Den Klimawandel eind?mmen und gleichzeitig die wirtschaftliche Leistungsf?higkeit steigern – für viele Unternehmen ist das aktuell eine der gr??ten Herausforderungen. Der Leichtbau gilt insbesondere im Mobilit?tssektor als Schlüsseltechnologie, um dieses Ziel zu erreichen. Dank der besonderen Konstruktionsweise, bei der das Produktgewicht so gering wie m?glich gehalten wird, k?nnen nicht nur Materialkosten, sondern auch CO2-Emissionen w?hrend des Betriebs der Fahrzeuge eingespart werden. Emissionsintensive Herstellungs- und Recyclingverfahren werden hierbei jedoch h?ufig ausgeblendet. Im Verbund-Projekt ?Bionik und KI für nachhaltige Integration von Produktentwicklung für einen ressourceneffizienten Leichtbau“ (BIKINI) arbeiten Wissenschaftler*innen der Universit?t Paderborn mit Partnern aus Forschung und Praxis an einer L?sung, um Nachhaltigkeit entlang der vollst?ndigen Prozesskette sowie über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts zu erm?glichen. Dem Konsortium geh?ren neben dem Lehrstuhl für Produktentstehung und der Fachgruppe ?Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung“ (C.I.K.) von der Universit?t Paderborn die Unternehmen EDAG Group, Additive Marking GmbH, Atos Deutschland, Krause DiMaTec GmbH und RHaug GmbH sowie das Alfred-Wegener-Institut an. Im September fand der Kick-Off des Projekts mit einer Laufzeit von drei Jahren statt. Es wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit knapp vier Millionen Euro gef?rdert.
Mit künstlicher Intelligenz und Bionik zu effizienteren Entwicklungsprozessen
?Bewertungskriterien wie Kosten und Leistung werden bei der Entwicklung von Leichtbauprodukten aktuell schon berücksichtigt. Wir wollen diesen Katalog nun um Nachhaltigkeitsaspekte wie den CO2-Fu?abdruck, den Ressourceneinsatz im Herstellungsprozess und die Recyclingf?higkeit der eingesetzten Materialien erweitern“, erkl?rt Daniel Preu?, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Produktentstehung des Heinz Nixdorf Instituts unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Iris Gr??ler. Um diese Aspekte bereits bei der Planung und Konstruktion von einzelnen Bauteilen oder komplexen Baustrukturen berücksichtigen zu k?nnen, müssen neue Entwicklungskonzepte erarbeitet werden. Bereits etablierte Verfahren wie die computerunterstützte Erstellung von Entwürfen und technischen Zeichnungen (CAD-Konstruktion) werden deshalb um zus?tzliche Elemente erg?nzt. Bionik – eine Wissenschaft, bei der Prinzipien und Ph?nomene aus der belebten Natur zum Vorbild für technische Entwicklungen werden – und künstliche Intelligenz (KI) dienen dabei als Basis für neuartige Algorithmen und Assistenzdienste. ?Hier freuen wir uns besonders auf die Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut mit langj?hriger Erfahrung im Bereich des bionischen Leichtbaus“, erg?nzt Manuel Ott, wissenschaftlicher Mitarbeiter im C.I.K. unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Rainer Koch.
Auf dieser Grundlage soll ein teilautomatisierter Prozess entwickelt werden, der eine schnelle Anpassung und Optimierung von Produktentwürfen erm?glicht, ohne eine umfangreiche Neuentwicklung durchführen zu müssen. Das h?tte nicht nur eine Zeitersparnis, sondern auch eine erh?hte Nachhaltigkeit zur Folge. Fertigungsverfahren oder Materialien, die beispielsweise nur in der Einführungsphase eines Produkts aus klimaorientierter und wirtschaftlicher Sicht sinnvoll sind, k?nnen so in sp?teren Lebensphasen schnell und unkompliziert ausgetauscht werden.
Innovatives Konsortium mit unterschiedlichen Kompetenzen
?Die intensive Zusammenarbeit von Industrie und Wissenschaft führt dank verschiedener Kompetenzen im Bereich KI und Bionik zu ganz neuen L?sungsans?tzen. Diese sind notwendig, damit soziale und ?kologische Nachhaltigkeit nicht zu Lasten der wirtschaftlichen Wettbewerbsf?higkeit führt, sondern diese sogar best?rkt“, so der Projektleiter Sebastian Flügel von der EDAG Group. Das Team der Universit?t Paderborn ist beispielsweise gemeinsam mit der Krause DiMaTec GmbH für die Entwicklung von Kriterien verantwortlich, die bei der Bewertung und Abw?gung widersprüchlicher Anforderungen aus wirtschaftlicher und nachhaltiger Perspektive helfen sollen. Die Ergebnisse werden anhand von historischen Daten der Industriepartner, Expertenworkshops und Interviews validiert, um sie schlie?lich in Algorithmen umzusetzen. Durch die dann automatisierte Erhebung und ?berprüfung der Anforderungen an sowie der Nachhaltigkeit von einem Produkt, kann in der Entwicklung eine stetige Ergebnisoptimierung erzielt werden.
?Mit dem Projekt streben wir einen ma?geblichen Beitrag zur Erreichung der Nachhaltigkeits- und Klimaziele an, ohne dabei unwirtschaftliche Restriktionen anwenden zu müssen. So kann eine regionale, hochqualitative und zeitnahe Fertigung auch in Branchen, die bislang vorrangig in Billiglohnl?ndern produzieren, wirtschaftlich erm?glicht werden“, resümiert Prof. Dr.-Ing. Iris Gr??ler.
