In einer Welt, in der makroökonomische Faktoren für Unsicherheit sorgen, liegt die Verantwortung für die Überprüfung und Verbesserung des Produktentwicklungszyklus insbesondere beim Konstruktionsteam. Durch den Einsatz innovativer Designtechnologie, die in die CAD-Umgebung integriert ist, können Konstrukteur:innen den digitalen Faden aufrechterhalten und gleichzeitig das Design so gestalten, dass es den Zielen für Nachhaltigkeit eines Unternehmens entspricht.
Autor: Brian Thompson, Divisional VP and GM, CAD Segment, PTC
Inhaltsverzeichnis
1. Die Rolle des Konstrukteurs – Motor der Digitalisierung
2. Die Rolle des Konstrukteurs – Nachhaltigkeit
3. Wie kann angewandte KI zu mehr Nachhaltigkeit führen?
4. Konstrukteure sollten sich schnell anpassen
Der digitale Faden verbindet die Datenströme der digitalen Produktentwicklung, der Fertigung und des Services. Die Verantwortung, diesen transformativen Trend in den Designprozess zu integrieren, liegt beim Designteam. Der Konstrukteur steht vor der Aufgabe zu prüfen, wie disruptive Technologien wie die additive Fertigung und Augmented Reality (AR) effektiv genutzt werden können, um auch neu aufkommende Anforderungen an das Unternehmen zu erfüllen.
Zudem trägt der Konstrukteur eine große Verantwortung, das Unternehmen bei der Erreichung seiner Nachhaltigkeitsziele zu unterstützen. Ausgereifte und nahtlos in die Konstruktionsumgebung integrierte CAD-Werkzeuge helfen dabei: Durch Funktionen wie Simulation und generatives Design können Ingenieure beurteilen, wie sich die Materialauswahl auf die Produktleistung auswirkt, und so zur Reduzierung von Abfall und Energieverbrauch beitragen.
Der digitale Faden zieht sich durch den gesamten Produktentwicklungszyklus und überschneidet sich mit Nachhaltigkeitsinitiativen. Deshalb sehen sich Designteams gezwungen, sich mit der veränderten Realität ihrer Arbeit auseinanderzusetzen. Die zentralen Themen dabei sind: Wie verändert sich der Kontext der Produktentwicklung und der technischen Arbeit? Und wie können sich Designteams an diese Dynamik anpassen?
Product Lifecycle Management als Rückgrat einer nachhaltigen Produktentstehung
Die Rolle des Konstrukteurs – Motor der Digitalisierung
Im Produktentwicklungsprozess beginnt alles mit dem Konstruktionsteam. Das macht den Konstrukteur zum wichtigen Akteur in der Strategie des digitalen Fadens eines Unternehmens. Der Konstrukteur trägt nicht nur die Verantwortung dafür, mit dem digitalen Faden verbunden zu bleiben, sondern spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Integration innovativer Technologien wie additive Fertigung und Augmented Reality.
Bei der additiven Fertigung setzen die Konstrukteure modernste Techniken für komplizierte und optimierte Designs ein, die die einzigartigen Möglichkeiten des 3D-Drucks nutzen. Dieser Ansatz erleichtert das Rapid Prototyping und ermöglicht, komplexe Geometrien und Gitterstrukturen zu schaffen, die mit herkömmlichen Methoden nicht realisierbar sind. Mit dem in das Konstruktionswerkzeug integrierten Design for Additive Manufacturing (DfAM) vermeiden Konstrukteure den mühsamen Prozess des Kontextwechsels, wenn sie traditionell gefertigte Teile mit 3D-gedruckten Teilen kombinieren.
Gleichzeitig führt die Integration von AR zu einer neuen Dimension der Zusammenarbeit: Virtuelle Prototypen lassen sich untersuchen und austauschen, die Zusammenarbeit mit Interaktion in Echtzeit ermöglicht schnelle Designiterationen. Durch die Integration dieser Technologien in ihren Arbeitsablauf fördern Designingenieure eine effiziente Kommunikation und beschleunigen die Entscheidungsfindung. Dieser Ansatz sorgt nicht nur dafür, dass das Designteam an der Spitze des technologischen Fortschritts steht, sondern auch dafür, dass das Unternehmen agil und innovativ bleibt.
Ziel von Unternehmen ist es, ihre innovativen, hochwertigen Produkte schnell auf den Markt zu bringen. Doch durch Brüche beim Übergang von zentralen CAD-Konstruktionsaufgaben zu ergänzenden Prozessen wie Fertigungsvorbereitung oder Finite-Elemente-Analyse geht wertvolle Zeit verloren. Zudem birgt dies die Gefahr von Fehlern, weil verschiedene Kopien von Modellen gleichzeitig in unterschiedlichen Zusammenhängen verwendet werden. Alternativ dazu können diese Aufgaben weitaus effizienter mit der nativen CAD-Datei innerhalb der CAD-Umgebung ausgeführt werden. Dieser integrierte Ansatz stellt eine Herausforderung an das organisatorische Änderungsmanagement (Organizational Change Management, OCM) dar, die Konstrukteure und Produktentwicklungsteams gemeinsam angehen müssen.
Die Rolle des Konstrukteurs – Nachhaltigkeit
Bei der Erreichung ihrer Nachhaltigkeitsziele verlassen sich Unternehmen stark auf das Konstruktionsteam, das umweltfreundliche Praktiken und Überlegungen in den Produktentwicklungsprozess integriert. Konstrukteure treffen kritische Entscheidungen, die sich auf den ökologischen Fußabdruck eines Produkts auswirken. Der effizienteste Weg, die Anforderungen an ein nachhaltiges Design zu erfüllen, ist die Nutzung ausgereifter und integrierter CAD-Funktionen: Mit leistungsstarken Ressourcen wie Finite-Elemente-Analysen, generatives Design und parameterbasierten Optimierungsfunktionen in modernen CAD-Umgebungen können Ingenieure nachhaltiges Design ermöglichen, das weit über die Materialauswahl hinausgeht.
Wenn das Konstruktionsteam geografisch verstreut ist, kann eine hochgradig kollaborative Konstruktionsumgebung den Konstruktionsprozess effizienter gestalten. Technische Experten aus dem gesamten Unternehmen können die Umweltauswirkungen des Produkts verbessern, indem sie den Energieverbrauch, die Emissionen und den Materialeinsatz verschiedener Designentscheidungen mit Hilfe einer breiten Palette integrierter Simulationswerkzeuge optimieren. Darüber hinaus ermöglicht die Technologie des generativen Designs, innovative, leichte Strukturen zu erforschen, die die Gesamteffizienz des Produkts weiter verbessern. Mit einer parameterbasierten Optimierung können Ingenieure eine Feinabstimmung der Entwürfe durchführen, um die Umweltauswirkungen so gering wie möglich zu halten.
Dies erfordert Schulungen und Prozessänderungen. Konstrukteure müssen zunächst lernen, wie sie die integrierten Funktionen für Simulation, Fertigung, generatives Design und additive Fertigung am besten einsetzen können, um einen möglichst effizienten und effektiven Konstruktionsprozess zu gewährleisten. Im nächsten Schritt muss das Unternehmen die damit verbundenen Prozessänderungen übernehmen. Sobald die richtigen Werkzeuge und Prozesse vorhanden sind, können Konstrukteure am effizientesten zur Entwicklung nachhaltiger Produkte beitragen und so das Unternehmen bei der Erreichung seiner Nachhaltigkeitsziele unterstützen.
Wie kann angewandte KI zu mehr Nachhaltigkeit führen?
Eine Möglichkeit, künstliche Intelligenz (KI) in die Designwelt zu integrieren, ist die Technologie für generatives Design. Der iterative Charakter des generativen Designs erlaubt es, zahlreiche Designalternativen schnell zu generieren und zu bewerten, was zu einem stärker kollaborativen Designprozess führt. Eine Vielzahl potenzieller Designalternativen lassen sich erkunden, ohne den digitalen Faden zu verlieren. Denn durch generatives Design wird der digitale Faden mit einem kontinuierlichen Fluss von Designiterationen und Erkenntnissen versorgt, wodurch ein umfassendes, vernetztes Verständnis der Produktentwicklung entsteht.
Die KI-Algorithmen, die in Tools des generativen Designs angewandt werden, können der Ressourceneffizienz und Gewichtsreduzierung sowie anderen Umweltfaktoren, die während des Designprozesses berücksichtigt werden, Vorrang einräumen. Dadurch sind sie in der Lage, innovative Lösungen vorzuschlagen, die mit den Nachhaltigkeitszielen des Unternehmens übereinstimmen – beispielsweise Strukturen, die weniger Material verbrauchen, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen, oder Geometrien, die die Energieeffizienz des Endprodukts verbessern.
Angewandte KI könnte auch genutzt werden, um die CAD-Benutzererfahrung zu verbessern, indem positive und negative Tendenzen der Benutzer analysiert werden. So kann das System beispielsweise erkennen, dass der Benutzer ein vertrautes Konstruktionsmuster (z. B. dieselbe Reihe von CAD-Funktionen in Folge) auf verschiedene Konstruktionen anwendet. Das System könnte dann auf intelligente Weise vorschlagen, diese Muster automatisch zu sammeln und anzuwenden, um den Arbeitsablauf des Benutzers zu optimieren.
Ebenso könnte KI Schwierigkeiten von Nutzern bei der Gestaltung bestimmter Funktionen beobachten. Mit Hilfe von Erkenntnissen aus den Erfolgen anderer Anwender könnte sie ein Training vorschlagen und detaillierte Hinweise geben, um die Nutzerführung zu verbessern. Dabei ist wichtig zu betonen, dass die Effektivität dieser KI-gesteuerten Verbesserungen vom Zugang zu den Daten des Nutzungsmusters eines Anwenders abhängt – ein Faktor, der im Rahmen eines SaaS-Produkts leicht zugänglich ist.
Konstrukteure sollten sich schnell anpassen
Die CAD-Landschaft wird in diesem Jahr von sich wandelnden Kundenbedürfnissen und einem dynamischen globalen Umfeld mit makroökonomischer Ungewissheit geprägt. Der digitale Faden und Nachhaltigkeitsinitiativen sind als starke Antworten auf die bestehenden Bedingungen zu sehen. Anpassung, Innovation und Nachhaltigkeit wirken als treibende Kräfte auf die Weiterentwicklung des Designprozesses. Im Jahr 2024, wenn sich der digitale Faden mit Nachhaltigkeitsinitiativen überschneidet, werden Konstrukteure mit der Realität konfrontiert, dass sich der Kontext ihrer Welt verändert. Sie müssen sich anpassen, und zwar schnell. (eve)
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