DE19852560A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Leitungssatz-Architektur für die Verknüpfung wenigstens zweier elektrischer Komponenten - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung einer Leitungssatz- Architektur für die Verknüpfung wenigstens zweier elektrischer Komponenten.

Stand der Technik

Leitungssatz-Architekturen dienen in den Bereichen von Maschinen und technischen Anlagen, Schaltschränken, Hausgeräten und Automobilbau sowie in weiteren Bran­ chen, in denen eine Vielzahl elektrischer Einzelkomponenten miteinander verbunden werden müssen, für die elektrische Signal- und Leistungsübertragung. Beispielswei­ se werden im Fahrzeugbau eine Vielzahl sogenannter Kabelbäume eingesetzt die die im Automobil vorgesehenen elektrischen Einzelkomponenten, wie beispielsweise Stromquelle und mit elektrischer Energie zu versorgenden Komponenten, miteinan­ der verbinden.

Zum Entwurf der zum Teil sehr kompliziert ausfallenden Leitungssätze dienen Ver­ bindungslisten, die bspw. durch Elektro-CAD-Systeme generiert werden und auf der Grundlage elektrotechnischer Auswertungen und Dokumentationen, die sich auf die Verknüpfung einzelner elektrischer Komponenten beziehen, basieren. So ist die Ar­ chitektur eines Leitungssatzes durch feste Funktionsvorgaben und starr konstruierte Schaltpläne vorgegeben. Die räumliche und elektrische Ausgestaltung einer Lei­ tungssatz-Architektur ist derzeit vorwiegend ein Resultat konstruktiver Vorgaben und Erfahrungen aus dem anschließenden Musterbau.

Insbesondere in der Automobilbranche werden derzeit bei der Erstellung von Lei­ tungssatz-Architekturen Informationen über den dreidimensionalen Einbau des Lei­ tungssatzes in ein Fahrzeug mittels Geometrie-CAD-Systemen in den Entwurfsablauf eingebunden.

In allen bekannten Fällen der Ermittlung einer produkt- und produktionsorientierten Leitungssatz-Architektur kann nur auf langjährige Erfahrungen zurückgegriffen wer­ den, um auf diese Weise eine möglichst ideale, an die Geometrie und elektrischen Verhältnisse der miteinander zu verbindenden Einzelkomponenten angepaßte Ver­ drahtungslösung zu erhalten. Derzeit existiert kein durchgängig automatisiertes Ver­ fahren zum flexiblen Entwurf von Leitungssatz-Architekturen, das die Funktionsvor­ gaben für den Leitungssatz selbst unter Berücksichtigung produkt- und produktion­ stechnischer Kriterien in eine optimierte Leitungssatz-Architektur umsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Lei­ tungssatz-Architektur für die Verknüpfung wenigstens zweier elektrischer Kompo­ nenten anzugeben, das automatisch zu einer optimierten Leitungssatzlösung führt. Insbesondere soll es möglich sein, Leitungssatz-Architekturen mit beliebiger Kom­ plexität bei größter Variantenflexibilität unter Vorgabe des elektrischen Schalt- und Funktionsplanes, Randbedingungen, die das Produkt betreffen, in dem der Leitungs- Satz zu integrieren ist, sowie unter Vorgabe von Aspekten, die die Produktionstechnik bzw. Montage zur Herstellung des Leitungssatzes betreffen, zu optimieren.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft ausbildende Merkmale sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren entspricht einem automatisch ablaufenden Opti­ mierungsverfahren zur Erstellung einer Leitungssatz-Architektur, das sich erfin­ dungsgemäß genetischer Evolutionsalgorithmen bedient.

Genauere Angaben zu der Theorie über genetische Evolutionsalgorithmen sowie deren Grundlagen sind Inhalt des Buches "Genetische Algorithmen und Evolutions­ strategien" von Schöneburg, Addison-Wesley GmbH, 1. Auflage 1994.

So stellt die Evolution im Grunde genommen ein im technischen Sinne ablaufendes Optimierungsverfahren dar, das einem Suchprozeß entspricht, der mit den Mitteln der Mutation sowie Crossover-Schritten (Rekombination) immer wieder neue Gene­ rationen schafft, die im Wege der Selektion hinsichtlich ihrer Tauglichkeit überprüft werden. Dieser, einer ständigen Überprüfung unterliegende Suchprozeß erfolgt von Generation zu Generation in iterativen Schritten bis unter Vorgabe von Mindestan­ forderungen eine Lösung gefunden wird.

Diese, aus der Evolutionstheorie entliehene Prozeßabfolge macht sich das erfin­ dungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Leitungssatz-Architektur in folgender Weise zunutze:
Zur Verbindung mindestens zweier elektrischer Komponenten, die über eine Vielzahl von Anschlußkontakten verfügen und getrennt voneinander im Raum angeordnet sind, sind folgende Vorgaben für den Optimierungsablauf zu machen:
Zum einen ist anzugeben, wie die elektrische Verschaltungslogik zur elektrischen Verbindung aller einzelner elektrischer Komponenten ausgebildet ist. Der Funktionsumfang einer diesbezüglichen Verschaltungslogik kann vorzugsweise aus einem Elektro-CAD-System erhalten werden.

Überdies ist eine Information über die räumliche Anordnung der einzelnen zu ver­ schaltenden elektrischen Komponenten zueinander erforderlich, die beispielsweise aus einem Geometrie-CAD-System zur Verfügung gestellt werden. Ferner sind ne­ ben den bloßen Koordinatenvorgaben für die räumliche Anordnung der einzelnen elektrischen Komponenten auch beschränkende räumliche Angaben zu machen, die die Geometrie des Produktes angeben, in dem die elektrischen Komponenten vorge­ sehen sind und in dem die Leitungssatz-Architektur einzuarbeiten ist. So sind bei­ spielsweise im Automobilbau durch die Konstruktion der Karosserie vorgegebene Verlegekanäle vorgesehen, entlang derer die Verbindungsleitungen zwischen den miteinander zu verbindenden elektrischen Komponenten verlaufen müssen.

Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, genaue Angaben über eine möglichst optimale Leitungssatz-Architektur zu erhalten, mit der die vorgegebenen elektrischen Komponenten miteinander zu verbinden sind. Zur elektrischen Verbindung der Kom­ ponenten dienen-zum einen Teilleitungssätze, die aus einzelnen oder aus einer Viel­ zahl zusammengesetzter elektrischer Leitungen bestehen, und zum anderen aus sogenannten Verknüpfungsmodulen, die elektrische Verschaltungseinheiten darstel­ len, über die die Teilleitungssätze miteinander elektrisch verbindbar sind. Verknüp­ fungsmodule weisen ähnlich wie die elektrischen Komponenten Eingangs- und Aus­ gangskanäle auf, die im Inneren über eine bestimmte Verschaltungslogik miteinander verbunden sind.

Zur Bestimmung einer Leitungssatz-Architektur für ein konkretes technisches Ziel­ produkt, beispielsweise der Kabelbaumaufbau eines Automobils, werden Ausgangs­ variablen gewählt, deren Werte im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu optimieren sind. So werden zum einen Variablen über Art, Anzahl und Anordnung von Verknüpfungsmodulen definiert, die in geeigneter Weise in der optimierten Lei­ tungssatz-Architektur zu verwenden sind. Typischerweise werden Standardverknüp­ fungsmodule, die aus sogenannten Ausgangs-Verknüpfungsmodulklassen zufällig ausgewählt werden und über eine bestimmt vorgegebene Anzahl von Ein- und Aus­ gangskontakten mit einer entsprechenden inneren Verschaltung verfügen, verwen­ det. Die Ausgangs-Verknüpfungsmodulklassen enthalten beispielsweise Standard- Verknüpfungsmodule mit 2, 3, 4 etc. Ein- und Ausgangskontakten, die über eine be­ stimmte innere Verschaltung verfügen. Je nach Komplexität der sich stellenden Auf­ gabe bei der Verdrahtung des Zielproduktes werden geeignete Standard- Verknüpfungsmodule ausgewählt. Neben der Art derartiger Verknüpfungsmodule werden ebenso Variablen über die Anzahl sowie deren geometrische Anordnung und Lage im Raum bezüglich der Verknüpfungsmodule angegeben.

Ebenso werden Ausgangsvariablen bezüglich der Verlegewege von Leitungen und damit die dadurch entstehenden Teilleitungssätze definiert.

Unter Maßgabe der vorstehend beschriebenen Rahmenbedingungen bezüglich der Vorgabe der elektrischen Verschaltungslogik sowie beschränkende Angaben hin­ sichtlich räumlicher Anordnung der einzeln zu verschaltenden elektrischen Kompo­ nenten sowie die Raumgeometrie beschränkende Verlegekanäle für entsprechende Teilleitungssätze werden erfindungsgemäß die vorgegebenen Variablen, die die Art, Anzahl und Anordnung von Verknüpfungsmodulen sowie die Art, Anzahl und Anord­ nung von Teilleitungssätzen beschreiben, mittels genetischer Evolutionsalgorithmen optimiert.

Die Optimierungsaufgabe bedient der speziellen Verfahren genetischer Algorithmen, wie sie aus dem vorstehend zitierten Buch von Schöneburg im einzelnen beschrie­ ben sind. Eine wesentliche Eigenschaft dieser Verfahren ist, daß die vorstehend be­ schriebenen realen Optimierungs- oder auch Entscheidungsvariablen zu einem Lö­ sungsvektor im Rahmen einer Kodierung zusammengefaßt werden, wobei jede Aus­ prägung dieses Vektors, d. h. jede denkbare Variablenvariation, als Individuum einer Population bezeichnet wird, die ihrerseits eine mehr oder minder gute Lösung eines Optimierungsproblems darstellt.

Die Kodierung der einzelnen Optimierungsvariablen (Art, Anzahl und Anordnung von Verknüpfungsmodulen sowie Verlegewegen), die den Leitungssatz und seine Archi­ tektur charakterisieren, entspricht einer Transformation der realen Parameter in ei­ nen abstrakten, binären Optimierungsraum, in dem genetische Evolutionsalgorith­ men auf den Lösungsvektor anwendbar sind.

Das genetische Entwurfsverfahren für Leitungssatz-Architekturen generiert innerhalb der vorgegebenen Randbedingungen über die Mechanismen der evolutionären Ent­ wicklung Lösungen des Optimierungsproblems. Mit den Mitteln von Mutation und Crossover-Schritten (Rekombination) werden Abwandlungen an den in den Optimie­ rungsraum transformierten Ausgangsvariablen geschaffen, so daß eine weiterent­ wickelte Generation entsteht, die im Wege der Selektion auf ihre Tauglichkeit über­ prüft wird. Durch gezielte Selektion einzelner Individuen einer Generation beim Übergang von einer zur nächsten Generation wird eine Konvergenz an ein Optimum erreicht. Für diese Selektion wird die in der evolutionären Entwicklung eingeführte Güte- bzw. Qualitätsfunktion herangezogen, die eine Überprüfung der Tauglichkeit des Lösungsvektors hinsichtlich bestimmter Kriterien vornimmt. Die Qualitätsfunktion bewertet unter anderem Kriterien aus folgenden Bereichen:

• - Materialeinsatz,
• - Art und Anzahl von Teilmodulen des Leitungssatzes,
• - Aufwand für die Realisierung der Verknüpfungsmodule,
• - Aufwand für die Realisierung der Teilleitungssätze und
• - Art und Anzahl von Kontaktstellen.

Erreicht die Gütefunktion einen vorgegebenen Grenzwert oder wird eine vorgegebe­ ne Iterationsschrittanzahl überschritten, so wird das iterativ und automatisch ablau­ fende Verfahren abgebrochen und das auf diese Weise erreichte Individuum bzw. Lösungsvektor mit den besten Eigenschaften als optimale Lösung für das Optimie­ rungsproblem verwendet. Um jedoch den aufgefundenen optimalen Lösungsvektor interpretieren zu können, wird die aufgefundene Variablenvariation in die realen Va­ riablen der optimalen Leitungssatz-Architektur, bestehend aus Verknüpfungsmodulen und Teilleitungssätzen zurückübersetzt.

Diese optimale Gesamtlösung beinhaltet zudem auch die durch das Verfahren selbst definierten Verknüpfungsmodule und ihre optimierte innere Subarchitektur.

Mit den auf diese Weise erhaltenen Ergebniswerten der Variablen bezüglich Art, An­ zahl und Anordnung von Verknüpfungsmodulen und Teilleitungssätzen ist es mög­ lich, Leitungssätze mit Anlagen nach dem Stand der Technik zu produzieren. Zur Montage des kompletten Leitungssatzes werden je nach Montagestufe die Verknüp­ fungsmodule und die Teilleitungssätze sukzessive miteinander verbunden. Die End­ montage in das Zielprodukt kann in Form von Vormontagestufen oder als integrierter Gesamtleitungssatz mit automatischen Hilfsmitteln oder auch manuell erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsge­ dankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer elektrischen Verschaltungslogik zum Verbinden einzelner elektrischer Komponenten in einem Zielprodukt,

Fig. 2 schematische Darstellung eines Verknüpfungsmoduls mit optimierter Subarchitektur,

Fig. 3 schematische Darstellung von Teilleitungssätzen.

Fig. 4 schematische Darstellung einer optimierten Leitungssatz-Architektur mit Verknüpfungsmodule und Teilleitungssätzen,

Fig. 5 Blockbilddarstellung zur Erläuterung des Optimierungsverfahrens,

Fig. 6a, b Eingangsinformationen bezüglich einer elektrischen Verschaltungslogik und einer Vorgabe von Verlegewegen sowie

Fig. 7 a, b Beispiel einer Leitungssatz-Architektur

In Fig. 1 ist eine bestimmte Anordnung von elektrischen Komponenten K1 bis K6 ab­ gebildet, die nach dem vorgegebenen elektrischen Schaltplan miteinander verbun­ den werden sollen. Neben der Vorgabe der elektrischen Verschaltung stehen Infor­ mationen über die räumliche Anordnung der einzelnen elektrischen Komponenten K1 bis K6, die in der Fig. 1 lediglich in der Zeichenebene dargestellt sind, zur Verfü­ gung. Die Aufgabe besteht nun darin, die einzelnen elektrischen Komponenten K1 bis K6, die in einem beliebigen Zielprodukt integriert sind, wie beispielsweise ein Automobil, möglichst intelligent, d. h. kostensparend sowie optimiert nach weiteren Gesichtspunkten, wie beispielsweise Betriebssicherheit sowie nach technischen Funktionsgesichtspunkten etc., miteinander zu verbinden. Hierzu sollen Verknüp­ fungsmodule V verwendet werden, die als elektrische Koppelelemente zwischen ein­ zelnen Verlegewegen dienen. Ein mit einer optimierten Subarchitektur dargestelltes Verknüpfungsmodul V ist in Fig. 2 dargestellt, das über drei Steckerleisten S1, S2 und S3 verfügt, deren, in das Innere des Verknüpfungsmoduls hineinreichende Kon­ taktpins P mittels einer optimierten Subarchitektur miteinander verbunden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren generiert neben der erforderlichen Anzahl einzel­ ner Verknüpfungsmodule sowie deren räumliche Lage und Orientierung innerhalb des Zielproduktes ebenso auch den inneren Aufbau, d. h. die Subarchitektur des Ver­ knüpfungsmoduls, wie es beispielsweise in Fig. 2 in Alleinstellung gezeigt ist. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Ergebnis-Daten beinhalten somit genaue Angaben über die Ausgestaltung eines Verknüpfungsmoduls, daß in aller Regel als ebenes Verdrahtungsboard ausgelegt ist, dessen Subarchitektur vollauto­ matisch in einer Roboterzelle verdrahtet werden kann.

In Fig. 3 sind Beispiele für Teilleitungssätze dargestellt, die im oberen Beispiel eine vierpolige Verbindung zweier Steckerleisten S und im unteren Beispiel eine dreipoli­ ge Verbindung zweier Steckerleisten S bewirken. Nicht in der Fig. 3 dargestellt ist die Möglichkeit, daß beispielsweise ein oder zwei Leitungen, beispielsweise im obe­ ren Fall in der Mitte zwischen den beiden Steckern in eine andere Richtung abge­ zweigt werden können. Neben der Ausgestaltung über die Anzahl der Poligkeit von Teilleitungssätzen sowie deren räumlichen Verlauf innerhalb eines Zielproduktes umfassen die Angaben eines optimierten Lösungsvektors auch Stellen, an denen einzelne oder mehrere elektrische Leitungen innerhalb eines Teilleitungssatzes ab­ zweigen.

In Fig. 4 ist ein Lösungsbeispiel einer Leitungssatz-Architektur mit einem Verknüp­ fungsmodul V und jeweils zwei Teilleitungssätzen T1 und T2 dargestellt, die elektri­ sche Komponenten K1 und K2 verbinden.

Fig. 5 zeigt im einzelnen die hintereinander durchzuführenden Verfahrensschritte, die zum Erhalt einer optimierten Leitungssatz-Architektur notwendig sind.

Das Verfahren baut auf den Daten auf, die im Rahmen des Entwicklungsprozesses für Leitungssatz-Architekturen aus elektrotechnischen (E-) und Geometrischen bzw. mechanischen (M-) CAD-Systemen zur Verfügung stehen.

Dies ist zum einen eine aus dem E-CAD-System gewonnene Verbindungsliste bspw. in Form einer Verbindungsmatrix (siehe auch Fig. 6a), aus der hervorgeht, von wel­ chem Startpunkt bzw. von welchen Anschlußkontakt einer elektrischen Komponente bis zu welchem Zielpunkt, d. h. Anschlußkontakt einer zweiten elektrischen Kompo­ nente eine Verbindung realisiert werden soll. Die Verbindungsliste gilt als Auswer­ teergebnis der aus dem E-CAD-System stammenden Schaltplänen. Gemäß Beispiel in Fig. 5a weist der Startstecker sechs Anschlußkontakte (Pin 1-6) auf, die jeweils mit diesen zugeordneten Anschlußkontakten von Zielsteckern (1, 2, 3) zu verbinden sind. So ist beispielsweise der Anschlußkontakt 5 des Startsteckers mit dem An­ schlußkontakt 3 des Zielsteckers 3 zu verbinden.

Zum anderen geht aus dem M-CAD die Beschreibung aller möglichen Verlegewege für die Verbindungen zwischen den jeweiligen elektrischen Komponenten hervor. Ein derartiges Netzwerk ist in Fig. 6b dargestellt. Darin sind die geometrische Lage der Verlegekanäle (K1, K2, K3, . . ., K12), elektrischen Komponenten (Startstecker, Ziel­ stecker 1, 2, 3) sowie deren Vernetzung, bzw. deren Nachbarschaftsbeziehungen untereinander festgehalten. Das in Fig. 6b dargestellte Netzwerk entspricht den in der Verbindungsliste gemäß Fig. 6a vorgegebenen elektrischen Komponenten und deren gegenseitigen Verknüpfungen.

Zur Behandlung der Entwicklungsaufgabe für die Ermittlung eines optimierten Netz­ werkes mit genetischen Algorithmen ist nun die Bildung eines Entscheidungsvaria­ blenvektors erforderlich.

Der Entscheidungsvariablenvektor x wird grundsätzlich aus den Elementen für die Verbindungen und für die Verknüpfungsmodule gebildet. Die "Entscheidungs"- Variablen x_i charakterisieren die Freiheitsgrade des Verfahrens, innerhalb denen der genetische Algorithmus die Lösungsalternativen variieren kann und damit nach der optimalen Leitungssatz-Architektur suchen kann.

Im Beispiel gemäß den Vorgaben aus Fig. 5 a,b besteht dieser Vektor x demnach aus insgesamt 10 Elementen, 6 Elemente für die Verbindungen, 4 Elemente für die Verknüpfungsmodule an den Netzwerkverzweigungen.

x = (x₁, . . ., x₁₀)
x = (VB₁,VB₂, . . ., VB₆, VM₁, VM₂, . . ., VM₄).

Die Elemente VB_i sind Platzhalter für mögliche Verlegewege für die jeweilige Verbin­ dung i, die Elemente VM_j sind Platzhalter für die Belegung mit Verknüpfungsmodulen an den Verzweigungen.

Konkret werden diese Variablen folgendermaßen bestimmt:
VB_i kann nur solche Werte annehmen, welche gültige (d. h. im Sinne der Gra­ phentheorie kreisfreie) Verlegekanalkombinationen darstellen, um einen Startpunkt über das Netzwerk mit einem Zielpunkt zu verbinden. Für die Verbindung 1 (siehe Fig. 5a und b), d. h. eine Verbindung zwischen dem Startstecker Pin1 mit dem Ziel­ stecker 1 Pin1 ergeben sich folgende Kombinationen:

(0)K1, K2, K3
(1) K1, K4, K5, K7, K3
(2) K1, K8, K9, K10, K11, K7, K3
(3) K1, K8, K9, K10, K11, K5, K4, K2, K3.

Zur Ermittlung konkreter Verlegewege sowie der Bestimmung des Bedarfs an Ver­ knüpfungsmodulen werden genetische Algorithmen angewandt, die es erforderlich machen, daß der Entscheidungsvariablenvektor binär kodiert werden muß.

Aus Gründen der Transformation in den binären Wertebereich (für die Anwendung der genetischen Algorithmen) beginnt die Zählung bei Null. Das Element VB₁ des Entscheidungsvariablenvektors kann demnach die dezimalen Werte 0,1, 2 oder 3 bzw. die binären Werte 00, 01,10 oder 11 annehmen. Die Elemente VM_j können den Wert "0" für "kein VM gesetzt" oder den Wert "1" für "VM gesetzt" annehmen.

Bei Anwendung des genetischen Algorithmus' wird nun eine Population von binär kodierten Entscheidungsvariablenvektoren, sogenannten Duplikaten gebildet und mit willkürlichen, aus dem real möglichen Wertebereich stammenden, Anfangswerten initialisiert. Die entstehenden binären Vektoren heißen in der Fachsprache der evolu­ tionären Algorithmen "Individuen" und stellen im Verfahren Lösungsmöglichkeiten für die zu entwickelnde Leitungssatz-Architektur dar.

Innerhalb des Entwicklungsverfahrens werden diese Lösungsmöglichkeiten nun in jedem Iterationsschritt weiter entwickelt. Das heißt, durch die stochastisch arbeiten­ den Operatoren des genetischen Algorithmus' werden im Lösungsraum immer wie­ der neue Lösungen für die Verlegewege der Verbindungen und die Besetzung der Verzweigungen mit Verknüpfungsmodulen ausgesucht.

Dem genetischen Algorithmus kommt dabei die Aufgabe zu, diese Verlegewege so­ wie den Belegungsstatus der Verzweigungen quasi vorzuschlagen. Durch das "Set­ zen von Verknüpfungsmodulen werden gleichzeitig Stecker zur Kontaktierung der Leitungen mit den Verknüpfungsmodulen vorgesehen.

Die bei jedem Iterationsschritt neu ermittelten Lösungsalternativen mit ihren spezifi­ schen Verlegewegen und ihrer spezifischen Verknüpfungsmodulbelegung werden nun einer Strukturanalyse und Bewertung zugeführt. Mittels der Strukturanalyse im Verfahren wird die Zerlegung der so entstandenen Leitungssatz-Architektur des Ge­ samtleitungssatzes in Leitungssatzmodule durchgeführt. Dies geschieht im Verfahren so, daß alle Verbindungsstecker an den Verknüpfungsmodulen gelöst werden. Damit erhält man einfach strukturierte Leitungssatzmodule.

Die Bewertung der Architektur der Leitungssätze eines jeden Iterationsschrittes im Verfahren geschieht anhand einer Zielfunktion. Sie berücksichtigt sowohl pro­ duktspezifische Kriterien (Anzahl Bauteile und Anzahl Leitungssatzmodule) als auch produktionsspezifische Kriterien (Einordnung der Leitungssatzmodule in Komplexi­ tätsklassen, Anzahl der bei der Montage durchzuführenden Steckverbindungen zum Aufbau der gesamten Leitungssatzes aus dessen Modulen). Die Entwicklung von Leitungssatz-Architekturen beinhaltet die Optimierungsaufgabe, die Zielfunktion Z_LS, welche von den Entscheidungsvariablen x_LS abhängt, zu minimieren:

Min. Z_LS(x)=Z_LS(x₁,x₂, . . ., x_n) (1).

Diese Gleichung besagt, daß die Zielfunktionswerte für eine Lösungsalternative für die Leitungssatz-Architektur von der Wahl der Verlegewege für die Verbindungen und der Belegung der Verzweigungen mit Verknüpfungsmodulen abhängig ist.

Der erste Term der Zielfunktion summiert die produktspezifischen, der zweite die produktionsspezifischen Merkmalswerte. Über die Koeffizienten K kann der Anwen­ der Einfluß auf die Gewichtung der Einzelmerkmale nehmen.

Die Variablen M_P stehen für die produktspezifische Merkmale des Leitungssatzes (bzw. der konkreten, betrachteten Lösungsalternative für die Leitungssatz- Architektur) wie Anzahl Leitungen, Länge der Leitungen, etc. . Die Variablen M_MP ste­ hen für produktionsspezifische Merkmale wie Anzahl der verbleibenden Verzweigun­ gen im Leitungssatzmodul (bestimmt Anteil der manuellen Montageanteile) etc. . Alle Merkmale zusammen, gewichtet mit den anwenderspezifischen Vorgaben, bestim­ men die "Güte" einer vom Verfahren gefundenen Lösungsalternative. Die Zielfunkti­ onswerte werden dem genetischen Algorithmus zur Verfügung gestellt, welcher da­ mit die Selektion "guter" Lösungen zur weiteren Verwendung im Verfahren durch­ führt.

Als Ergebnisdaten werden nach Anwendung des Verfahrens die Verlegewege der einzelnen Verbindungen in Form einer Kontaktmatrix, die Verknüpfungsmodule und Leitungssatzmodule in tabellarischer Form zur Verfügung gestellt (siehe hierzu Fig. 7 a, b).

So ist beispielsweise die beste Verbindung zwischen dem Pin 5 des Startsteckers mit
Pin 2 des Zielsteckers 3 der Verlegeweg K1, K4, K5, K11, K12.

Für die Ermittlung an notwendigen Verknüpfungsmodulen hat sich ergeben, daß an den Verzweigungen 1 und 3 (siehe Fig. 6b) jeweils ein Verknüpfungsmodul gesetzt ist.

Die fertiggestellte, optimierte Leitungssatz-Architektur ist in Fig. 7b dargestellt

Bezugszeichenliste

K1-K6(

Fig.

1-) elektrische Komponenten
K1 K12 (

Fig.

6-7) Verlegekanäle
P Kontaktpins
S1, S2, S3 Steckerleiste
T1, T2 Teilleitungssatz
V Verknüpfungsmodul

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Leitungssatz-Architektur für die Verknüpfung wenigstens zweier elektrischer Komponenten, die über eine Vielzahl von Anschluß­ kontakten verfügen, räumlich getrennt voneinander angeordnet sind und über Ver­ bindungsleitungen verbunden werden, bei dem nach Vorgabe von Informationen über

• - die elektrische Verschaltungslogik, mit der die Anschlußkontakte der einzelnen elektrischen Komponenten miteinander verbindbar sind und
• - die räumlich vorgegebenen Verlegewege entlang denen Verbindungsleitungen verlegbar sind,

unter Zugrundelegung genetischer Evolutionsalgorithmen eine Bestimmung von

• - Art, Anzahl und Anordnung von Verknüpfungsmodulen, die elektrische Ver­ schaltungseinheiten darstellen sowie
• - Art, Anzahl und Anordnung von Teilleitungssätzen, die elektrische Verbindun­ gen zwischen den Verknüpfungsmodulen sowie den elektrischen Komponen­ ten entsprechen,

durchgeführt wird,
indem ein Entscheidungsvariablenvektor gebildet wird, der Entscheidungsvariablen für die Art, Anzahl und Anordnung der Verknüpfungsmodule sowie für die Art, Anzahl und Anordnung der Verlegewege der Verbindungen und den daraus entstehenden Teilleitungssätzen enthält, die jeweils alle möglichen realisierbaren, durch die elektri­ sche Verschaltungslogik sowie durch die Verlegewege vorgegebenen Lösungsvari­ anten umfassen, und der mittels Binärkodierung in einen Lösungsraum transformiert wird und durch nachfolgende Initialisierung mit einem aus allen möglichen Lösungs­ varianten zufällig ausgewählten Satz binär kodierter Entscheidungsvariablen belegt wird, der iterativ durch genetische Operatoren der Mutation und Crossover variiert und mittels Selektion unter Verwendung einer Zielfunktion, die von der Wahl der Verlegewege und der Verknüpfungsmodule abhängig ist, optimiert wird, und anschließend der optimierte Entscheidungsvariablenvektor rücktransformiert wird, um die gesuchten realen Lösungen für die durch die vom Verfahren gefundenen Verknüpfungsmodule und Verlegewege sowie der daraus entstehenden Teilleitungs­ sätze zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugebende elektrische Verschaltungslogik aus einem Elektro-CAD-System erhalten wird und als Verbindungsliste ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugebenden räumlichen Verlegewege aus ei­ nem Geometrie-CAD-System erhalten wird, die in Form eines Netzwerkes aus Verle­ gewegen ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsvariablen des Entscheidungsvaria­ blenvektors alle möglichen realisierbaren Lösungsvarianten umfassen, innerhalb de­ nen der genetische Evolutionsalgorithmus Lösungsmöglichkeiten für Lösungsvekto­ ren variiert, aus denen mittels der Zielfunktion ein optimierter Lösungsvektor heraus­ gegriffen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung der Zielfunktion Z_LS durch Minimum­ bildung der nachfolgenden Funktion erfolgt
Min. Z_LS(x)=Z_LS(x₁,x₂, . . ., x_n)
x₁, x₂, . . ., x₁₀: Entscheidungsvariablen und
κ Gewichtungskoeffizient
M_P produktspezifisches Merkmal des Leitungssatzes (bspw. Art, Anzahl, Anordnung der Teilleitungssätze)
M_MP produktionsspezifisches Merkmal (bspw. Anzahl von Ver­ zweigungsstellen innerhalb der Verlegewege).

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimumbildung nach einer voreingestellten An­ zahl von Iterationsschritten oder bei Erreichen eines Zielwertes abgebrochen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erfindungsgemäße Verfahren sich genetischer Evolutionsalgorithmen bedient.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Art eines Verknüpfungsmoduls die Anzahl von Ein- und Ausgangskontakten der elektrischen oder elektronischen Verschaltungsein­ heit sowie deren innere Verschaltung beschreibt und die Art eines Teilleitungssatzes die Anzahl der einzelnen, in einem Teilleitungssatz zu führenden elektrischen Leitungen sowie Stellen beschreibt, an denen einzelne oder mehrere Leitungen verzweigen.