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Virtuelle Produktentstehung: Schneller und kostenguenstiger entwickeln

05.06.1998 - (idw) Fraunhofer-Gesellschaft

Neue Produkte einfach und schnell im Computer planen, testen und fuer die Fertigung vorbereiten - dies koennte die Virtuelle Produktentstehung moeglich machen. Ziel eines vom Fraunhofer-Institut fuer Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK (Projektkoordination), der Volkswagen AG (industrieller Konsortialfuehrer) und des Siemens Nixdorf Business Services geleiteten Projekts ist es, Software-Instrumente zu entwickeln, mit denen neue Produkte von der ersten Idee bis zum Fertigungsanlauf durchgaengig digital abgebildet werden koennen. Das Projekt "Innovative Technologien und Systeme fuer die virtuelle Produktentstehung" ist ein Gewinner des vom Bundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie BMBF ausgeschriebenen Leitprojektwettbewerbs.

Um im globalen Wettbewerb bestehen zu koennen, muessen Unternehmen immer schneller neue innovative Produkte entwickeln. Gefordert sind kuerzere Zeiten von der Entwicklung bis zur Vermarktung. "Die Chance, die Innovationskraft deutscher Unternehmen zu steigern, liegt in der Entscheidung fuer neuartige Wege in der Produktentstehung", ist Prof. Dr.-Ing. Frank-Lothar Krause vom IPK in Berlin ueberzeugt. Grundlage fuer einen solchen neuen Produktentwicklungsprozess ist die "Virtuelle Produktentstehung": Von der ersten Planung ueber die Konstruktion bis hin zum Fertigungsanlauf werden saemtliche Daten des Produkts durchgehend digital abgebildet - und das ueber Unternehmensstandorte und -grenzen hinweg.

Von der Prozessreihe zum Prozessfluss

"Wir brauchen eine neue Sicht auf die Produktentstehungsprozesse", erklaert Prof. Dr.-Ing. Krause den Ansatz des Leitprojekts. Denn in vielen Unternehmen werde immer noch in Prozessreihen gearbeitet: Planung, Konstruktion und Erprobung gelten als einzelne, isolierte Prozesselemente, und die Rechnerunterstuetzung endet nach jeder Phase. Die jeweiligen Zwischenergebnisse muessen konvertiert oder per Hand in den Computer uebertragen werden, an dem die naechste Entwicklungsphase bearbeitet wird. "Diese Medienbrueche kosten viel Zeit und verursachen Fehler", weist Prof. Krause auf Schwachstellen hin. Daher arbeiten heute vor allem grosse Firmen immer haeufiger in Prozessketten. Die Produktdaten werden von der ersten Planung bis zum Prototyp digital weitergereicht. So entsteht ein durchgaengiger Informationsfluss. Die Anschaffungskosten fuer solche Gesamtloesungen sind jedoch sehr hoch, so dass kleine und mittlere Unternehmen sich diese kaum leisten koennen. Die Folge: Arbeitet zum Beispiel ein Zulieferbetrieb mit einem anderen Computer-Programm als der Autohersteller, muessen die Daten muehsam umgewandelt werden - und das erschwert den Austausch digitaler Informationen.

"Sinnvoller ist es, einen vernetzten Prozessfluss einzufuehren, in dem verschiedene Prozessketten miteinander verbunden sind. Auf AEnderungen einer Komponente kann so in jeder Phase flexibel reagiert werden", erlaeutert Prof. Krause die Vorzuege der durchgaengig "virtuellen Produktentstehung". Dies ermoeglicht auch Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Produkten noch in der Entstehungsphase. Beispiel Automobilbau: Der Autohersteller koennte bereits waehrend der Entwicklung eines neuen Wagentyps Teile ausprobieren, die ebenfalls noch in der Entstehung sind. Er baut zum Beispiel einen "virtuellen" Stossdaempfer in das "virtuelle" Auto ein. Passt der Stossdaempfer nicht in die neue Konstruktion, kann er veraendert werden.

Offene Software-Plattform

Um die Prozessketten von Anwendern, Zulieferern und Dienstleistern miteinander zu verflechten, soll eine offene Software-Plattform aufgebaut werden. Diese verfuegt ueber Schnittstellen zu den in den Firmen vorhandenen Computer-Aided-Design (CAD)- und Berechnungssystemen. Spezielle Programme, die "ViP-Basisdienste", ermoeglichen es, diese externen Systeme zu integrieren. Die digitalen Daten koennen dann ueber Unternehmensstandorte und -grenzen hinweg genutzt werden. So koennen zum Beispiel die Konstrukteure des Autoherstellers in Hannover auf das CAD-Modell des neuen Stossdaempfers des Zulieferers aus Muenchen zugreifen und mit diesen Informationen weiterarbeiten. Das Produkt wird dabei als dreidimensionales Modell visualisiert. Dieser "Digitale Master" gilt waehrend der gesamten Entstehung als verbindliche Information.

Weiteres Ziel des Leitprojekts ist es, innovative Werkzeuge fuer die Gestaltung, Validierung und Fertigungserprobung zu entwickeln. So ist geplant, einen "virtuellen" Pruefstand aufzubauen, auf dem das "virtuelle" Produkt getestet und erprobt werden kann. Konstruktions-fehler koennen so fruehzeitig entdeckt und noch in der Phase der Produktentstehung behoben werden. Computer-Programme simulieren auch die spaetere Fertigung. Parallel zur Produktentwicklung werden Fertigungs- und Montagelinien im Rechner visualisiert, auf denen die Produktionsablaeufe geprobt und optimiert werden koennen. Im Computer laesst sich etwa der Einbau von Autotueren nachbilden und feststellen, ob die Roboter im richtigen Abstand zum Montageband aufgestellt sind. Solche Simulationen sollen zukuenftig helfen, die Fehlerquote beim Serienstart drastisch zu senken.

Das Gesamtsystem ist modular aufgebaut: Jeder Nutzer waehlt die fuer seine Aufgabenstellung benoetigten Bauteile aus und stellt sich so ein massgeschneidertes anwendungsorientiertes System zusammen. Der "ViP-Client", eine ueber alle Anwendungen einheitliche und komfortable Benutzungsoberflaeche, soll den Zugang zu den verschiedenen Werkzeugen eroeffnen. Auch kleine und mittlere Unternehmen, die sich bislang die Anschaffung sehr teurer Technologien nicht leisten konnten, sollen mit den neuen Werkzeugen und Programmen arbeiten. Sie koennen bei Bedarf die Software-Werkzeuge und Dienste "On Demand" von den externen Anbietern nutzen. Dann haben auch sie Zugriff auf die modernste Softwaretechnik. 51 Unternehmen beteiligen sich am Projekt

Das Leitprojekt ist eine Gemeinschaftsinitiative von Endproduktherstellern, Zulieferern und Dienstleistungsunternehmen aus Automobilbau, Schienenfahrzeugbau, Luft- und Raumfahrttechnik und Maschinenbau sowie von Software-Unternehmen, Telekommunikations-Providern und interdisziplinaeren Forschungseinrichtungen. Insgesamt beteiligen sich 51 Unternehmen und Forschungsinstitute an dem Vorhaben. Das Projekt ist in zwei Phasen unterteilt: Zunaechst werden die Software-Instrumente zur Schaffung einer offenen Systemarchitektur entwickelt. Nach etwa zwei Jahren sollen die ersten Prototypen dieser Programme in Demonstrationszentren getestet werden. Die Werkzeuge zur Gestaltung, Validierung und Fertigungserprobung sind in der zweiten Phase geplant. Fuer das Leitprojekt steht ein Budget von 100 Millionen DM zur Verfuegung. Die Haelfte der Summe sind Foerdermittel des BMBF, die anderen 50 Millionen DM werden von der Industrie aufgebracht.

"Das uebergreifende Ziel des Projekts ist es, die technischen Rahmenbedingungen zur Schaffung innovativer Produkte zu verbessern und so den Standort Deutschland zu sichern", betont Prof. Krause vom IPK. "Der Ansatz des Leitprojekts hat eine doppelte Wirkung auf den Arbeitsmarkt: Einerseits steigert der Einsatz der neuen Werkzeuge die Wettbewerbsfaehigkeit der Unternehmen in der Gebrauchs-, Konsum- und Investitionsgueterbranche und traegt so zum Erhalt und zur Schaffung neuer Arbeitsplaetze bei. Andererseits wirkt sich die Entwicklung und Bereitstellung der Werkzeuge auch positiv auf die Software-Industrie aus. Durch neue Formen des Vertriebs und verbesserte Chancen fuer Software-Dienstleister entstehen hier neue Arbeitsplaetze."

Bildinformation:

Neue Produkte sollen im Computer geplant, getestet und fuer die Fertigung vorbereitet weden.
(Bild kann bei der Redaktion in Farbe bestellt werden.)

Weitere Informationen:
Prof. Dr.-Ing. Frank-Lothar Krause
Telefon 0 30/3 90 06-2 43, Telefax 0 30/3 93 02-2 46
Fraunhofer-Institut fuer Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
Pascalstrasse 8-9, D-10587 Berlin
email:frank-l.krause@ipk.fhg.de
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