Produktentwicklung Was ist eigentlich Generative Engineering?

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Hinter Elise steckt eine Plattform, die die Produktentwicklung revolutionieren soll: Das Generative Engineering nutzt intelligente Algorithmen für die Entwicklung und Konstruktion technischer Produkte. Wie das Prinzip der automatisierten Bauteilfindung funktioniert.

Wie sieht sie aus – die Zukunft der Produktentwicklung? Wenn es nach dem jungen Unternehmen Elise geht, werden Ingenieure dank durchgehend automatisierter Abläufe in kürzerer Zeit bessere Produkte entwickeln. Der Schlüssel ist Automatisierung mit Generative Engineering. Dazu hat Elise die gleichnamige grafische Low-Code-Plattform entwickelt, die intelligente Algorithmen nutzt und wiederkehrende Prozesse automatisiert.

Wie sieht der Produktentwicklungsprozess heute aus?

Probleme im Produktentwicklungsprozess

Doch zunächst zu den Problemen, mit denen Konstrukteure und Entwickler im heutigen Produktentstehungsprozess häufig konfrontiert sind.

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• Entwicklungsingenieure verbringen einen Großteil ihrer Arbeitszeit mit wiederkehrenden, alltäglichen Aufgaben und der Koordination von Schnittstellen.

• Es gibt zwar sehr leistungsfähige Tools in der digitalen Produktentwicklung – von CAD-Systemen mit generativem Design über FEM-Simulation über Visualisierungs- und DMU-Lösungen bis hin zu PDM/PML-Systemen. Doch unterstützen diese Tools den Entwickler lediglich in Teilbereichen.

• Jede Abteilung nutzt ihre eigene, auf sie optimierte Software-Umgebung, die häufig nicht mit den anderen Lösungen kommunizieren kann, da ihnen eine einheitliche Sprache fehlt.

• Die unterschiedlichen Aufgaben während des Prozesses werden immer noch linear abgearbeitet. Häufig müssen Daten an den Schnittstellen manuell übertragen werden.

• Je weiter das Design fortgeschritten ist, desto schwerer lassen sich in diesem Prozess grundsätzliche Änderungen wie ein anderes Herstellungsverfahren einbringen.

In diesem sequentiellen Prozess ist der Weg zum optimalen Produkt also – trotz aller Unterstützung durch Algorithmen – noch von vielen manuellen Schritten geprägt, sodass dem Ingenieur die Zeit und die Möglichkeit fehlt, eine Vielzahl an Versionen mit unterschiedlichen Parametern zu prüfen. Ihm sind die Hände gebunden.

Ein Beispiel: Der Ingenieur plant ein Aluminiumteil. Er optimiert die Materialstärke für eine bestimmte Produktionsmethode. Da erreicht ihn die Anfrage, ob das Teil auch in Titan produzierbar wäre. Nun startet er von vorne: Er hinterlegt in der Software neue Werte, die er sich aus unterschiedlichen Quellen im Unternehmen besorgt. Die bereits erledigten Arbeitsschritte waren umsonst, denn sie passen nicht mehr zur aktualisierten Anforderung an das Bauteil.

Wie funktioniert Generative Engineering?

Die Lösung liegt wie so häufig in der Automatisierung der Prozesse für den nahtlosen Übergang von einem Entwicklungstool zum nächsten. Mit der Plattform Elise ist das möglich: Basis ist das sogenannte Generative Engineering. Dabei kommen algorithmisches Modellieren und die Automatisierung wiederkehrender Prozesse zum Einsatz, sodass der komplette Ablauf der Produktentstehung generativ gestaltet wird. Automatisierte Abläufe ersetzen also manuelle Iterationen.

Doch hier ist ein Umdenken aller am Entwicklungsprozess Beteiligten gefordert: Denn beim algorithmischen Modellieren konzentriert sich der Konstrukteur nicht auf das Bauteil selbst; vielmehr definiert er zu Beginn der Produktentstehung ein Regelwerk für das Bauteil, die sogenannte technische DNA.

Was ist die DNA technischer Bauteile?

Um die Bedeutung dieses Regelwerks hervorzuheben, nutzt Elise die Metapher der DNA, angelehnt an die Evolution in der Natur. Zur Verdeutlichung führt Dr. Moritz Maier, Gründer von Elise, das Wachstum von Bäumen oder auch die Entwicklung des Menschen an: Alle notwendigen Regeln, wie Baum und Mensch zu wachsen haben, sind in der DNA definiert als Abfolge der Einzelbausteine – Aminosäuren sind quasi die Programmiersprache der Natur. Dieses Prinzip überträgt Elise auf die Entwicklung technischer Produkte. „Natürlich brauchen wir eine andere Programmiersprache, mit der die Algorithmen modelliert werden können. Aber wir können ein Regelwerk festlegen, das den Aufbau des technischen Produkts definiert“, erklärt Moritz Maier.

Bei der Berechnung benutzt die Software die vorgegebene Abfolge zwischen Komponenten wie technische Spezifikationen, Topologieoptimierung, FEM-Simulation, Controlling oder Fertigung. Nach der Berechnung hat der Designer schließlich die Wahl: Er entscheidet sich für die Ergebnisse, die ihm am besten in Bezug auf Kosten, Gewicht oder Herstellbarkeit gefallen.

Einheitliche Sprache für alle Tools

Einheitliche Sprache für alle Entwicklungstools ermöglicht Automatisierung

Um alle betroffenen Bereiche nahtlos miteinander zu verbinden, ist der Austausch von Daten entlang der gesamten Prozesskette nötig. Nur so gibt es weder störende Schnittstellen, Verzögerungen oder Datenverluste. Die Software nutzt dazu im gesamten Prozess eine universelle Sprache, wo bislang jede Abteilung ihre eigene Kommunikationsweise hatte. „Die Sprache ist der Schlüssel zum Erfolg, damit alle Softwaretools miteinander kommunizieren können. Sowohl Geometrie- als auch Berechnungs- und Kostendaten müssen vereinheitlicht werden,“ erklärt Moritz Maier. Nur so können alle Bereiche des Entwicklungsprozesses Daten automatisch austauschen.

Damit das funktioniert, basiert Elise auf einer grafischen Programmiersprache, für die keine Programmierkenntnisse nötig sind. „Um eine Abfolge aufzubauen, verbindet der Entwickler einfach die Funktionsblöcke der Software-Module miteinander. Dafür ersetzen wir nur das User Interface der einzelnen Tools, der Solver-Code der Software bleibt erhalten, “ erklärt Moritz Maier. Auch eigene Software lasse sich einfach vom Anwender in diesen Prozess integrieren.

Wann sich der Einsatz von Generative Engineering lohnt

Anders als in konventionellen Serienentwicklungsprozessen mit skizzenbasierter Konstruktion und manuellen FE-Iterationen ermöglicht das Generative Engineering eine automatisierte Generierung von optimalen Konstruktionen mit Echtzeitanpassung an sich ändernde Randbedingungen in einer Softwareumgebung. Am meisten lohnt der Einsatz der Software in der sehr frühen Konzeptphase, auf der grünen Wiese.

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