Methodology for the Electromagnetic Design of Superconducting Accelerator Magnets based on the Integrated Product Engineering Model - iPeM = Methodik für den elektromagnetischen Entwurf von supraleitenden Beschleunigermagneten auf der Grundlage des integrierten Produktentstehungsmodells - iPeM

In dieser Arbeit wird eine Methodik für den Entwurf der elektromagnetischen Aspekte von supraleitenden Beschleunigermagneten vorgestellt. Diese Methodik basiert auf dem integrated Product engineering Model (iPeM) und beschreibt die formalisierten Entwurfsschritte während des Simulationsprozesses eines solchen Magneten. Zur Implementierung der Methodik in aktuelle Simulationsabläufe wird ein Software-Tool, der sogenannte Magnet Model Management Layer (3ML), konzipiert und implementiert. Das Dissertationsprojekt wird am CERN durchgeführt, welches im Zentrum der Entwicklung supraleitender Beschleunigermagnete steht, um die Infrastruktur für internationale HEP-Experimente bereitzustellen. Die Dissertation hat das Ziel, die Lücke der fehlenden organisationsweiten, ganzheitlichen Methodiken Entwicklungsunterstützung in diesem Bereich im Allgemeinen und am CERN im Besonderen zu schließen. Entwicklungsherausforderungen in der Domäne, dem CERN als Organisation und in der CERN TE-MSC Gruppe werden identifiziert und quantifiziert. Diese Herausforderungen und ihr Einfluss aufeinander werden visualisiert und Erfolgskriterien für zukünftige Entwicklungsprojekte in diesem Bereich abgeleitet. Wissensmanagement und -transfer werden als kritische Herausforderung im Entwicklungsprozess für supraleitende Magnete identifiziert. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden die Methodik, der Tool-Support und die Integration durchgeführt. Eine Methodik für den Entwurf elektromagnetischer Magnete wird vorgestellt. Diese Methodik steht im Einklang mit den bestehenden Systems Engineering (SE) und Product Management (PM) Standards am CERN. Ein Tool-Support wird entwickelt und im Rahmen eines Validierungstests eingeführt, um den die Methodik den Anwendern zu vermitteln. Mit dem Fokus auf Wissensmanagement wurde der Magnet Model Management Layer (3ML) mit einer Webschnittstelle implementiert, die es allen Benutzern ermöglicht Simulationsmodelle zu organisieren und Referenzsystemelemente zu identifizieren, ohne ein spezielles Simulationswerkzeug öffnen zu müssen. Das Routine for the Optimization of magnet X-sections, Inverse field calculation and coil End design (ROXIE) Programm wird als Beispiel verwendet, um die Integration von 3ML in reale Simulations-Arbeitsabläufe zu demonstrieren. Es werden fortgeschrittene Modellierungsanwendungsfälle erläutert, die durch die neue Software ermöglicht werden. Der Ausblick zeigt das Verbesserungspotenzial von 3ML auf und motiviert zu weiteren Tests und Validierungsstudien.