Digital Engineering Die Zukunft der Produktentwicklung ist digital, modellbasiert und virtuell

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Friedrich-Alexander- Universität Erlangen-Nürnberg

In kurzen Innovationszyklen technische Produkte entwickeln, die komplex, ressourcenschonend und bereit für die Digitalisierung sind – das ist kein Kinderspiel. Aber es gibt Methoden, die Entwickler und Konstrukteure dabei unterstützen.

Höher, schneller, weiter: Dieses Motto scheint heute für alle Bereiche unseres Lebens zu gelten. Für technische Produkte bedeutet das nicht weniger, als dass sie nutzerzentriert und personalisiert, nachhaltig und energieeffizient, digital vernetzbar und schnell verfügbar sein sollen. Eine Herausforderung für Konstrukteure und Entwickler.

Hinzu kommt, so Dr.-Ing. Benjamin Schleich, Oberingenieur und Leiter des Forschungsbereichs „Virtuelle Produktentwicklung und Konstruktionsmethodik“ am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, dass angesichts der Entwicklungen rund um Industrie 4.0, der Digitalisierung in der Produktion und der additiven Fertigung auch die Sicherstellung der effizienten Herstellbarkeit und die Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Fertigungskapazitäten eine große Herausforderung für Konstrukteure darstellen.

Die Trends: digital, modellbasiert und virtuell

Glücklicherweise gibt es verschiedene Methoden und Ansätze, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Der Lehrstuhl für Konstruktionstechnik der FAU Erlangen-Nürnberg erforscht im Kontext der virtuellen Produktentwicklung aktuell insbesondere den gezielten Einsatz von maschinellen Lernverfahren, datengetriebenen Methoden und Ansätzen zur Wissensrepräsentation im Kontext des Digital Engineerings.

Daneben sind u.a.der Digitale Zwilling, modellbasiertes Systems Engineering, maschinelles Lernen und Verfahren der virtuellen Realität als Schlagworte zu nennen, betont Schleich. „Neben dem zunehmenden Einsatz von modellbasierten Entwicklungsmethoden können insbesondere durchgängige Toolketten verschiedener CAD- und CAE-Werkzeuge bei der Konstruktion, technischen Integration und virtuellen Absicherung komplexer technischer Produkte unterstützen.“ Zudem spiele die nachvollziehbare Dokumentation und Weitergabe von anforderungs-, produkt- und fertigungsbezogenen Informationen mit Hilfe von PLM-Tools eine entscheidende Rolle.

Teamwork: menschliche und die Künstliche Intelligenz verbinden

Bereits heute unterstützen Methoden der Künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens in der Produktentwicklung dabei, die vielfältigen Daten- und Informationsströme aus dem Produktlebenszyklus zu verarbeiten und daraus Wissen für die Gestaltung zukünftiger Produkte zu extrahieren. „Während diese Verfahren heute allerdings oft noch punktuell und für klar abgegrenzte Teilschritte der Entwicklung zum Einsatz kommen, wird es uns in Zukunft möglich sein, die menschliche und die Künstliche Intelligenz zu einer Hybriden Intelligenz zu verbinden“, sagt Schleich. Zudem werden virtuelle und augmentierte Realität an Bedeutung gewinnen und den Weg zum virtuellen Konstruktionsarbeitsplatz ebnen. „Hier spielen aus meiner Sicht unter anderem die erhöhte Intensität der Immersion durch neue Hardware und verbesserte Interaktionsmöglichkeiten eine entscheidende Rolle.“

Schleich erwartet zudem, dass die Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses in den kommenden fünf Jahren kontinuierlich zunehmen wird und es ermöglicht, Informationskreisläufe zwischen Produktplanung, Konstruktion, Fertigung, Betrieb und Produktaufbereitung bzw. -verwertung zu schließen. So können die Auswirkungen von Konstruktionsentscheidungen frühzeitig besser und ganzheitlicher abgeschätzt werden.

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