Digitale Produktentwicklung

Mit Digitalisierung Produkte und Prozesse optimieren

| Autor / Redakteur: Stefanie Michel / Rainer Graefen

Dank digitaler Produkt- und Produktionsmodelle in virtuellen Umgebungen lässt sich die Entwicklung komplexer Produkte beschleunigen, der Produktentstehungsprozess optimieren und die Produktqualität erhöhen.
Dank digitaler Produkt- und Produktionsmodelle in virtuellen Umgebungen lässt sich die Entwicklung komplexer Produkte beschleunigen, der Produktentstehungsprozess optimieren und die Produktqualität erhöhen. (Bild: Siemens)

Die Digitalisierung manifestiert sich nicht nur in smarten Produkten sondern beschleunigt und optimiert auch den Produktentstehungsprozess. Nur mit einer digitalen Prozesskette, Simulation und Virtualisierung können komplexe Produkte kostengünstig, schnell und in hoher Qualität entstehen.

Prozesse in der Produktentwicklung bis in die Produktion kontinuierlich zu optimieren, ist eigentlich selbstverständlich, der Anspruch in den meisten Unternehmen vorhanden. Seit Langem sind uns "Lean Production"“ oder das Toyota-Produktionssystem geläufig. Diese Systeme zielen auf eine kontinuierliche Verbesserung der Produkte und Prozesse, das Vermeiden von Verschwendung sowie insgesamt eine Steigerung der Produktivität.

Im Zeitalter der Digitalisierung könnte im ersten Moment der Eindruck entstehen, dass solche Optimierungsprozesse einfacher und schneller möglich sind: Man kennt die Zahlen, man weiß, wo es „brennt“, und „automatisiert“ an dieser Stelle so weit wie möglich.

Doch ganz so einfach ist es nicht, denn auch die Prozesse selbst – sei es im Engineering oder in der Fertigung – sind wesentlich komplexer geworden. Man denke nur an Smart Products oder Systems Engineering: Bei solchen Anforderungen genügt es nicht mehr, alle Arbeitsschritte und alle Bereiche des Engineerings einfach separat zu betrachten. Alles fließt ineinander, kann sich gegenseitig beeinflussen und muss deshalb ganzheitlich geplant und bearbeitet werden.

Produkte entstehen im Zusammenspiel aus Mechanik, Elektrik und Software

Das klingt nach gut und sinnvoll, aber was soll das konkret bedeuten? Ein Beispiel: Das neue Antriebssystem in einer Maschine soll effizient, leise und kostengünstig produzierbar sein sowie in den Bauraum des Vorgängers hineinpassen.

Zudem erwartet der Kunde Konnektivität und Sensorik zur Überwachung beziehungsweise Diagnose. Das bedeutet, dass alle in irgendeiner Weise am Produkt beteiligten Personen während eines solchen Projekts im Team zusammenarbeiten müssen und Zugriff auf die entsprechenden Daten haben.

Am Beispiel des Antriebssystems sind also sowohl Konstrukteure für die Mechanik als auch für die Elektrik sowie Softwareingenieure erforderlich, außerdem Simulationsspezialisten für Akustik und Elektromotoren. Zum Schluss muss das komplette Antriebssystem auch in der Maschine entsprechend funktionieren: Die Gesamtkonstruktion muss darauf ausgelegt sein, den physikalischen Parametern wie Temperatur oder Schwingungen standzuhalten; die elektrischen Anschlüsse und Verkabelungen müssen vorhanden sein.

Kollaborative Produktentwicklung: Alle Disziplinen arbeiten im Team

Die Entwicklung aktueller Produkte wird also zunehmend komplexer, was Teamarbeit erforderlich macht. Prof. Dr. Albert Albers, Leiter des Instituts für Produktentwicklung (IPEK) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT), fasste das in einem Interview mit Bosch Rexroth zusammen: „Der geniale Daniel Düsentrieb kann die benötigte fachliche Tiefe nicht mehr leisten. Spezialisten müssen ihr Wissen auf einer gemeinsamen Ebene bündeln, auf der dann die Innovationen entstehen.“

Doch warum ist diese Zusammenarbeit vieler Disziplinen für die Produkt- und Prozessoptimierung von Bedeutung? Zum einen ist es wichtig, das Projektmanagement mithilfe der entsprechenden Software zu optimieren: einheitliche Strukturen im PLM- und ERP-System, Kollaborationsplattformen für die Zusammenarbeit unterschiedlicher Abteilungen oder Unternehmen und die Möglichkeit der durchgängigen Datenkonsistenz.

Zum anderen muss das Team – jeder für seinen Bereich – parallel arbeiten.

Jeder ist über den Projektfortschritt informiert; sogar Terminpläne des gesamten Projekts können generiert werden. Durch diese enge Zusammenarbeit schon in der Konstruktionsphase erkennt man Fehler oder Qualitätsmängel deutlich schneller und kann sie gemeinsam beheben, was wiederum die Markteinführung des Produktes beschleunigt.

Durch solch eine Optimierung hat Olbrich, ein Maschinen- und Anlagenbauer aus Bocholt, mithilfe von CIM Database des PLM-Anbieters Contact Software den Zeitaufwand alleine für die Angebotserstellung um 50 Prozent reduzieren können. Ein großer Vorteil ist außerdem die hohe Transparenz aller Projekte, sodass man viel früher als vorher eingreifen kann, wenn Zeit oder Budget über den geplanten Werten liegen.

Den Zwilling die Arbeit erledigen lassen

Die Zusammenarbeit unterschiedlichster Fachrichtungen ist die Basis, um einen digitalen Zwilling des physischen Produkts zu erstellen. Dieser Zwilling wird mit der Produktidee geboren, dient bei der Fertigung als Vorlage, wächst danach im Produktentwicklungsprozess immer weiter mit an und bleibt über den gesamten Lebenszyklus mit ihm verbunden.

Er kann sowohl getestet als auch in einer virtuellen Welt produziert werden. Ein solches Konzept besteht aus drei Teilen: dem physischen Produkt in der realen Welt, dem virtuellen Produkt in der virtuellen Umgebung sowie den vorhandenen Daten und Informationen, die das virtuelle und das reale Produkt verbinden. Je mehr Informationen und Daten vorhanden sind, desto eher lässt sich das Produkt nicht nur virtualisieren, sondern auch in seinem Verhalten und in seiner Leistung testen.

Treten hier bereits Probleme oder Fehler auf, dann können diese direkt an die Entwickler zurückgegeben werden, ohne dass bereits ein Prototyp hätte gebaut werden müssen. Auf diese Weise können zudem mehrere Produktvarianten vorab im Hinblick auf ihre Performance getestet werden.

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