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Wissenschaftler empfehlen Advanced Systems Engineering für KI, Vernetzung und Autonomie

Hannover Messe 2021: Perspektive für die Produktentwicklung
Advanced Systems Engineering für KI, Vernetzung und Autonomie

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Systems Engineering (SE) bietet angesichts immer komplexerer Produkte die Chance, über verschiedenste Fachdisziplinen hinweg für bessere Produkte zusammenzuarbeiten. Doch trotz zahlreicher guter Ansätze kommt die Methodik noch in zu wenig Unternehmen zum Einsatz. Das BMBF-geförderte Projekt AdWiSE will das ändern und mit dem ‚Advanced Systems Engineering‘ (ASE) aufzeigen, wie sich etwa Künstliche Intelligenz (KI) in autonomen, vernetzten Systemen sicher nutzen lässt – unter Beibehaltung bewährter Qualitätsfaktoren.

Michael Corban, Chefredakteur KEM Konstruktion

Inhaltsverzeichnis
1. Umdenken in der Produktentwicklung
2. Advanced Systems Engineering als Lösung
3. Vernetzung und steigenden Softwareanteil sicher im Griff
4. Mensch, Organisation und Technik im Einklang
5. Digitale Durchgängigkeit als Schlüsselelement

Das Zusammenspiel von Mensch und Technik verläuft leider nicht spannungsfrei, doch gerade diese Interaktion rückt immer mehr in den Vordergrund, die Zahl soziotechnischer Systeme steigt. Die Methoden der Produktentwicklung müssen das aufgreifen. „Wir können nicht mit Methoden des 20. Jahrhunderts die Herausforderungen des 21. Jahrhunderts bewältigen“, betont Prof. Albert Albers, Sprecher der Institutsleitung des IPEK – Institut für Produktentwicklung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).

Umdenken in der Produktentwicklung

Albers fordert deswegen zusammen mit Wissenschaftler*innen des Fraunhofer IAO, des Fraunhofer IEM, des Fraunhofer IPK und der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (Acatech) ein Umdenken in der Produktentwicklung. „Der Mensch steht im Mittelpunkt – deswegen müssen wir die Menschen in den Konstruktionsabteilungen auch mitnehmen.“ Das gelte umso mehr für die steigende Zahl upgradefähiger mechatronischer Lösungen, die heute gefragt seien.

Advanced Systems Engineering als Lösung

Grundlage ist eine umfangreiche Erhebung zum Leistungsstand des Engineerings in Wirtschaft und Wissenschaft, die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des wissenschaftlichen Projekts ‚AdWiSE‘ gefördert und anlässlich der Hannover Messe Digital Edition 2021 veröffentlicht wurde. Vorgeschlagen wird darin, dass Unternehmen ihre Produkte künftig per Advanced Systems Engineering (ASE) noch erfolgreicher im internationalen Wettbewerb platzieren können. Das BMBF fördert Forschung und Entwicklung zum ASE mit einer breit angelegten Fördermaßnahme aus bundesweiten Verbundforschungsprojekten sowie dem Projekt AdWiSE mit insgesamt 31 Mio. Euro.

Systems Engineering

Vernetzung und steigenden Softwareanteil sicher im Griff

Erfreulich ist dabei die Kernthese des AdWiSE-Forschungskonsortiums, die Prof. Roman Dumitrescu, Direktor des Fraunhofer IEM (Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik) in Paderborn und Acatech-Mitglied so formuliert: „Deutsche Unternehmen sind traditionell stark im Engineering und innovativ – das gilt es zu übertragen auf die erfolgreiche Entwicklung autonomer, interaktiver und dynamisch vernetzter Produkte mit steigendem Software- und Service-Anteil, eingebunden in Ecosysteme.“ Für Dumitrescu sind dazu drei Faktoren wichtig:

  • Die Stärke der Fachdisziplinen muss beibehalten werden, damit sie weiter hochinnovativ sein können.
  • Künstliche Intelligenz (KI), Vernetzung und Interoperabilität erfordern darüber hinaus neue Kompetenzen – und das nicht nur mit Blick auf die Integration in die Produkte, auch der Produktentstehungsprozess (PEP) selbst könnte etwa per KI von den neuen Möglichkeiten profitieren.
  • Für den Erfolg ist zudem wichtig, dass wesentliche Aspekte wie etwa Qualität, Verlässlichkeit und Sicherheit betont werden – sichere Systeme ‚made in Germany‘ sind das Ziel.

Mensch, Organisation und Technik im Einklang

Advanced Systems Engineering soll dafür die Grundlagen legen, weswegen die Verbundprojekte in der BMBF-Fördermaßnahme das ganzheitliche Zusammenwirken von Mensch, Organisation und Technik betrachten. „Lebenslange digitale Durchgängigkeit in Produktentstehung, Produktion und dann vor allem über den Lebenszyklus hinweg stellen hohe Anforderungen“, erläutert Prof. Oliver Riedel, Institutsleiter des Fraunhofer IAO (Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation) in Stuttgart. „Die gleichzeitig geforderte hohe Entwicklungsgeschwindigkeit führt dabei zu komplexeren Entwicklungszyklen – die Komplexität zu vermindern wäre aber ein Fehler!“ Vielmehr gehe es darum, per Advanced Systems Engineering diese Anforderungen zu meistern.

Für das ASE ergeben sich damit drei Handlungsfelder:

  • Advanced Systems: Fokussiert die Marktleistungen von morgen – intelligente technische Systeme, die zunehmend autonom und vernetzt sind
  • Systems Engineering: Beschreibt die Entwicklungsdisziplin, die für das systemische Denken und das interdisziplinäre Zusammenarbeiten steht
  • Advanced Engineering: Steigert die Leistungsfähigkeit des Engineerings mit neuen digitalen Technologien und Methoden

Model Based Systems Engineering (MBSE)

Digitale Durchgängigkeit als Schlüsselelement

Wie schon bei den Ansätzen zu Industrie 4.0 spielt beim Advanced Systems Engineering die digitale Durchgängigkeit eine besonders wichtige Rolle. Für Prof. Rainer Stark, Leiter des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung am Fraunhofer IPK (Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik) in Berlin erstreckt sich diese über vier Stufen:

  • Unternehmensintern über die Verlinkung der beteiligten CAx- und PLM-Werkzeuge einschließlich des ERPs
  • Unternehmensübergreifend über die Verlinkung der jeweils beteiligten Unternehmen
  • Neu zu denkende Zulieferketten, die beispielsweise von der europäischen Cloud Gaia-X profitieren können
  • Vor allem den Betrieb der Produkte, in dem etwa Elemente wie Digitale Zwillinge eine wichtige Rolle spielen und die Daten aus dem Betrieb nutzbar machen

„Advanced Systems Engineering erstreckt sich damit von der Planung über die Entwicklung und Herstellung bis in den Betrieb – und betrachtet alle Tätigkeiten, die notwendig sind, um ein technisches System erfolgreich am Markt zu platzieren“, fasst Prof. Dumitrescu zusammen. „Wir benötigen ein breites Verständnis des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette – und Advanced Systems Engineering steht für die Perspektive, die Wertschöpfung durch das Engineering grundlegend neu zu denken und neu zu entwickeln.“

www.advanced-systems-engineering.de

Direkt zum Download der Ergebnisse der Erfassung des derzeitigen Leistungsstands:
hier.pro/R9eSA

Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu
Direktor Forschungsbereich Produktentstehung
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn
Tel. +49 5251 5465-101
roman.dumitrescu@iem.fraunhofer.de
www.iem.fraunhofer.de


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