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So wird das Engineering automatisiert

• Automatisierung von Routineaufgaben mit KI und ML – In den kommenden Jahren werden vor allem jene Industrieunternehmen einen Wettbewerbsvorteil haben, die Design- und Konstruktionsautomatisierung meistern, zeigt sich Niestrath überzeugt. Das Prinzip: „Statt dass Entwickler und Konstrukteure viel Zeit mit der Modellierung und Konfiguration von Standardteilen verschwenden, kann auch diese Tätigkeit in Zukunft an digitale Technologien und künstliche Intelligenz abgegeben werden. Arbeitsschritte, die bislang Stunden oder Tage gedauert haben, sind so innerhalb weniger Sekunden umsetzbar und Konstrukteure erhalten deutlich mehr Freiraum, um sich auf anspruchsvollere und innovativere Tätigkeiten zu konzentrieren.“

• Automatisiert zur optimalen Gestalt mit KI und ML – Generatives Design, häufig auch als generative Gestaltung bezeichnet, ist ein Gestaltungsprozess in der Produktentwicklung, bei dem unterschiedliche Entwurfs- oder Konstruktionsvarianten, die sich am Designansatz der Natur orientieren, automatisch erkundet werden. Dabei formulieren Konstrukteure und Entwickler zunächst das gestalterische Ziel. Der Computer schlägt dann basierend auf ML-Algorithmen Varianten vor, aus denen der Konstrukteur schließlich seinen Favorit auswählt und diesen weiterentwickeln kann. Die Software sucht also in einem gegebenen Bauraum die beste Lösung für eine Konstruktionsaufgabe. Möglich wird dies durch Cloud-Computing. „Durch die Verlagerung des Schwerpunkts von der Geometrieerstellung auf eine bessere Definition des Problems ermöglicht die generative Technologie den Ingenieuren, sich auf das zu konzentrieren, was sie am besten können - das Konstruieren“, sagt Thompson.

• KI-gestützte Bedienerführung – Ein weiteres Anwendungsfeld von KI und ML in der Konstruktion ist die Unterstützung des Konstrukteurs innerhalb seiner Anwendungen, erklärt Scheller. „All dies macht Systeme immer mehr zu einem smarten Assistenten für den Produktentwickler, damit er sich auf die Lösung seiner Aufgaben konzentrieren kann und im richtigen Kontext seiner Aufgabe den notwendigen Befehlsumfang vom System angeboten bekommt und einfach bedienen kann.“

• Low-Code-Plattformen: Aufgrund der großen Herausforderungen in der Produktentstehung ist für Dr. Moritz Maier, Mitgründer und Co-Geschäftsführer Synera, klar: „Das manuelle Entwickeln eines Bauteils in unvernetzten Engineering-Tools ist nicht effizient genug und wird durch ein digitales Abbilden des Produktentstehungsprozesses in Low-Code-Plattformen wie Synera abgelöst.“ Die Rolle des Ingenieurs werde sich damit weg vom Konstrukteur oder Berechner hin zum Algorithmen-Entwickler bewegen. Anstatt das Bauteil aufwändig und immer wieder manuell zu entwerfen wird der Prozess, welcher den eigentlichen Entwurf des Bauteils beschreibt, in Form eines Workflows modelliert. Dieser Workflow ist anschließend in der Lage, automatisiert beliebige Bauteilvarianten mit bis zu 90 Prozent Zeitersparnis zu entwerfen, berichtet Dr. Maier.

Algorithmus-basiert konstruieren

Automatisiert zum passenden Bauteil dank Generative Engineering

Dank additiver Fertigung zu resilienten Lieferketten, mehr Nachhaltigkeit und innovativen Lösungen

Die Vorteile der additiven Fertigung liegen auf der Hand: Die additive Fertigung ermöglicht es Unternehmen, Designs zu entwickeln, die mit anderen Fertigungstechnologien nicht realisierbar sind. In den letzten zehn Jahren hat dieses Potenzial Thompson zufolge viele Unternehmen dazu gebracht, mit der additiven Fertigung zu experimentieren und erstaunliche Ergebnisse zu erzielen.

Er hat auch ein Beispiel parat: „Advanced Engineering Solutions hat das Design für den Ersatzwärmetauscher eines Hubschraubers optimiert. Mithilfe von Gitterstrukturen, die nur mit der Additivtechnologie hergestellt werden konnten, wurde der Wärmetauscher so konstruiert und gefertigt, dass er nur halb so groß wie das Original ist und gleichzeitig die vierfache Kühlleistung erbringt.“ Dieser Anwendungsfall sei die Art von Innovation, die immer mehr Kunden dazu veranlasse, Werkzeuge für das Design für die additive Fertigung direkt in ihren Designprozess zu integrieren.

Zudem punktet die additive Fertigung auch in Sachen Lieferkettensicherung und Nachhaltigkeit durch möglichst lokale Fertigung.

Komplexitätsmanagement reduziert Aufwand

Ein weiteres wichtiges Forschungsthema in 2023 ist für Prof. Krause das Komplexitätsmanagement mit dem Ziel, die Komplexität besser zu beherrschen, zu reduzieren oder im besten Fall zu vermeiden. Unter Komplexität in Bezug auf die Produktentwicklung wird die Zunahme an (unterschiedlichen oder gleichen) Elementen und deren Beziehungen untereinander verstanden, vereinfacht ausgedrückt.

„Übersetzt bedeutet dies z.B. die Integration unterschiedlicher Fachdisziplinen hinzu den sogenannten cyberphysikalischen mechatronischen Systemen, die bei sensorintegrierenden Maschinenelementen beginnen und bei komplizierten Produkten und Systemen, die Daten und Informationen mit dem Hersteller, Nutzer oder Nutzergruppen austauschen“, erklärt Prof. Krause. Um diese komplizierten Produkte und System zu entwickeln, seien neue Werkzeuge und Tools in der Produktentwicklung nötig. Und vor dem Hintergrund der fragilen Lieferketten sei dies ein wichtiges Thema. „Die Produkte müssen zukunftsrobust oder resilient gegenüber unvorhersehbaren Ereignissen sein. Dies zu erreichen, helfen modulare Produktarchitekturen, die die Auswirkung möglichst auf ein Modul beschränken und daher leichter austauschbar machen“, erklärt Prof. Krause.

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