Aus der Einleitung: "Produktentwicklung und Fertigungsplanung innovativer komplexer technischer Produkte sind heute ohne massiven Rechnereinsatz gar nicht mehr möglich: Produkteigenschaften wie Funktion, Fertigung, Montage, Bedienbarkeit, dynamisches Verhalten, Reaktion auf Störgrößen, Ästhetik, Instandhaltung bis Recycling sollten möglichst früh im Entwicklungsprozess durch virtuelle Prototypen technischer Produkte und Verfahren beschrieben und abgesichert werden (Höhne 2009)."

Seitdem die Methode der Finiten Elemente dank der rapiden Fortschritte der Hard- und Softwareentwicklung ihr anfängliches Nischendasein aufgeben konnte, ist sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug der Produktentwicklung geworden. Anwenderseitig wurde mit dieser Entwicklung jedoch nicht immer Schritt gehalten. Anstelle der wenigen Spezialisten früherer Jahre nutzt inzwischen beinahe jeder, der über die entsprechenden Programme verfügt, die FEM, mit zuweilen zweifelhaften Resultaten – »The stark reality is that probably the majority of users are blissfully unaware that their analyses are invalid.« (Horspool 2010). In diesem Beitrag wird die aktuelle Anwendungssituation untersucht, und es werden Ausbildungskonzepte vorgestellt, die zu besseren und sichereren Analysen führen sollen. In den folgenden drei kleinen Szenarien sind zur Einstimmung typische Fehlschlüsse – ein wenig überzogen – dargestellt.

Motivation "Am stetig steigenden Anteil der erneuerbaren Energien, der auf der einen Seite durch die ehrgeizigen Ziele der Politik forciert und auf der anderen Seite durch wirtschaftliche Interessen beflügelt wird, stellt die Windenergie den größten und aussichtsreichsten Bestandteil dar (BMU 2012). Setzt sich der gegenwärtige Trend fort, so ist in den nächsten Jahren mit Multimegawattanlagen im mehrstelligen Megawattbereich zu rechnen."

Aus der Einleitung: "Die Vorteile von Dehnschrauben ergeben sich aus der großen Verformung, die bei der Montage eingestellt und mit Hilfe eines taillierten Schafts ermöglicht wird. Zusätzlich zu dem geringeren Schaftdurchmesser erhöht eine größere Länge die Nachgiebigkeit und damit die Längenänderung. Aufgrund dieser hohen Längenänderung benötigen Dehnschrauben keine Schraubensicherung und sind unempfindlicher gegenüber Setzverlusten."

Aus der Einleitung: "Arbeitsabläufe werden in der Regel durch eine jahrzehntelange Praxis geprägt. Eine Vielzahl von individuellen Gewohnheiten und Aspekten bildet oft eine hermetische Abgrenzung gegenüber allen Versuchen, organisatorische Veränderungen herbeizuführen. Dies gilt in besonderem Maße für die Konstruktion. Die unvoreingenommene Betrachtung heutiger Konstruktionsabläufe lässt uns feststellen, dass der Arbeitsprozess an sich seit Anbeginn vor vielen tausend Jahren fast unverändert geblieben ist. Abgesehen von einer Reihe mehr oder weniger voneinander isolierter Computer-Aided Software-Tools, die den Konstrukteur bei der Modellierung, Simulation und Datenspeicherung unterstützen, bekommt er keine weiteren Hilfestellungen. Eine Ausnahme bilden hier automatisierte Verfahrensketten, die auf der Basis fest definierter Produktmodelle in parametrisierten Verfahren Fertigungsunterlagen automatisch erstellen können. Prozessorientiert sind auch neuere Benutzeroberflächen zur Kopplung von Simulationsanwendungen. Hiermit können Anwendungen über mehrere Softwareapplikationen hinweg geschaffen werden (ModelCenter, modeFrontier). Das Wissensmanagement hingegen ist so gut wie gar nicht in die Abläufe integriert, lässt man die Fülle der Freigabeprozeduren einmal außen vor."

Aus Punkt 1: "Neben der Funktionserfüllung und den Kosten ist der wirtschaftliche Erfolg eines Produktes nicht zuletzt dadurch gegeben, wie gut es den Wünschen, Bedürfnissen und Fähigkeiten seiner Nutzer entspricht. Zwischen Nutzer und Produkt existieren vielfältige Wechselwirkungen, die erfasst und verstanden werden müssen, um Produktkonzepte hinsichtlich der oben genannten Kriterien bewerten und optimieren zu können. Die Philosophie der menschzentrierten Produktentwicklung (MZP) besteht folglich darin, in allen Phasen der Produktentwicklung konsequent das Gesamtsystem bestehend aus Nutzer, Produkt und Umwelt zu betrachten."

Leichtbau beabsichtigt, die Funktion des Produkts bei gleichbleibendem Gewicht zu steigern (Wiedemann 2007). Leichtbaugerechtes Konstruieren verbessert die Funktionserfüllung bei konstantem Gewicht oder senkt das Gewicht bei gleicher Funktionserfüllung. Da auf Produkte neben der Erdbeschleunigung auch noch weitere Beschleunigungen und damit Kräfte wirken, ist nicht das Gewicht, sondern vielmehr die Masse neben der Funktion die entscheidende Eigenschaft, die im Leichtbau optimiert werden soll. Um folglich Produkte leichtbaugerecht zu konstruieren, müssen diese sowohl funktions- als auch massegerecht konstruiert werden. Die funktions- und massegerechte Konstruktion von Produkten kann den Energieverbrauch eines Produkts, wie z. B. den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs, reduzieren und damit dessen ökonomische und ökologische Eigenschaften verbessern (Ponn & Lindemann 2011). Zusätzlich zur Massenreduzierung kann eine verbesserte Massenverteilung die physische Belastung des Produktnutzers reduzieren, indem Kräfte und Momente, die durch die Masse auf den Nutzer ausgeübt werden, minimiert werden. Außerdem kann eine bessere Massenverteilung weitere dynamische Produkteigenschaften verbessern, z. B. höhere erreichbare Kurvengeschwindigkeiten eines Kraftfahrzeugs. Die Massen- und Trägheitsmomentreduzierung kann außerdem höhere Beschleunigungen ermöglichen (Ponn & Lindemann 2011). Zu einem ganzheitlichen leichtbau- und damit funktions- und massegerechten Konstruieren gehört folglich die Betrachtung der Masse, der Massenverteilung und des Trägheitsmoments.

Aus der Einleitung: "In der Produktentwicklung hat sich die numerische Simulation mittels Finite Elemente Analyse als Standardverfahren etabliert. Die Wandlung von einem Spezialistenwerkzeug zu einem generellen Ingenieurtool bringt mit sich, dass theoretisches Wissen zur FEA beim Benutzer nicht vorausgesetzt werden kann und demzufolge im Programm geeignet implementiert sein muss. Ingenieure sind im Umgang mit CAE-Tools (FEM, CFD, CAD) und theoretischen Methoden (VDI 2221, DSM, DfX) im Produktentstehungsprozess vertraut. In diesem Zusammenhang ist die aktuelle Herausforderung eine Verbindung beider etablierten Werkzeugklassen zu schaffen, die bisher nicht erfolgt ist. Es fehlt die benutzerspezifische Anpassung von computergestützten Werkzeugen an die Denkweise von Ingenieuren und deren Nutzungskontext. Methodische Wissensbasen, Retrieval-Möglichkeiten und Suchroutinen für abgeschlossene Projekte sind in CAE-Programmen nicht integriert. Ergänzt werden diese Nachteile durch die hohen Anschaffungskosten von Software in Kombination mit schlechter Usability."

Aus der Einleitung: "Um im Vorfeld einer Neuentwicklung die Wirtschaftlichkeit des Produkts abschätzen zu können, müssen neben den zu erwartenden Erlösen auch die voraussichtli-chen Kosten bekannt sein. Die Bestimmung der reinen Entwicklungskosten bereits zu Projektbeginn ist in der überwiegenden Anzahl der Fälle jedoch nicht zuverlässig möglich. Zu viele und nicht quantifizierbare Einflussgrößen machen eine Prognose ungenau und führen zu meist völlig unrealistischen Kostenangaben."

Aus der Einleitung: "An zukünftige intralogistische Systeme werden hohe Anforderungen in Bezug auf Dynamik und Flexibilität gestellt. In Verbindung mit dem übergeordneten Ziel ressourceneffiziente und klimaschonende Prozesse zu entwickeln sind innovative Lösungsansätze gefordert. Die Entwicklung eines schnellen Regalbediengerätes auf Basis der Steward-Gough-Plattform soll u. a. durch die Minimierung der zu bewegenden Massen diesen Anforderungen gerecht werden. Hiervon profitieren vor allem Flexibilität und Prozesszeiten. Das Vorhaben ist eingegliedert in ein Förderprogramm unter der Leitung des EffizienzCluster Logistik Ruhr (ECLR), welches sich u. a. mit der Bedeutung und den Potentialen der Logistik im urbanen Umfeld beschäftigt."