Die vierte industrielle Revolution wird auch das Konzept der Qualitätsregelkreise in produzierenden Unternehmen nachhaltig verändern. Selbstoptimierung ist dabei eine mögliche Art der Ausgestaltung dieser flexibel vernetzten autonomen Produktionssysteme. Im Rahmen der Umsetzung der Industrie 4.0 gilt es unter anderem die Frage nach der Betriebssicherheit („Safety“) zu beantworten. Einen wesentlichen Bestandteil dieser stellt die Funktionszuverlässigkeit dar. Die vorliegende Arbeit widmete sich daher der Frage, ob die Funktionszuverlässigkeit technischer selbstoptimierender Systeme zur Regelung von Produktionsprozessen gewährleistet werden kann. Sie unterliegen aufgrund ihrer Zusammensetzung den verschiedenen Zuverlässigkeitsbegriffen aus Regelungstechnik, Software, physikalischen Systemen sowie der Künstlichen Intelligenz. Keine der Einzeldisziplinen ist in der Lage, diese Frage allein zu beantworten.

Über ein funktionales sowie ein strukturelle Modell selbstoptimierender Systeme wird unter Adaption bestehender Vorgehensweisen aus der Mechatronik eine Vorgehensweise für ebendiese Analyse abgeleitet. Die zentrale Komponente bildet hierbei ein Fehlerbaum der durch die logische Verknüpfung von Fehlerfällen später auch eine Quantifizierung der Gesamtaussage erlaubt. Durch den Fehlerbaum werden verschiedene Versagensmodi identifiziert, einzelnen Systemteilen zugeordnet und in Wirkzusammenhängen dargestellt.

Danach erfolgt eine Betrachtung der Funktionsweisen und Zuverlässigkeit der wesentlichen Subkomponenten des selbstoptimierenden Systems, dem Optimierungs-, Modellierungs-, sowie Koordinationsmodul. Anschließend werden Möglichkeiten zur Erhöhung der Funktionszuverlässigkeit abgeleitet. Für die Gestaltung des Gesamtsystems erfolgt zunächst eine Betrachtung der Anwendung von Redundanz sowie des Einsatzes von Überwachungssystemen, danach eine Darlegung von Gestaltungshinweisen für die wesentlichen Subkomponenten.

Die Verifikation und Validierung der wesentlichen Annahmen erfolgt in einem zweigeteilten Vorgehen: Durch eine breite Analyse der bestehenden wissenschaftlichen Literatur werden zunächst die wesentlichen Annahmen des Modells sowie hinsichtlich der Modellierung des Verhaltens des Optimierungs- und Modellierungsmoduls verifiziert. Anschließend wird mit der Kraftregelung eines Drehprozesses ein Beispiel für eine Anwendung eines selbstoptimierenden Systems zur Regelung von Produktionsprozessen dargelegt.