Maschinenmodells

Maschinenmodell bezeichnet eine vereinfachte Darstellung einer realen Maschine, die dazu dient, ihr Verhalten, ihre Leistung oder ihre Interaktion mit anderen Systemen zu analysieren, zu simulieren und zu optimieren. Modelle ermöglichen es, Entwürfe zu prüfen, Steuerungsstrategien zu entwerfen und Wartungsprozesse zu planen, ohne teure oder risikoreiche Experimente am echten System durchführen zu müssen. Im Plural heißt der Begriff Maschinenmodelle; der Genitiv Singular lautet des Maschinenmodells.

Modelle lassen sich grob in physische Modelle, mathematische Modelle und rechnergestützte Modelle unterteilen. Physische Modelle verwenden Skalen- oder Analogieformen; mathematische Modelle beschreiben Beziehungen über Gleichungen, oft Differentialgleichungen. Rechnergestützte Modelle setzen diese Gleichungen in Computersimulationen um. Hybride Modelle kombinieren physikalische Gesetze mit datengetriebenen Ansätzen.

Der Aufbau umfasst Zustandsgrößen, Parameter, Eingänge und Ausgänge; die Wirkbeziehungen werden durch Gleichungen oder Datenstrukturen festgelegt. Validierung erfolgt durch Vergleich mit Experimenten oder Realzeitdaten; Parameter werden kalibriert, Verifikation und Sensitivitätsanalysen prüfen die Robustheit.

Anwendungen finden sich in der Produktentwicklung, Prozessoptimierung, Regelungstechnik, vorausschauender Wartung und Betriebs- sowie Sicherheitsanalysen. Typische Einsatzfelder liegen in der Fertigung, Robotik, Automotive, Luft- und Raumfahrt sowie Energiesystemen.

Historisch stammen Maschinenmodelle aus der klassischen Mechanik, der Systemtheorie und der Simulation. Mit wachsender Rechenleistung, Sensorik und Datenverfügbarkeit kamen computergestützte Simulationen und digitale Zwillinge hinzu.

Siehe auch: Digitaler Zwilling, Simulation, Systemtheorie, Regelungstechnik.

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