeitsrechnung, mathematische Statistik und statistische Qualitätskontrolle. 12. Aufl. München : Fachbuchverl. Leipzig im Carl Hanser Verl. 2007. - ISBN 978-3-446-40906-4
• [RM95] Rinne, H. ; Mittag, H.-J.: Statistische Methoden der Qualitätssicherung. 3., überarb. Aufl. München ; Wien : Hanser, 1995. - ISBN 3-446-18006-0

7.4.  Normen

• Alle Normen können Sie bei Zugriff aus dem TU-Netz im Volltext betrachten, siehe auch die Informationsseite zur wissenschaftlichen Recherche.
• Normenfamilie DIN EN ISO 9000 ff. (Qualitätsmanagement)
• Norm DIN IEC 60050-351 (Internationales Elektrotechnisches Wörterbuch - Teil 351: Leittechnik)
• Normenfamilie DIN 55350 (Begriffe der Qualitätssicherung und Statistik)

7.5.  MATLAB-Produktfamilie

• MATLAB:
  • Produktbeschreibung
  • einführendes Webinar (deutschsprachiger Vortrag plus Vorführung; Angabe einiger Daten notwendig)
  • Dokumentation
• Simulink:
  • Produktbeschreibung
  • einführendes Webinar (deutschsprachiger Vortrag plus Vorführung; Angabe einiger Daten notwendig)
  • einführendes Webinar (englischsprachiger Vortrag plus Vorführung; Angabe einiger Daten notwendig)
  • Dokumentation
• Control System Toolbox:
  • Produktbeschreibung
  • "Interactive Control Systems Tutorial" (englischsprachiges Schritt-für-Schritt-Schulungsmaterial als Video)
  • "User's Guide" (englischsprachiges Handbuch)
  • Dokumentation
• Simulink Control Design:
  • Produktbeschreibung
  • einführendes Webinar (englischsprachiger Vortrag plus Vorführung; Angabe einiger Daten notwendig)
  • "User's Guide" (englischsprachiges Handbuch)
  • Dokumentation
• MuPAD:
  • Produktbeschreibung (MuPAD ist Teil der Symbolic Math Toolbox)
  • einführendes Webinar (deutschsprachiger Vortrag plus Vorführung; Angabe einiger Daten notwendig)
  • "Tutorial" (englischsprachiges Handbuch)
  • Dokumentation