Finden Sie heraus wie der Einsatz von Ingenieurtechnischen Simulationen die Zukunft der maschinellen Produktion verändern wird

Der Begriff Industrie 4.0 steht wie kein Zweiter im Fokus der aktuellen Diskussion um die Zukunft der maschinellen Produktion. Während jedoch bestimmte Schlüsseltechnologien, wie die Dampfmaschine, die Fließbandproduktion oder der Computer bereits mit Revolutionen in der Industrie oder Technologie assoziiert werden, ist eine Konkretisierung des Begriffes Industrie 4.0 noch nicht abschließend möglich. Die Diffusität und die erhebliche Bandbreite der zugehörigen Themenkomplexe lässt keine Verknüpfung mit einer konkreten Innovation oder Erfindung zu und erfordert daher neuartige Gestaltungsansätze, die sich von vorhanden Denkstrukturen und Prozessen lösen: Frei nach dem alten Sprichtwort „Fragst du zehn Menschen, bekommst du zehn Antworten“ herrscht in der Fachwelt große Uneinigkeit über die korrekte Definition von Industrie 4.0 und insbesondere darüber welche Technologien zu dieser hinzuzählen.

Während die angestrebte Individualisierung der Großserienproduktion derzeit noch häufig auf vorhandene Möglichkeiten baukastenbasierter Fertigung reduziert wird, ermöglichen nur disruptive Innovationen in der Konstruktions- und Fertigungstechnik einen tatsächlich ganzheitlichen Paradigmenwechsel. In diesem Zusammenhang ist davon auszugehen, dass der Fokus in Zukunft vor Allem auf der dezentralen und anpassungsfähigen Fertigung liegen wird. Große Erwartungen werden dabei besonders in die Möglichkeiten des 3-D-Druckens gesetzt. Eine hohe Flexibilität der Produktion bedeutet jedoch auch, dass bisherige Entwicklungs- und Steuerungsprozesse in Zukunft nicht mehr oder nur noch bedingt anwendbar sind, wodurch auch hier neue Ansätze benötigt werden.

Eine bedeutende Rolle in diesem Prozess kann hierbei dem Einsatz von ingenieurtechnischen Simulationen zukommen. Diese ermöglichen es physische Versuche durch virtuelle Experimente am Computer - wie zum Beispiel Strömungs- und Festigkeitssimulationen, zu ersetzen. Neben signifikaten Kosteneinsparungen ermöglichen diese damit wesentlich schnellere Ergebniszeiten und machen zudem die Fertigung von Prototypen hinfällig. In einer aktuellen Studie zu ihrem Technologieprogramm „Autonomik für Industrie 4.0“ bezeichnet das deutsche Bundeswirtschaftsministerium diesen Prozess als „digitale Veredelung“ und hebt dabei das große Potential durch neu entstehende Formen der Kooperation und technologieübergreifender Handlungsfelder hervor.

Basierend auf topologischen oder funktionellen Zieleigenschaften - wie z. B. Produktabmessungen oder Tragfähigkeit – kann die Gestalt von Bauteilen auf Basis von Simulationen angepasst werden. Wie dies durch neue Ansätze in der Simulationsbranche auch für rechenintensive Simulationen zukünftig sogar in Echtzeit möglich sein soll, werde ich in meinem nächsten Artikel genauer erläutern.
In Verbindung mit modernen Fertigungs- und Logistikkonzepten wird es damit erstmalig möglich sein die Adaption und Herstellung von hochgradig individualisierten Produkten im Rahmen einer Großserienproduktion durchzuführen. Die klassischen Grenzen zwischen Entwicklung und Produktion werden dabei verschwimmen und die Produktgestaltung - im Rahmen einer kundengesteuerten, dynamischen Wertschöpfungskette – zunehmend in die Fertigung verschoben werden.

Die Anwendung solcher Konzepte wird es sowohl Endkunden als auch weiterverarbeitenden Betrieben ermöglichen maßgeschneiderte Produkte zu industriellen Preisen zu beziehen und gleichzeitig dabei helfen Kosten zur Integration derartiger Produkte einzusparen.

Konkrete Anwendungsmöglichkeiten bestehend beispielsweise für Online-Shops: Produkte können dem Kunden dadurch weitgehend individualisierbar angeboten werden: Dieser konfiguriert beispielsweise einen Fahrradrahmen nach seinen persönlichen Wünschen und passt dabei verschiedene Abmessungen, Rohrform und Materialwunsch individuell an. Im Hintergrund wird dabei automatisch mit Hilfe einer Simulation eine virtuelle Prüfung durchgeführt um festzustzellen, ob das gewünschte Design eine ausreichende Steifigkeit für den angestrebten Einsatz aufweist. Im Anschluss findet die Herstellung des Bauteils in einer hochvernetzten Produktionsstraße statt. Dieser Prozess, der klassischerweise einer Prototypenentwicklung entspricht, ist durch den Einsatz von Simulation in dieser Form automatisierbar. Was heute noch nach Fiktion klingt, könnte bereits in wenigen Jahren Realität werden. Wovon dies in Bezug auf Simulationstechnolgie abhängt und was bereits heute möglich ist werden wir in den nächsten beiden Teilen dieses Artikels beleuchten.

Spannungsverteilung in einem Fahrradrahmen bei einer Vollbremsung Spannungsverteilung in einem Fahrradrahmen bei einer Vollbremsung

Stromlinien und Druckfeld um ein Passagierflugzeug bei Reisegeschwindigkeit Stromlinien und Druckfeld um ein Passagierflugzeug bei Reisegeschwindigkeit