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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R P R O d U k T I O N S A N l A g E N U N d k O N S T R U k T I O N S T E c H N I k I P k
Virtuelle produktentstehung
Produktentwicklung ist heute nicht mehr nur eine technische Tätigkeit, sondern eine strategisch-
technologische Aufgabe, die den gesamten Lebenszyklus von Produkten und Leistungen umfasst.
Digitale Verfahren, Prozesse und Methoden sind dabei unverzichtbar. Dank ihnen lassen sich Ent-
wicklungszeiten, Produktqualität und anfallende Kosten zielgerichtet planen und kontrollieren.
Die Vision einer vollständigen Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses verwirklichen wir
im Geschäftsfeld Virtuelle Produktentstehung. Dabei ist unser Ziel, Methoden und Werkzeuge
so zu gestalten, dass bereits zu einem frühen Zeitpunkt im Produktlebenszyklus dessen spätere
Phasen berücksichtigt und vorbereitet werden können – von der Herstellung über den Gebrauch
bis hin zu den dazugehörigen Dienstleistungen.
Unsere beiden Fachabteilungen »Informations- und Prozesssteuerung« (IPS) sowie »Modellba-
siertes Entwickeln« (MBE) unterstützen Industrieunternehmen und öffentliche Institutionen bei
der ständigen Verbesserung ihrer Lösungen. Unser Beratungs- und Entwicklungsangebot reicht
von unabhängigen Technologiestudien über die Optimierung digitaler Prozesse und Methoden
in der Produktentwicklung bis hin zur Analyse und Entwicklung von Informationsstandards,
Ingenieursapplikationen (z. B. CAD, CAE, Digital Mock-Up (DMU), digitale Fabrik, immersives
Engineering mit AR/VR, PDM/PLM sowie Engineering Data Analytics mit Big und Smart Data)
und IT-Integrationsarchitekturen. In auf Sie zugeschnittenen Szenarien zeigen wir Ihnen unter
Berücksichtigung digitaler Geschäfts- und Kooperationsmechanismen, wo Sie stehen und wo Sie
stehen könnten. Mit uns gelingt Ihnen der Wechsel auf hundertprozentig informa tionstechnisch
ermöglichtes – und nicht mehr nur unterstütztes – Arbeiten.
Mit dieser Broschüre laden wir Sie herzlich ein, uns kennen zu lernen. Gewinnen Sie einen Einblick
in die Arbeitsgebiete unserer beiden Fachabteilungen und erfahren Sie, welche Methoden diese
in abteilungsübergreifenden Forschungsfeldern gemeinsam entwickeln. Dazu erhalten Sie einen
Überblick über die Technologien und Anwendungen, die Sie mit unserer Unterstützung in Ihrem
Unternehmen etablieren können, welche Labore und Einrichtungen Ihnen bei uns zur Verfügung
stehen und auf welche Art Sie von unserer Forschung profitieren können.
Virtuelle produktentstehung
Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark
Leiter des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung
I N H A l T
» Wir denken Produktentwicklung neu: in einem gleichberechtigt
aufeinander abgestimmten Geflecht aus Organisation und Prozess,
Ingenieurtätigkeit, digitalen Informationsmodellen und Kollabora-
tion sowie leistungsgerechter Informations technologie. «Prof. dr.-Ing. Rainer Stark
ForschungsFelder 8
reFerenzprojekte 10
labore und einrichtungen 12
leistungen 14
kooperationen 16
FraunhoFer ipk – ihr partner 18
impressum und kontakt 19
Virtuelle produktentstehung 3
inFormations- und prozesssteuerung 4
modellbasiertes entwickeln 6
32
abteilung inFormations- und prozesssteuerung (ips)
Ziel der Abteilung IPS ist es, einen durchgängigen Informations-
fluss über den gesamten Produktlebenszyklus zu gewährleisten,
der zudem die Rückführung der Informationen in die frühen
Lebenszyklusphasen erlaubt, disziplin- sowie unternehmensüber-
greifende Kollaboration unterstützt und die Konsistenz verteil-
ter Informationen sicherstellt. Dafür entwickeln und optimieren
wir innovative Technologien für das Product Lifecycle Manage-
ment (PLM). Zudem konzipieren wir Methoden und Werkzeuge,
die eine fundierte Entscheidungsfindung unterstützen und intu-
itiv anwendbar sind.
Produktdaten- und Produktlebenszyklus-Management
Die großen Hindernisse für schnelle Produktentwicklung sind
Medienbrüche, mangelnde Datenintegration und undurchsich-
tige Abläufe. Lösungen bieten Technologien für Produktdaten-
(PDM) und Produktlebenszyklus-Management (PLM). Sie machen
produktbezogene Informationen über den gesamten Lebenszyk-
lus eines Produktes verfügbar – relevante Informationen aus den
ersten Entwicklungsphasen stehen noch für Fertigung, Vertrieb
und Customer Service bereit. Allerdings gibt es keine PLM-Lösung,
die sich pauschal auf jedes Unternehmen übertragen lässt. Wir
unterstützen Sie bei der Identifikation geeigneter Technologien,
erstellen Nutzungskonzepte und PLM-Einführungsstrategien.
Next generation PlM – auf dem Weg zur Informationsfabrik
Smarte Produkte und deren digitale Vernetzung revolutionieren
unsere Welt und die Produktentstehung. Intelligente Produkte
verschmelzen zu komplexen Systemen, die mit der Umwelt inter-
agieren sowie Daten erzeugen und verarbeiten. Lösungen aus
dem Bereich Next Generation PLM unterstützen Ingenieure und
Unternehmen dabei, aus Trends wie Smart Data und Industrie 4.0
innovative Entwicklungsmethoden und Geschäftsmodelle abzu-
leiten. Die Informationsfabrik sorgt hierbei dafür, Verbünde von
Cyber-Physischen Systemen mittels »lebender« Modelle frühzei-
tig digital abzusichern. Die Informationsfabrik bietet somit einen
idealen Ansatz zur schrittweisen Transformation entwickelnder
und produzierender Unternehmen auf dem Weg zur Industrie 4.0.
Product-Service Systems (PSS)
PSS vereinen Produkte und dazu passende Dienstleistungen, die
perfekt aufeinander abgestimmt entwickelt werden. Die Dienst-
leistungsanteile werden entlang des gesamten Produktlebenszy-
klus erbracht und steigern den Nutzen des Produkts für den Kun-
den. Solche integrierten Sach- und Dienstleistungen bilden ein
Produkt mit Alleinstellungswert, mit dem sich Unternehmen von
Wettbewerbern abheben können. Zudem erlauben PSS, Kunden
speziell für ihre Bedürfnisse zugeschnittene Lösungen anzubie-
ten. Wir entwickeln Methoden und Werkzeuge für PSS, die eine
breite Abdeckung von Entwicklungstätigkeiten gewährleisten.
Nachhaltigkeit – Verantwortung in der Produktentwicklung
Produkte und Dienstleistungen müssen heute nicht nur öko-
nomischen Kriterien gerecht werden. Ökologische und soziale
Aspekte gewinnen zunehmend an Gewicht und müssen bereits
während der Produktentwicklung berücksichtigt werden. Wir
unterstützen Unternehmen darin, auf Prozess-, Methoden- und
Systemlandschaftsebene die Voraussetzungen zu schaffen, um
Produkte für einen ressourceneffizienten und sozial verträgli-
chen Lebenslauf zu planen und zu entwickeln. Darüber hinaus
stellen wir mit Ihnen sicher, dass Ihre Entwicklungsprozesse und
Systemumgebungen umweltkonforme Produkte hervorbringen.
Produktentwicklungsprozess
Kernprozesse, Managementprozesse, Unterstützungsprozesse…
Sie ermöglichen Herstellern eine zügige Produktentstehung und
eine hohe Produktqualität. Doch ein Produktentstehungsprozess
ist nie abgeschlossen. Details am Produkt werden noch verän-
dert oder neue Zulieferer einbezogen. An all das müssen beste-
hende Prozesse angepasst werden, damit sie reibungslos funktio-
nieren. Mit Methoden der Prozessmodellierung und -steuerung
analysieren und optimieren wir laufende Prozesse. Und wo gän-
gige Methoden nicht greifen, entwickeln wir Neue.
Informationen s ind a ls sogenannter »vierter Produkt ionsfaktor« entscheidend für den wirtschaft l ichen
Erfolg e ines Unternehmens. Angesichts der ste igenden Komplexität von Produkten und Dienst le istungen,
der kont inuier l ichen Virtual is ierung der Produktentstehung und der damit e inhergehenden Datenf lut
s ind Lösungen für inte l l igentes Produktdaten- und Lebenszyklusmanagement gefordert , um Informa-
t ionen und Prozesse zu beherrschen und eff iz ient zu steuern.
E N T W I c k l U N g S P R O z E S S E U N d E N g I N E E R I N g - d AT E N k O O R d I N I E R E N U N d Ü b E R b l I c k E N
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abteilung modellbasiertes entwickeln (mbe)
N E U E P R O d U k T E M O d E l l I E R E N U N d V I R T U E l l E V A l U I E R E N
Smart Hybrid Prototyping
Verschiedene Akteure im Produktentstehungsprozess (PEP) – Ent-
wickler, Entscheider, Stakeholder, Anwender – nehmen Produk-
te sehr unterschiedlich wahr. Derzeit findet erlebbare funktiona-
le Absicherung höchstens spät im PEP, an physischen Prototypen
statt – das macht Verbesserungsschleifen teuer und zeitaufwän-
dig. Zudem werden Nutzer und Kunden nur rudimentär einbe-
zogen. Wir entwickeln Technologien, um Produkte frühzeitig un-
ter Einbeziehung aller Akteure abzusichern, den PEP erheblich zu
verkürzen und qualitativ zu verbessern. Mithilfe von Smart Hybrid
Prototyping können Produkte in frühen Stadien multimodal er-
lebbar abgesichert werden, wobei mechanische, elektrische und
steuerungstechnische Funktionen anschaulich simuliert werden.
digitale Fabrikprozesse und ihre Absicherung
Nicht nur Produkte lassen sich digital und virtuell schneller und
effizienter planen und entwickeln. Das Gleiche gilt für Produkti-
onsanlagen und -prozesse. Werden zudem die Planungsprozesse
für das Produkt eng mit denen für die Produktion vernetzt, wird
das Produkt zugleich ökonomischer und nachhaltiger. Vor diesem
Hintergrund optimieren wir Werkzeuge und Methoden der digi-
talen Produktionsplanung. Dabei liegt unser Hauptaugenmerk
auf der Kopplung von Smart Hybrid Process Planning (SHPP),
Virtueller Inbetriebnahme, digitalem Zwilling und Industrie 4.0.
3d-Scanning für Inspektion und Re-Engineering
Funktioniert eine Anlage parallel zur Realität auch virtuell, kön-
nen ihr Zustand und Optimierungsmöglichkeiten in der Simula-
tion analysiert werden. Die Herausforderung besteht darin, auch
den aktuellen Produktzustand im laufenden Betrieb optisch zu
erfassen. Unsere Forschung zielt auf die Erzeugung von dreidi-
mensionalen Produktmodellen mit optischen 3D-Messsystemen
und deren automatische Analyse mit intelligenten 3D-Bildverar-
beitungsverfahren, sowie die Schnittstellengestaltung zu PLM-
Systemen und Fertigungsverfahren. So werden vollständige Pro-
duktmodelle erzeugt, auch da, wo bisher noch keine digitalen
Produktdaten vorliegen.
Modellbasiertes Entwickeln stützt sich auf Beschreibungen, ab-
strakte Notation oder visuelle Repräsentation. Die Abteilung MBE
entwickelt Anwendungen für all diese Formen von Modellierung.
Zu unserem Portfolio gehören intuitiv benutzbare virtuelle Werk-
zeuge, digitale Funktionsmodelle und digitale Fertigungsprozesse.
Modellbasiertes Systems Engineering
Wo Fachleute mehrerer Disziplinen gemeinsam Produkte ent-
wickeln, kommen oft sehr heterogene Entwicklungswerkzeuge
zum Einsatz. Damit der Entwicklungsprozess trotzdem effizient
und reibungslos vonstattengeht, ist eine umfassende Integration
aller beteiligten Systeme das A und O. Wir gehen noch weiter:
Wir entwickeln Methoden und Werkzeuge, die von vornherein
das gemeinsame Arbeiten verschiedener Disziplinen unterstüt-
zen. Damit gelingt Ihnen der Wechsel zum Systems Engineering,
das multidisziplinäre Entwicklungsprojekte in einen einheitlichen
Prozess integriert. Unsere Methoden setzen darauf, komplexe
Systeme frühzeitig mittels domänenübergreifender funktionaler
Modellierung zu simulieren und abzusichern. Andererseits wer-
den dank durchgängiger Nachverfolgbarkeit von Informationen
die komplexen Zusammenhänge in Systemen sichtbar.
Immersive physikbasierte Produktmodellierung
Produktentwicklung ist zuallererst kreative, gemeinsame Arbeit,
die von benutzerfreundlichen Tools profitiert. Diese sollten
zugleich einfach und verständlich den Zugriff auf alle relevanten
Daten und Modelle ermöglichen. So können beteiligte Fachleute
verschiedener Disziplinen von Entwurf bis Service ein gemein-
sames Verständnis von dem Produkt entwickeln und kollabora-
tiv daran arbeiten. Diesem Ziel dient unsere immersive virtuelle
Entwicklungsumgebung, in der Produktentwickler mit ergono-
mischen Instrumenten, Stiften und Flächenwerkzeugen intuitiv
Objekte modellieren, verändern, mit Materialien belegen und
manipulieren. Dazu bringen wir moderne 3D-Interaktionstech-
niken – wie haptische Interaktion, 3D-Manipulation, 3D-Model-
lierung und -Sketching – mit 3D-Visualisierungstechnologien
zusammen und entwickeln Schnittstellen zu PLM-Systemen.
Model lbas iertes Entwickeln ste l l t v i r tuel le Produktmodel le ins Zentrum der Entwicklungstät igkeit . Pro-
duktmodel le s ind hochgradig vernetzt – Anforderungen, Funkt ionen, Systemverhalten und Bautei le bzw.
integr ierte Systeme bi lden ein komplexes System. Gle ichzeit ig tragen s ie a l le wesent l ichen Informationen
für die Erzeugung, Analyse und Dokumentat ion e ines Produktes. Damit ste l len s ie die Grundlage moder-
ner Kommunikat ionsstrukturen im Entwicklungsprozess dar.
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Produktentwicklungs methoden und -prozesse
Gesellschaftliche Entwicklungen, innovative Technologien und
Veränderungen in der globalen Wirtschaft erfordern ein Umden-
ken 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. Unterneh-
men entwickeln Produkte an verteilten Standorten. Die Entwick-
lung 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
Vernetzung aller Produktlebensphasen eröffnet dabei maßgeb-
liche Optimierungspotenziale für die zu entwickelnden Innova-
tionen bezogen auf Qualität, Kosten, Zeit und Nachhaltigkeit.
Methoden der digitalen Fertigungs- und Fabrikprozesse
In Zukunft existiert jede Fabrik doppelt: Neben der physischen Pro-
duktionsstätte steht deren stets aktuelles virtuelles Abbild für Pro-
duktionsplaner, Produktentwickler und andere Beteiligte in Form
eines digitalen Zwillings bereit. Die Digitale Fabrik ist ein realitätsna-
hes 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 abgelei-
tet. Das Planungsergebnis umfasst nicht nur den Fertigungsprozess,
sondern auch eine zuverlässige Prognose von Produkteigenschaften
nach Durchlauf der fertigungstechnischen Prozesskette eines Wert-
schöpfungsnetzes. 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.
Frühzeitige digitale Gestaltung und realitätsnahe Abbildung von
mechatronischen Produkten mit funktional erlebbaren virtuel-
len Prototypen ermöglicht es, die Funktionalität des Produkts
frühzeitig zu untersuchen und zu verbessern. Ziel dieses For-
schungsfeldes ist es, Simulation und Modellierung bereits in der
Konzeptphase zu etablieren sowie zu erreichen, dass sie sich von
der multidisziplinären Systemauslegung bis zur Eigenschaftsbe-
stätigung und Nutzungsfreigabe durchziehen. Bei jedem Schritt
der Produkt entstehung werden digitale Modelle erzeugt. Eine
durchgängige Verknüpfung der Informationen sowie die Visu-
alisierung der Zusammenhänge in der Systementwicklung wer-
den 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 stei-
gende Komplexität in der Produktentstehung zu beherrschen.
Visual Analytics, Immersive Design Reviews, Multitouch Sys-
teme, 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 Prototy-
pen 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 Pro-
dukt. 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 wettbewerbs-
fähiger 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 Pro-
duktnutzung und -wartung entstehen. Forschungsschwerpunkt
des Forschungsfeldes Informationsmanagement für die Produk-
tentstehung ist es, den Wandel zur Industrie 4.0 durch intelli-
gente Lösungen für das Product Lifecycle Management (PLM) zu
unterstützen und die steigende Informationskomplexität hand-
habbar zu gestalten. Die durchgängige informationstechnische
ForschungsFelder
Die Forschungsarbeiten im Geschäftsfe ld VPE fokuss ieren auf die vol lständige Digita l i s ierung der
Produkt entstehung, behandeln jedoch zunehmend auch die Digita l i s ierung der anderen Produkt lebens-
phasen. An der Verwirk l ichung dieser V is ion arbeiten unsere Fachabtei lungen in Forschungsfeldern, d ie
die Kompetenzen von IPS und MBE zusammen br ingen.
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reFerenzprojekte
Als Fraunhofer-Forscher or ient ieren wir unsere Arbeit eng am Bedarf unserer Kunden und Partner aus
Industr ie, Dienst le istung und der öffent l ichen Verwaltung: Kooperat ionsprojekte lassen Sie unmitte lbar
von unserem State-of-the-Art Know-how prof i t ieren. So tragen wir dazu bei , d ie Wettbewerbsfähigkeit
unserer Kunden und Partner nachhalt ig zu verbessern. V ier Beispie le für erfolgreiche Zusammenarbeit :
PdM/PlM: ganzheitliche bewertung eines PdM-
Einführungsprojekts
Die Herausforderungen und Risiken bei der Auswahl und
Einführung eines PDM/PLM Systems können dazu führen,
dass die Einführungsprojekte den geplanten Zeit- und Kos-
tenrahmen sprengen. Vor diesem Hintergrund suchte ein
weltweit führender Automobilhersteller unsere Unterstüt-
zung bei der konzernweiten Einführung eines neuen PDM/
PLM Systems und der standortübergreifenden Harmonisie-
rung der PDM-ERP-Landschaft.
Bausteine des Projekts waren die Identifikation und Bewer-
tung der Zukunftstrends digitaler Werkzeuge, die Analyse
der Anforderungen aus Sicht der Fachabteilungen, Erarbei-
tung von Bewertungskriterien und Use Cases gemeinsam
mit dem Management sowie die Analyse verfügbarer IT-
Lösungen unter Berücksichtigung kundenspezifischer Ent-
wicklungsprozesse.
Als Ergebnis wurde eine Handlungsempfehlung mit stra-
tegischen Maßnahmen vorgelegt, die nicht nur die Be-
wertung der vorhandenen IT-Lösungen berücksichtigte,
sondern auch Datenstrukturen, die IT-Systemstruktur, Da-
tenerstellungs- und Datenabnahmeprozesse und den Ent-
wicklungsaustausch mit und unter den OEM-Zulieferern
des Kunden.
Industrienahe Weiterbildung: Professional in Product
lifecycle Management
Der effiziente Umgang mit Produktdaten und Entwick-
lungswissen ist eine der zentralen Herausforderungen in
der heutigen Produktentwicklung. Im Rahmen des Product
Lifecycle Managements (PLM) befassen sich Unterneh-
men deshalb mit Vorgehensweisen und Werkzeugen für
die Steuerung und Verwaltung aller produktbezogenen
Informationen entlang des gesamten Lebenszyklus. Da es
Unternehmen an Fachkräften mit entsprechendem Vorwis-
sen und Praxiserfahrung fehlt, besteht derzeit ein großer
Bedarf an geeigneten Ausbildungen.
Die dreiwöchige, berufsbegleitende Weiterbildung zum
»PLM Professional« adressiert diesen akuten Bedarf. Die
Ausbildungsinhalte wurden in Zusammenarbeit der Fraun-
hofer-Institute IPK, IAO und IPT mit dem Bremer Institut für
Strukturmechanik und Produktionsanlagen (BIME) unter
Mitwirkung namhafter Unternehmen gezielt auf industri-
elle Bedarfe abgestimmt, entsprechend ausgearbeitet und
evaluiert. Erfahrene ExpertInnen aus Forschung und Ent-
wicklung vermitteln sowohl interdisziplinäre theoretische
Grundlagen als auch praktische Anwendungskompetenz.
Dazu gehören auch Einblicke in die relevanten IT-Systeme.
Weitere Informationen unter: www.plm-professional.de
3D-Datenanalyse: Zerstörungsfreie Identifikation
von bauteilen und leiterbahnstrukturen
Die Instandsetzung von elektronischen Komponenten in
langlebigen Wirtschaftsgütern ist mit hohen Kosten und
Aufwänden verbunden. Mit Industriepartnern wurde ein
integrierter Analyse- und Testprozess zur zerstörungsfreien
und weitgehend automatisierten Erstellung von Schaltplä-
nen prototypisch entwickelt.
Die Ergebnisse sollen dazu dienen, Prüfpläne zu erstellen
und nötige Reparaturen gezielt durchzuführen. Neue op-
tische und verbesserte elektrische Testverfahren wurden
entwickelt, um benötigte Netzinformationen zu gewinnen.
Das Geschäftsfeld VPE hat einen Software-Prototypen zur
optischen Analyse von Pads, Leiterbahnverläufen, Layern
und Bauteilinformationen auf der Basis von CT-, 3D-Scan-
und 2D-Bilddaten entwickelt. Die Informationen werden
automatisch kombiniert, visualisiert und als Netzliste aus-
gegeben. Weiterhin wird die Technologie erprobt, um
Einzelteile in 3D-Scans von Maschinenbaugruppen zu er-
kennen. Anhand der identifizierten CAD-Referenzdaten
können die Baugruppen automatisch rekonstruiert und für
das Re-Engineering eingesetzt werden.
Nutzung von virtuellen Techniken im Anlagenbau
Virtuelle Techniken sind in der Automobil-, Luftfahrt- und
Konsumgüterindustrie etablierte Technologien. Im mittel-
ständischen Montageanlagenbau werden Techniken der
virtuellen Realität (VR) und der virtuellen Inbetriebnahme
dagegen heute nur bedingt eingesetzt. Daher bildet die
Untersuchung und Evaluierung der Potentiale der virtuel-
len Techniken im Montageanlagenbau einen Schwerpunkt
unserer Forschung.
Das Projekt ermöglicht die Kopplung einer PLM-Lösung mit
einer VR-Umgebung, damit die Visualisierung der Entwick-
lungsstände in der VR-Umgebung ohne vorherige Aufberei-
tung der CAD-Modelle möglich wird. Durch Echtzeitkopp-
lung mit einer Verhaltenssimulation der Anlage wird auch das
kinematische und steuerungstechnische Verhalten der ein-
gesetzten Komponenten in der VR-Umgebung visualisiert.
Darüber hinaus wird durch die Technologie »Smart Hybrid
Prototyping« der Montageprozess im Kontext der virtuel-
len Anlagenprototypen haptisch erlebbar gemacht. Wir
leisten damit einen Beitrag zum Zukunftsprojekt Industrie
4.0: Im Rahmen des Anwendungsszenarios wird der Ein-
fluss von Industrie 4.0 auf den Entwicklungsprozess von
Montageanlagen untersucht sowie Absicherungsmetho-
den und -prozesse definiert und bewertet.
1110
auf dem neuesten Stand der Technik erlaubt die flexible Ver-
schaltung und Verknüpfung der einzelnen Bereiche. Das Labor
ermöglicht somit die Demonstration von Forschungsergebnis-
sen der Virtuellen Produktentstehung und unterstützt Forscher
und Industriepartner bei der Entwicklung und dem Testen neuer
innovativer Lösungen.
Engineering collaboration and control center (Ec3)*
Das Engineering Collaboration and Control Center setzt ein mul-
tifunktionales Raumkonzept um, welches sowohl für aktuelle als
auch für zukünftige Engineering-Nutzungsszenarien verwen-
det werden kann. Es verfügt über drei große Arbeitsflächen,
die digitale wie auch analoge Kollaboration ermöglichen. An
einem 84-Zoll Multi-Touch-Display können digitale Produktmo-
delle gemeinsam betrachtet und bearbeitet werden. Des Weite-
ren bietet das EC3 eine beweglich montierte, multifunktionale
Arbeitsfläche, die je nach Bedarf als zusätzliche Projektionsfläche
oder als Schreib- oder Magnetfläche dienen kann. Eine circa vier
Quadratmeter große Whiteboard-Wandfläche lädt zum kreativen
Arbeiten ein. Durch die Anbindung an weitere Labore, wie das
Digital Cube Test Center (DCTC) und das ZIP können neuartige
Kollaborationsszenarien erforscht und getestet werden. Abge-
rundet wird das Raumkonzept durch eine innovative Raumsteu-
erung und eine flexible Beleuchtung.
Ausbildungszentrum Virtuelles Entwickeln (VElc)*
Im VELC – Virtual Engineering Learning Center können virtuell
unterstützte Ingenieurstätigkeiten unterrichtet und geschult
werden. So wird auf Bedürfnisse angehender Ingenieure und
der Industrie im Sinne einer modernen Lehre reagiert. Die Aus-
bildung erfolgt nicht an Rechner-Einzelarbeitsplätzen mit loser
Softwareintegration, sondern an integrierten Systemlandschaf-
ten, die Technologien und Konzepte heutiger und künftiger Infor-
mationssysteme berücksichtigen. Um verschiedensten Lehr- und
Lernkonzepten gerecht werden zu können, setzt das VELC auf
flexibles Mobiliar und eine Plug-and-Play-fähige IT-Umgebung:
22 mobile Arbeitsplätze sowie mobile Trennwände unterstützen
digital cube Test center (dcTc)*
Das DCTC ist ein multifunktionales Zentrum der Virtuellen Pro-
duktentstehung. Es vereint Produkt- und Prozessentwicklung,
Absicherung und Forschung auf Basis virtueller Prototypen in
Kombination mit realen Komponenten. Hierfür stehen drei Kern-
aufbauten zur Verfügung. Mit dem Functional Drive Simulator
können Komponenten oder vollständige Fahrzeuge auch in frü-
hen Stadien des Entwicklungsprozesses evaluiert werden. Außer-
das Arbeiten in verschiedensten, auch gemischten, Arbeitsplatz-
anordnungen, zum Beispiel für kurzfristige Lerngruppen, thema-
tisch organisierte Lerninseln oder langfristige Projektarbeit. Das
Interieur – Projektionswände, ein 52-Zoll Bildschirm, eine High-
End-Audioanlage sowie das professionelle Rednerpult – ermög-
licht Präsentationen auch in High-Level-Industrieanwendungen.
Neuartige und innovative Ansätze des kollaborativen Arbeitens
können durch innovative Technologien wie die 3D-Aktiv-Stereo-
Projektoren mit Shutterbrillen, das Multi-Touch-Display sowie
das integrierte SMART-Board umgesetzt werden.
Innovationslabor (ilab)*
Das iLab – Innovationslabor bietet sowohl Teams als auch einzel-
nen Mitarbeiter/innen die optimale Umgebung zur kreativen und
innovativen Ideenfindung. Mit dem iLab wird auf das Bedürfnis
nach zielgerichteter Kreativität am Arbeitsplatz im Sinne einer
modernen Unternehmenskultur reagiert. Mithilfe von Kreati-
vitätstechniken zur systematischen Ideenfindung wird kreati-
ves Denken gefördert und die Innovationsfähigkeit erhöht. Die
Bewertung der erzielten Ergebnisse erfolgt durch Diskussionen
in Expertengruppen, wofür das iLab vielfältige Kommunikations-
und Präsentationsmöglichkeiten bereit stellt.
dem bietet die Smart Hybrid Prototyping (SHP) Technologie eine
schnelle und effiziente Lösung zur Evaluation mechatronischer
Produkte in den ersten Entwicklungsphasen. Innerhalb der digi-
talen Fabrik erlaubt das Smart Hybrid Process Planning eine früh-
zeitige Absicherung von Fertigungs- und Montagevorgängen.
PdM/PlM – kompetenzzentrum
Eine unserer bekanntesten Einrichtungen ist ein virtueller Raum:
Das PDM/PLM-Kompetenzzentrum. Wo ein verschärftes Wett-
bewerbsumfeld Unternehmen zu kurzen Produktentwicklungs-
zeiten zwingt, stellen Medienbrüche, unzureichende Produktda-
tenintegration und undurchsichtige Abläufe große Hindernisse
dar. Durch den Einsatz von PDM/PLM-Technologien können sie
weitgehend vermieden werden. Dabei werden Produktdaten ein-
heitlich verwaltet und Anwendungssysteme integriert. Das PDM/
PLM-Kompetenzzentrum entwickelt Lösungen, um die Poten-
ziale von PDM-Systemen und PLM-Lösungen in Unternehmen
voll auszuschöpfen. Dabei werden sowohl kleine und mittelstän-
dische als auch große Industrieunternehmen und OEMs bei der
Erstellung, Planung und Umsetzung individueller PLM-Strategien
unterstützt. Darüber hinaus assistiert das PDM/PLM-Kompetenz-
zentrum bei der ganzheitlichen Bewertung, Auswahl und Anpas-
sung von PDM-Systemen oder PLM-Lösungen für Unternehmen.
zentrum für Innovative Produktentstehung (zIP)
Im Zentrum für Innovative Produktentstehung (ZIP) entstehen
Lösungen für den Ingenieurarbeitsplatz der Zukunft. Mit for-
mellen Meeting- und Konferenzbereichen einschließlich einer
Lounge-Ecke, modernen Arbeitsplätzen, informellen Kreativbe-
reichen und einem Schaukasten zur Simulation von Tätigkeiten
an physischen Objekten kann die gesamte Bandbreite ingeni-
eurstypischer Arbeitsweisen erprobt werden. Eine Infrastruktur
labore und einrichtungenMit anwendungsor ient ierten E inr ichtungen unterstützen wir Kunden und Partner bei der Entwicklung
ihrer Produkt ions- und Technologiestrategien. In unseren Dienst le istungszentren erwarten S ie e inerseits
Entwicklungsumgebungen, die Kreat iv i tät fördern und kol laborat ives Arbeiten unterstützen: Im PTZ
implementieren wir Raum- und Technologiekonzepte für den Ingenieurarbeitsplatz der Zukunft . Anderer-
se i ts b ieten wir Ihnen Know-how, das S ie bei der Konzept ion Ihrer Methoden und Prozesse voran br ingt.
Abbildung: Blick in das ZIP (oben) und das EC3 (unten)
* in Kooperation mit der TU Berlin
Virtual Reality Solution center (VRSc)
Die Virtuelle Realität hat sich in den letzten Jahren als wichtiges
Werkzeug für Produktentwicklung und -präsentation etabliert.
Um neue Potenziale dieser Technologie zu erschließen, neue
Anwendungsfelder zu etablieren und bestehende Technolo-
gien weiterzuentwickeln, wurde im Jahr 2001 das Labor für
Virtuelle Realität eingerichtet. Heute ist das Labor ein Kompe-
tenzzentrum, in dem innovative Basistechnologien, wie zum
Beispiel projektionsbasiertes 3D-Scanning und Visualisierung,
3D-Interaktionstechnologien und haptische Interaktionslösungen
ständig weiterentwickelt werden. Basierend auf diesen Techno-
logien werden Anwendungen für CAD/CAS entwickelt und neue
Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen Fly-and-Walk-Through
für Technik und Architektur, Ein- und Ausbauuntersuchungen,
Trainingsplattformen, informationsangereicherte Design Reviews
sowie Prototypenentwicklung erschlossen.
Abbildung: Blick in das VRSC
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leistungen
Wir bieten e in breites und bedarfsgerechtes Leistungsspektrum von der Beratung und Planung über die
Umsetzung bis h in zur Implementierung. Besonders in der Automobi l - und Zul iefer industr ie, der Luft-
und Raumfahrttechnik, dem Werkzeugmaschinen- und Anlagenbau, der Energie- und Mediz intechnik
bes i tzen wir langjähr ige Erfahrung.
Technologie- und Methodenberatung
Mit gezielter Technologieberatung unterstützen wir Sie bei der
Identifizierung und Auswahl von Zukunftstechnologien. Darü-
ber hinaus unterstützen wir Sie bei der Planung, Entwicklung,
Einführung und Anwendung neuer Entwicklungsmethoden
und -technologien.
Potenzialanalysen und Studien
Durch produkt- und technologieorientierte Machbarkeitsstu-
dien, Marktbeobachtungen und Trendanalysen untersuchen
und evaluieren wir die Potenziale von Technologien und Pro-
dukten. Dabei werden Trends frühzeitig identifiziert (z.B. digi-
tale Transformation) – auf dieser Grundlage beraten wir Un-
ternehmen, wie sie bei der Produktentwicklung auf aktuelle
Entwicklungen reagieren sollten, um sich langfristig Wettbe-
werbsvorteile zu sichern.
Optimierung von Produktentstehungsprozessen
Im Auftrag unserer Kunden untersuchen wir technologische
Machbarkeiten und führen gezielte Prozess- und Technologie-
optimierungen durch, um Ihre Produktentstehungsprozesse
wirtschaftlich effizienter zu gestalten. Wenn es gilt, die Pro-
duktentwicklung in Ihrem Unternehmen zu verbessern, be-
gnügen wir uns nicht mit einer ausschnittsweisen Betrachtung.
Stattdessen streben wir eine holistische Herangehensweise an,
die Engineering-Aktivitäten, Daten und Informationen ebenso
berücksichtigt wie die Unternehmensorganisation und Prozesse
sowie Werkzeuge und die gesamte relevante IT-Infrastruktur.
U N S E R E k U N d E N P R O F I T I E R E N V O N F O l g E N d E M l E I S T U N g S P O R T F O l I O
Networking
Wir verfügen über ein umfangreiches Netzwerk von Partnern in
Wissenschaft, Wirtschaft, Behörden und Politik. Diese Kontakte
befördern den Aufbau strategischer Forschungs- und Entwick-
lungskooperationen für unsere Kunden.
kooperation im Rahmen nationaler und internationaler
Forschungs- und Entwicklungsprojekte
Wir kooperieren mit Ihnen im Rahmen öffentlich geförderter
Forschungs- und Entwicklungsprojekte. Neben der inhaltlichen
Arbeit bringen wir unsere langjährige Erfahrung in der Antrags-
stellung und der Projektkoordination ein.
Qualifizierungsmaßnahmen
Wir bieten unseren Kunden ein umfangreiches Angebot an Se-
minaren. Unsere Weiterbildungsangebote vermitteln mehr als
theoretisches Wissen. Bei uns können Sie Technologien und
Methoden an praxisnahen Fallbeispielen selbst ausprobieren
und erhalten aus erster Hand Beispiele für ihre erfolgreiche An-
wendung. So erwerben Sie Fähigkeiten, die Sie sofort in Ihrem
Unternehmen anwenden können.
b E R A T U N g – F O R S c H U N g – E N T W I c k l U N g
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w
U N S E R k O O P E R A T I O N S N E T z W E R k M I T I N S T I T U T E N U N d V E R b ä N d E N
Um unseren Kunden ein umfassendes Know-how für ihre Problemlösungen bieten zu können, kooperieren wir mit weiteren
Instituten und Verbänden. Wir sind Mitglied:
- in der Fraunhofer-Allianz Big Data
- in der Fraunhofer-Allianz Automobilproduktion
- in der Fraunhofer-Allianz Simulation
- im Prostep iViP Verein
Wir z iehen mit Ihnen an einem Strang, wenn es um Innovat ionen geht. Denn Innovat ionen s ind wicht ig
für den unternehmerischen Erfolg. So kann es Unternehmen gel ingen, s ich a ls Technologie führer auf
dem Weltmarkt zu behaupten. Mit unserer langjähr igen Kompetenz und Erfahrung entwickeln wir in-
novat ive Produkte, Technologien und Verfahren und unterstützen Sie dabei , d ie Herausforderungen von
morgen zu bewält igen.
Industrieprojekte
Forschungs- und Entwicklungsaufgaben bieten eine effektive
Möglichkeit, den Innovationsprozess im Unternehmen voranzu-
treiben. Wir entwickeln im Auftrag unserer Kunden wirtschaft-
lich umsetzbare Lösungen.
Strategische Vorlaufforschung
Die Neu- und Weiterentwicklung zukunftsrelevanter Technolo-
gien und Märkte ist Ziel der öffentlich finanzierten auftragsun-
abhängigen Vorlaufforschung. Von den hierbei erworbenen
Kenntnissen profitieren unsere Kooperationspartner aus der
Wirtschaft.
W I R b I E T E N I H N E N E I N b R E I T E S S P E k T R U M A N k O O P E R A T I O N S F O R M E N
Regionale kooperation
Das Fraunhofer-Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« ent-
wickelt Technologien und Lösungen für die Vernetzung von
Prozessen, Objekten, Menschen und Systeme und bietet ver-
netzte Technologie- und Serviceangebote für die digitale Trans-
formation. Das Leistungszentrum »Digitale Vernetzung« ist
eine Kooperation der Fraunhofer-Institute am Standort Berlin
mit den Forschungsschwerpunkten Internet of Things, Cyber
Physical Systems, Industrie 4.0 und 5G-Technologien. Seine
Transferzentren und Labore bieten die Möglichkeit, mit Innova-
tionen schnell konkrete Ergebnisse zu erzielen.
b E S U c H E N S I E U N S E R E E T A b l I E R T E N I N d U S T R I E - W O R k S H O P S
Themenschwerpunkte der Industrie-Workshops sind:
- PLM Professional - Professional in Product Lifecycle Management
- Digitale Transformation und Innovation mit PLM
- Arbeitsplatz der Zukunft
- Model-based Systems Engineering
z U S A M M E N A R b E I T – I H R E R F O l g
kooperationen
- in der European Manufacturing and Innovation
Research Association
- in der Innovationsallianz Virtuelle Techniken
- im Virtual Dimension Center (VDC Fellbach)
Ein Forum zum Austausch von Erfahrungen und Ideen zwischen Wissenschaftlern und Anwendern bieten wir im Rahmen von In-
dustrie-Workshops. Theorie und Praxis können Sie direkt mit unseren Experten und den teilnehmenden Vertretern von Konzernen
sowie kleinen und mittelständischen Unternehmen erörtern. Die Zielsetzungen dieser Veranstaltungen reichen von der Stärkung
von Kompetenzen und dem Aufbau eines Kooperationsnetzwerkes bis hin zur Initiierung gemeinsamer anwendungsorientierter
Forschungsprojekte und dem Transfer von Forschungsergebnissen in Unternehmen.
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FraunhoFer ipk – ihr partner
Das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK betreibt in den Ge-
schäftsfeldern Unternehmensmanagement, Virtuelle Produktentstehung, Produktionssysteme,
Füge- und Beschichtungstechnik sowie Automatisierungstechnik angewandte Forschung und
Entwicklung für die industrielle Produktion. Wir arbeiten an Methoden und Technologien für das
Management, die Produktentwicklung, den Produktionsprozess und die Gestaltung industrieller
Fabrikbetriebe. Im Mittelpunkt unserer Forschungsarbeiten stehen Verfahren zur Produktivitäts-
steigerung bei der Entwicklung und Herstellung von Produkten und deren Umsetzung in System-
lösungen. Dazu gehören auch die Konzeption und Realisierung von intelligenten Produktionsmit-
teln, deren Integration in komplexe Produktionsumgebungen
sowie ihre optimierte Nutzung. Darüber hinaus erschließen wir
neue Anwendungen in zukunftsträchtigen Gebieten wie der
Sicherheits- und Verkehrstechnik.
Seit über 30 Jahren unterstützen wir mit einem internationa-
len und interdisziplinären Team aus Wissenschaftlern sowie
studentischen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern unsere Part-
ner und Kunden mit anwendungsorientierten Forschungs- und
Entwicklungsleistungen. Neben unserer eigenen anwendungs-
orientierten Forschung entwickeln wir neue Lösungen in enger
Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Unternehmen. Unsere Basisinnovationen
überführen wir gemeinsam mit Industriepartnern in funktionsfähige Anwendungen. Dabei be-
arbeiten wir den gesamten Produktlebenszyklus – von der Produktidee über die Entwicklung,
Auslegung und Erstellung von Produkten bis hin zur Wiederverwertung und Entsorgung. Die
von uns entwickelten Prozesse und Verfahren sind Ergebnisse eines umfassenden Ansatzes. In
unserer Arbeit sind wir davon geleitet, ökonomische Vernunft und weiterentwickelte Technik mit
ökologisch begründeten Forderungen nach Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit zu verbin-
den. Dabei setzen wir auf die Innovationskraft und das Engagement unserer Mitarbeiter. Des-
halb fördern wir gezielt und langfristig spezifisches Know-how und krea tiven wissenschaftlichen
Nachwuchs entlang unserer Kernkompetenzen für das Management, die Produktentstehung,
den Produktionsprozess und die Gestaltung industrieller Fabrikbetriebe.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit der Geschäftsfelder:
- Unternehmensmanagement
- Virtuelle Produktentstehung
- Produktionssysteme
- Füge- und Beschichtungstechnik
- Automatisierungstechnik
I M P R E S S U M
Fraunhofer-Institut für
Produktionsanlagen und
Konstruktionstechnik IPK
Pascalstr. 8-9
10587 Berlin
Tel.: +49 30 39006-0
Fax: +49 30 39110-17
E-Mail: [email protected]
www.ipk.fraunhofer.de
Herausgeber
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing.
Eckart Uhlmann
Redaktion
Katharina Strohmeier
Atakan Sünnetcioglu
gestaltung
Helena Rott
Daria Rüttimann
Fotos
Fraunhofer IPK: Simone Alt-
mann (1), Gerold Baumhauer
(18), Lisa Hagedorn (2, 4, 9,
10, 14), Helena Rott (1, 4, 6,
8, 9, 12, 13), Angela Salvo (3,
19);
Fotolia: imtmphoto (16)
S ie haben Fragen zur Forschung und Entwicklung im
Geschäftsfe ld Virtuel le Produktentstehung oder wün-
schen nähere Informationen zu e inzelnen Forschungsge-
bieten? Dann wenden Sie s ich bitte direkt an unsere An-
sprechpartner. S ie freuen s ich auf Ihren Anruf!
gEScHäFTSFEldlEITUNg
INFORMATIONS- UNd PROzESSSTEUERUNg
MOdEllbASIERTES ENTWIckElN
ansprechpartner
Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark
Tel.: +49 30 39006-243
Fax: +49 30 3930-246
E-Mail: [email protected]
Dr.-Ing. Kai Lindow
Tel.: +49 30 39006-214
Fax: +49 30 3930-246
E-Mail: [email protected]
Dipl.-Sporting. Andreas Geiger
Tel.: +49 30 39006-109
Fax: +49 30 3930-246
E-Mail: [email protected]
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