Pflichtmodule
Die Pflichtmodule sind verbindlich und müssen im Verlauf des Studiums absolviert werden. Viele dieser Module finden in den ersten beiden Semestern statt, um die grundlegenden Kompetenzen des Studiengangs zu vermitteln.
Pflichtmodule im Wintersemester
In diesem Modul wird das Verständnis und die Berechnung einfacher physikalischer Vorgänge vermittelt. Das Aufstellen verschiedener physikalischer Bilanzen (Kräfte-, Momenten-, Impuls- und Energiebilanzen) wird erlernt. Damit können einfache Probleme aus dem Ingenieurbereich gelöst werden. Weiterhin wird das Planen, Durchführen und Auswerten einfacher physikalischer Experimente behandelt.
In diesem Modul werden grundlegende mathematische Verfahren und Methoden gelehrt, die im Ingenieurwesen in vielfältiger Weise genutzt und gebraucht werden. Dabei werden alle Themengebiete abgedeckt, um die in den höheren Semestern benötigten Techniken anzuwenden. Dies umfasst ein umfangreiches mathematisches Repertoir an Lösungsansätzen für die unterschiedlichsten anwendungsbezogenen und praxisrelevanten Problemstellungen. Die Module für Mathematik erstreckt sich über drei Semester.
Modulbeschreibung Mathematik 1
- Die Studierenden kennen die Grundprinzipien der Erstellung sequentieller Programme: Verzweigungen, Schleifen, Unterprogramme, weseentliche grundlegende Datentypen und einfache Datenaggregate
- Die Programmiersprache C ist in ihren wesentlichen Elementen bekannt und kann praktisch angewendet werden.
In der Statik starrer Körper geht es nach Behandlung der mechanischen Grundlagen insbesondere um die Ermittlung von Reaktionskräften und -momenten, die an den Lagerstellen und im Innern von belasteten starren Bauteilen in Ruhe entstehen. Eine besondere Bedeutung kommt dem Freimachen von Bauteilen und der Anwendung der Gleichgewichtsbedingungen zu.
- Die Studierenden beherrschen sicher die physikalischen Grundbegriffe und kennen die wichtigsten elektrotechnischen Bauelemente.
- Sie haben ein elektrotechnisches Grundlagenwissen und verfügen über grundlegende Methodenkompetenzen im Bereich der Gleich- und Wechselstromtechnik.
- Sie kennen die grundlegenden Phänomene, die Gesetzmäßigkeiten und die wichtigsten technischen Begriffe.
- Darüber hinaus beherrschen Sie die wichtigsten Methoden zur Berechnung von linearen Netzwerken, wie Zweig- und Maschenstromverfahren, Ersatzquellenverfahren sowie Netzwerkumrechnung.
- Sie haben grundlegende Kenntnisse zur Bestimmung elektrostatischer und elektromagnetischer Felder.
- Sie beherrschen Methoden zur Analyse von linearen Netzwerken, wie Ortskurvendarstellung, Zeigerdiagramm, Ersatzquellen- und Netzwerkverfahren sowie Leistungsberechnung und Blindstromkompensation.
- SIe haben die Befähigung, Drehstromsysteme zu analysieren.
- Die Studierenden sind in der Lage, einfache Probleme aus dem Bereich der Gleich- und Wechselstromtechnik zu lösen, sich das nötige Hintergrundwissen unter Zuhilfenahme der Fachliteratur anzueignen und vor einer größeren Gruppe vorzutragen.
- Sie beherrschen die Grundlagen der Wechselstromtechnik sowohl im Zeitbereich als auch im Komplexen
- Sie sind vertraut mit einfachen Schaltvorgängen.
Die Studierenden beherrschen die Grundlagen der Aktortechnik für den Einsatz in mechatronischen Systemen.
Sie sind in der Lage, verschiedene elektromagnetische Aktoren (EMA) mit ihrer Funktion im mechatronischen Gesamtsystem einzuordnen.
Sie haben ein Verständnis für die Grundlagen des Magnetismus, einerseits in Form von Permanentmagneten, andererseits von Elektromagneten.
Sie können die relevanten Größen des magnetischen Kreises bestimmen, sowohl ohne, als auch mit Permanentmagnet im Magnetkreis.
Sie lernen die wichtigsten magnetischen Werkstoffe für verschiedene Anwendungen sowie deren Eigenschaften kennen und entwickeln darüber hinaus ein Verständnis für ökologische Aspekte bei Förderung und Herstellung.
Sie sind eingeführt in die Berechnung von Kräften und Drehmomenten in elektromagnetischen Systemen.
Sie kennen die relevantesten elektrischen Maschinentypen und verstehen wie ein magnetisches Drehfeld erzeugt wird.
Sie sind mit der Spezifikation elektrischer Antriebe vertraut und sind in der Lage das Typenschild eines Elektromototrs abzulesen.
Sie lernen speziellere EMA kennen, einerseits nach Anwendung (Bsp.: Hochdrehzahlantriebe) und andererseits nach Wirkprinzip (Bsp.: Magnetostriktive Aktoren).
Die Studierenden sind am Ende des Moduls in der Lage:
- Das zentrale Berechnungs- und Simulationstool Matlab verwenden zu können.
- Grundlegende Befehle dieses Tool anzuwenden.
- Einfache technische Fragestellungen in eine simulationsgeeignete und strukturierte Beschreibung umzusetzen und zu lösen.
- Die Auswahl des geeignetsten numerischen Löser rechtzufertigen.
- Die Grundlagen der Signalaufbereitung zu beherrschen
- Angepasste und aussagekräftige Ergebnisaufbereitung darzustellen.
- Grenzen der Simulation zu analysieren.
- Die symbolische Lösung von Gleichungen (Symbolic Toolbox) darzustellen.
- Kenntnis über nichtkommerzielle Software-Pakete und deren Eigenschaften zu haben.
Die Studierenden kennen die Grundbausteine mechatronischer Systeme und haben ein Verständnis für das Zusammenspiel in einem Gesamtsystem. Sie können die Struktur mechatronischer Systeme beschreiben und basierend darauf Designentscheidungen hinsichtlich Aktorik, Sensorik und Informationsverarbeitung/Regelung treffen bzw. validieren/verifizieren.
Pflichtmodule im Sommersemester
In diesem Modul wird der Aufbau von Atomen und deren Bindungsarten vertieft, sowie deren Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften. Es werden Kristallstrukturen, Kristallbaufehler und deren Entwicklung besprochen. Die Bedeutung der Legierungszusammensetzung wird anhand von Phasendiagrammen erläutert. Die Relevanz von ausgewallten Werkstoffprüfverfahren wird in der Vorlesung vorgestellt und im Rahmen der Laborveranstaltung weiter vertieft.
Die Studierenden entwickeln die Fähigkeit, Bauteile räumlich in einem 3D-CAD-System auf Basis technischer Zeichnungen zu erstellen. Das räumlich gewonnene Verständnis kann in die CAD-systemspezifischen Arbeitstechniken zur Modellierung umgesetzt werden. Die Basistechniken der Handhabung eines CAD-Systems werden in der Teile- und Baugruppenmodellierung, bei der Erzeugung technischer Zeichnungen sowie bei der Anwendung der Methoden der modellbasierten Definition erlernt.
Darüber hinaus können die Studierenden Skizzen und Zeichnungen als Basis der technischen Kommunikation lesen, verstehen und erstellen. Sie erkennen die Funktionen von Flächen, Formelementen, Bauteilen und Baugruppen aus der Bemaßung, der Oberflächenbeschaffenheit, der Wärmebehandlung, der Beschichtung, den Toleranzen von Maß, Form und Lage und den Passungen.
Die Studierenden erarbeiten sich in der ebenen Dynamik starrer Körper aktiv die Anwendungskompetenzen,
- die wesentlichen Begriffe, Grundgesetze und Aussagen zu kennen,
- Ort-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvektoren von Körperpunkten in geeigneten Koordinaten formulieren zu können und die jeweils fehlenden Größen berechnen zu können,
- die ebene Bewegung starrer Körper mathematisch beschreiben zu können,
- eine Modellbildung ("vom Realsystem zum Modell") im Rahmen der behandelten Idealisierungen vornehmen zu können,
- das Schnittprinzip auf Modelle anwenden und die dazugehörigen Freikörperbilder mit den gesuchten Größen zeichnen zu können,
- trockene Reibung zwischen festen Körpern berücksichtigen zu können,
- kinematische Bindungen formulieren zu können,
- die Bewegungsgleichungen von Massenpunkten, starren Körpern und starr / elastisch gekoppelten Systemen aus Massenpunkten / starren Körpern mithilfe von Impuls-/Schwerpunktsatz und Drallsatz und nach dem Prinzip von D'Alembert aufstellen zu können,
- den Arbeits- und den Energiesatz für Massenpunkte, starre Körper und starr / elastisch gekoppelte Systeme aus Massenpunkten / starren Körpern anwenden zu können,
- Impuls-/Schwerpunktsatz und Drallsatz in integraler Form auf Stoßvorgänge von Massenpunkten / starren Körpern anwenden zu können,
- Translatorische und rotatorische Ein-Freiheitsgrad-Schwingungen zu erkennen und die Schwingungsgleichung ermitteln - ggf. linearisieren - und lösen zu können.
Einführend werden die Aufgabengebiete des Technischen Messens, die Grundlagen der Messtechnik und die elektrische Messkette vorgestellt. Es folgen Betrachtungen über Messgenauigkeit und Messfehler. Sensoren verschiedenster Art und die Weiterverarbeitung analoger und digitaler Messsignale bilden das Zentrum der Vorlesung. Messmethoden mittels Laser schließen die Vorlesung.
- Die Studierenden sind mit Aufbau und Funktionsweise einfacher Mikrocontroller vertraut.
- Die Abarbeitung von Maschinenbefehlen in Schaltnetzen (Register-Transfer-Ebene) sowie durch Micro-/Nanoprogrammierung kann nachvollzogen werden.
- Die Prinzipien der Anbindung von Peripherie (z.B. Caches, Hauptspeicher, Festspeicher über interne und externe Busse bzw.serielle und parallele Schnittstellen) sowie die Funktionweise von Timern, PWM, Analog-Digitalwandlern sind bekannt und können programmiert werden.
- Die Problematik der Realzeitprogrammierung (Zeitschranken und deren Einhaltung und der Einfluss des Betriebssystems) sind bekannt und können ihm Rahmen von multi-tasking Routinen gemischt mit interrupt-gesteuerten Routinen in lauffähigen Anwendungen umgesetzt werden.
- Durch das eigenständige Bearbeiten von Programmieraufgaben wird der eigene Wissensstand von den Studierenden selbst erkannt; an noch bestehenden Lücken/Verständnisschwierigkeiten kann gezielt gearbeitet werden. Hierbei werden die Studierenden durch den Betreuer des Labors unterstützt.
Die Studierenden
- können den Aufbau typischer Industrieroboter beschreiben;
- kennen die grundlegenden mathematischen Methoden und Prinzipien und nutzen diese zur Auslegung und Berechnung von Roboterkinematiken;
- können die Zusammenhänge zwischen Gelenk- und Endeffektorkoordinaten angeben und nutzen diese bei der Umsetzung grundlegender Methoden zur Bahn- und Trakjektorienplanung.
Die Studierenden sollen folgende Kompetenzen erwerben:
- stationäres und transientes Verhalten von kontinuierlichen Regelkreisen im Frequenzbereich zu analysieren,
- für einfache Regelstrecken kontinuierliche Regler mittels empirischer Einstellregeln und Frequenzkennlinien zu entwerfen,
- für einfache Regelstrecken zeitdiskrete Regler auf quasikontinuierlichem Wege zu entwerfen,
- kontinuierliche lineare dynamische Systeme im Zustandsraum darzustellen.
Die Studierenden sind am Ende des Moduls in der Lage:
- Das zentrale Simulationstool Simulink zu verwenden.
- Die Struktur und die grundlegenden Befehle des Basis-Programms anzuwenden, ebenso die Kopplung zwischen Matlab und Simulink.
- Einfache technische Fragestellungen in eine simulationsgeeignete und strukturierte Beschreibung umzusetzen und lösen zu können.
- Die dem Anwendungsfall geeignetste Simulationsart abzuleiten.
- Mischformen der Modelle darzustellen.
- Angepasste und aussagekräftige Ergebnisaufbereitung aufzusetzen.
- Die Simulationsergebnisse zu validierenund bewerten.
- Grenzen der Simulation kennen zu lernen.
- Kenntnis über nichtkommerzielle Software-Pakete und deren Eigenschaften zu haben
Modulbeschreibung Modell Based Development of Mechatronic Systems
Die Studierenden sind am Ende des Moduls in der Lage:
- einen Software-Entwicklungsprozess (z.B. V-Modell) für Algorithmen und Simulationsmodelle darzustellen
- den notwendigen Detaillierungs-Grad dem Prozessschritt entsprechend festlegen zu können
- Requirements-Management anzuwenden
- die Methoden auf das System-Engineering umzusetzen
- sicherheitskritische (Teil-) Systeme zu identifizieren und die notwendigen Massnahmen dazu abzuleiten
- die verschiedenen Tools zum Validieren und Verifizieren aus Matlab/Simulink anzuwenden
- schrittweise anhand eines Beispiels die Entwicklungskette umzusetzen
Modulbeschreibung Verifizieren und Validieren / System-Engineering