Systemgetriebene Innovationsprozesse
Der Weg zum cyber-physischen Produkt
von
- 17.11.2021
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Cyber-physische Produkte versprechen mehr Innovationskraft und Prozesseffizienz. Systemgetriebene Innovationsprozesse können Unternehmen bei deren Entwicklung maßgeblich unterstützen. Diese bedingen jedoch spezialisierte Applikationen und eine flexible IT-Architektur.
Moderne cyber-physische Produkte basieren auf einer Kombination von digitalen und realen Komponenten und entstehen durch das Zusammenwirken verschiedener Ingenieursdisziplinen und Expertensystemen, deren Komplexität und Vernetzung stetig zunehmen. Durch den Trend zu variantenreichen und kundenindividuellen Produkten wird es immer wichtiger, die Zusammenhänge von Anforderungen, Lösungsarchitekturen und Optimierungszyklen mit Simulation und Verifikation in einem Digital Thread (Beziehungsnetzwerk) abzubilden, um die Prozesseffizienz und Innovationskraft zu steigern (vgl. Abbildung 1).
Im Zuge von Industrie 4.0 erhalten Produkte vermehrt digitale Fähigkeiten mit einer datentechnischen Vernetzung. Solche intelligenten, cyber-physischen Systeme (CPS) bestehen aus drei Kernelementen:
- Physische Komponenten (mechanisch, elektronisch etc.)
- Smarte Komponenten (beispielsweise Sensoren, Mikroprozessoren oder Analytik)
- Connectivity (Datenverbindung, etwa in eine Cloud)
Abbildung 1: systemgetriebene Entwicklungsstrukturen im Digital-Thread-Beziehungsnetzwerk
(Quelle: Fernfachhochschule Schweiz )
Produkte mit neuen digitalen Fähigkeiten
CPS-Produkte sind somit nicht nur mechanisch in 3D modelliert, sondern haben einen mechatronischen Charakter, verfügen über Intelligenz und können über eine Datenverbindung kommunizieren. Hierdurch werden neue digitale Fähigkeiten ermöglicht: Dinge können etwa ortsunabhängig – ohne physisch beim Produkt sein zu müssen – remote überwacht und kontrolliert werden. Darüber hinaus lassen sich Produkte weiter optimieren und automatisieren. Anstelle der bisherigen Produktlieferung als Basis der Rechnungsstellung rückt die Wirkung eines Produkts in den Fokus von Verrechnungsmodellen. Unternehmen entwickeln dafür zunehmend digitale Geschäftsmodelle. Als Beispiel hierfür sei das «Power-by-the-hour»-Modell des britischen Triebwerkherstellers Rolls-Royce genannt. Dabei werden Hersteller nicht mehr dazu verpflichtet, das Turbinentriebwerk zu kaufen, sondern bezahlen lediglich noch die Betriebsstunden.
Möglich werden leistungsfähige CPS-Produkte einerseits durch einen höheren Software- und Elektronik-Anteil gegenüber der Mechanik sowie durch eine größere Produktkomplexität. Andererseits müssen insbesondere in den Innovations- und Entwicklungsprozessen immer wieder neue Lösungen gefunden sowie neue Wege beschritten werden, was einen größeren Abstimmungsbedarf zwischen den Ingenieursdisziplinen erfordert.
