Vorschubantriebe sind durch Wechselwirkungen zwischen Motor, mechanischen Übertragungselementen und Regelung gekennzeichnet. Die Auswahl der Komponenten wird durch spezielle Auslegungswerkzeuge unterstützt, die meist von den jeweiligen Herstellern bezogen werden können. Diese Werkzeuge haben allerdings keine oder nur sehr eingeschränkte Funktionen zur Simulation, sodass das Schwingungsverhalten nicht berücksichtigt werden kann. Darüber hinaus ist weder eine simultane Optimierung von Motor, Regelung und Mechanik noch eine applikationsspezifische Anpassung der Modelle möglich. Im Gegensatz dazu können mit heutiger Simulationssoftware nahezu beliebig detaillierte Modelle berechnet werden. Der Aufwand sowie die erforderliche Datenbasis und Expertise übersteigen jedoch meist die Möglichkeiten der Maschinenhersteller.

Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit eine Methodik vorgestellt, um den simulationsbasierten Entwurf von Vorschubantrieben zu vereinfachen. Der Lösungsansatz besteht darin, dass Objektorientierung zur Beherrschung der Modellkomplexität und mathematische Optimierungsmethoden zur schnelleren Exploration des Suchraums angewandt werden. Auf Basis der objektorientierten Modellierungssprache Modelica wird eine Bibliothek zur Modellierung von Vorschubantrieben vorgestellt. Die Modelle der Bibliothek lassen sich mit üblichen Herstellerangaben parametrieren und enthalten neben den verhaltensbestimmenden Gleichungen auch Ziel- und Grenzwerte der Komponenten. Die Modelle werden mit den Auslegungswerkzeugen der Hersteller sowie mit experimentellen Untersuchungen validiert. Mit NOMAD und DAKOTA werden zwei Optimierungsplattformen an die Simulation angebunden, um unterschiedliche Verfahren zur Bestimmung optimaler Komponenten und Parameter zu evaluieren.

Der Anwendungsfokus dieser Arbeit liegt auf den Vorschubantrieben von Werkzeugmaschinen. Die Lösungsansätze lassen sich aber direkt auf andere Auslegungsprobleme der Servoantriebstechnik und indirekt auch auf alle Fälle übertragen, in denen es gilt, durch die Auswahl von Systemparametern und Komponenten das mechatronische Verhalten zu optimieren. Diese Arbeit ist somit als Beitrag zu dem übergeordneten Ziel zu sehen, durch virtuell optimierte Modelle die Entwicklungszeit sowie die Anschaffungs- und Betriebskosten – für Servoantriebe im Speziellen und mechatronische Systeme im Allgemeinen – zu reduzieren und gleichzeitig deren Anforderungsgerechtheit sicherzustellen.