Im Mittelpunkt steht die modellbasierte Produktentwicklung

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Die Produktentwicklung hat ein Problem.

Um die Effizienz und Qualität für nachgelagerte Verbraucher zu steigern, haben Unternehmen die Produktentwicklung aufgefordert, eine modellbasierte Definition einzuführen. Dies trägt dazu bei, den digitalen Faden vom Engineering zur Fertigung und darüber hinaus zu verknüpfen. Aber wie sieht es im Ingenieurwesen aus?

Angesichts des zunehmenden globalen Wettbewerbs, der zunehmenden Produktkomplexität und der Verpflichtung, Lieferzyklen zu beschleunigen, benötigen Ingenieure von heute eine robuste Werkzeugbank, um wettbewerbsfähige Produkte zu entwickeln. Ein erstklassiges Portfolio kann jedoch nicht auf nativen Dateiformaten basieren, was bei der Suche nach einem universellen, kommentierten 3D-Modell zu allerlei Komplikationen und Integrationsproblemen führt. Es macht es auch nahezu unmöglich, vergleichbare Effizienzen im Sinne der modellbasierten Definition (MBD) zu erzielen.

Die Vorteile von MBD werden von Führungskräften immer deutlicher erkannt, einschließlich der Optimierung von Design- und Herstellungsprozessen. Das modellbasierte Unternehmen (MBE) weitet MBD noch weiter auf Fertigung, Lieferkette, Marketing und andere Disziplinen aus und zielt auf allgemeine organisatorische Vorteile wie Prozesseffizienz, niedrigere Gesamtkosten und schnellere Markteinführungszeiten ab. Dennoch bleibt eine verpasste Chance, diese vollständige MBE-Vision zu verwirklichen.

Außerhalb der zentralen CAD-Modellierungs- und Konstruktionsarbeiten nutzen Ingenieure die besten kollaborativen Tools für Zusatzfunktionen in Schlüsselbereichen wie Simulation, generativem Design, Oberflächengestaltung, Werkzeugwegerstellung und Dokumentation. Benötigt wird ein modellbasierter Produktentwicklungsansatz, der eine einheitliche Plattform und ein gemeinsames CAD-Modell für alle Kernwerkzeuge und Funktionalitäten fördert, die im gesamten Entwicklungslebenszyklus erforderlich sind.

Modellbasierte Produktentwicklung nimmt Gestalt an

Die modellbasierte Produktentwicklung ist entscheidend für die Weiterentwicklung der Vision des Digital Thread und MBE. Der Ansatz nimmt durch eine Reihe miteinander verbundener Entwurfs-, Optimierungs- und Bauprozesse Gestalt an, die um ein gemeinsames, natives CAD-Modell herum zusammenlaufen, anstelle abgeleiteter Artefakte, die nicht an das Kerndesign gebunden sind. Da alle Mitwirkenden mit einem einheitlichen 3D-Modell arbeiten, können Unternehmen die Effizienz im gesamten Designprozess und im gesamten Lebenszyklus eines Produkts steigern.

MBD hatte messbare Auswirkungen auf die Arbeitsabläufe bei der Produktlieferung, indem es den ehemals mühsamen Prozess der Verwaltung von 2D-Zeichnungen rationalisierte und den Zeitaufwand für Designprüfungen verkürzte. Die Kundenbefragung von PTC zeigt, dass ein robuster MBD-Ansatz es Unternehmen ermöglicht, Dokumentationen bis zu 40 % schneller zu erstellen, die Zeit für die Erstmusterprüfung um 60 % zu verkürzen und von einer 90 %igen Reduzierung von Produktfehlern und Nichtkonformitäten zu profitieren.

Um heute wettbewerbsfähige Produkte zu bauen, benötigen Ingenieure eine robuste Werkzeugbank. Allerdings verfügt ein erstklassiges Portfolio normalerweise nicht über ein natives Dateiformat, was zu allerlei Komplikationen und Integrationsproblemen führt. Ohne ein gemeinsames Rückgrat, von dem aus sie arbeiten können, sind Produktorganisationen von getrennten Prozessen erfasst – die verräterischen Anzeichen einer Landschaft, die von isolierten Tools und unterschiedlichen Dateiformaten dominiert wird. Ingenieure investieren letztendlich zu viel Zeit und Energie in den Kontextwechsel zwischen Anwendungen, was zu höherwertigen Experimenten und Designinnovationen führt. Mit einem Modell, das über den gesamten Design-Tool-Stack hinausgeht, werden Übersetzungs- und Integrationsaufgaben beschleunigt und Nacharbeiten entfallen – was zu einer Verringerung von Designfehlern und einer schnelleren Markteinführung führt.

Das Versprechen von 3D-CAD und insbesondere der parametrischen Modellierung besteht darin, dass die Entwurfsabsicht mithilfe von Merkmalen und Einschränkungen leicht erfasst werden kann, was es einfacher macht, zu definieren, wie sich das Modell verhalten soll, wenn etwas geändert wird. Darüber hinaus ist die erstklassige parametrische Modellierung stark assoziativ, sodass bei Änderungen in einem Teil eines Modells die relevanten Aktualisierungen automatisch auf die zugehörige Geometrie und nachgelagerte Artefakte orchestriert werden, sodass jeder Punkt in der Designkette synchron bleibt.

Die Vision beginnt jedoch zu zerfallen, wenn Punktlösungen für erweiterte Funktionen eingeführt werden, die über die Kern-CAD-Modellierung hinausgehen. Beispielsweise ist der Einsatz von Simulationen zu Beginn des Entwicklungszyklus zur Optimierung des Designraums weitaus besser als der Einsatz von Simulationen in späteren Phasen.

Wenn Hilfsfunktionen außerhalb der Haupt-CAD-Umgebung verwendet werden, sind sie nicht direkt mit dem nativen 3D-Modell verknüpft. Wenn ein Ingenieur eine FEA-Analyse für ein Teil durchführen möchte, um die Festigkeit zu testen oder eine bestimmte Komponente mithilfe generativer Designfunktionen leichter zu machen, muss er in den meisten Fällen zwischen Punktlösungswerkzeugen wechseln. Dieses Arbeitsmuster führt einen Zyklus des Importierens, Exportierens und Übersetzens von merkmalsloser Geometrie ein, was nicht nur ineffizient ist, sondern auch die Werkzeugkette unterbricht und die inhärenten Vorteile des assoziativen parametrischen Designs verringert.

Modellbasierte Produktentwicklung in der Praxis

Sie müssen nicht lange suchen, um Unternehmen aus den unterschiedlichsten Branchen zu finden, die bereits von der Einführung der modellbasierten Produktentwicklung profitieren. HPE COXA, das technische Lösungen bereitstellt und Technologieprojekte in den Bereichen Automobil, Motorsport und Verteidigung überwacht, hatte mit Ineffizienzen im Zusammenhang mit einem mehrstufigen Multi-Software-Designprozess zu kämpfen.

Das Unternehmen legte großen Wert darauf, neue Technologien wie generatives Design, additive Fertigung und Echtzeitsimulation für eine bessere Produktentwicklung zu nutzen. Dazu war es jedoch erforderlich, für jeden Schritt vier oder fünf voneinander unabhängige Softwaretools mit unterschiedlichen Dateien zu jonglieren, was bedeutete, dass das Team den Prozess jedes Mal von vorne beginnen musste, wenn es Designs anpassen oder testen wollte. Dieser unzusammenhängende Ansatz führte schnell zu Meinungsverschiedenheiten zwischen Design- und Analystenteams, führte zu einer Vielzahl von Qualitätsproblemen und verzögerten die Produktionszeiten.

HPE COXA konnte die gesamte Design- und Produktionszeit um 30 % reduzieren und die Zeitspanne vom Konzept bis zur Lieferung halbieren. HPE COXA hat diese Spitzentechnologien in einer einzigen Software konsolidiert und führt nun alle Designschritte in einem linearen, fließenden Prozess durch. Die Umstellung trug dazu bei, Arbeitsabläufe zu rationalisieren, die Kommunikation zu vereinfachen und die Zeitpläne für fertige Teile zu verkürzen.

Den Wandel möglich machen

Wenn technische Abteilungen schon vor langer Zeit von der Nützlichkeit von 3D-Modellen überzeugt waren, warum hat es dann so lange gedauert, den Einsatz über die Kernfunktionen von CAD hinaus auszuweiten? Der einfache Grund dafür ist, dass die meisten CAD-Tools nicht über zusätzliche Funktionen verfügen, was dazu führt, dass Ingenieure nach Lösungen für eine robustere Funktionalität suchen. Diese Dynamik hat sich in den letzten Jahren dramatisch verbessert, da führende CAD-Anbieter wie PTC erweiterte Funktionalitäten wie Echtzeitsimulation und generatives Design erworben oder entwickelt und in die native CAD-Umgebung integriert haben.

Unternehmen, die den Sprung zur modellbasierten Produktentwicklung wagen möchten, sollten nach einem offenen System suchen, das auf dem nativen CAD-Dateiformat basiert und die Breite und Tiefe der Funktionen bietet, um den gesamten Designprozess zu unterstützen, sei es Simulation oder ein Element des Konzeptdesigns . Es ist auch wichtig, dass das System mit einer PLM-Plattform zusammenarbeitet – wiederum mit Unterstützung des gleichen nativen CAD-Dateiformats –, um wichtige Prozesse wie das Release- und Änderungsmanagement zu rationalisieren und zu vereinfachen.

Wie bei jeder Prozessveränderung wird es wahrscheinlich auf Widerstand seitens der Ingenieure stoßen, die bekanntermaßen Veränderungen gegenüber resistent sind. Die Gewinnung von Sponsoren aus der Führungsebene, von denen viele bereits Verfechter von MBD und MBE sind, kann dazu beitragen, die Ingenieursebene zu motivieren, mitzumachen und neue Tools und Arbeitsmuster anzunehmen.

Während Unternehmen digitale Strategien vorantreiben, wird die modellbasierte Produktentwicklung von entscheidender Bedeutung sein, um den vollen Wert von MBE zu erreichen. Es ist längst an der Zeit, dass Ingenieure die Leistungsfähigkeit eines modellbasierten Ansatzes im gesamten Entwicklungsprozess freisetzen und die Früchte einer transformativen Designkette ernten.

PTC
ptc.com

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