Wir unterstützen unsere Kunden beim ganzen Produktentwicklungszyklus mit den Prozessschritten Konstruktion, Simulation und Fertigung.
Produktentwicklungszyklus am Beispiel des vom IPPE mitentwickelten Röntgenteleskops STIX
Das Institut für Produkt- und Produktionsengineering betrachtet den Produktentwicklungszyklus mit den Prozessschritten Konstruktion, Simulation und Fertigung stets als Ganzes.
Das Institut hat Erfahrung mit dem ganzen Zyklus und führt diesen, wenn gewünscht, auch vollständig aus. Genauso arbeitet es aber mit Kunden und Partnern zusammen, die Unterstützung während einem oder mehreren bestimmten Prozessschritten wünschen.
Beispiele aus der Produktentwicklung
Produktentwicklung beginnt bei der Konzeptidee, aus welcher iterativ ein Entwurf und eine Konstruktion entstehen. Diese Konstruktion wird, meist nach entsprechender Simulation, je nach Modellstrategie zunächst als Prototyp, Engineering Modell oder Struktur-Thermal Modell (STM) gefertigt und bezüglich Einhaltung des Pflichtenheftes getestet. Diese Teilschritte des Produktentwicklungszyklus - Konstruktion, Prototypenfertigung und qualitätssichernde Messungen - können vom Institut für Produkt- und Produktionsengineering ganz oder teilweise durchgeführt werden.
3D-Modell und Schnittstellenzeichnung des CaSSIS CRU (Color and Stereo Surface Imaging System Camera & Rotation Unit), ein Instrument der ESA ExoMars Mission, erstellt am IPPE
Optimierung wird während des ganzen Produktentwicklungszyklus kontinuierlich durchgeführt im Zusammenspiel zwischen den verschiedenen Teilaufgaben. So werden zum Beispiel aufgrund von Simulationsresultaten Konstruktionsanpassungen vorgenommen, um das Bauteilverhalten günstig zu beeinflussen, oder die günstigsten Konstruktionsmöglichkeiten werden sogar durch eine Topologieoptimierungs-Simulation ermittelt.
Optimierung ist aber auch ein eigenständiger Vorgang, wenn ein bestehendes, validiertes Serienprodukt bezüglich seiner Leistung verbessert wird und somit dann den Produktentwicklungszyklus in sich schliesst.
Topologie-Optimierung eines Satelliten-Brackets für RUAG Space
Mit der stetigen Erhöhung der Rechnerleistung wurde es in den letzten 10 Jahren möglich, mit FE-Simulationen auch Probleme zu betrachten, bei welchen mehr als zwei Felder aktiv sind; es sind dies beliebige Kombinationen von Strukturmechanik, Fluidmechanik, Thermik, Elektromagnetismus, Massentransport und chemischer Aktivität. Solche Kopplungen werden unter dem Stichwort Multiphysik zusammengefasst. Beispiel hierzu ist die Längenausdehnung von Metallen bei Erhitzung und Oxidation, welche in Turbinenschaufeln, aber auch in Brennstoffzellen bekannte Probleme bereitet oder auch die thermo-elektro-mechanische Verformung von bestimmten Polymeren oder den Elektroden von Lithium-Batterien.
Die Finite-Elemente-Simulation hatte ihren Ursprung in der Lösung von strukturmechanischen und thermischen Problemen, wobei jeweils nach einer Lösungsvariablen gesucht wurde: der Verschiebung bzw. der Temperatur. Es folgte die Kopplung dieser zwei Felder, d.h. die Lösung von thermo-mechanischen Problemen, wobei zuerst nur die einseitige Kopplung der Thermik an die Mechanik betrachtet wurde über die thermische Expansion, später aber auch der Effekt der Mechanik auf das thermische Problem berücksichtigt wurde z.B. bei reibungsbehafteten Systemen.
Thermo-chemo-mechanische Simulation einer oxidierenden Superalloy-Platte (blau: Anfangsgeometrie)
Produktentwicklung ist das Herzstück eines gesunden Unternehmens. Dies, weil der technologische Fortschritt an sich sowieso kontinuierlich (zum Teil auch sprunghaft) vorangeht. Ein Mitgehen ist deshalb nötig für das Überleben und eine technologische Leader-Rolle der Garant für den wirtschaftlichen Erfolg. Die Neu- und Weiterentwicklung von Produkten ist nichts anderes als die Umsetzung dieses Fortschritts in das Produktportfolio eines Unternehmens.
