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Wie digitale Technologien im Produktentstehungsprozess unterstützen

Doch bekanntlich liegt in jeder Herausforderung auch eine Chance: „Gerade neue Technologien bieten das Potenzial, Unternehmen resilienter gegen äußere Einflüsse und Geschäftsmodelle langfristig erfolgreich zu machen“, ist sich Dr. Darko Sucic, Senior Director, Industry Consulting bei Dassault Systèmes, sicher.

Auch Peter Scheller, PreSales Account Development, PreSales Team - Engineering, Siemens Digital Industries Software Germany, sieht in den Herausforderungen Chancen für Innovation und Wandel, insbesondere in Anbetracht der Fortschritte bei den digitalen Technologien:

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• Die Cloud und das Plattformprinzip:
  
  Die vergangenen Jahre haben eindrucksvoll gezeigt, dass der Ort, an dem wir arbeiten, eine untergeordnete Rolle spielen sollte. Die Corona-Pandemie hat vieles verändert, es fand ein Paradigmenwechsel statt, der zum sogenannten New Work führte. Damit einher ging und geht die Notwendigkeit, allen Teammitgliedern immer den Zugang zur richtigen Information zu ermöglichen. Die Cloud und digitale Ökosysteme ermöglichen genau dies. „Anders als bei proprietären Dateiformaten exklusiver Software-Anwendungen, die Zusammenarbeit aufgrund von mangelhafter Interoperabilität, fehlender Verknüpfungen, Unübersichtlichkeit und hohen Speicherplatzanforderungen eher erschweren, sind Informationen in einem offenen Cloud-Ökosystem frei, einfach und meist in Echtzeit zugänglich. Jedes Teammitglied hat zu jederzeit auf genau die Daten Zugriff, die es gerade benötigt“, erklärt Jan Niestrath, Industry Manager Manufacturing bei Autodesk. Und er verweist auf die Harvard-Professorin Dr. Linda A. Hill, die kürzlich argumentierte: „Innovation ist nicht das Produkt eines Einzelgenies, sondern des kollektiven Genies.“
  
  Cloudlösungen unterstützen dabei, die ansteigenden Datenmengen verarbeiten zu können und zu teilen. Gleichzeitig werden Cloudplattformen auch der Rolle als Single Source of Truth gerecht und sorgen so für nahtlose Datendurchgängigkeit. „Mitarbeitende aus Fachbereichen wie Logistik oder Marketing können dadurch bereits in einer frühen Entwicklungsphase einbezogen werden. Gleichzeitig fließen gewonnene Erkenntnisse aus dem Fertigungsprozess wieder in die Entwicklung ein, sodass Konstrukteure Produkte kontinuierlich optimieren können“, so Dr. Sucic.
  
  

• Digitaler Faden und modellbasierte Entwicklung:
  
  Ein weiterer Trend, der aus der Digitalisierung befördert wird, ist das modellbasierte Entwickeln. Wie Thompson bei den PTC-Kunden erkennt, sind sich die Unternehmen der Vorteile dieses Ansatzes bewusst, indem sie die Verwendung von CAD-Modellen im gesamten Unternehmen ausweiten: „Ziel ist es, die Effizienz zu steigern und Fehler zu vermeiden, indem ein digitaler Faden zwischen den Funktionen und im gesamten Unternehmen geschaffen wird“. Mit dem digitalen Faden wird ein geschlossener Kreislauf zwischen der digitalen und der physischen Welt geschaffen, um Produkte, Menschen, Prozesse und Orte zu verbinden. Wenn er in einer gesamten Wertschöpfungskette implementiert wird, gibt es keine Medienbrüche mehr zwischen den verschiedenen Werkzeugen im Produklebenszyklus. So schafft der digitale Faden Konsistenz, fördert die Zusammenarbeit und bricht Datensilos auf.
  
  In einem modellbasierten Produktentstehungsprozess werden 3D-Modelle schon während ihrer Entstehung, aber auch entlang des Produktlebenszyklus digital um wichtige Informationen angereichert. Bei Siemens Digital Industries Software zählt das zu den wichtigsten Trends für das Jahr 2023. Für Scheller ist klar: „Der Produktentstehungsprozess wird sich immer stärker auf umfassend beschriebene, digitale 3D-Modelle stützen und die Bedeutung von zusätzlichen beschreibenden Dokumenten wie der 2D-Zeichnung wird an Bedeutung verlieren.“ Auch Normänderungen durch Einführung des ISO-GPS-Standards treiben die Nutzung der 3D-Modelle voran und sorgen für eine bessere Verschränkung der gesamten CAx-Prozesse. Das, so Scheller, bringt noch weitere Vorteile mit sich: „Durch diese modellbasierten Produktentstehungsprozesse werden alle notwendigen Informationen auch für global verteilte Entwickler Teams sofort zugänglich und bilden so die Grundlage für die Optimierung der Produkt-Nachhaltigkeit und der Stabilisierung der Lieferketten“.
  
  Prof. Krause erweitert diesen Aspekt um einen Trend in der Forschungslandschaft: „Das modellbasierte Entwickeln, insbesondere mit den SysML-basierten Ansätzen, erlaubt es, alle Informationen – also nicht nur die geometrischen und technologischen Produktinformationen – in einem Modell zu speichern, so dass angefangen von der Anforderungsliste über funktionale Informationen bis hin zu Lösungs- und Teileinformationen alle wichtigen Informationen beliebig verknüpft in einem System zur Verfügung stehen.“ Wenngleich die Systeme heute noch nicht besonders anwenderfreundlich seien, so lohne es sich dennoch, sich rechtzeitig damit auseinanderzusetzen, da viel Potenzial dahinter stecke.
  
  

• Simulation und digitaler Zwilling:
  
  Immer mehr setzt sich das Bewusstsein durch, dass Simulation im Produktentstehungsprozess eine wesentliche Rolle spielt. Sie trägt dazu bei, dass die Entwicklungszeiten verkürzt, ein großer Lösungsraum schnell und unkompliziert betrachtet werden kann und neue Ideen schnell umgesetzt werden können. Dies gilt insbesondere dann, wenn Simulation nicht nur von Experten zur Validierung, sondern frühzeitig von Konstrukteuren und Entwicklern eingesetzt wird, wie es sogenannte Live- oder Echtzeitsimulation möglich macht.
  
  Auch PTC hat in Zusammenarbeit mit dem Simulationsexperten Ansys eine Lösung in Creo integriert, mit der Konstrukteure neue Ideen schnell ausprobieren können und Thompson erwartet eine anhaltende Dynamik für simulationsgetriebenes Design. „Anstatt die Simulationstechnologie primär am Ende des Entwurfsprozesses einzusetzen, erwarten wir eine kontinuierliche Ausweitung durch Konstrukteure und Ingenieure während des gesamten Prozesses, erklärt Thompson. Dies positioniere die Simulation strategisch an der frühesten praktischen Stelle des Produktentwicklungsprozesses, sodass Unternehmen qualitativ hochwertigere Entwürfe erstellen und die Kosten besser kontrollieren können. „Darüber hinaus ermöglicht es mehr Innovation, da die Unternehmen mithilfe digitaler Tests viel mehr potenzielle Entwürfe untersuchen können.“
  
  Scheller bezeichnet dies als „Ideenmaschine für Produktentwickler“ und rechnet auch damit, dass der Einsatz von Simulationswerkzeugen in einer sehr frühen Phase immer wichtiger wird. „So können Kundenanforderungen schon sehr früh mit den digitalen Zwillingen getestet werden“ so Scheller. Denn die Basis der digitalen oder virtuellen Zwillinge ist Simulation, die durch den modellbasierten Ansatz möglich wird. „Virtuelle Zwillinge etablieren sich als Standard in modernen Fertigungsunternehmen und kommen branchenübergreifend zum Einsatz“, sagt auch Dr. Sucic. „Produkte werden nicht mehr nur aus dem Blickwinkel der Herstellung betrachtet, sondern mithilfe eines detaillierten realen Abbilds entlang ihres gesamten Produktlebenszyklus – von der ersten Ideenskizze, über die Herstellung und den Einsatz bis hin zum Recycling. Aus den so gewonnenen Daten lassen sich Erkenntnisse für künftige Produkte ziehen.“ Für ihn der besondere Charme der virtuellen Zwillinge: „Es lassen sich scheinbar undenkbare Ansätze oder Konzepte ausprobieren. In der virtuellen Welt gibt es kaum Grenzen.“

• Visualisierung mit VR und AR und das Metaverse:
  
  Die konsequente Nutzung der Daten der Entwicklung öffnet noch eine weitere Tür: von Visualisierungen mit VR und AR über die Interaktion mit digitalen und virtuellen Inhalten bis hin zum Metaverse. Einer Bitkom-Studie zufolge, die im Auftrag von Autodesk durchgeführt wurde, setzen bereits 28 Prozent der befragten Unternehmen Virtual- und Augmented Reality-Anwendungen ein, um etwa Designprozesse noch greifbarer zu machen. „Zunehmend werden die Technologien auch eingesetzt, um die Kundschaft mehr an den Entwicklungsprozessen teilhaben zu lassen. Einige Unternehmen sind in der digitalen Transformation noch weiter und stützen ganz neue Geschäftsmodelle auf den Potenzialen digitaler Technologien“, stellt Niestrath fest und hat auch ein Best Practice parat: Der Röntgensystemhersteller Visi-Consult setzt zunehmend statt auf physische Produktangebote auf Dienstleistungen im Abonnementmodell. Auf Basis von digitalen Zwillingen, KI und Cloud-Technologie können Kunden auf Röntgenverfahren und Bildinterpretation zurückgreifen, ohne in eigene kostenintensive Röntgenanlagen investieren zu müssen – für Niestrath „ein deutschlandweit einzigartiger Geschäftsmodellansatz, der eindrucksvoll zeigt, wohin die digitale Transformation in Zukunft führt“.
  

• Fertigung:
  
  Aber nicht nur auf Seiten von Design und Produktentwicklung, sondern auch bei der Fertigung und darüber hinaus schreitet die digitale Transformation voran, berichtet Niestrath. „Unter dem Stichwort intelligente Fertigung tragen Industrie 4.0-Technologien wie KI, Virtual Reality, Additive Fertigung, Big Data, IoT-Computing oder CNC-Bearbeitung weiter Früchte: Intelligente Roboter, vernetzte Maschinen und cyber-physische Systeme gestalten Produktionsprozesse maximal effizient und verhindern durch Daten-gesteuerte Selbstdiagnosemechanismen potenzielle Ausfälle.“
  
  Diese zunehmende Vernetzung von intelligenten Maschinen und die damit verbundene Erhebung und Auswertung von Daten sorgen weiter für einen deutlichen Schub in der Automatisierung, prognostiziert Dr. Sucic und betont: „Der größte Vorteil besteht darin, dass Fertigungsdaten nicht verloren gehen, sondern letztlich wieder in den Entwicklungsprozess zurückfließen. So lässt sich ein viel tieferes Verständnis für Produkte und deren Nutzung – unabhängig vom Einsatzbereich – entwickeln.“

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