Bakgrund Svensk hälso- och sjukvård står inför stora utmaningar. Kunskapsmassan växer snabbare än det ekonomiska utrymmet för hälso- och sjukvård, det är ett gap mellan det vi vet att man borde göra och det vi faktiskt gör och olika vårdgivare har olika behandlingsresultat för liknande diagnoser. Ett av flera sätt för sjukvården att klara av att utvecklas och förbättras trots begränsade ekonomiska resurser är att chefer och ledare kan leda systematiskt förbättringsarbete. Syfte Denna studie utforskar vad ledare och chefer i hälso- och sjukvården upplever är framgångsfaktorer respektive svårigheter i att leda systematiskt förbättringsarbete. Metod Fokusgruppsintervjuer användes för samla in information, som analyserades med kvalitativ innehållsanalys. Resultat Studien visar att den viktigaste framgångsfaktorn beskrivs vara tillräckligt med tid för förbättringsarbete, följt av lättillgänglig och valid utdata, kompetens/kunskap i lättillgängliga kunskapsunderlag, förbättringskunskap och mandat att leda förbättringsarbete. / Title To lead systematic improvement – success factors and difficulties according to managers and leaders. Background Healthcare in Sweden is facing great challenges. The body of knowledge grows faster than the economic resources for healthcare, there is a gap between what we know should be done and what we actually do, and there are differences between different care givers in results for the same medical problems. One of many ways for healthcare to manage to develop and improve, despite limited economic resources, is that managers and leaders know how and are able to lead systematic quality improvement. Aim This study explores what managers and leaders in healthcare describes as success factors and difficulties in leading systematic quality improvement. Method Focus group interviews were used to gather information, which was analyzed with qualitative content analysis. Results The results show that the most important success factor described is enough time for quality improvement, followed by easily accessed and valid outcome data, competence in quality improvement, accessible decision support and a mandate to lead quality improvement.   Keywords: healthcare, managers, micro systems, quality improvement, time.

Introduktion: Personer med stroke behöver få bättre tillgång till en jämlik och personcentrerad rehabilitering i kommunerna. Ett förbättringsarbete initierades i Luleå kommun för att förbättra rehabiliteringen för personer med stroke. Ett förbättringsteam med arbetsterapeuter och fysioterapeuter från olika verksamheter tillsattes tillsammans med enhetschef tillika förbättringsledare.   Syfte med förbättringsarbetet var att förbättra rehabiliteringen så att strokepatienter inom ordinärt boende erbjuds och påbörjar rehabiliteringsperioder med personcentrerade rehabiliteringsmål.   Syfte med studien var att beskriva stödjande och hindrande faktorer för att starta förbättring av en jämlik och personcentrerad strokerehabilitering.   Metod: Förbättringsarbetet utvärderades kvantitativt med mätningar per vecka av processmått för rehabplaner och personcentrerade mål. Fallstudien genomfördes med induktiv ansats med fokusgrupper. Materialet analyserades med kvalitativ innehållsanalys.   Resultat: Förbättringsarbetet resulterade i en ICF-baserad rehabplan och ett nytt instrument, Canadian Occupational Perfomance Measure (COPM), som stöd för personcentrerat arbetssätt. Studiens analys visade sammanlagt 13 faktorer.  Stödjande var erfarenhetsutbyte, förändringsvilja, ledning och samverkan, lärande, strukturerat arbetssätt och tid medan hindrande var att komma igång, kommunikation, målformulering, samarbete och dialog, resurser, tillräcklig kompetens och uppdrag.     Slutsats: Fortsatt testning behövs för att utvärdera om förändringsförslagen leder mot jämlik och personcentrerad strokerehabilitering.  De i studien identifierade stödjande faktorerna kan användas för att överbrygga hinder i starten av förbättringsarbetet.

Ibland påstås snabba förändringar i omvärlden utmana storföretagens överlevnad mer än någonsin tidigare. I studien undersöks hur stora teknikbaserade företag förnyas genom utveckling av nya affärsområden. Sådana förnyelseprocesser har aktualiserats av informationsteknologiers snabba utveckling, en utveckling som fått till följd att etablerade handlingsmönster i affärsutveckling behöver omprövas. I snabbföränderliga miljöer utvecklas spänningar i organisationer, något som tongivande teori antar behöver ellimineras för att tillväxt ska uppstå. Antagandet är dock problematiskt. Utan spänningar i förnyelseprocesser begränsas tillväxten till ett nollsummespel. Teori som ska kunna förklara tillväxt i företag med förnyelseprocesser behöver adressera spänningarnas egenskaper, hur dessa kan hanteras och utnyttjas som drivkraft i skapandet av tillväxt. Hur upprätthålls förnyelseprocesser i teknikbaserade koncerner som möter snabbföränderliga miljöer? Utifrån tongivande strategiteori om dynamiska förmågor undersöks framväxten av nya affärsområden i tre företag, ABB, Ericsson, och Saab, och hur de förnyade sig i mötet med snabbföränderliga miljöer av teknikskiften, kriser och andra spänningsrelaterade förändringar under 2000-talets första decennium. Studien av företagen visar att det finns spänningar som i sig själva utgör drivkraft till att förnyelseprocesser upprätthålls över tid. Sådana spänningar benämns paradoxala eftersom dess sociala dimensioner framstår som oförenliga i kombination med teknologisk förändring för att skapa tillväxt.  När paradoxal spänning förbises i företagsledning fortplantar sig diffusa spänningar i förnyelseprocessen. Som en följd av detta förtvinar ekonomiska värden när omorganisationer används som motmedel för att återskapa tillväxt. I avhandlingen utvecklas en teori som förklarar hur aktörer i evolutionära system av dynamiska förmågor utnyttjar olika typer av paradoxal spänning i förnyelseprocesser. Teorin bidrar till vår kunskap om huruvida adekvat kapacitet i företagsledning finns för att generera tillväxt med nya affärer som kontinuerlig förnyelse av företaget. Studien visar att paradoxal spänning är en realitet som påverkar handlingsutrymmet för att skapa tillväxt med innovation i företag, något som strategiteoretiker och företagsledningar behöver förhålla sig till. / As information technologies evolve quickly, the convergence between the technology platform of the firm and changes in business ecosystems raises the need for continuous renewal. This study explores how technology-based corporations’ drives renewal with new business areas, coping with organizational tensions invited by rapid change. Prominent theories assume that renewal-associated tension obstructs the renewal process and should consequently be eliminated. This assumption, however, is problematic since tension is also a source of firm growth, and eliminating it reduces strategic renewal to a zero-sum game. Therefore, a theory of strategic renewal needs to stress the properties of tensions and how these can drive growth. The dissertation approaches the problem of theory development, asking how the renewal process is sustained in technology-based corporations exposed to rapidly changing environments. Using the extended case method, the study addresses prominent theorizing about dynamic capabilities and examines new business development in three firms, ABB, Ericsson, and Saab, considering how they sustained the renewal process in the face of technological change, crises, and other tension-laden events in the first decade of the 21st century. The empirical study reveals how properties of tension constitute an inherent, socially constructed force that becomes a latent impetus underlying the renewal process. This feature can be termed paradoxical tension because its social dimensions appear irrational and absurd when juxtaposed to technological change and growth creation in the firm. Because paradoxical tension may develop as imperceptibly latent it challenges those who manage renewal across changeable environment. However, too frequent reorganizations of the division of units between existing and new businesses can be devastating for innovation and growth throughout the renewal process. In sum, a theory is developed that explains how actors in evolutionary systems of dynamic capabilities handle various types of paradoxical tension that ensures a firms prosperity and continuous renewal. This theory improves our knowledge of whether the firm possesses adequate entrepreneurial management capacity to generate new business areas that continuously renew the firm. Paradoxical tension is a reality that affects firm growth, and strategy theorists as well as executives need to address this problem of learning.

Titel Hur systematiskt kvalitetsarbete kan leda till nya arbetssätt och positiva hälsoeffekter inom äldreomsorgen – en interventionsstudie. Bakgrund Avvikelser och klagomål från externa aktörer samt dalande personal- och brukarnöjdhet på detta privata vårdboendet synliggjorde 2017 ett behov förbättringsåtgärder. Syften Syftet med förbättringsarbetet var att skapa lokala förutsättningar för att implementera nya arbetssätt. Syftet med studien var att belysa hur nya arbetssätt inverkar på personalens upplevelser och utförande av kvalitetsarbete samt effekterna hos de boende. Interventionen Ett förbättringsarbete med nya rutiner och mötesformer inleddes i början av 2018 där effektivisering av befintliga rutiner och följsamhet till kvalitetsledningssystemet prioriterades. Metoder Metoder som har använts i förbättringsarbetet var Nolans förbättringsmodell med PDSA hjul, Ishikawa diagram och SWOT analys. Studiens metod bestod av innehållsanalyser av fokusgruppsintervjuer och data från en personalenkät. Resultat Införandet av nya rutiner, mötesformer och utbildning av personalen ledde till positiva hälsoeffekter hos 60% av de boende samt ökad brukarnöjdhet med upp till 72%. Studien visade att nya arbetssätt ledde till förbättring genom struktur, samarbete och lärande. Slutsatser Implementeringen av de nya arbetssätten i detta förbättringsarbete ledde till ökad följsamhet till rutiner och kvalitetsledningssystemet. / Title How systematic quality work can lead to new work ways and health benefits in elderly care – an intervention study. Background Deviations and complains from external collaborators and reduced staff- and patient´s satisfaction at this privately- owned elderly care home in 2017 pointed at the need for improvement. Purpose The purpose of the quality improvement work was to create local basis to implement new work-ways. The study´s purpose was to describe the impacts on the staff’s experiences, performance in quality work and effects on the elderly. The intervention A quality improvement work has been in progress since the beginning of 2018. Efficiency in routines and adherence to the quality management system was prioritized. Methods Methods used in the quality improvement work was Nolan’s model of Improvement with PDSA cycles, Ishikawa and SWOT analysis. The study was performed by content analysis with focus group interviews and data from a survey to the staff. Results Implementation of new routines, meetings and staff-education led to an increase in health benefits with 60% of the elderly and increase with the elderly´s contentment by up to 72%. The study showed that new work-ways led to improvement by structure, teamwork and learning. Conclusions Implementation of new work-ways in this quality improvement-work led to higher adherence to routines and the quality management system.

<p>Examensarbete i Vårdadministration: 20 yh-poäng</p>

Syfte: Uppsatsen beskriver hur systematiskt förbättringsarbete har använts i syfte att öka rehabiliteringsmöjligheter för patienter i rättspsykiatrisk vård samt vetenskapligt undersöka framgångsfaktorer och hinder för användning av systematiskt förbättringsarbete i rättspsykiatrisk slutenvård. Metod: Systematiskt förbättringsarbete med Nolans förbättringsmodell har använts. Process och resultatmätningar gjordes i förbättringsarbetet för att svara på frågan om förändringen är en förbättring. Den vetenskapliga studien bygger på två fokusgruppsintervjuer, en grupp i verksamheten och en med en extern utvecklingsaktör. Fokusgrupperna analyserades genom kvalitativ innehållsanalys. Resultat: Förbättringsarbetet visar att logistik, planering och samordning förbättrats men att det kvarstår ytterligare insatser innan målet med att öka möjligheterna till rehabilitering för patienterna är uppnått. Studien resulterar i framgångsfaktorer och hinder som beskrivs med följande kategorier: Drivkraft, metod, delaktighet, ledningens ansvar, säkerhetsperspektiv, motstånd, ”Rågårdstänket”, systemförståelse och kulturskapande. Tydliga skillnader mellan fokusgrupperna var att den externa gruppen lyfte fram vikten av hållbarhet som en framgångsfaktor och att gruppen från rättspsykiatrin tog upp säkerhetsfrågan som ett hinder för förbättringsarbetet. Slutsatser: Studien identifierar upplevelsen av att det finns specifika hinder i att driva förbättringsarbete i rättspsykiatrisk slutenvård. Säkerheten påverkar utformningen av idéer, planering och genomförande i förbättringsmodellen. / Purposes: The purpose of this work was to describe a quality improvement project that aimed on improving rehabilitation in forensic psychiatric care. The study also identified facilitators and barriers for systematic quality improvement in this setting. Methods: Nolan’s improvement model has been used. Process and result measurements conducted in order to determine whether the change was an improvement. The qualitative study was based on two focus group interviews; one group was from the forensic care unit and the other group was an external development unit with experience of quality improvement. The data from the interviews were analysed by content analysis. Results: The results of the improvement project indicated process improvements within planning, cooperation and logistics. However, more interventions are needed to reach the goal of increasing rehabilitation for the patients. The research study found nine categories of critical facilitators and barriers: motivation, methods, participation, leadership, safety, resistance, “Rågårdtänket”, system understanding and culture. The clear differences between the focus groups were that the external group highlighted the importance of sustainability as a success factor, and the group of forensic psychiatry brought up the security issue as a barrier in the improvement work. Conclusions: The study identifies experiences that there were specific barriers in conducting improvement in forensic psychiatric inpatient care. Security has impact on ideas, plan and do in the improvement model.

Syftet var att undersöka om det fanns någon skillnad mellan de växelvisboende barnen och de barn som bor hos en förälder i fråga om sociala relationer. Under de senaste åren har hälften av   föräldrar som skiljer sig ordnat växelvisboende för sina barn. Totalt är det 35 procent av barnen med skilda föräldrar som har växelvisboende. En orsak till ökningen kan vara de lagändringar som skett under de senaste decennierna, angående gemensam vårdnad som är idag är den vanligaste  vårdnadsformen. Det är fortfarande vanligast att barn bor enbart eller mest hos mamma efter en skilsmässa. Social nätverksteori används för att förklara varför de sociala relationerna är viktiga för ett barns utveckling. Begreppen mikrosystem beskriver relationerna till föräldrar och nära vänner och mesosystem används för att beskriva det som händer när barnen interagerar med varandras familjer vid besök hos en kompis. Materialet analyseras genom multivariat logistisk regressionalalys där modellen har växelvisboende som oberoende variabel mot undersökningsvariablerna. Undersökningsvariablerna beskriver de sociala relationerna i variablerna antal nära vänner i klassen, besök hemma hos kompisar, kompisar hemma på besök och hur intervjupersonerna kommer överens med mamma och pappa. Resultatet visade inga skillnader på vänskaps-och besöksvariablerna mellan de växelvisboende barnen och de som bor med en förälder. Däremot fanns det en skillnad mellan de växelvisboende i hur de kom överens med sina föräldrar, där de flesta hade svarat mycket bra eller ganska bra. Studiens brister betår bl.a. i kausalitets problem, det var omöjligt att säga om vänskapsrelationerna skapades innan eller efter barnet blev växelvisboende. Fördelen med studien är att det är barnen själva som svarat på enkäten.

En kvalitetsförbättrande metod som senaste åren blivit vanlig inom Hälso- och sjukvård är Lean Healthcare - en verksamhetsfilosof som går ut på att eliminera slöseri och skapa värde för patienterna. I takt med att informationssystem och informationsteknik (IT) har utvecklats har informationsförsörjning fått en allt viktigare roll i vårdprocessen. Tidigare undersökningar visar dock att vårdpersonalen upplever att det finns många brister kopplade till informationssystem och IT. En explorativ fallstudie genomfördes där kvalitativ data samlades in med hjälp av intervjuer, dokumentstudier samt observation. Syftet var att beskriva hur informationsförsörjningen påverkats i ett kliniskt mikrosystem och i en vårdprocess som infört Lean. Resultatet visar att mikrosystemets leaninförande har fått positiva resultat inom framgångsgrupperna patienter, personal, resultat/processer/flöden och ledarskap. Däremot har information och IT haft mycket litet betydelse i förbättringsarbetet. Mikrosystemets informationsmiljö har dock förändrats, den visuella informationen har blivit mycket viktig och den analoga mer allmänna informationen har påverkats positivt.  Trots mängden analog och visuell information är det inom digitala informationssystem och dokumentation som mikrosystemet upplever att det förekommer mest slöseri. När det gäller analog information känner vårdpersonalen att de kan eliminera slöseri med hjälp av leanprinciper och metoder, exempelvis 5S. Däremot anser de inte att de har möjlighet att påverka den digitala informationen i samma utsträckning och för vårdpersonalen faller sig inte förbättring av informationsflöden lika naturligt som att förbättra patientnära aktiviteter i vårdprocessen.

Resonante Mikrobauelemente mit elektrostatischem Antrieb finden seit einigen Jahren vermehrt Anwendung in vielen Bereichen der Technik. So beruhen beispielsweise Drehraten- oder Beschleunigungssensoren, die im Automobilbau eingesetzt werden auf diesem Prinzip. Neue Anwendungsfelder ergeben sich vor allem für Aktoren, beispielsweise für die am Fraunhofer IPMS entwickelten Mikroscannerspiegel mit Out-of-plane-comb-Antrieb. Sie dienen zur geometrischen Ablenkung von Licht und können zur Realisierung von hochintegrierten Systemen zur Ausgabe (Laser-Projektor) oder Aufnahme (Laser-Imager) von Daten genutzt werden. Zum Entwurf von Mikroaktoren gibt es eine Reihe von Arbeiten, die sich meist auf ein konkretes Antriebsprinzip beziehen oder den Entwurf im Allgemeinen behandeln. Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, speziell die Randbedingungen beim Entwurf resonanter Mikroaktoren mit Out-of-plane-comb-Antrieb zu identifizieren bzw. zu systematisieren sowie die gewonnenen Erkenntnisse in einem effizienten Entwurfsprozess umzusetzen. Dabei sollen möglichst auch relevante nichtlineare Effekte berücksichtigt werden, sodass sich neue Möglichkeiten zur Optimierung der Bauelemente und damit zur Erweiterung des Entwurfsraums ergeben. / Electrostatically driven microsystems are utilized in technical systems for several years. For instance, they are used in automotive applications as acceleration sensors or angular rate sensors. New fields of applications appear especially for actuators. The scanning micromirror of the Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems is such an actuator. It is a micro-­optical-­electrical microsystem (MOEMS) which is driven resonantly by an electrostatic comb drive and can be used in scanning laser imaging systems or laser projectors. Several technical and scientific publications occupy with the design and the simulation of microactuators, which refer usually to a concrete drive principle or to the issues of design in general. The intention of this thesis is to identify and systematize particularly the boundary conditions of design regarding to resonant micro actuators with out-­of-­plane­comb drive. The findings are implemented in efficient design tools and design processes. One emphasis thereby is the investigation of nonlinear properties and effects. This includes geometrically non-­linearities of suspensions as well as non-linearities caused by fluid damping and the electrostatic comb drive. The findings are utilized in an analytical, nonlinear stability analysis of the device's equation of motion as well as in an object oriented software library for the MATLAB environment, which can be used to create nonlinear reduced order models of scanning micromirrors. With the developed techniques for design and optimization the available parameter range of scanning micromirrors can be extended. By that means, it is possible to improve the properties of existing devices as well as create new devices with outreaching performance.

Resonante Mikrobauelemente mit elektrostatischem Antrieb finden seit einigen Jahren vermehrt Anwendung in vielen Bereichen der Technik. So beruhen beispielsweise Drehraten- oder Beschleunigungssensoren, die im Automobilbau eingesetzt werden auf diesem Prinzip. Neue Anwendungsfelder ergeben sich vor allem für Aktoren, beispielsweise für die am Fraunhofer IPMS entwickelten Mikroscannerspiegel mit Out-of-plane-comb-Antrieb. Sie dienen zur geometrischen Ablenkung von Licht und können zur Realisierung von hochintegrierten Systemen zur Ausgabe (Laser-Projektor) oder Aufnahme (Laser-Imager) von Daten genutzt werden. Zum Entwurf von Mikroaktoren gibt es eine Reihe von Arbeiten, die sich meist auf ein konkretes Antriebsprinzip beziehen oder den Entwurf im Allgemeinen behandeln. Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, speziell die Randbedingungen beim Entwurf resonanter Mikroaktoren mit Out-of-plane-comb-Antrieb zu identifizieren bzw. zu systematisieren sowie die gewonnenen Erkenntnisse in einem effizienten Entwurfsprozess umzusetzen. Dabei sollen möglichst auch relevante nichtlineare Effekte berücksichtigt werden, sodass sich neue Möglichkeiten zur Optimierung der Bauelemente und damit zur Erweiterung des Entwurfsraums ergeben.:1 Einordnung und Ziele der Arbeit 2 Grundlagen und Stand der Technik 2.1 Herstellungstechnologien 2.2 MEMS-Aktoren 2.2.1 Antriebsprinzipien 2.2.2 Elektrostatische Antriebe 2.3 Der Fraunhofer IPMS Mikroscannerspiegel 2.3.1 Synchronisierte Anregung 2.3.2 Parametrische Anregung 2.3.3 Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen 2.4 Motivationen der Arbeit 3 Randbedingungen beim Entwurf 3.1 Vereinbarungen und Definitionen 3.1.1 Material- und Strukturvereinfachungen 3.1.2 Koordinatensysteme 3.1.3 Mathematische Vereinfachungen und Definitionen 3.2 Strukturmechanische Randbedingungen 3.2.1 Richtungsabhängige Materialeigenschaften 3.2.2 Geometrische Nichtlinearitäten 3.2.3 Strukturmechanische Spannungen 3.2.4 Eigenschwingungen 3.2.5 Fertigungstoleranzen 3.2.6 Dynamische Deformation 3.2.7 Strukturdämpfung 3.3 Fluidmechanische Randbedingungen 3.3.1 Näherungen zur Slip-Korrektur 3.3.2 Gültigkeit der quasistatischen Näherung 3.3.3 Dämpfungsmechanismen innerhalb der Kammstruktur 3.3.4 Dämpfungsmechanismen der bewegten Spiegelplatte 3.4 Randbedingungen der Elektrik bzw. Elektrostatik 3.4.1 Antriebskapazitäten und Randfelder 3.4.2 Spannungsfestigkeit 3.4.3 Leistungsaufnahme 3.4.4 Elektromechanische Stabilität 3.5 Optische Randbedingungen 4 Nichtlineare Dynamik 4.1 Stabilitätsanalyse 4.1.1 Fixpunkte und Grenzzyklen 4.1.2 Stabilität 4.1.3 Bifurkationen 4.1.4 Diskussion 4.2 Geometrische Nichtlinearitäten 4.2.1 Einfluss auf die Dynamik 4.2.2 Diskussion 4.2.3 Möglichkeiten zur Beeinflussung 5 Werkzeuge für den Entwurf 5.1 Anforderungen an Entwurfswerkzeuge 5.1.1 Kopplung physikalischer Domänen 5.1.2 Spezielle Anforderungen an FEM-Werkzeuge 5.1.3 Ordnungsreduktion 5.1.4 Spezielle Anforderungen an Optimierungswerkzeuge 5.2 Relevante Entwurfswerkzeuge 5.2.1 MOSCITO Optimierungsumgebung 5.2.2 MATLAB-Toolbox SUGAR 5.3 Klassenbibliothek IMtk 5.3.1 Programmierparadigmen 5.3.2 Vererbungsstrategie 5.3.3 Ordnungsreduktion 5.3.4 Verifikation der Modelle 5.3.5 Gültigkeitsbedingungen 6 Entwurfsprozess 6.1 Strategie des Bauelemententwurfs 6.2 Entwurfsbeispiel 6.2.1 Anforderungen und Randbedingungen 6.2.2 Vorauslegung 6.2.3 Eigenwertanalyse 6.2.4 Statische nichtlineare Analysen 6.2.5 Deformationsanalyse 6.2.6 Statische nichtlineare gekoppelte Analysen 6.2.7 Dynamische nichtlineare gekoppelte Analysen 6.3 Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Listings Anlagenverzeichnis A Materialeigenschaften A.1 Einkristallines Silizium A.2 Umgebungsluft B MEMS-Prozess des Fraunhofer IPMS B.1 Prozessablaufplan AME1 B.2 Prozessabh ̈angige Materialeigenschaften C Strukturmechanische FE-Analysen C.1 FEM-Werkzeuge am Fraunhofer IPMS C.1.1 ANSYS C.1.2 COMSOL Multiphysics TM C.2 Nichtlinearitäten prismatischer Torsionsstäbe C.3 Typische Eigenformen von Mikroscannerspiegeln C.4 Mechanische Spannungen in Torsionsfedern C.5 Dynamische Deformation der Spiegelplatte C.6 Konvergenzeigenschaften von FE-Netzen D Dämpfungsmechanismen D.1 Slide-film-Dämpfung D.2 Squeeze-film-Dämpfung E Bewegungs-Dgl. des IPMS Mikroscannerspiegels E.1 Fixpunkte E.2 Stabilität E.3 Bifurkationen E.4 Phasenportraits F IMtk-Klassenbibliothek F.1 Klassenübersicht F.2 Funktionen F.3 Datenstruktur IMTK F.4 Eigenschaften und Methoden der Basisklasse imtk element F.5 Implementation F.6 Beispiele G Experimentelle Ergebnisse (Entwurfsbeispiel) G.1 Charakterisierung G.1.1 Synchronisierte Anregung G.1.2 Parametrische Anregung G.2 Dynamische Deformation / Electrostatically driven microsystems are utilized in technical systems for several years. For instance, they are used in automotive applications as acceleration sensors or angular rate sensors. New fields of applications appear especially for actuators. The scanning micromirror of the Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems is such an actuator. It is a micro-­optical-­electrical microsystem (MOEMS) which is driven resonantly by an electrostatic comb drive and can be used in scanning laser imaging systems or laser projectors. Several technical and scientific publications occupy with the design and the simulation of microactuators, which refer usually to a concrete drive principle or to the issues of design in general. The intention of this thesis is to identify and systematize particularly the boundary conditions of design regarding to resonant micro actuators with out-­of-­plane­comb drive. The findings are implemented in efficient design tools and design processes. One emphasis thereby is the investigation of nonlinear properties and effects. This includes geometrically non-­linearities of suspensions as well as non-linearities caused by fluid damping and the electrostatic comb drive. The findings are utilized in an analytical, nonlinear stability analysis of the device's equation of motion as well as in an object oriented software library for the MATLAB environment, which can be used to create nonlinear reduced order models of scanning micromirrors. With the developed techniques for design and optimization the available parameter range of scanning micromirrors can be extended. By that means, it is possible to improve the properties of existing devices as well as create new devices with outreaching performance.:1 Einordnung und Ziele der Arbeit 2 Grundlagen und Stand der Technik 2.1 Herstellungstechnologien 2.2 MEMS-Aktoren 2.2.1 Antriebsprinzipien 2.2.2 Elektrostatische Antriebe 2.3 Der Fraunhofer IPMS Mikroscannerspiegel 2.3.1 Synchronisierte Anregung 2.3.2 Parametrische Anregung 2.3.3 Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen 2.4 Motivationen der Arbeit 3 Randbedingungen beim Entwurf 3.1 Vereinbarungen und Definitionen 3.1.1 Material- und Strukturvereinfachungen 3.1.2 Koordinatensysteme 3.1.3 Mathematische Vereinfachungen und Definitionen 3.2 Strukturmechanische Randbedingungen 3.2.1 Richtungsabhängige Materialeigenschaften 3.2.2 Geometrische Nichtlinearitäten 3.2.3 Strukturmechanische Spannungen 3.2.4 Eigenschwingungen 3.2.5 Fertigungstoleranzen 3.2.6 Dynamische Deformation 3.2.7 Strukturdämpfung 3.3 Fluidmechanische Randbedingungen 3.3.1 Näherungen zur Slip-Korrektur 3.3.2 Gültigkeit der quasistatischen Näherung 3.3.3 Dämpfungsmechanismen innerhalb der Kammstruktur 3.3.4 Dämpfungsmechanismen der bewegten Spiegelplatte 3.4 Randbedingungen der Elektrik bzw. Elektrostatik 3.4.1 Antriebskapazitäten und Randfelder 3.4.2 Spannungsfestigkeit 3.4.3 Leistungsaufnahme 3.4.4 Elektromechanische Stabilität 3.5 Optische Randbedingungen 4 Nichtlineare Dynamik 4.1 Stabilitätsanalyse 4.1.1 Fixpunkte und Grenzzyklen 4.1.2 Stabilität 4.1.3 Bifurkationen 4.1.4 Diskussion 4.2 Geometrische Nichtlinearitäten 4.2.1 Einfluss auf die Dynamik 4.2.2 Diskussion 4.2.3 Möglichkeiten zur Beeinflussung 5 Werkzeuge für den Entwurf 5.1 Anforderungen an Entwurfswerkzeuge 5.1.1 Kopplung physikalischer Domänen 5.1.2 Spezielle Anforderungen an FEM-Werkzeuge 5.1.3 Ordnungsreduktion 5.1.4 Spezielle Anforderungen an Optimierungswerkzeuge 5.2 Relevante Entwurfswerkzeuge 5.2.1 MOSCITO Optimierungsumgebung 5.2.2 MATLAB-Toolbox SUGAR 5.3 Klassenbibliothek IMtk 5.3.1 Programmierparadigmen 5.3.2 Vererbungsstrategie 5.3.3 Ordnungsreduktion 5.3.4 Verifikation der Modelle 5.3.5 Gültigkeitsbedingungen 6 Entwurfsprozess 6.1 Strategie des Bauelemententwurfs 6.2 Entwurfsbeispiel 6.2.1 Anforderungen und Randbedingungen 6.2.2 Vorauslegung 6.2.3 Eigenwertanalyse 6.2.4 Statische nichtlineare Analysen 6.2.5 Deformationsanalyse 6.2.6 Statische nichtlineare gekoppelte Analysen 6.2.7 Dynamische nichtlineare gekoppelte Analysen 6.3 Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Listings Anlagenverzeichnis A Materialeigenschaften A.1 Einkristallines Silizium A.2 Umgebungsluft B MEMS-Prozess des Fraunhofer IPMS B.1 Prozessablaufplan AME1 B.2 Prozessabh ̈angige Materialeigenschaften C Strukturmechanische FE-Analysen C.1 FEM-Werkzeuge am Fraunhofer IPMS C.1.1 ANSYS C.1.2 COMSOL Multiphysics TM C.2 Nichtlinearitäten prismatischer Torsionsstäbe C.3 Typische Eigenformen von Mikroscannerspiegeln C.4 Mechanische Spannungen in Torsionsfedern C.5 Dynamische Deformation der Spiegelplatte C.6 Konvergenzeigenschaften von FE-Netzen D Dämpfungsmechanismen D.1 Slide-film-Dämpfung D.2 Squeeze-film-Dämpfung E Bewegungs-Dgl. des IPMS Mikroscannerspiegels E.1 Fixpunkte E.2 Stabilität E.3 Bifurkationen E.4 Phasenportraits F IMtk-Klassenbibliothek F.1 Klassenübersicht F.2 Funktionen F.3 Datenstruktur IMTK F.4 Eigenschaften und Methoden der Basisklasse imtk element F.5 Implementation F.6 Beispiele G Experimentelle Ergebnisse (Entwurfsbeispiel) G.1 Charakterisierung G.1.1 Synchronisierte Anregung G.1.2 Parametrische Anregung G.2 Dynamische Deformation