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Ryan studiert derzeit für seinen Master in Systemtechnik an der Drexel University und nimmt wöchentlich an mehreren Diskussionen teil.
Vernetzung als Konzept
Als Student, der neu in der Welt der Systemtechnik ist, gaben mir Einführungsvorträge einige neue Konzepte, über die ich nachdenken konnte, während ich noch vertraute wiederholte. Das mit Abstand häufigste neue Thema war die Vernetzung von Systemen. Als Maschinenbauingenieur wurde ich in das Konzept eingeführt, Teile so zu entwerfen, dass sie in fast jedem Szenario mit anderen Teilen zusammenarbeiten können. Das ist mir sehr vertraut.
Die Systemtechnik baut auf dieser Vernetzung auf. Teile in einem System arbeiten nicht nur zusammen, sondern wenn eines von ihnen einem bestimmten Zustand ausgesetzt ist, wirkt sich dies auch auf die anderen Teile aus. Dies ist für größere Projekte von entscheidender Bedeutung und knüpft gut an die multidisziplinären Aspekte der Systemtechnik an. Wenn eines dieser Teile aus einem nicht idealen Material besteht, kann es brechen. Dies wirkt sich wiederum auf die anderen Teile aus, und somit wird die Integrität des gesamten Systems beeinträchtigt.
Vernetzung im Moon Rover-Design meines Teams
Die Systemtechnik ist ein schnell wachsendes Feld, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt. Ich hatte das Glück, an einem NASA-Wettbewerb in Drexel teilzunehmen, bei dem mein Team und ich einen Rover entwarfen, der die Pole des Mondes erforschte, um nach Eis zu suchen.
In diesen Gebieten wären die Temperaturen unglaublich niedrig und dies würde den Roboter in vielerlei Hinsicht beeinflussen. Bei der Arbeit an der Mobilität waren Bewegung und Navigation meine obersten Prioritäten, wie man Hindernisse überwindet oder umgeht und wie man erkennt, wohin der Roboter fährt. Ein typisches Roboterdesign würde hier jedoch nicht funktionieren, da die Temperaturen die meisten Motoren am Funktionieren hindern und ohne eine ordnungsgemäße Isolierung auch die Stromversorgung erschöpft wäre.
Dies wirkte sich auf unser Design hinsichtlich des Materials der Räder, der Motorplatzierung und der Gesamtfunktion aus. Die Motoren konnten nicht an jedem Rad platziert werden, da dies mehr Isolierung über größere Flächen erfordern würde, wertvollen Platz beanspruchen und Gewicht hinzufügen würde. Dies hätte auch Kabel über die gesamte Länge des Fahrzeugs erforderlich gemacht, was auch von den extremen Temperaturen beeinflusst worden wäre.
Vor diesem Hintergrund mussten wir den Roboter so konstruieren, dass er mit Hinterradantrieb ausgestattet ist. Das Netzteil und die Motoren befinden sich hinten am Rover und eine einzige Achse, die die Drehung der Vorderräder steuert. Dies minimierte das Gewicht, unseren Isolationsbereich und die Anzahl der benötigten Motoren. Leider ging dies zu Lasten unserer Vorderräder, aber dies haben wir in unsere Prioritätenliste aufgenommen. Dies ist ein Beispiel dafür, wie sich die Eigenschaften und das Design auf die Fähigkeiten des Rovers auswirkten.
Ein weiteres gutes Beispiel ist der Mondstaub Regolith. Regolith ist sehr feiner Staub, der eine leichte elektrische Ladung enthält. Diese Ladung zieht es zu Metall an und es kann überall in einen Rover gelangen. Wenn es in die Gelenke des Roboters gelangen würde, wäre es katastrophal und könnte Aktionen verhindern, die so grundlegend sind wie das Drehen.
Während wir den größten Teil des Roboters aus nichtmetallischen Materialien konstruiert haben, um dies zu verhindern, gab es bestimmte Bereiche, in denen wir die Festigkeit eines nichtmetallischen Materials nicht opfern konnten. Um dem entgegenzuwirken, planten wir, etwas aufzunehmen, das ein schwaches elektrisches Feld erzeugt, um die kleinsten Partikel abzuwehren und den Rest des Rovers zu schützen. Dies erforderte eine zusätzliche Schutzschicht für die Bordelektronik, aber wir entschieden, dass dies insgesamt am besten funktionieren würde.
Blick auf den "ganzen Elefanten"
Ein allgemeines Gleichnis, um diese Vernetzung detailliert darzustellen, ist die Geschichte der linden Männer und des Elefanten. Das Gleichnis geht ungefähr so.
Eine Gruppe blinder Männer trifft zum ersten Mal auf einen Elefanten. Der erste Mann spürt seinen gewundenen Stamm und behauptet, eine Schlange zu berühren. Der zweite berührt ein kräftiges Bein und behauptet, es sei ein Baum. Der dritte spürt seine feste Seite und glaubt, dass sie eine Wand berühren. Der vierte packt den Schwanz und hält ihn für einen Ast. Ein anderer spürt den Stoßzahn und glaubt, es sei ein Speer, während der letzte das Ohr des Elefanten packt und den anderen sagt, dass es ein Fan ist.
Der allgemeine Punkt der Geschichte ist, dass man, um das gesamte System zu betrachten, alle seine Komponenten betrachten muss und wie sie zusammenpassen. Insbesondere bei der Erforschung des Weltraums müssen Ingenieure bei Projekten den "ganzen Elefanten" betrachten.
In dem Artikel „Den„ ganzen Elefanten “sehen - Systemdenken in der Evaluierung“ behauptet der Autor Srikanth Gopal, dass das Feld der Evaluierung traditionell von einer reduktionistischen Sichtweise geleitet wurde. Um komplexe Systeme zu vereinfachen, müssen Ingenieure in der Regel einen einzelnen kleinen Faktor betrachten, um ihn so gut wie möglich zu machen. Dies ignoriert jedoch manchmal, wie Teile zusammenarbeiten, selbst wenn sie nicht direkt angebracht sind.
Für einen erfolgreichen Rover muss sogar etwas so Einfaches wie die Räder in Bezug auf fast alles andere am Rover entworfen werden, wie z. B. Gewichtsverteilung, ausziehbare Teile, Isolierung und mehr. Es muss sogar externe Faktoren wie das Gelände und die Fahrstrecke berücksichtigen. Wie jede Komponente des Roboters miteinander arbeitet (d. H. Wie die Teile miteinander verbunden sind), ist der entscheidende Faktor zwischen Erfolg und Misserfolg.
