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Produktentwicklung

Produktentwicklung

Die Produktentwicklung umfasst innerhalb des Produktentstehungsprozesses im Wesentlichen die Phasen Produktplanung, Produktkonstruktion und Produktionsvorbereitung. Sie bezeichnet alle Vorgänge zur Erarbeitung einer Lösung für ein neues oder verbessertes Produkt. Für eine erfolgreiche Produktentwicklung ist die Verfügbarkeit sämtlicher entwicklungsrelevanter Informationen und Erfahrungen des Produktlebenszyklusses von entscheidender Bedeutung. Der allgemeine Trend zur Digitalisierung erfordert neue Werkzeuge für die Produktentwicklung, um beispielsweise entwicklungsrelevante Informationen aus der Produktion verfügbar zu machen und damit der Vision einer digitalen Fabrik näher zu kommen.

Die Zielsetzung der digitalen Fabrik ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Prozesse und Ressourcen in Verbindung mit dem Produkt. Diese Optimierung erfolgt aufgrund eines Modells, das alle erforderlichen Daten und Funktionalitäten zur Unterstützung der Planung, Konstruktion und Simulation enthält. Bei einer integrierten und digital abgesicherten Produktentwicklung und Produktionsplanung müssen die Entwicklungsdaten nur einmal erfasst werden. Somit sind alle Informationen für jeden Beteiligten in aktueller Fassung jederzeit verfügbar, Mehrfacharbeit wird vermieden und Fehler werden reduziert. Für die Beteiligten müssen anspruchsvolle Informations- und Kommunikationssysteme bereitgestellt werden, um mit dem notwendigen Erfahrungswissen diese Werkzeuge entlang des Entwicklungsprozesses bedarfsgerecht einsetzen zu können.

Mit Hilfe von Fachgesprächen und den Untersuchungen Neue Wege zur Produktentwicklung und Kooperatives Produktengineering wurden Schwachstellen identifiziert, mögliche Potentiale ausgelotet und mit Prioritäten versetzt.

Dabei wurden folgende Forschungsschwerpunkte im Themenfeld Produktentwicklung erkannt. Diese werden nachfolgend beschrieben und ausgewählte Verbundprojekte kurz dargestellt:

Virtuelle Produktentwicklung ist der Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen, u. a. Spezifikation, Modellierung, Simulation und 3D-Visualisierung/Virtuelle Realität. Ziel ist die Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller notwendigen Prozesse und Ressourcen in der Produktentwicklung. Die zunehmende Digitalisierung ermöglicht die Zusammenführung der relevanten Informationen in der Produktentwicklung, um frühzeitig entlang des Prozesses zwischen den beteiligten Entwicklungspartnern durch geeignete Interaktionen einen Arbeitsfortschritt zu erzielen. Hierzu finden Sie beispielhafte Lösungen aus dem BMBF-Leitprojekt (1998-2002) iViP.

Produktentwicklung für die Produktion von morgen (Bekanntmachung 05.09.2000)

Das Produktdatenmanagement sorgt für die durchgängige Verwaltung aller Daten, die im gesamten Produktlebenszyklus eines Produktes anfallen, bearbeitet, weitergeleitet und kontrolliert werden. Es steuert den Informationsfluss für optimale Prozesse. Entlang des Entwicklungsprozesses muss die Durchgängigkeit, Aufbereitung und Verteilung der relevanten Informationen stärker vorangetrieben werden. Gerade für kleine und mittlere Unternehmen muss diese Integration wirtschaftlich vertretbar sein, damit auch sie in die Lage versetzt werden, sich in die Wertschöpfungsketten zu integrieren. In den Verbundprojekten KoEffizient und PDM-Collaborator wurden entsprechende Softwarewerkzeuge entwickelt.

Unternehmen möchten sich auf die eigenen Kernkompetenzen konzentrieren und nutzen deshalb verstärkt die Fähigkeiten und das Wissen unterschiedlicher, zumeist räumlich verteilter Entwicklungspartner. Zur Entwicklung komplexer Produkte ist eine Verteilung von Forschungstätigkeiten an unterschiedliche Experten notwendig. Dies erfordert den Einsatz moderner leistungsfähiger Werkzeuge für die kooperative und verteilte Produktentwicklung, die eine effiziente Zusammenarbeit zwischen Personen, Abteilungen, Unternehmen und Fachbereichen sicherstellen (Verbundprojekt KoPro-Netz).

Zur Lösung von speziellen Problemen, wie beispielsweise Prozesssimulationen, spezifischen Berechnungen etc., werden neue Software-Werkzeuge benötigt. Zur vollständigen numerischen Simulation des Schmelzschweißens wurde z. B. das Software-Werkzeug SCHWEIß-Simulationstool und zur Klassifikation von Produkten eine Software im Verbundprojekt KLASTER entwickelt.

Die Produktentwicklung in Deutschland zeichnet sich durch einen im Vergleich mit der Konkurrenz wesentlich stärkeren Einsatz wissenschaftlicher Methoden aus. Dies verschafft Unternehmen, die diese Methoden anwenden, einen klaren Wettbewerbsvorteil auf dem Weltmarkt. Bei kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) ist die Anwendung dieser Methoden und der entsprechenden Software- Werkzeuge zurzeit nicht ausreichend verbreitet. KMU kennen diese Methoden nicht genügend, bzw. wissen nicht, welche Methoden für ihre Probleme am besten geeignet (Kosten-Nutzenverhältnis) und wie diese anzuwenden sind. Im Verbundprojekt GINA wurde ein Verfahren zur Methodenauswahl entwickelt. Diese Methoden werden in der Zusammenarbeit von Unternehmen angewandt, um unter praxisrelevanten Bedingungen eine methodische Produktentwicklung für den ganzheitlichen Innovationsprozess umzusetzen.

Eine strategische Produktentwicklung ist erforderlich, um die Innovationskraft von Unternehmen zu steigern. Im Verbundprojekt SPP wurden deshalb auch für KMU geeignete Instrumente für das Vordenken und Planen der Geschäfte von morgen entwickelt und erprobt. Dies gilt sowohl für den langfristigen Aufbau neuer Geschäftsfelder als auch für die mittel- und kurzfristige Produktplanung.

Für eine effiziente Produkt- und Prozessplanung muss das an vielen Stellen verstreut vorhandene Wissen bzw. die relevanten Informationen gut organisiert und zusammengeführt werden. So kann die vom Markt geforderte Innovations- und Produktvielfalt wirtschaftlich bewältigt werden. Allgemein zugängliche und unternehmensspezifische Daten müssen kontinuierlich identifiziert, bewertet, geeignet bereitgestellt und gezielt wieder verwendet werden können. Für den Produktentwickler ist die Schaffung einer integrierten Arbeitsumgebung, die ihm die benötigten Daten und Dokumente zum richtigen Zeitpunkt, am richtigen Ort, in der richtigen Form bereitstellt, von entscheidender Bedeutung. Dies erforderte gerade für die Produktentwicklung den Einsatz geeigneter Mittel des so genannten Wissensmanagements (Verbundprojekte KOWIEN und Inno-how).

Die zunehmende Forderung der Kunden nach individuellen Produkten hat zur Folge, dass die Produktkomplexität stetig steigt. Daraus resultiert eine hohe Variantenvielfalt in den Produkten, die in der Entwicklung, Fertigung und Vertrieb mittels eines geeigneten Variantenmanagements beherrscht werden muss. Entsprechende Werkzeuge und Methoden zur Kostenreduktion wurden hierfür in den Verbundprojekten VBB und EVAPRO entwickelt.

Zuverlässigere mechatronische Systeme (Bekanntmachung 17.08.2005)

Insbesondere bei der Entwicklung mechatronischer Produkte ist die Beherrschung der Produktkomplexität durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit unterschiedlicher Fachgebiete für den Erfolg von entscheidender Bedeutung:

Entwicklungsumgebungen und Standardisierung:
EUM und MechaSTEP

Werkzeuge und Verfahren für eine modellgestützte und synchronisierte Produktentstehung:
Entwurfs- und Simulationswerkzeuge müssen die Zusammenarbeit der verschiedenen Disziplinen besser unterstützen und eine dezentrale, kooperative Produktentwicklung für Mechatronik erlauben. Eine Synchronisation ist nicht nur zwischen den beteiligten Fachgebieten notwendig, sondern auch zwischen den Informationsmodellen und entlang der gesamten Kette der Produktentstehung und Produktnutzung. Hierzu findet man die beispielhaften Lösungen der Forschungsprojekte: FLUIDTRONIC, INZUMECH, MIKADO, PROMESYS, und ZUVERSICHT

Prüf-, Test-, und Diagnoseverfahren für Produktentwicklung, Produktion und Betrieb mechatronischer Systeme:
Methoden, Verfahren und Messtechnik sind zu entwickeln, die bereits bei der Produktion der Einzelkomponenten eine deutlich höhere Prüftiefe zulassen. Die Abbildung von Lastprofilen und Lastverhalten ist dabei besonders zu betrachten. Entwicklungsumgebungen für mechatronische Systeme müssen die Ableitung von Testkonzepten erlauben. Lösungen hierfür liefern die Ergebnisse der Projekte COMETRON, PRÄDIKTOR und REMAIN.

Betriebliche Einführungsstrategien:
Für die Entwicklung und die Produktion mechatronischer Systeme müssen die Fachkräfte in den neuen Technologien und Organisationsformen aus- oder weitergebildet werden. Insbesondere benötigen die Firmen Strategien für die Umstellung von einer konventionellen, durch ein sequenzielles Arbeiten der verschiedenen Fachdisziplinen geprägten Entwicklung auf einen synchronisierten Entwicklungsprozess. Antworten darauf geben die Projekte: AQUIMO, BESTVOR, und EasyKit.

Erhalten Sie einen Überblick über die erzielten Ergebnisse der Ausschreibung „Zuverlässigere mechatronische Systeme“ mit der Broschüre
"Zuverlässigere Mechatronik - Forschungsergebnisse kompakt" [PDF, 2 MB, nicht barrierefrei].

Transfer-Projekt Mechatronik

Entwicklung von Transfermechanismen für die effiziente und nachhaltige Verbreitung von Forschungsergebnissen in die industrielle Praxis am Beispiel Mechatronik.

Management und Virtualisierung der Produktentstehung (Bekanntmachung 02.04.2007)

Vorgehensweisen und Werkzeuge für den Innovationsprozess und die Zusammenarbeit in der Produktentwicklung
Die Komplexität der Produkte und Produktentwicklungsprozesse nimmt durch die stark wachsende Zahl der Änderungen und Optimierungen im Produktlebenszyklus rapide zu. In dem Verbundprojekt ISYPROM wurde das Ziel verfolgt, mittels der Modellierung von Geschäfts- und Produktentwicklungsprozessen Klarheit und Nachvollziehbarkeit in der Produktentwicklung zu erhöhen. Prozessaufnahme, -visualisierung und zum Teil auch -simulation sind Stand der Technik. Die Herausforderung wurde in der fehlenden Verknüpfung zwischen Geschäfts- und Produktentwicklungsprozess gesehen, die zugehörigen Modelle existierten weitgehend unabhängig voneinander und Änderungen in einem Modell waren nur manuell im anderen Modell nachvollziehbar. Das führte dazu, dass solche Modelle nicht „gelebt“ wurden und keine Akzeptanz in den produktiven Abteilungen fanden.

Durchgängigkeit von Modellierungs- und Simulationswerkzeugen
Ziel des Verbundprojekts ADIFA war der standardisierte Austausch von Planungsdaten in der Digitalen Fabrik. Hierzu wurde im Rahmen des Projekts ein Konzept entwickelt, das einen einheitlichen Austausch von Daten ermöglicht und die Prozesse in der Digitalen Fabrik harmonisiert. Dieses Konzept basiert auf dem Ansatz von anwendungsspezifischen Protokollen, die für einen Anwendungsbereich den Austausch von Daten regeln (Vgl. auch STEP-Norm ISO 10 303). Die konkrete Ausgestaltung und prototypische Implementierung des Konzepts erfolgte am Beispiel des Anwendungsfelds „Zeitwirtschaft".

Innovative Produkte effizient entwickeln  (Bekanntmachung vom 17.11.2010)

Die Strategische Entwicklung von Produktinnovationen dient der Kreativität der Entwicklerinnen und Entwickler und schafft die technologischen Möglichkeiten für die wirtschaftlichen Grundlagen eines zukünftigen Produkts. Hierzu werden in Verbundprojekten vorhandene organisatorische und informationstechnische Werkzeuge und Hilfsmittel wie Richtlinien, Leitfäden und Einführungsstrategien erweitert und durchgängig angewendet. Technologische Fortschritte und Ideen können somit frühzeitig in innovative, marktfähige Produkte umgesetzt werden, die ressourcenschonend hergestellt und betrieben werden können. Beispielsweise werden im Verbundprojekt IN2 ein verbessertes Methoden- und Wissensmanagement zur Verfügung gestellt, um Innovationen systematisch zu entwickeln.
Zur Stärkung der interdisziplinären Zusammenarbeit durch integrierte Produktentwicklung werden die Wechselwirkungen zwischen Produkt und Produktionssystem untersucht. Damit wird die Entwicklung neuer Methoden und Werkzeuge möglich, die eine Planung der wirtschaftlichen Herstellung parallel zur Entwicklung des Produkts gestatten. Durch fächerübergreifendes Arbeiten werden neue Lösungen für die integrierte Produkt- und Produktionssystementwicklung gestaltet. Im Verbundprojekt COMMANDD wird so die rechnerunterstützte Entwicklung und Fertigung dentaler Produkte mittels durchgängiger Produkt- und Prozessmodelle erarbeitet.

Die Broschüre „Innovative Produkte effizient entwickeln“ steht mit weiteren Informationen zu allen Verbundprojekten zum Thema Produktentwicklung zum Download bereit.

Stand: Mai 2013

 

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