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ViProSim - Virtual Prototyping & Simulation

Ziel des Projekts ViProSim war Anwendern Einsatzmöglichkeiten und Nutzenpotentiale von Virtual Prototyping & Simulation aufzuzeigen, um langfristig eine Leistungssteigerung in der Produktentwicklung zu fördern. Darüber hinaus wurde Entscheidern und Experten aus Industrie und Wissenschaft eine Wissens- und Kontaktvermittlung zur Verfügung gestellt.

Im Rahmen des Projekts „Benchmark Virtual Prototyping & Simulation: Instrumentarium zur Analyse und Optimierung des Einsatzes von Virtual Prototyping und Simulation im Produktentstehungsprozess" war das Ziel ein Verfahren zur VPS-Bedarfsanalyse und damit verbunden zur VPS-Ertüchtigung. Das Verfahren soll es Unternehmen ermöglichen den eigenen VPS-Entwicklungsstand schnell und einfach zu analysieren und Verbesserungspotentiale zu identifizieren. Im Fokus stehen kleine und mittlere Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus sowie verwandte Branchen, deren Kerngeschäft die Entwicklung intelligenter technischer Systeme ist.

Das Forschungsprojekt wurde von 2009 bis 2012 im Ziel2-Programm „Hightech.NRW“ des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert und von der NRW-Bank betreut.

Motivation

Die Fähigkeit, hochkomplexe Produkte zu entwickeln, herzustellen und zu betreiben ist Markenzeichen und Erfolgsfaktor deutscher Unternehmen. Im Maschinen-, Fahrzeug- und Anlagenbau wird dieser Erfolg wesentlich durch die organisatorische Beherrschung und wirtschaftliche Effizienz der notwendigen betrieblichen Prozesse erzielt. Der Produktentwicklungs- oder Engineeringprozess ist dabei besonders bedeutend, da in ihm alle wesentlichen Merkmale des künftigen Erzeugnisses und ca. 80 % der Erzeugniskosten festgelegt werden. Die Methoden und Werkzeuge des Virtual Prototyping und Simulation (VPS) haben sich in diesen Prozessen etabliert.

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Virtual Prototyping heißt, Rechnermodelle von in Entwicklung befindlichen Erzeugnissen zu bilden und zu analysieren. Hierfür werden mit einer Vielzahl von Softwarewerkzeugen rechnerinterne Modelle generiert, die das Produkt in allen Facetten beschreiben.  Sie bilden die Ausgangsbasis für die Berechnung von Funktion, Gestalt und Verhalten der Produkte. Diese Daten müssen sicher verwaltet, benutzergerecht aufbereitet und vielfältig zwischen Prozessstufen verknüpft werden. In der Vergangenheit hat sich hier ein Kanon von domänenspezifischen VPS-Methoden und -Werkzeugen (z.B. M-CAD-/E-CAD-, MKS-, FEM- Systeme) mit definierten Funktionen und Interaktions-Paradigmen etabliert. Die Integration der Systeme in die bestehende PDM/PLM Infrastruktur (PDM:  Produktdatenmanagement, PLM: Product Lifecycle Management) des Unternehmens ist ein wesentlicher Erfolgsfaktor bei der Entwicklung komplexer technischer Systeme.

Die Methoden und Werkzeuge des Virtual Prototyping und Simulation tragen maßgeblich zu einer Beschleunigung des Produktentstehungsprozesses und zur Erhöhung der Entwicklungsqualität bei. Ein Schlüsselfaktor von VPS ist die Integration von Entwicklung und Produktion. Der Übergang von einer traditionellen Produktentwicklung, die größtenteils auf physikalischen Prototypen basiert hin zur VPS-getriebenen Entwicklung mit Hilfe von virtuellen Prototypen ist aufwändig und oftmals von kostspieligen Misserfolgen geprägt. Insbesondere in kleinen und mittleren Unternehmen fehlt meist das Wissen über die Einsatzpotentiale von Virtual Prototyping und Simulation. Dies ist aber eine wesentliche Voraussetzung, um Virtual Prototyping und Simulation nutzbringend in die industriellen Planungs- und Entwicklungsprozesse zu integrieren. Häufig haben sich deshalb VPS-Insellösungen entwickelt, die nur unzureichend in den Entwicklungsprozess integriert sind. Dadurch wird nur ein Bruchteil des Potentials von VPS ausgeschöpft. Im Weiteren herrscht bei den Prozessverantwortlichen meist eine große Unsicherheit, den wirtschaftlichen Nutzen von VPS für ihr Unternehmen zu ermitteln, da Modelle zur Berechung der Wirtschaftlichkeit fehlen.

Es wird daher ein Instrumentarium zur Analyse und Optimierung des Einsatzes von Virtual Prototyping und Simulation benötigt, das die Unternehmen unterstützt, den Wandel von einer traditionellen Produktentwicklung zur VPS-getriebenen Produktentwicklung schnell und effizient umzusetzen.

Zielsetzung

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines innovativen Instrumentariums zur Analyse und Optimierung des Einsatzes von Virtual Prototyping und Simulation im Produktentstehungsprozess. Im Fokus stehen kleine und mittlere Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus sowie verwandten Branchen, deren Kerngeschäft die Entwicklung intelligenter technischer Systeme ist. Das Instrumentarium soll es Unternehmen ermöglichen, den eigenen VPS-Entwicklungsstand schnell und einfach zu analysieren und Verbesserungspotentiale zu identifizieren. Darüber hinaus soll das Unternehmen in die Lage versetzt werden, den Einsatz von Virtual Prototyping und Simulation langfristig zu planen und strukturiert auszubauen. Eine unternehmensübergreifende Vergleichbarkeit des eigenen VPS-Entwicklungsstandes wird im Rahmen eines VPS-Benchmarks mittels sogenannter „VPS-Reifegrade“ ermöglicht. Das Instrumentarium untersucht anschließend in Unternehmen evaluiert und auf seine Praxistauglichkeit in KMU hin.

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Das Instrumentarium umfasst die Komponenten:

  • Vorgehensmodell zur Leistungsbewertung und Leistungssteigerung von VPS in kleinen und mittleren Unternehmen
  • Umfassender Leitfaden zur Durchführung der VPS-Leistungsbewertung und -steigerung
  • VPS-Wissensbasis mit Methoden und Werkzeugen des Virtual Prototyping und Simulation
  • Zentrales Datenbanksystem zur Archivierung der Ergebnisse von Leistungsbewertungs- und Leistungssteigerungsuntersuchungen, um Benchmarks zu ermöglichen