Produktentwicklung Simulation: Komplexität in Wettbewerbsvorteile verwandeln

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Moderne Produktentwicklung ist hochkomplex, da mechanische, elektrische und softwarebasierte Komponenten zusammenwirken. Simulation, KI, Hochleistungsrechnen und der digitale Zwilling helfen, diese Komplexität zu beherrschen und Wettbewerbsvorteile zu schaffen. 

Die moderne Produktentwicklung ist mit einer bislang unerreichten Komplexität konfrontiert. Sie entsteht aus dem Zusammenspiel mechanischer, elektrischer und softwarebasierter Komponenten, multiphysikalischer Wechselwirkungen, fortschrittlicher Fertigungstechnologien sowie der Integration von Cloud-Computing- und IoT-Systemen. Daraus ergeben sich vielschichtige Designherausforderungen, die mit klassischen Entwicklungsansätzen kaum noch zu bewältigen sind.

Die Notwendigkeit, innovationsbeschleunigende Technologien wie generatives Design, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz einzuführen, steigert die Komplexität zusätzlich. Gleichzeitig erhöhen Markt- und Regulierungsanforderungen den Druck auf Unternehmen, Entwicklungszeiten zu verkürzen, Kosten zu senken und höchste Qualitätsstandards einzuhalten.

Häufig arbeiten Organisationen weiterhin in funktionalen Silos mit nicht integrierten Toollandschaften. Dadurch wird die für eine moderne Produktentwicklung unverzichtbare multidisziplinäre Zusammenarbeit erheblich erschwert. Die Folge sind kostenintensive und zeitaufwändige physische Versuche, die Ressourcen binden und den Markteintritt verzögern.

Was notwendig ist, um diese Komplexität zu beherrschen

Komplexität zu vermeiden, ist keine Option – sie würde die Innovationsfähigkeit unmittelbar begrenzen. Ziel muss es vielmehr sein, Komplexität gezielt zu beherrschen und in einen nachhaltigen Wettbewerbsvorteil zu überführen. Um Lösungen für die Anforderungen von morgen zu entwickeln und mit dem stetig zunehmenden Veränderungstempo Schritt zu halten, ist eine grundlegende Transformation des Engineerings erforderlich. Simulationen werden zwar seit Jahren eingesetzt, doch künftig müssen Unternehmen deutlich schneller agieren und dabei ein hohes Vertrauen in prädiktive wie auch präskriptive Erkenntnisse aufbauen.

Konvergenz von Schlüsseltechnologien

Die entscheidende Chance liegt an der Schnittstelle von Simulation und künstlicher Intelligenz, skaliert durch Hochleistungsrechnen und integriert in den gesamten Produktentwicklungszyklus. Diese leistungsstarke Kombination beschleunigt Innovationszyklen deutlich und sichert gleichzeitig die Genauigkeit und Zuverlässigkeit, die industrielle Anwendungen erfordern. Mehrere Entwicklungen der letzten Jahre haben diese Konvergenz ermöglicht: von einfachen Simulationen hin zu ausgefeilten Methoden, unterstützt durch HPC-gestützte parametrische Studien, die neue Gestaltungsräume eröffnen. Jüngst tragen GPU-basierte Simulationen und Algorithmen des maschinellen Lernens dazu bei, komplexe Daten schneller und effizienter zu verarbeiten und die ingenieurtechnische Simulation grundlegend zu erweitern.

Der umfassende digitale Zwilling als Antwort

Die zentrale Frage lautet, wie diese Konvergenz optimal genutzt werden kann, um die digitale Transformation voranzutreiben. Die Antwort liegt im umfassenden digitalen Zwilling – einer präzisen, funktionalen Abbildung eines physischen Produkts oder Prozesses, die mehrere Modelle für unterschiedliche physikalische Aspekte integriert. Er begleitet den gesamten Lebenszyklus, sorgt für konsistente Daten über Organisationen hinweg und bietet eine Plattform für das Management technologischer Konvergenz, regulatorischer Anforderungen, kollaborativer Workflows und datengestützter Innovation.

Der umfassende digitale Zwilling befähigt Ingenieure, die Komplexität multiphysikalischer Prozesse zu meistern, indem Produkt- und Prozessdesigns simultan visualisiert werden. In Kombination mit Simulation, KI und Hochleistungsrechnen lassen sich große Designräume erkunden, mehrere Ziele gleichzeitig optimieren, Konzepte schneller validieren, die Leistung unter verschiedenen Bedingungen vorhersagen, die Abhängigkeit von teuren physischen Prototypen reduzieren und die Integration der Systeme vor der Fertigung sicherstellen. Simcenter, Teil von Siemens Xcelerator und nun erweitert um die Simulations-, KI- und HPC-Technologien von Altair, unterstützt Kunden gezielt auf diesem Weg der digitalen Transformation.

Wie profitieren Unternehmen von diesem Ansatz?

Der umfassende digitale Zwilling, gestützt auf Simulation, KI und Hochleistungsrechnen, bietet transformative Vorteile auf mehreren Ebenen:

• Beschleunigte Innovation: Unternehmen entwickeln neue Produkte deutlich schneller, da umfassende Bewertungen der Gestaltungsmöglichkeiten zu besseren Designs führen. KI unterstützt dabei, neue Konzepte zu generieren und routinemäßige ingenieurtechnische Aufgaben zu automatisieren.
• Verbesserte Entscheidungsfindung: Physikbasierte Simulationen liefern eine solide Grundlage für KI-Modelle, indem sie große Mengen synthetischer Daten erzeugen. Die Kombination aus Simulations-, Test- und realen Leistungsdaten schafft kontextbezogene Intelligenz für fundierte Entscheidungen.
• Operative Exzellenz: Sensorbasierte Echtzeitdaten zur Produktleistung lassen sich mit intelligenten Funktionen verknüpfen, um den Betrieb zu automatisieren und eine kontinuierliche Optimierung zu ermöglichen.
• Wettbewerbsvorteil: Unternehmen können riesige Designräume erkunden, mehrere Ziele gleichzeitig optimieren und die Leistung zuverlässig vorhersagen. Dieser integrierte Ansatz überwindet Silos zwischen Design, Analyse und Fertigung und liefert die kontextbezogenen Informationen, die für umsetzbare Ingenieurentscheidungen erforderlich sind.
• Produktivitätssteigerung: Die Kombination aus Simulation, KI und HPC verdoppelt die Produktivität, erhöht die Entscheidungssicherheit und führt zu größerer Wettbewerbsfähigkeit, schnellerer Innovation, höherer Profitabilität und nachhaltigerem Handeln.

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Wie sich Unternehmen vorbereiten sollten

Die Basis für die Transformation bildet die Einführung einer umfassenden, intelligenten und anpassungsfähigen Technologiesuite, wie sie etwa Simcenter bietet. Sie überwindet traditionelle Silos und ermöglicht eine nahtlose Zusammenarbeit über den gesamten Produktentwicklungszyklus.

Technologie allein reicht jedoch nicht aus. Unternehmen müssen Simulationskompetenzen im gesamten Unternehmen verankern und Mitarbeiter befähigen, die Tools effektiv einzusetzen. Simulation darf nicht auf spezialisierte Teams beschränkt bleiben, sondern muss zu einer unternehmensweiten Fähigkeit werden. Dazu gehören gezielte Schulungsprogramme, die Teams von trial-and-error-basierten Ansätzen zu datengestützten, intelligenten Entscheidungen führen.

Darüber hinaus ist ein kultureller Wandel erforderlich: Unternehmen müssen den Digital Thread verinnerlichen, relevante Stakeholder, Modelle und Daten über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg verbinden, funktionale Silos abbauen, bereichsübergreifende Zusammenarbeit fördern und Workflows schaffen, die Kontext für alle Simulationsdaten liefern, um den Einsatz von KI effektiv zu unterstützen.

Was kommt als Nächstes?

Blickt man in die Zukunft, wird sich das Konzept des digitalen Zwillings weiterentwickeln und neue Technologien wie Quantencomputing und das industrielle Metaverse integrieren, um Experimente und Entscheidungen noch schneller zu ermöglichen.Die Zukunft gehört den Unternehmen, die diese leistungsstarke Konvergenz nutzen und Komplexität von einer Herausforderung in ihren größten Wettbewerbsvorteil verwandeln. 

Ravi Shankar ist Director of Simcenter Solutions Marketing bei Siemens Digital Industries Software.