Generatives Design Fahrzeuge leicht gemacht – dank KI

Ein Gastbeitrag von Karl Osti

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Kein Zweifel, die Automobilindustrie steht nach wie vor vor großen Herausforderungen. Großes Potenzial steckt in Technologien wie KI-gestütztem Generativen Design. Zwei kleine Automobilunternehmen zeigen bereits, was die Technologie möglich macht: ein leichter Sportwagen wird noch leichter und bei Harley Davidson trifft Tradition auf Innovation.

Ein Leichtgewicht: Der BAC Mono ist ein Supersportwagen, der etwa 570 Kilogramm wiegt. Um noch mehr Gewicht zu sparen, setzten die Konstrukteure u. a. bei den Felgen auf Generatives Design und senkten das Gewicht noch einmal um knapp 5 Kilogramm.
Ein Leichtgewicht: Der BAC Mono ist ein Supersportwagen, der etwa 570 Kilogramm wiegt. Um noch mehr Gewicht zu sparen, setzten die Konstrukteure u. a. bei den Felgen auf Generatives Design und senkten das Gewicht noch einmal um knapp 5 Kilogramm.
(Bild: Image courtesy of Briggs Automotive Company Ltd. )

Elektromobilität liegt im Trend, hybride Technologien verlieren Momentum und die Herausforderungen in den Lieferketten sind enorm, nicht nur durch die Pandemie, sondern auch durch die Unsicherheit der geopolitischen Lage. Konzerne wie Tesla sind Vorreiter, aber man sieht auch mehr neue, junge Brands, die zum Beispiel in der Elektromobilität ihren Platz finden. Die Herausforderungen reichen tief und haben die Arbeitsweisen und Kernkompetenzen in der Branche grundlegend verändert. Dieser Umbau der Kompetenzen und auch des Personals in Richtung Elektrifizierung und digitale Benutzerinteraktion in den vergangenen Jahren zeigt den Wandel und wirkt sich auf die Zulieferkette aus: Lieferanten selbst bieten komplette Plattformen und ernstzunehmende Wettbewerber treten in den Markt.

Das erklärte Ziel der Zulieferer: Die Relevanz in der Wertschöpfungskette erhöhen, die Differenzierung stärken und gleichzeitig eine diversere Auswahl an Bauteilen in besserer Qualität, geringerer Zeit möglichst ressourceneffizient herzustellen. Was unmöglich erschien, ist dank digitaler Technologien bereits Realität.

Generatives Design: Konstrukteur und Künstliche Intelligenz arbeiten als Team

Eine dieser Technologien ist Generatives Design. Sie ermöglicht es, zum Beispiel das Gewicht von einzelnen Komponenten zu verringern oder verschiedene Bauteile zu konsolidieren, womit die Komplexität und die Produktion vereinfacht werden. Das geschieht auf Basis von Künstlicher Intelligenz. Mit den Vorgaben der Konstrukteure als Grundlage errechnet diese in kürzester Zeit eine Vielzahl potenzieller Konstruktionsoptionen eines Bauteils – darunter zweifellos auch Varianten, an die die Konstrukteure selbst nicht gedacht haben.

Was zuvor potenziell Wochen gedauert hat, wird dank Generativem Design innerhalb von Minuten möglich.

Parameter können hierbei dynamisch angepasst werden und umfassen Eigenschaften wie Größe, Materialien, Fertigungsverfahren oder Kosten. Konstrukteure können schnell eine Vielzahl verschiedener Optionen als digitale 3D-Modelle erproben, in verschiedenen Iterationen anpassen und so optimale Lösungen finden. Was zuvor potenziell Wochen gedauert hat, wird dank Generativem Design innerhalb von Minuten möglich. All das unter Berücksichtigung der Losgrößen und den passenden Produktionstechnologien.

Tradition trifft Innovation bei Ersatzteilen für Harley Davidson

Ein Unternehmen, das die Potenziale von Generativem Design bereits sehr erfolgreich ausschöpft, ist der kanadische Motorradersatzteilhersteller MJK Performance, der maßgeschneiderte Aftermarket-Komponenten für Harley-Davidson-Maschinen herstellt. Das Unternehmen umfasst lediglich fünf Mitarbeitende und vertreibt Anfertigungen über die eigene Website sowie über ein weltweites Partnernetzwerk. Um mit der Nachfrage Schritt halten zu können, beschäftigt sich das Team immer wieder mit den Möglichkeiten von technologischen Innovationen. Auf die Potenziale von Generativem Design greift das Team im Rahmen der Arbeit mit der Softwareplattform Autodesk Fusion 360 zurück.

Zunächst entwarf das Team mithilfe der Software eine innovative Gabelbrücke, die auf einer Seite mit den Standrohren der Teleskopgabel verknüpft ist, auf der anderen Seite über an der Vorderradachse angebrachte Sturzpads verfügt. Die Brücke ist qualitativ hochwertig und entspricht designtechnisch dem unverkennbaren Harley-Davidson-Stil, ist allerdings dank der Unterstützung der Künstlichen Intelligenz deutlich leichter als vergleichbare Bauteile, die in aller Regel sehr schwer und sperrig sind.

Der Entwurfsprozess gestaltete sich denkbar einfach:

  • Das Team fertigte zunächst innerhalb kurzer Zeit eine Reihe möglicher Entwürfe an.
  • Im Anschluss dauerte es kaum 20 Minuten bis eines der 3D-Modelle manuell leicht angepasst und verfeinert werden konnte, sodass es optisch ganz dem typischen Harley-Davidson-Design entsprach.
  • Derweil stellte die Software sicher, dass das Modell zu jeder Zeit den zuvor konfigurierten Anforderungen wie etwa Stabilität oder Gewicht entspricht, sodass sich das Team voll und ganz auf die Optik fokussieren konnte.

Viele weitere von MJK Performance hergestellte Bauteile konnten seither von den Möglichkeiten des Generativen Designs profitieren und die neue Arbeitsweise des Unternehmens stößt bei der technikaffinen Kundschaft des Unternehmens auf Anklang, sodass der Ersatzteilhersteller sogar dazu übergegangen ist, mit den Herstellungsverfahren zu werben. So legt MJK Performance ein eindrucksvolles Beispiel vor, wie das altbewährte Traditionshandwerk von Harley Davidson dank innovativer technologischer Ansätze fit für die Zukunft gemacht werden kann.

Ebenfalls interessant für die digitale Entwicklungs- und Produktionsmethodik ist der Bereich Aftersales. Hier besteht das Potenzial, das jahrzehntelange Garantieversprechen der Ersatzteilverfügbarkeit besser mit dem gebunden Kapital in der Ersatzteilversorgung in Balance zu bringen. Sogenannte digitale Fingerabdrücke ermöglichen die kurzfristige Produktion on-demand, Produktion vor Ort in der globalen Welt bei gleichzeitiger Vermeidung von zu entsorgenden Altbestand.

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Konstruktionsleiterforum

Produktentwicklung neu denken

Der Schlüssel für den Erfolg eines Unternehmens liegt in Konstruktion und Entwicklung. Hier entstehen innovative Produkte, die die Wettbewerbsfähigkeit sichern. Doch kennen Sie die Herausforderungen der Produktentwicklung im 21. Jahrhundert?

Das Konstruktionsleiterforum will Konstruktions- und Entwicklungsleiter für Hürden sensibilisieren, sowie Tools und Methoden aufzeigen, um innovative Ideen strukturiert zu entwickeln und den Produktentstehungsprozess so schlank und effizient wie möglich zu gestalten.

BAC Mono: Von 0 auf 100 km/h in unter 3 Sekunden

Nicht minder edel, wenn auch weniger traditionell ist hingegen der Sportwagen BAC Mono des britischen Automobilherstellers Briggs Automotive Company (kurz: BAC). Das in Liverpool ansässige Unternehmen hat sich seit 2009 auf die Produktion von Rennwagen spezialisiert, die auch für den regulären Straßenverkehr zugelassen sind.

Um den BAC Mono noch leichter zu gestalten, suchten die Konstrukteure nach Lösungen und entdeckten Generatives Design für sich.

Der BAC Mono ist das Aushängeschild des Herstellers. Dabei handelt es sich um einen Supersportwagen, der lediglich ca. 570 Kilogramm schwer ist, kaum halb so viel wie die meisten Kleinwagen. Rennsportfans wissen: Um möglichst schnell auf möglichst hohe Geschwindigkeiten beschleunigen zu können, ist jedes Gramm wichtig.

Der BAC Mono ist ein Supersportwagen, der lediglich ca. 570 Kilogramm schwer ist. Um noch mehr Gewicht zu sparen, setzen die Konstrukteure auf Generatives Design.
Der BAC Mono ist ein Supersportwagen, der lediglich ca. 570 Kilogramm schwer ist. Um noch mehr Gewicht zu sparen, setzen die Konstrukteure auf Generatives Design.
(Bild: Image courtesy of Briggs Automotive Company Ltd. )

Deswegen ist der ultraleichte Carbonfaser-Chassis des BAC Mono ebenso essenziell wie seine 332 PS. Um den BAC Mono noch leichter zu gestalten, suchten die Konstrukteure nach Lösungen und entdeckten Generatives Design für sich.

Leichtes noch leichter machen

Auch in diesem Fall kam Autodesk Fusion 360 zum Einsatz, um verschiedene Optionen in 3D-Modellen zu simulieren. Die Konstrukteure wollten die Generative-Design-Funktionen des Programms nutzen, um neue, möglichst leichte Felgen für den BAC Mono zu gestalten.

Generatives Design ermöglicht es, zum Beispiel das Gewicht von einzelnen Komponenten zu verringern oder verschiedene Bauteile zu konsolidieren. Der Rennwagen-Spezialist BAC nutzt dafür die Software Fusion 360 von Autodesk.
Generatives Design ermöglicht es, zum Beispiel das Gewicht von einzelnen Komponenten zu verringern oder verschiedene Bauteile zu konsolidieren. Der Rennwagen-Spezialist BAC nutzt dafür die Software Fusion 360 von Autodesk.
(Bild: Image courtesy of Briggs Automotive Company Ltd. )

Dabei steckten sie zunächst die Rahmenbedingungen ab: die Lasten am Rad, Aluminium als Werkstoff und Fertigung in 5-Achs-CNC-Frästechnik. Hinzu kamen Parameter, die sich auf die Optik bezogen und sicherstellten, dass die von der KI errechneten Modelle sich möglichst nahe am markentypischen BAC-Design orientierten.

Dank der neuen Felgen konnte der BAC Mono noch einmal knapp 5 Kilogramm einsparen.

So kamen die Konstrukteure zügig zu Ergebnissen, die sie zufrieden stellten: Dank der neuen Felgen konnte der BAC Mono noch einmal knapp 5 Kilogramm einsparen, was dazu beiträgt, dass der Rennwagen in unter 3 Sekunden auf 100 km/h beschleunigen kann. Das neue Felgenmodell ging daher schon bald darauf in die Produktion mittels 3D-Druck.

Tipp: Autodesk auf dem Konstruktionsleiter-Forum

Autodesk stellt Software für alle her, die Dinge erschaffen: Über 100 Millionen Menschen vertrauen auf Autodesk-Software wie Inventor, Fusion 360, Auto-CAD, Power-Mill, Alias, VRED und mehr, um ihre Kreativität zu entfalten und wichtige Herausforderungen für wertschöpfendes und nachhaltiges Handeln zu lösen.

Die Software läuft sowohl auf PCs als auch auf mobilen Geräten und nutzt die Rechenleistung der Cloud, um Teams auf der ganzen Welt dabei zu helfen, zusammenzuarbeiten, zu konstruieren, zu simulieren und ihre Ideen in 3D zu realisieren.

Das Unternehmen ist Partner des Konstruktionsleiter-Forums, das am 21. September in Würzburg stattfindet. Das Konstruktionsleiter-Forum will Konstruktions- und Entwicklungsleiter sensibilisieren für die Herausforderungen der Produktentwicklung des 21. Jahrhunderts sowie Lösungen aufzeigen. Dazu gehören praxisorientierte Tools und Methoden, um innovative Ideen strukturiert zu entwickeln und den Produktentstehungsprozess so schlank und effizient wie möglich zu gestalten.

Infos zum Konstruktionsleiter-Forum.

Neue Potenziale für die Automobilbranche

Inzwischen haben die Konstrukteure von BAC weitere Fahrzeugteile identifiziert, die sie durch Generatives Design optimieren wollen. Der BAC Mono besteht aus ca. 400 Teilen – das birgt einiges an Potenzial, um den Rennwagen noch leichter und somit schneller zu gestalten. Aber auch abseits von Geschwindigkeiten hat mehr Leichtigkeit entscheidende Vorteile, denn sie spart Kraftstoff und trägt deshalb zur Senkung von CO2-Emissionen bei.

Wenn Generatives Design demnach bald zum Einsatz kommt, um alltägliche Fahrzeuge in großem Stil zu optimieren, wird ein ganz entscheidender Beitrag zum Klimaschutz geleistet – nur ein Beispiel wie die Technologie den Weg in eine effizientere, ressourcenschonende Zukunft ebnet und der Automobilbranche neue Potenziale eröffnet.

* Karl Osti Senior Industry Manager Manufacturing Autodesk

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