Trends der digitalen Fabrik @ Hannover Messe 2017.
Abbildung 1: Quelle: http://www.nlr.org/capabilities/additive-manufacturing/
Im Schatten der Megatrends Digitalisierung und Industrie 4.0 wurde auf der diesjährigen Hannover Messe die nächste Generation der Produktgestaltung und -entwicklung präsentiert. Zwar sind die Begriffe ‚Generative Fertigungsverfahren‘ und ‚Gestaltung‘ nicht neu – 3D-Drucker standen schließlich bereits in den letzten Jahren im Fokus vieler Messen – Größe und Gestaltungsspielraum neuester Lösungen sind jedoch ungleich leistungsfähiger als die bisherigen Vorstellungen von 3D-Druckern.
Was ist neu?
Abbildung 2: https://www.engineeringspot.de/2015/04/hannover-messe-3d-druck-fuer-formenbau-und-simulationsgetriebenes-design/
Kurz: Die Art und Weise der Produktentwicklung. Viele Unternehmen setzen CAD-Software als digitales Reißbrett ein. Die Produktgestaltung erfolgt bisher in den Köpfen der Konstrukteure – echte Innovationen hängen in erster Linie also von der Kreativität und Phantasie des Kollegen vor dem Rechner ab – der Computer unterstützt lediglich bei der Gestaltung durch Visualisierung und Verknüpfung von Bauteilen und -gruppen. Die Anforderungen an das Produkt stehen dabei häufig in Word- bzw. Excel-Listen, eine Verknüpfung mit dem virtuellen Modell existiert zumeist nicht. Bei steigender Komplexität stoßen althergebrachte Prozesse mit dieser Vorgehensweise schnell an ihre Grenzen – das Produkt kann nur noch in engen Grenzen optimiert werden.
An dieser Stelle setzt der Hebel des Generative Design an. Hierbei wird die Entwicklung des Produkts durch ein festgelegtes Regelwerk anhand definierter Anforderungen durchgeführt. Das Regelwerk besteht dabei üblicherweise aus Algorithmen. Der menschliche Aufwand verschiebt sich vom Durchführen des Entwicklungsprozesses hin zum Modellieren des Anforderungsnetzes. Die Potentiale dieser neuartigen Konstruktionsmethode sind enorm. Gewichts- und Festigkeitsoptimierungen, aber auch die Vernetzung von Anforderungen hinsichtlich Baubarkeit, Fertigung und Kosteneffizienz können durch Generative Design deutlich verbessert werden. Die Entwicklung einzelner Elemente lässt sich sofort im Gesamtkontext verknüpfen. Fehlentwicklungen oder Produktanpassungen können schon im virtuellen Prozess, also in der Designphase, korrigiert werden. Insofern korreliert Generative Design mit der innovativen Entwicklungsmethode des Modell Based Systems Engineering (MBSE), indem bisher getrennte Entwicklungsprozesse wie z.B. Topologieoptimierung und virtuelle Produktabsicherung verknüpft werden.
Generative Design ist in anderen Bereichen seit Längerem bekannt. So wird es bereits standardmäßig im Kommunikationsdesign benutzt. Im industriellen Umfeld war der Einsatz bisher durch ungeeignete Fertigungsverfahren und IT-Strukturen limitiert. Additive Manufacturing oder auch generative Fertigungsverfahren können die bisher bestehenden Schranken verschieben oder gar aufheben. Hierbei erfolgt die Fertigung auf Basis rechnerinterner Datenmodelle aus formlosem Material. Bisher wurde diese Art von urformenden Verfahren meist für Rapid Prototyping oder andere 3D-Druck Anwendungsfälle verwendet, jedoch nicht für Serienfertigungen. Aufgrund der voranschreitenden Individualisierung von Produkten im Konsumentenmarkt, dem Ziel die Losgröße 1 umzusetzen und kürzere Produktlebenszyklen zu realisieren, könnte die Kombination von Generative Design und Additve Manufacturing die Fabriken und Produkte der Zukunft maßgeblich mitgestalten.
Welche Herausforderungen müssen gemeistert werden?
In erster Linie die gängigen Herausforderungen der Digitalisierung. Geschäftsprozesse und Organisation müssen transformiert, durchgängige IT-Strukturen geschaffen und Mitarbeiter befähigt werden, um diese neuen Technologien gewinnbringend einsetzen zu können. Insbesondere die Vernetzung unterschiedlicher Unternehmensbereiche, die Durchgängigkeit und Harmonisierung der verwendeten Modelle und Prozesse sowie der Aufbau des nötigen Know-Hows werden viele Unternehmen die nächsten Jahre beschäftigen.
Die Softwarehersteller gehen dabei recht unterschiedliche Wege. Häufig werden Cloud- und Web-basierte Lösungen verwendet. Infolgedessen dürfte die größte Herausforderung der Innovations- und Datenschutz vor dem Zugriff Dritter sein.
Es ist folglich die Crux dieser Technologien, dass man steigender Produkt- und Anforderungskomplexität mit höherer Interdisziplinarität begegnet. Die weitere Entwicklung der Digitalen Fabrik darf also mit Spannung verfolgt werden.