Fraunhofer IPK

Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik

Forschung und Entwicklung

Die Forschungsarbeiten im Geschäftsfeld VPE fokussieren auf die vollständige Digitalisierung der Produktentstehung, behandeln jedoch zunehmend auch die Digitalisierung der anderen Produktlebensphasen. An der Verwirklichung dieser Vision arbeiten unsere Fachabteilungen in Forschungsfeldern, die die Kompetenzen von IPS und MBE zusammenbringen.

Unsere Forschungsfelder sind:

Produktentwicklungsmethoden und -prozesse

Gesellschaftliche Entwicklungen, innovative Technologien und Veränderungen in der globalen Wirtschaft erfordern ein Umdenken bei Prozessen und Methoden der Produktentstehung. Nutzer möchten heute an der Entstehung von Produkten mitwirken. Kunden begnügen sich nicht mehr mit dem Produkt an sich, sondern erwarten umfangreiche Serviceleistungen. Unternehmen entwickeln Produkte an verteilten Standorten. Die Entwicklung anwendungsnaher Lösungen für die Herausforderungen in puncto Produkt-Service Systems, nachhaltige Produkte und Life Cycle Engineering ist der Schwerpunkt des Forschungsfeldes Produktentwicklungsmethoden und -prozesse.

Produktgestaltung und funktionale Absicherung

Frühzeitige digitale Gestaltung und realitätsnahe Abbildung von mechatronischen Produkten mit funktional erlebbaren virtuellen Prototypen ermöglicht es, die Funktionalität des Produkts frühzeitig zu untersuchen und zu verbessern. Ziel dieses Forschungsfeldes ist es, Simulation und Modellierung bereits in der Konzeptphase zu etablieren sowie zu erreichen, dass sie sich von der multidisziplinären Systemauslegung bis zur Eigenschaftsbestätigung und Nutzungsfreigabe durchziehen. Bei jedem Schritt der Produktentstehung werden digitale Modelle erzeugt. Eine durchgängige Verknüpfung der Informationen sowie die Visualisierung der Zusammenhänge in der Systementwicklung werden mit neuen Methoden der Traceability möglich. Doch es bleibt nicht beim virtuellen Entwurf allein: Die Kombination von digitalen mit realen Modellen zu smarten hybriden Prototypen ermöglicht schnellere und kosteneffektivere Änderungen und beschleunigt damit die Entwurfsprozesse.

Intuitive Interaktion mit virtuellen Prototypen

Virtuelle Prototypen sind ein wichtiges Werkzeug, um die steigende Komplexität in der Produktentstehung zu beherrschen. Visual Analytics, Immersive Design Reviews, Multitouch Systeme, Tangible User Interfaces, Haptische Interaktion, Immersives Skizzieren sowie das User Centered Design sind nicht mehr nur Begriffe in zukunftsorientierten Forschungsanträgen, sondern greifbare Technologien für innovative Lösungen in der Industrie. Das Forschungsfeld Intuitive Interaktion mit virtuellen Prototypen beschäftigt sich mit der Rolle des Menschen im virtuellen Produktentstehungsprozess. Untersucht werden die Interaktion des Entwicklers mit virtuellen Entwicklungswerkzeugen und des potentiellen Nutzers mit dem in Entwicklung befindlichen Produkt. Intuitiv anwendbare Gestaltung der digitalen Werkzeuge spielt eine zentrale Rolle für die Anwenderakzeptanz, die für die nahtlose Integration der virtuellen Entwicklungswerkzeuge in den Entwicklungsprozess äußerst wichtig ist.

Informationsmanagement für die Produktentstehung

Das erfolgreiche Management aller für die Entwicklung relevanten Informationen bildet die Grundlage der Herstellung wettbewerbsfähiger Produkte. Solche Informationen müssen in kollaborativen Prozessen kontextsensitiv auf die jeweilige Entwicklungsaktivität abgestimmt sowie frei von Inkonsistenzen interdisziplinär und unternehmensübergreifend bereitgestellt werden. Zudem werden in der Produktentstehung zunehmend Informationen relevant, die von Kunden und Nutzern erzeugt werden und die bei Produktnutzung und -wartung entstehen. Forschungsschwerpunkt des Forschungsfeldes Informationsmanagement für die Produktentstehung ist es, den Wandel zur Industrie 4.0 durch intelligente Lösungen für das Product Lifecycle Management (PLM) zu unterstützen und die steigende Informationskomplexität handhabbar zu gestalten. Die durchgängige informationstechnische Vernetzung aller Produktlebensphasen eröffnet dabei maßgebliche Optimierungspotenziale für die zu entwickelnden Innovationen bezogen auf Qualität, Kosten, Zeit und Nachhaltigkeit.

Methoden der digitalen Fertigungs- und Fabrikprozesse

In Zukunft existiert jede Fabrik doppelt: Neben der physischen Produktionsstätte steht deren stets aktuelles virtuelles Abbild für Produktionsplaner, Produktentwickler und andere Beteiligte in Form eines digitalen Zwillings bereit. Die Digitale Fabrik ist ein realitätsnahes Modell zum Anfassen: Sie simuliert nicht nur das geometrisch korrekte Aussehen, sondern auch das tatsächliche Verhalten aller vorhandenen Anlagen. So können sie virtuell in Betrieb genommen, geprüft und optimiert werden, bevor sie realisiert bzw. verändert werden. Eine vollständige Simulation berücksichtigt zudem das an der Herstellung beteiligte Wertschöpfungsnetz mit allen Ressourcen, Planungs- und Produktdomänen. Gleichzeitig werden erforderliche Anpassungen im Wertschöpfungsnetzwerk automatisiert abgeleitet. Das Planungsergebnis umfasst nicht nur den Fertigungsprozess, sondern auch eine zuverlässige Prognose von Produkteigenschaften nach Durchlauf der fertigungstechnischen Prozesskette eines Wertschöpfungsnetzes. Die virtuelle Inbetriebnahme ist ein effizientes Werkzeug, um wertvolle Zeit in der Produktion effizient zu nutzen und die Ausfallzeiten bei der Inbetriebnahme und Rekonfiguration von Produktionssystemen möglichst gering zu halten.