DienstleisterForum

"Könnten wir …?"

Wie oft stellen sich Geschäftsführung, Entwickler, Einkäufer oder die Produktionsleitung solche Fragen. Könnten wir weitere Materialeinsparungen realisieren, ohne mit der Produktfestigkeit ans Limit zu gehen? Wie könnte man die Produktion auf die Verarbeitung eines völlig neuen Werkstoffs umstellen? Wie könnte man die Kunden effektiver in den Produktentstehungsprozess einbinden? Hinter diesen Fragen stehen komplexe Zusammenhänge, die alle Unternehmensbereiche umgreifen - von der Entwicklung über die Produktion bis zum Service. Zielführende Antworten und Lösungen lassen sich dabei nur mittels einer Betrachtungsweise finden, die die drei Grundparameter Kosten, Qualität und Funktion angemessen und konsistent integriert.

Meta-technische Unternehmensberatung für den Mittelstand

Doch wie das "Dreikörperproblem der Himmelsmechanik" stellt das Denken im Dreigestirn von Kosten, Funktion und Qualität den Entscheider vor systematische Schwierigkeiten. Die auftretenden Optimierungs-aufgaben haben selten eine eindeutige Lösung. Oftmals sind sogar divergierende bis widersprüchliche Anforderungen zu harmonisieren. Das Ziel ist der ökonomisch praktikable Kompromiss eines zugleich nutzungs- und fertigungsoptimierten Designs. Dass diese Aufgabe heute nur mit computergestützten Werkzeugen adäquat bearbeitet werden kann, steht außer Frage. Dass es aber insbesondere für den Mittelstand dazu noch kein universell einsetzbares Planungs- und Datenmanagement-Tool gibt, ist genauso offensichtlich. Für den Mittelständler gilt es daher, aus einer Vielzahl von Instrumenten das richtige Portfolio auszuwählen und zu einer Gesamtlösung zu integrieren, die auf die spezifischen Besonderheiten der jeweiligen Unternehmung zugeschnitten ist. Mit der dazu geforderten technischen Expertise der Metaebene berät die ISKO engineers AG mitteständische Kunden unterschiedlicher Branchen beim Aufbau einer richtig skalierten und justierten Infrastruktur für digitale Produktentwicklung. Dabei kommt dem Münchner Ingenieurunternehmen die langjährige Erfahrung als Dienstleister in den Bereichen Berechnung, Simulation, CAE-Methodenentwicklung sowie CAE-Anpassung und Prozessintegration zu Gute. Hieraus resultiert zugleich eine genaue Kenntnis des weiten Spektrums der aktuell verfügbaren Software-Tools im Bereich von CAE und Optimierung.

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Sanfte Migration: CAE-Einführung ohne Reibungsverluste

Entwicklungs- und Produktionsprozesse sind im Mittelstand oftmals weniger stark automatisiert und standardisiert. Die Einführung einer passenden Infrastruktur für die digitale Entwicklung steht und fällt daher insbesondere in kleinen und mittleren Unternehmen mit der detaillierten und individuellen Anforderungsanalyse. Darauf aufbauend erfolgen die Auswahl geeigneter Software-Werkzeuge und deren kundenspezifische Anpassung sowie die Konzeption einer prozessspezifischen Datenintegration. "Das Vorgehen", erläutert Dipl.-Ing. Michael Probst, ISKO-Entwicklungs-Vorstand, "orientiert sich am Prinzip der sanften Migration. Dies bedeutet, dass der Aufbau computergestützter Entwicklungs- und Produktionsplanungsmethoden oder auch der Ausbau bereits vorhandener Lösungen als kontinuierlicher Lernprozess gestaltet ist." In einer Einführungsphase kann der Einsatz neuer Werkzeuge noch stärker durch externe Dienstleister unterstützt werden. Dank praxisnaher Schulungen erfolgt dann kontinuierlich die selbstständige Übernahme aller Systeme durch den Kunden. Ein qualifizierter Support muss in allen Projektphasen die zügige Anpassung aller Werkzeuge an die Kundenbedürfnisse garantieren. Zum Prinzip der sanften Migration gehört auch die weitest mögliche Integration von Daten und Werkzeugen aus der bereits vorhandenen Entwicklungsumgebung. Nur so kann sichergestellt werden, dass vorhandenes Know-how verlustfrei in die neue Entwicklungs-, Test- und Produktionsinfrastruktur überführt wird. Dieses individuelle Vorgehen erhöht die Effizienz der Lösung, bietet dem Unternehmer Schutz vorhandener Investitionen und verbessert zugleich die Akzeptanz der neuen Werkzeuge.

Digitaler Mittelstand - weit mehr als CAD

Selbstverständlich arbeiten bereits zahlreiche mittelständische Unternehmen der Produktion oder Prozessindustrie mit computergestützten Entwicklungswerkzeugen. Insbesondere bei der Auslegung von Bauteilen werden CAE-Werkzeuge wie CAD, FEM oder MKS eingesetzt. Es gibt dabei inzwischen ausreichend Ansätze, wirklichkeitsnahe Lasten und Randbedingungen in die mathematische Modellierung einzubringen. Der Einsatz von Datenbanken, z.B. für Materialkennwerte, unterstützt dieses Vorgehen. Doch viele tiefer- und weitergehende Ansätze der Simulation, Automatisierung und Optimierung bleiben im Mittelstand weitgehend ungenutzt. Zum einen schrecken die Investitionen in die zum Teil kostspielige Software und Ausbildung der Mitarbeiter. Zum anderen besteht die teilweise berechtigte Unterstellung, dass die marktführenden Produkte nicht auf die Arbeitsverhältnisse in kleinen und mittleren Unternehmen zugeschnitten sind. Auch zweifeln Mittelständler daran, dass die Software-Hersteller den notwendigen individuellen Support und die entsprechenden Schulungsprogramme anbieten. Doch mit dieser Haltung lassen Mittelständler nachhaltiges Verbesserungspotential und daraus resultierende Wettbewerbsvorteile ungenutzt. Denn prinzipiell gilt: Mit den Werkzeugen, die bei der Entwicklung eines Airbus Millionen an Kosten und Jahre an Entwicklungszeit sparen, lässt sich auch die Produktion eines Haushaltgerätes optimieren. Das zeigt auch die Projekterfahrung von ISKO. "Wir arbeiten mit erprobten Tools, die sich in anspruchsvollen Branchen wie der Automobilindustrie oder der Medizintechnik bewährt haben. Ihr Potential, gleichzeitig Funktionen, Qualität und Kosten zu optimieren, können sie aber auch im Mittelsstand erfolgreich entfalten. Man muss sich nur die Mühe machen, sie mit technischem Know-how im Detail und auf der Grundlage eigener Engineeringkompetenz den jeweiligen Entwicklungs- und Produktionsverhältnissen anzupassen", sagt Michael Probst.

Ob Airbus oder Staubsauger

Die Aufgabenstellung ist ja auch prinzipiell immer die gleiche: Ausgehend von den in Lastenheft und Risikoanalyse gelisteten Anforderungen gilt es, mittels Konstruktions- und Berechnungswerkzeugen einen Produktentwurf zu generieren, der sämtliche Anforderungen valide und verifizierbar erfüllt. Gäbe es keine weiteren Randbedingungen, könnte nun mit der ggf. IT-gestützten Produktion begonnen werden. Doch die Wirklichkeit ist komplexer. Zu den funktionalen Anforderungen kommen ¿ auch bei der Herstellung von Haushaltsgeräten - zwingende Nebenanforderungen. Vor allem betriebliche und betriebswirtschaftliche Parameter kommen dabei ins Spiel. Das sind zunächst natürlich die Kosten. Doch auch die Produktionskapazitäten oder die Lieferbedingungen und das time-to-market für die Endprodukte generieren je eigene Forderungen. Wie vielfältig und verknüpft die funktionalen und betrieblichen Anforderungen werden können, soll am Beispiel der Staubsaugerkonstruktion angedeutet werden. Schon die funktionale Ebene hält anspruchsvolle Aufgaben bereit: In Hinblick auf die gewünschte Saugleistung muss der Saugantrieb unter Berücksichtigung der realisierbaren Dichtigkeit dimensioniert werden. Das Gehäuse muss den Anforderungen an Schlag- und Schwingungsfestigkeit genügen. Akustische Phänomene, die Abwärme, Ergonomie und miss-use-cases müssen beachtet werden. Hier eröffnet sich eine Komplexität an Designentscheidungen, die vor allem im Fall einer Neuentwicklung allein mit Erfahrung und dem Einsatz isolierter Entwurfswerkzeuge wie CAD nur unbefriedigend gelöst werden kann. So sind bspw. zahlreiche Kopplungsphänomene zu beachten: Neben reinen Strukturbetrachtungen gilt es u.U., Strömungs-Struktur-Interaktionen zu berücksichtigen. Der Einfluss der Wärmeentwicklung kann adäquat nur mit thermo-mechanischen Kopplungsmodellen abgeschätzt werden. Ganz schnell stellen sich also Berechnungsaufgaben, die den Einsatz multiphysikalischer Simulationstools nahelegen. Für die Geometrieoptimierung bieten sich darüber hinaus halb oder ganz automatisierte Prozesse der Multiobjektoptimierung zwischen CAE und CAD an. Noch weiter reichen die Anforderung, wenn zugleich die fertigungsgerechte Optimierung des Designs angegangen werden soll. Für die Spritzgussoptimierung oder die Simulation von Vorbelastungen des Gusses beim Abkühlen stehen Materialdatenbanken und spezialisierte Expertentools zur Verfügung. Mit diesen lassen sich fertigungsbedingte Produkteigenschaften simulieren und in den Entwicklungsprozess rückkoppeln. Alle diese Werkzeuge lassen sich auf der Basis eines durchgängigen Datenmanagement zu einer leistungsfähigen Gesamtlösung vereinen.

Ganzheitliche Lösungen der digitalen Produktentwicklung

Genau hier setzt ISKO mit seiner technischen Unternehmensberatung an. Vor der Auswahl einzelner Werkzeuge geht es um die Modellierung eines Gesamtkonzeptes, das die Auflösung von Zielkonflikten zwischen Funktion, Qualität und betriebswirtschaftlichen Forderungen unterstützt. Dazu ist eine durchgängige Prozesskette von Modellierung, Analyse, Berechnung, Optimierung, Automatisierung und Datenmanagement zu schaffen. So lässt sich bspw. der Rechenaufwand für Simulationen auf die wirklich relevanten Varianten reduzieren. Und innerhalb der Simulation lassen sich die zu testenden Parameterräume frühzeitig eingrenzen. Das führt dazu, dass auch die Anzahl realer Tests minimiert werden kann. Und prozessübergreifend lassen sich wiederkehrende Prozeduren bei Konstruktion und Test automatisieren und als lernendes System etablieren. Erst mit diesen übergreifenden Methoden können Ziele wie die Reduzierung von Entwicklungszeiten sowie die Minimierung der Entwicklungs- und Fertigungskosten nachhaltig realisiert werden. Wie könnte man bessere Produkte in kürzerer Zeit zu geringeren Kosten herstellen? Das ist die die immer wiederkehrende Herausforderung, der sich Unternehmen im Wettbewerb stellen müssen. Ganzheitliche Lösungen der digitalen Entwicklung können hier den entscheidenden Vorteil bringen. Ganz egal ob beim Airbus oder dem Haushaltsstaubsauger. lg

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