Digitalisierung verkürzt Produktentwicklungszeiten von Monaten auf Stunden

Es gibt viele Gründe, warum Sie die Produktentwicklung durch Digitalisierung beschleunigen wollen. Der Wettbewerb ist hart, und er ist global. Sie können sich nicht mehr darauf verlassen, dass billige Arbeitskräfte oder erschwingliche Materialien Ihre Gewinnspannen ausgleichen. Wenn Sie also wachsen und wettbewerbsfähig sein wollen, müssen Sie Ihre Produkte schneller auf den Markt bringen, und zwar auf eine Weise, die den unmittelbaren Bedürfnissen entspricht. Der Schlüssel dazu ist die Automatisierung des Produktentwicklungsprozesses. Und dazu muss die Produktentwicklung digitalisiert werden.

Damit beschäftigt sich Uyiosa Abusomwan, Professor für Produktmanagement und Industrie 4.0 im Rahmen des Master of Engineering Management and Leadership-Programms an der Rice University. Uyiosa Abusomwan ist eine innovative Führungskraft bei der Eaton Corporation, wo er und sein Team die Art und Weise, wie Eaton Produkte entwickelt, revolutionieren. Dazu haben sie ihre Produktdaten und Konstruktionsmodelle digitalisiert. Auf diese Weise hat sein Team die Produktentwicklung so weit rationalisiert, dass ein Prozess, der früher Monate dauerte, jetzt nur noch Stunden in Anspruch nimmt.

Uyiosa Abusomwan, herzlich willkommen zum Podcast.

Uyiosa Abusomwan: Vielen Dank, Leah. Es ist mir eine Freude, hier zu sein.

Wie kann man einen Produktentwicklungszyklus von Monaten auf Stunden verkürzen?

Leah Archibald: Sagen Sie mal, ein Produktentwicklungszyklus, der früher mehrere Monate dauerte, dauert jetzt nur noch Stunden. Wie ist das überhaupt möglich?

Uyiosa Abusomwan: Die kurze Antwort auf die Frage, wie man den Produktentwicklungszyklus verkürzen kann, ist die Automatisierung der Designprozesse. Wenn wir uns den traditionellen Produktentwicklungsprozess ansehen, dann haben wir in der Regel Leute in New York, die Modelle, Dateien und Anforderungen an jemanden an der Westküste schicken, und diese Daten könnten zur Herstellung nach China oder für zusätzliche technische Arbeiten nach Indien gehen und so weiter. Die Idee ist also die: Wie können wir den Entwurfsprozess – das Hin- und Herschicken von Anforderungen, Modellen und Daten – effektiv automatisieren und den Prozess rationalisieren, um den Entwurf des Produkts zu beschleunigen.

Was ist Automatisierung in der Produktentwicklung?

Leah Archibald: Erzählen Sie mir mehr über die Automatisierung in der Produktentwicklung. Wir denken nämlich oft, dass die Produktentwicklung sehr personalintensiv ist.

Uyiosa Abusomwan: Die Automatisierung in der Produktentwicklung umfasst zwei Arten der Digitalisierung. Die erste ist die Digitalisierung des Fachwissens. Die zweite ist die Digitalisierung der Konstruktionsprozesse.

Zwei Schritte zur Automatisierung in der Produktentwicklung

Uyiosa Abusomwan: Der erste Schritt besteht darin, das Wissen zu digitalisieren, das für die Entwicklung eines neuen Produkts erforderlich ist. Wir müssen das Fachwissen so digitalisieren, dass eine Maschine es lesen kann. Ein Beispiel: Ich entwerfe ein Ventil und muss einen O-Ring finden, der für dieses Ventil geeignet ist. Kann eine Maschine eine Tabelle lesen und diesen auswählen? Können wir dieses Wissen so digitalisieren, dass ein Computer ein O-Ring-Profil zuordnen und einen O-Ring für unser Produkt auswählen kann? Das ist Schritt 1, die Digitalisierung von Fachwissen.

Schritt 2 ist die Digitalisierung von Prozessen. Wenn wir zum Beispiel konstruieren, erstellen wir ein CAD-Modell, wir erstellen technische Berechnungen, wir erstellen Modelle für die Kosten mit aPriori. Können wir die Entwurfsvariablen parametrisieren? Können wir diese Modelle so einrichten, dass eine Maschine diese Dateien ausführen kann? Mit aPriori können wir zum Beispiel aPriori im Batch-Befehlsmodus laufen lassen und die Parameter eingeben, die wir für den Auftrag benötigen. Das ist die Digitalisierung der Prozesse: sie so einzurichten, dass ein Computer diese Modelle ausführen kann, Ergebnisse aus ihnen herausziehen kann, Eingaben in sie hineinstecken kann und die Arbeit, die Menschen tun, effektiv steuern kann.

Leah Archibald: Das klingt nach einem völlig anderen Arbeitsablauf als dem, den Ingenieure im Produktdesign gewohnt sind. Können Sie mir eine Vorstellung davon geben, wie das aussieht? Wenn ich zum Beispiel hinter der Schulter eines Ingenieurs sitze und auf seinen Computer schaue, wie unterscheidet sich das?

Uyiosa Abusomwan: Das ist eine sehr gute Frage. Vor der Digitalisierung haben die Konstrukteure bei ihrer Arbeit die möglichen Varianten des Entwurfs nicht berücksichtigt. Sie haben nicht bedacht, dass ein Computer die Geometrien des Entwurfs oder das Material des Entwurfs verändern kann. CAD-Modellierungssoftware ist seit langem parametrisch.

Was ist parametrisches Design?

Leah Archibald: Definieren Sie, was bedeutet parametrisch in Bezug auf CAD-Software?

Abusomwan: Modellierungssoftware ist parametrisch in dem Sinne, dass ein Computer die Parameter ändern kann. Wenn Sie zum Beispiel eine Welle haben, dann haben Sie einen Durchmesser und eine Gesamtlänge. Wenn Ingenieure früher eine Welle konstruierten, sagten sie einfach: „Gesamtlänge, 10 Zoll, Durchmesser, 2 Zoll“. Und das ist alles, was sie wissen wollen. Die Software selbst weist der Länge einen Parameter zu und dem Durchmesser einen Parameter, und diese werden nicht angezeigt.

Nun muss ein Designer aber sagen: „Ich muss jetzt einen Parameter zuweisen, einen Parameter für die Länge und einen Parameter für den Durchmesser, so dass ein Computer den von mir festgelegten Durchmesser überschreiben kann.“ Ich kann zum Beispiel sagen: „Meine Länge ist L, und sie ist gleich 10.“ In der Zukunft kann ein Mensch kommen und L auf 15 ändern. Ein Computerprogramm kann auch L ändern und L gleich 8 machen. Darum geht es also bei der Parametrisierung: Wir müssen unsere Modelle so einrichten, dass ein Computer die Materialeigenschaften und andere Variablen in unserem Produkt ändern kann.

Digitalisierung treibt Automatisierung, Innovation und Geschäftsergebnisse voran

Leah Archibald: Und was ist der Vorteil, wenn man das einem Computer überlässt? Was bringt es Ihnen letztendlich?

Uyiosa Abusomwan: Das ist es, was diese Automatisierung antreibt. Der Mensch entwirft mit seiner Kreativität die Architektur. Ein Computer kann diese Architektur übernehmen und die Optimierung vorantreiben. Ich entwerfe also eine Welle und muss diese Welle für bestimmte Lastbedingungen optimieren. Ein Computer kann das übernehmen und die Länge sehr schnell ändern, um ein entworfenes Ziel oder ein gewünschtes Ziel oder die Konstruktionsanforderungen zu erfüllen, die wir von unseren Anbietern erhalten.

Der Wert besteht darin, dass wir durch die Parametrisierung unserer technischen Modelle und die Digitalisierung unseres Fachwissens einem Computer die iterative Arbeit überlassen können, die wir als Menschen erledigt hätten. Dabei kann es sich um ein Produkt mit Tausenden von Konstruktionsparametern handeln, die die Leistung des Produkts bestimmen. Indem wir Maschinen diese iterative Arbeit überlassen, kann die Maschine weit über unsere menschlichen Fähigkeiten hinausgehen und den Entwurfsraum so weit erforschen, dass sie eine optimale Lösung finden kann. Ein Mensch, selbst ein technischer Experte, kann das nicht leisten.

Leah Archibald: Das ist genau das, was man auf diesem wettbewerbsorientierten Markt braucht. Man muss die Ressourcen, die man an Arbeitskräften hat, maximieren. Konstrukteure sind Mangelware. Man braucht also die Arbeitskräfte, die man hat, um kluge Entscheidungen zu treffen, die nur Menschen treffen können. Und dann muss man alles automatisieren, was automatisiert werden kann, damit die Innovation von den Menschen ausgeht, aber die Produktentwicklungszeit auf das absolute Minimum reduziert werden kann, das nötig ist, um ein neues innovatives Produkt auf den Markt zu bringen.

Uyiosa Abusomwan: Apropos Zeitersparnis: Traditionell kann es eine Woche dauern, bis die Anforderungen aus der Praxis an das Entwicklungsteam weitergeleitet werden. Dann wird das Projekt jemandem zugewiesen, und es kann weitere fünf Tage dauern, bis er es in Angriff nimmt. Dann wird ein erster Entwurf erstellt und an ein Simulationsteam weitergeleitet. Es kann eine weitere Woche dauern, bis sich das Simulationsteam an die Arbeit macht, und um die Simulation durchzuführen, müssen sie den Simulationsprozess von Grund auf neu einrichten, das Modell einbringen, Lasten und Randbedingungen zuweisen und so weiter. Sie kommen mit einem Ergebnis zurück, und Sie verfeinern den Entwurf. Vielleicht machen Sie noch ein oder zwei weitere Iterationen, und dann haben Sie einen endgültigen Simulationsbericht, Ihre CAD-Datei, eine Zeichnung, eine DFM-Checkliste und all diese Dinge. Wenn Sie damit fertig sind, haben Sie es mit einem monatelangen Entwicklungszyklus zu tun. Wenn Sie jedoch Ihre Prozesse digitalisieren und auf einer Plattform einrichten, können die Anforderungen innerhalb von Minuten auf diese Plattform übertragen werden. Und der technische Leiter kann sich vor diese Plattform setzen und die Anforderung sofort eingeben, anstatt eine E-Mail zu schicken oder ein Ticket zu erstellen. Er drückt sofort auf „Ausführen“, und der Prozess, den ich gerade erklärt habe, beginnt. Der Computer führt den Prozess aus, erstellt das CAD-Modell, führt die Optimierung durch und gibt das Ergebnis aus. Im Höchstfall denkt man an Tage, und in einem Minimum – nach dem, was wir gesehen haben – sind es wirklich Minuten bis Stunden.

Leah Archibald: Uyiosa Abusomwan, vielen Dank, dass Sie heute bei mir im Podcast sind.

Uyiosa Abusomwan: Es ist mir ein Vergnügen, Leah. Danke, dass ich dabei sein durfte.