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Aus der Einleitung: "Ein wachsender Bedarf an nachhaltig verfügbaren Rohstoffen und knapper werdende Rohölressourcen steigern die wirtschaftliche Bedeutung natürlicher Faserstoffe. Das eröffnet neue, über den traditionellen Einsatz von Papier hinausgehende Anwendungen für cellulosische Fasern, beispielsweise in maßgeschneiderten 3D-Verpackungslösungen, im Leichtbau oder in Konstruktionswerkstoffen. Bei der Erschließung neuer Anwendungsbereiche steht neben der zentralen Kostenfrage das Ziel im Vordergrund, die Bauteile technologisch effizient herzustellen. Dafür sollen weitestgehend etablierte Technologien für die Verarbeitung der eingesetzten Halbzeuge einsetzbar sein, z.T. sind aber auch neue Technologien erforderlich, wie z.B. integriertes Fügen und Umformen. Diese Entwicklungen sind nicht auf die oft als Vorreiter angesehene Automobilbranche beschränkt, sondern betreffen z.B. auch die Möbelbranche, die Baustoffindustrie und zunehmend auch die Papierwirtschaft. ..."

Im Luftfahrtbereich haben sich kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten längst als Konstruktionswerkstoffe etabliert. In der Großserienfertigung von Automobilkarosserien kommt diese Materialgruppe jedoch nur zögerlich zum Einsatz. Offensichtlich sprechen noch viele Argumente für den Einsatz von metallischen Werkstoffen: Denn auch Leichtmetalle und pressgehärtete Stähle ermöglichen immer höhere Leichtbaugrade, ohne dabei signifikante Kostensteigerungen zu generieren. Zudem sind Fertigungs- und Montageabläufe für Metallkarosserien etabliert und weitgehend frei von Entwicklungsrisiken. Vor diesem Hintergrund erscheint es schwer, mit neuen Leichtbaumaterialien und den zugehörigen Bauweisen einen Durchbruch erzielen zu können. Dabei zeigt das Produktsegment der Supersportwagen schon deutlich, dass zusätzliche Leichtbaupotentiale durch beanspruchungsgerecht gestaltete und optimierte CFK-Strukturen für den Automobilbau eröffnet werden. Bislang lassen sich derartig optimierte CFK-Strukturen jedoch kaum wettbewerbsfähig in Großserie realisieren. An dieser Stelle ergeben sich Chancen und zugleich neue Herausforderungen für die Produktentwickler: Zum einen sind Faserverbundbauweisen zu erarbeiten, mit denen die Leichtbaupotentiale von CFK weitgehend ausgereizt werden. Zum anderen ist die automatisierte Fertigung bei hohen Taktraten zu ermöglichen. Die Lösung beider Teilaufgaben setzt den Einsatz geeigneter materialspezifischer Konstruktionsmethoden voraus.

Dieser Beitrag stellt ein neues, hybrides Modell für die Entwicklung mechanischer und mechatronischer Systeme vor. Ziel ist es, die derzeitig bestehende Lücke zwischen abstrakten Funktionsmodellen und sehr konkreten, geometrieorientierten 3D-CAD-Modellen zu überbrücken. Das hier vorgestellte SkiPo-Modell beschreibt die Interaktionen zwischen den Komponenten eines Systems basierend auf den zugehörigen Material-, Energie- und Signalflüssen. Ergänzt wird diese abstrakte Darstellung mit Skizzen, die wichtige Konstruktionsentscheidungen in einer strukturierten, semistandardisierten Weise dokumentieren. Das Ziel dieser hybriden Modellierung ist es, die unvermeidbaren Iterationen zwischen abstrakten und sehr detaillierten Betrachtungen von mechanischen und mechatronischen Systemen in der frühen Phase der Produktentstehung zu unterstützen. In Erprobungen mit Studentengruppen zeigte sich, dass dieser Modellierungsansatz das Verständnis und die Kommunikation im Team fördern kann.

Die Entwicklung von verzweigten Blechstrukturen, die mit Hilfe der innovativen Verfahren Spaltprofilieren und Spaltbiegen hergestellt werden, erfordert eine Erweiterung des verwendeten Produktentwicklungsansatzes. Im Sonderforschungsbereich 666 wurde dafür der Algorithmen-basierte Produktentwicklungsprozess eingeführt. Im Unterschied zu etablierten Produktentwicklungsprozessen, werden mathematische Optimierungsalgorithmen mit Randbedingungen aus den formalisierten Anforderungen wie Bauraumrestriktionen oder Lasten verwendet, um optimierte verzweigte Blechstrukturen zu entwickeln. Da in der mathematischen Optimierung nicht alle Informationen aus der Fertigung berücksichtigt werden können, müssen die optimierten verzweigten Blechstrukturen fertigungsgerecht optimiert werden. Dazu wird in diesem Beitrag zunächst ein Fertigungsrestriktionsmodell eingeführt. Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen aus dem Modell wird dann ein Ansatz zur teilautomatisierten fertigungsorientierten Optimierung von verzweigten Blechstrukturen eingeführt und anhand eines Beispiels validiert.

Zusammenfassung Der vorliegende Beitrag schlägt eine Auswahlmethode vor, die geeignete Verfahren zur kosteneffizienten Rekonstruktion geometrischer Daten von Baugruppen und Bauteilen aufzeigt. Dabei werden verschiedene objektbezogene Einflussfaktoren wie beispielsweise die Bauteilkomplexität, vorhandene Standardfeatures (z.B. genormte Gewindebohrungen) oder besondere Oberflächengeometrien berücksichtigt. Darüber hinaus werden verschiedene Techniken anhand der Kriterien zeitlicher Aufwand, technologischer Aufwands und erzielbarer Maßgenauigkeit quantitativ verglichen. Dadurch kann der Anwender einen erforderlichen Kompromiss zwischen kostenmäßigem Aufwand und erzielbarer Maßgenauigkeit abschätzen.

Die simulative Absicherung von Produkten in den frühen Phasen der Produktentwicklung wird immer wichtiger, um den Anforderungen nach steigender Effizienz gerecht zu werden. Da das Angebot an erfahrenen Berechnungsingenieuren mit langjähriger Berufserfahrung begrenzt ist gilt es weniger erfahrene Simulationsanwender bei der Durchführung von aussagekräftigen Finite-Elemente-Simulationen zu unterstützen. Die Autoren stellen im Rahmen des Beitrags das Konzept des Analyseteils FEdelM eines FEA-Assistenzsystems vor, welches strukturmechanische Finite-Elemente (FE) Simulationen auf Plausibilität überprüft und auftretende Fehler möglichst automatisiert zu erkennt und behebt. Hierbei werden die einzelnen Module und deren Verknüpfungen untereinander und zu anderen Anwendungen vorgestellt.

Inhalt In diesem Beitrag wird die Kombination von virtuellen und experimentellen Methoden im Produktentwicklungsprozess am Beispiel einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien thematisiert. Um das Automatisierungspotenzial in den Fertigungsprozessen zum Aufbau von Faserverbundstrukturen zu erschließen, entwickelt das Institut für integrierte Produktentwicklung (BIK) seit längerem Handhabungseinheiten für technische Textilien. Eine automatisierte Fertigung soll die Reproduzierbarkeit und die Qualität von Bauteilen erhöhen, um z.B. den Beanspruchungen bei größer werdenden Rotorblättern von Windenergieanlagen gerecht zu werden. Ein weiteres Ziel der Automatisierung besteht in der Reduzierung von Prozesszeiten und Fertigungskosten, um den Fertigungsstandort Deutschland in Zukunft attraktiv zu gestalten. Die erfolgreiche Umsetzung der Produktentwicklung erfolgt am BIK unter kombinierter Anwendung von virtuellen und experimentellen Methoden. Insbesondere bei der Handhabung von technischen Textilien, deren biege- und schubweichen Materialeigenschaften nur mit hohem Aufwand in einer virtuellen Umgebung abgebildet werden können, ist das Durchführen von experimentellen Methoden bei komplex ablaufenden dynamischen Prozessen notwendig, um nicht vorhersehbares Materialverhalten zu identifizieren.

Kernthesen Customized Fabrication bietet durch die Verschmelzung von (Mass) Customizingansätzen und digitaler und automatisierbaren Produktionsverfahren wie ADM neue Potentiale für ein kundenspezifischen Produktion der Losgröße 1, einer daraus folgenden intensivierten Kundenintegration, innovativen Produktentwürfen zu bisher unmöglichen Geschäftsmodellen. Digitale Mensch-Maschine-Schnittstellen und digitale Plattformen werden zu wesentlichen Bausteinen von Customized Fabrication (wie Industrie4.0- Strategien generell) und ermöglichen auch neue Kundenerlebnisse. CAD-Files als digitale Blueprints für einfache wie komplexe Konstruktionen und Produktentwicklungen etablieren sich als das nächste Sharing-Medium nach Text, Bild, Audio und Video zwischen Herstellern und Endkonsumenten – und stellen Hersteller wie auch Kunden vor neue Herausforderungen. ADM (Additive Design and Manufacturing bzw. 3D-Druck) gewinnt als hochflexible Fertigungstechnologie zunehmend an Bedeutung für die Massenproduktion und etabliert neue Paradigmen hinsichtlich Produktentwicklung und Design mit zum Teil disruptiver Innovationskraft.

Aus Einleitung und Motivation "Die gegenwärtigen Entwicklungen von Head-Mounted Displays (HMD, hier synonym auch als Brille bezeichnet) für Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) schaffen ein nie da gewesenes Potential dieser Technologien als Werkzeuge in der Produktentwicklung. Wenngleich VR- und ARAnwendungen keineswegs neu in der Industrie sind, bringt der Fortschritt der Verbraucher-HMDs völlig neue Möglichkeiten. Immersive VR-Systeme bedeuten künftig keine hunderttausend Euro Anschaffung mehr – AR-Brillen dienen zukünftig nicht nur der Erweiterung der Realität mit zweidimensionalen Informationen. Cave Automatic Virtual Environments (CAVE), 360-Grad-Projektoren und interaktive Planungstische sind in der Fabrikplanung teilweise etabliert (Runde et al. 2015). Im Unterschied zu diesen Techniken können HMDs jedoch eine deutlich höhere Immersion ermöglichen, was auch für die Interaktion mit der virtuellen Umgebung von Vorteil sein kann. Das Gefühl der Immersion ist wichtig, um in bestimmten Entwicklungsphasen entsprechende Kriterien besser beurteilen zu können. Primär ist der VR-Einsatz für Bewertungsmerkmale sinnvoll, welche nur qualitativ und nicht quantitativ bewertbar sind (Pawellek 2014). Des Weiteren spielt auch die Eingabetechnologie eine essenzielle Rolle. Um mit virtuellen Elementen interagieren zu können, sollte das Eingabegerät echtzeitfähig und intuitiv sein. ..."