Forschungsbereich Produktentstehung

Drei Männer und eine Frau, die an einem Tisch sitzen und in die Kamera schauen.
© Fraunhofer IEM / Wolfram Schroll
Der Forschungsbereich Produktentstehung wird geleitet von Dr.-Ing. Harald Anacker, Dr.-Ing. Lydia Kaiser, Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu und Dr.-Ing. Arno Kühn (v.l.).

Chancen durch Digitalisierung

Interview vom 24. Januar 2020

Die Digitalisierung verändert nicht allein die Produkte von morgen, sie beeinflusst auch die Art und Weise ihrer Entstehung. Der Forschungsbereich Produktentstehung des Fraunhofer IEM begegnet dieser Herausforderung mit einer fachübergreifenden, technologiegestützten Entwicklung, die den gesamten Innovationsprozess von der strategischen Planung bis hin zum Markterfolg im Blick hat. Direktor Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, Abteilungsleiterin Dr.-Ing. Lydia Kaiser und die Abteilungsleiter Dr.-Ing. Arno Kühn und Dr.-Ing. Harald Anacker sprechen im Interview über innovative Lösungsansätze, erfolgreiche Beispiele aus der Praxis und ihre Höhepunkte des Jahres 2019.

 

Vor welchen Herausforderungen stehen Unternehmen heute bei der Produktentwicklung?

Roman Dumitrescu: Die Herausforderungen sind vielfältig. Eine ist sicherlich, dass Systeme und Produkte stärker miteinander vernetzt sind und untereinander kommunizieren. Systemgrenzen zu ziehen, wird daher immer schwieriger. Ein Beispiel dafür ist die Entwicklung des Automobils: Früher hat man ein Auto gebaut, heute muss man das System Mobilität entwickeln.
 

Wie können Unternehmen darauf reagieren?

Arno Kühn: Die Digitalisierung spielt hier eine wichtige Rolle. Sie verändert die Marktleistung und das Produkt. Gleichzeitig bietet der digitale Wandel einen Ansatz, um die Entwicklung zu vereinfachen, zum Beispiel indem IT-Systeme Prozesse unterstützen. Die Produktentstehung vor dem Hintergrund der Digitalisierung zu transformieren und Prozesse neu zu gestalten, ist wichtig. Und das zieht sich durch das ganze Unternehmen, sei es im Engineering oder in der Produktion.

Lydia Kaiser: Aus diesem Grund braucht es andere Kommunikations- und Koordinationswege und ein agileres Arbeiten. Die durchgängige Digitalisierung in der Produktentstehung sollte die Koordination über die Fachbereiche hinweg nicht nur berücksichtigen, sie muss diese mit neuen, innovativen Lösungen sicherstellen.
 

Wie haben Sie Unternehmen auf diesem Weg begleitet?

Harald Anacker: Unser Kunde Audi zum Beispiel vollzieht zurzeit einen starken Wandel. Komplette Mobilitätslösungen anzubieten und umzusetzen, wirkt sich auf die ganze technische Entwicklung aus. Was sind zukünftige Systemarchitekturen von Fahrzeugen? Wie werden neue Prozesse sauber aufgesetzt? Welche Vorgaben müssen berücksichtigt werden? Diesen Umbruch zu gestalten, ist eine große Aufgabe, die gemeinsam mit allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern bewältigt werden muss. An diesem Prozess wirken wir mit.

Arno Kühn: Wir arbeiten aber auch sehr intensiv mit mittelständischen und familiengeführten Unternehmen zusammen. So begleiten wir auch viele kleine und mittlere Unternehmen, die sich im Umbruch befinden. Wir schauen uns deren Gesamtstrategie an und prüfen, was die Digitalisierung für sämtliche Bereiche bedeutet. Anschließend entwickeln wir eine Roadmap und zeigen auf, welche Digitalisierungsmaßnahmen umgesetzt werden können.

Lydia Kaiser: Unsere Erfahrungen bündeln wir ab 2020 in einem neuen Projekt: Im Rahmen des Spitzenclusters it‘s OWL entwickeln wir einen Demonstrator – ein fiktives Unternehmen – an dem wir Herausforderungen und Lösungswege aufzeigen. Mithilfe von Workshops, Erklärvideos und verschiedenen Lernformaten möchten wir Unternehmen zeigen, wie sie die digitale Transformation meistern.  

Abteilungen Forschungsbereich Produktentstehung

Der Forschungsbereich Produktentstehung ist in zwei Abteilungen organisiert: Strategische Produkt- und Unternehmensgestaltung sowie Systems Engineering.

 

Die Abteilung Strategische Produkt- und Unternehmensgestaltung erforscht und entwickelt Strategien, Methoden und Werkzeuge zur zukunftsorientierten Unternehmensgestaltung.  

 

Die Abteilung Systems Engineering beschäftigt sich mit der zentralen Frage, wie sich komplexe Systeme effizient entwickeln lassen. Im Mittelpunkt der Herangehensweise steht das Systems Engineering.

Abteilung Strategische Produkt- und Unternehmensgestaltung

Die Abteilung Strategische Produkt- und Unternehmensgestaltung erforscht und entwickelt Strategien, Methoden und Werkzeuge zur zukunftsorientierten Unternehmensgestaltung. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der systematischen Erschließung von Innovationspotentialen, die sich aus der fortschreitenden Digitalisierung an der Schnittstelle von Markt und Technologie für Produkt, Dienstleistung und Geschäftsmodell ergeben. Aber nicht nur das Produkt, sondern auch die damit verbundene Wertschöpfung befinden sich im Wandel. Es stellt sich z.B. die Frage, wie Produktionsprozesse, aber auch ganze Wertschöpfungssysteme im Sinne der Industrie 4.0 durchgängig digitalisiert und vernetzt werden können. Wir finden Antworten auf diese Fragen und begleiten Unternehmen dabei, die digitale Transformation systematisch und erfolgreich zu gestalten. Grundlage hierfür sind zukunftsfähige Strategien und Pläne zu Geschäft, Produkten und zur Produktion.

Forschungsgruppen Strategische Produkt- und Unternehmensgestaltung

Bunte Papierkugeln am Rand und eine gelbe Kugel in der Mitte, die wie eine Glühbirne aussieht.
© vegefox.com / Adobe Stock

Innovationsmanagement

In der Gruppe Innovationsmanagement entwickeln wir Strategien, Methoden und Werkzeuge, um die Innovationspotentiale der Digitalisierung in Produkte, Dienstleistungen und Geschäftsmodelle zu überführen. Insbesondere die Identifikation und Bewertung neuer Technologien, die agile, kundenzentrierte Entwicklung von Innovationen sowie der Wandel zu datengetriebenen Services und Geschäftsmodellen stehen dabei im Fokus. Mit innovativen Formaten wie dem Corporate Makeathon fördern wir gezielt Begeisterung und Erfindergeist, um im Team Lösungsansätze abseits des Kerngeschäfts zu entwickeln.  

Hände an PC und Handy, darüber ist ein Analytics Dashboard eingeblendet.
© everythingpossible / Adobe Stock

Produktionsmanagement

Die Gruppe Produktionsmanagement erforscht und entwickelt Ansätze für die erfolgreiche Gestaltung von Produktions- und Wertschöpfungssystemen. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der intelligenten Datenanalyse im Produktionskontext. Grundlage hierfür ist die systematische Einführung industrieller Informations- und Kommunikationstechnologien sowie die umfassende Erschließung von Datenquellen im Sinne der Industrie 4.0. Durch erfolgreiche Anwendung von Methoden aus Maschinellem Lernen und Data Analytics können bisherige Prozesse optimiert und ungenutzte Wertschöpfungspotentiale erschlossen werden.

Business-Personen sitzen am Flat Table und halten ein Meeting.
© © Rawpixel.com / Adobe Stock

Unternehmensgestaltung

Die Digitalisierung verändert das Fundament jedes Unternehmens in seinen Strategien, Strukturen, Prozessen und seiner Kultur. In der Gruppe Unternehmensgestaltung entwickeln wir Vorgehensweisen und Methoden zur erfolgreichen Gestaltung der digitalen Transformation. Unsere Aktivitäten erstrecken sich dabei von der Entwicklung passgenauer Digitalisierungsstrategien, über die Optimierung von Wertschöpfungsprozessen und -strukturen bis hin zur Gestaltung digitalisierter Arbeitswelten.  

Abteilung Systems Engineering

Der mit der Digitalisierung einhergehende Wandel von mechatronischen hin zu global verteilen Systemen, die über das Internet untereinander sowie mit dem Menschen kommunizieren und im Verbund agieren, bietet vielfältige Innovationspotentiale. Zentrale Herausforderungen in der Entwicklung sind die verstärkte Interdisziplinarität und Komplexität der Systeme selbst. Die Abteilung Systems Engineering beschäftigt sich dabei mit der zentralen Frage, wie sich derart komplexe Systeme effizient entwickeln lassen. Im Mittelpunkt der Herangehensweise steht das Systems Engineering. Es werden Methoden und Ausdrucksmittel erarbeitet, um Experten aller Fachrichtungen zusammenzubringen. Themenschwerpunkte sind Systemanalysen, modulare Architekturgestaltung, die Integration mechanischer und elektrischer Funktionen oder die Gestaltung innovativer Kombinationen aus Sach- und Dienstleistungen. Ferner wird untersucht, wie digitale Technologien wie z.B Augmented und Virtual Reality den Arbeitsalltag in der Produktentwicklung verändern.

Forschungsgruppen Systems Engineering

Mann im Labor, der ein 3D-gedrucktes MID-Teil in ein Tauchbad senkt.
© Fraunhofer IEM / Wolfram Schroll

Integrierte mechatronische Systeme

In der Gruppe Integrierte mechatronische Systeme entwickeln wir Strategien, Methoden, Werkzeuge und Prototypen, die Befähiger für das Internet der Dinge sind. Im Fokus stehen räumlich integrierte Produkte, die sich durch gesteigerte Intelligenz und zunehmende Vernetzung auszeichnen. Die Erschließung von Technologiepotentialen, z. B. für die additive Fertigung, bildet dabei die Ausgangsbasis – von der Befähigung über die Konzeption bis zur gemeinsamen Prototypenentwicklung. Ein wesentlicher Schwerpunkt konnte auf die Verknüpfung von generativen und selektiv metallisierenden Fertigungstechnologien gelegt werden.  

Vier Personen im SE Live Lab, von denen sich zwei Frauen über ein CAD-Modell austauschen.
© Fraunhofer IEM / Wolfram Schroll

Digitale Produktentstehung

Die Digitalisierung der Produktentstehung schreitet innerhalb der Fachdisziplinen durch spezialisierte Softwarewerkzeuge weiter voran. Die Interdisziplinarität und die Beherrschung der Produktkomplexität wird jedoch erst durch Model-Based Systems Engineering (MBSE) erreicht. In der Gruppe Digitale Produktentstehung verfolgen wir das Ziel einer durchgängigen digitalen Produktentstehung unter Berücksichtigung branchenspezifischer Voraussetzungen. Darunter fallen Themen wie Digitaler Zwilling, Einsatz von Verfahren der künstlichen Intelligenz in der Produktentstehung, Produkt Lifecycle Management sowie durchgängige Werkzeugketten.

Vier Personen im SE Live Lab, die am Blackboard CONSENS modellieren.
© Fraunhofer IEM / Wolfram Schroll

Entwicklungsmethodik und -management

Die Komplexität in der Entstehung intelligenter technischer Systeme (z.B. autonome vernetzte Fahrzeuge, Produkt-Service-Systeme etc.) wächst exponentiell. Bestehende Methoden, Prozesse, Hilfsmittel und Organisationsformen reichen nicht aus, um gestiegene Anforderungen zu erfüllen. In der Gruppe Entwicklungsmethodik und -management arbeiten wir an neuen Herangehensweisen zur Unterstützung der Systemarchitekten von Morgen sowie der Einführung von Systems Engineering in Unternehmen Dazu gehören u.a. Schulungskonzepte, Gestaltung von Rollen und Aufgaben, Sensibilisierung und Kommunikationsstrategien.

Zwei Männer sitzen im AR VR Lab und testen einen VR-Handsschuh.
© Fraunhofer IEM / Wolfram Schroll

Augmented und Virtual Reality

Augmented und Virtual Reality sind innovative Technologien, die immer häufiger auch in der Industrie Einzug finden. Wir gestalten intuitive Benutzerschnittstellen entlang der gesamten Produktentstehung. Mit unseren Partnern erforschen wir neue Anwendungsfälle und setzen diese mit neuster Hardware um. Die Technologien sind bei uns Mittel zum Zweck. Mit systematischer Herangehensweise analysieren wir den Einsatzbedarf und realisieren daraus nutzerzentrierte Visualisierungs- und Interaktionslösungen.  

Strategische Initiativen

 

Digital Transformation Office

Das Digital Transformation Office begleitet Unternehmen bei der digitalen Transformation.  

 

SE Live

Unsere Content-Plattform SELive bietet Grundlagen, Trends und Best Practices aus dem Systems Engineering.

Fachgruppen

 

Fachgruppe Industrie 4.0

Begegnen Sie den Herausforderungen der Digitalisierung der Produktion gemeinsam mit anderen Unternehmen.  

 

Fachgruppe Systems Engineering

Tauschen Sie sich mit anderen Experten zur Entwicklung von Engineering- und Produktionsprozessen aus.

Labore

 

AR/VR Lab

Tauchen Sie ein in die faszinierenden Möglichkeiten der Augmented und Virtual Reality.

 

IdeenTriebwerk

Fördern Sie Innovationen in der inspirierenden Arbeitsumgebung des IdeenTriebwerks.

 

MID Lab

Entdecken Sie die Einsatzgebiete von Molded Interconnect Devices (MID) in Kombination mit 3D-Druck.  

 

Systems Engineering Live Lab

Im Systems Engineering Live Lab können Sie schon heute das Engineering der Zukunft ausprobieren.

Videos

Trends und Perspektiven im Systems Engineering

Über 60 Vertreter aus Industrie und Forschung diskutierten bei der Jahresauftaktveranstaltung des Fraunhofer IEM, wie Produkte, Produktion und Prozesse mit Systems Engineering auch in Zukunft erfolgreich entwickelt werden.  

Einblicke in das MID Lab

Im MID Lab des Fraunhofer IEM zeigen wir die Metallisierung von MID-Bauteilen. Nacheinander werden Kupfer, Nickel und Gold chemisch auf die Leiterbahnen aufgetragen.

Augmented Reality für die Entwicklungsarbeit der Zukunft

Der Einsatz von Hologrammen und Augmented Reality revolutioniert die Entwicklungsarbeit der Zukunft und macht die Planung von Maschinen und Anlagen einfacher und kostengünstiger.

Experteninterview zum Thema Industrie 4.0

Die Industrie 4.0-Kompetenzen des Fraunhofer IEM und den Erfolg des Spitzenclusters it's OWL erläutert Prof. Roman Dumitrescu in einem Video von Dassault Systèmes zum Thema Industrie 4.0.

Publikationen im Kontext Produktentstehung

   

2020

Reinhart, F.; von Enzberg, S.; Kühn, A.; Dumitrescu, R.: “Machine Learning for Process-X: A Taxonomy”. Machine Learning for Cyber Physical Systems, Technologies for Intelligent Automation, vol. 11, Springer, 2020.
Japs, S, Kharatyan, A., Tekaat, J., Kaiser, L., Dumitrescu, R.: Method for 3D-Environment Driven Domain Knowledge Elicitaion and System Model Generation, in Proceedings of the 16th International Design Conference (DESIGN 2020), Cavat, Dubrovnik, Croatia, May, 18-21 2020.
Boulougouris, E.; Dahle, M.; Tolo, E.; Papanikolaou, A; Jürgenhake, C.; Svendsen, T; Bjelland, M.; Kanellopoulou, A.; Xing-Kaeding,Y.; Symonds, G.; Stokke, T; Bollaert, P.; Sørfonn, I.; Launes, M.: TrAM – Transport: Advanced and Modular, Proceedings of 8th Transport Research Arena TRA 2020, April 27-30, 2020, Helsinki, Finland

2019

Tekaat, J.; Kharatyan, A.; Anacker, H.; Dumitrescu, R.: Potentials for the Integration of Design Thinking along Automotive Systems Engineering focusing Security and Safety. Proceedings of the International Conference on Engineering Design (ICED 19), Delft, Niederlande, 5.-8. August 2019
Wortmann, N., Jürgenhake, C., Seidenberg,T., Dumitrescu, R., Krause, D.: Methodical approach for process selection in additive manufacturing,  In: Proceedings of International Conference on Engineering Design (ICED 2019), August 4-8, Delft, Netherlands, 2019
Asmar, L; Grigoryan, K.; Low, C.; Roeltgen, D.; Kuehn, A.; Dumitrescu R.: Structuring framework for early validation of product ideas, ICME´10, August 29 - 30 2019, Melaka, 2019
Küster, T.; Masuch, N.; Fähndrich, J.; Tschirner-Vinke, G; Taschner, J.; Specker, M.; Iben, H.; Baumann, H.; Schmid, F.; Stöcklein, J.; Röltgen, D.; Trinoga, M.: A Distributed Architecture For Modular And Dynamic Augmented Reality Processes. In: Proceedings Of The 17th IEEE International Conference On Industrial Informatics (INDIN 2019), July 23-25 2019, Helsinki
Lipsmeier, A.; Kühn, A.; Joppen, R.; Dumitrescu, R.: Process for the development of a digital strategy. In: Teti, R. (Ed.): 13th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering, Gulf of Naples, Italy, 2019
Bretz, L.; Kaiser, L.; Dumitrescu, R.: An analysis of barriers for the introduction of Systems Engineering. In: Procedia CIRP Volume 84, 2019, Pages 783-789
Massmann, M.; Meyer, M.; Dumitrescu, R.; von Enzberg, S.; Frank, M.; Koldewey, C.; Kühn, A.; Reinhold, J.: Significance and Challenges of Data-driven Product Generation and Retrofit Planning. In: Proceedings of the CIRP DESIGN, Mai 2019 (CIRP)
von Enzberg, S.; Sahrhage, P.; Kühn, A.: Big Data-Architekturen – die sicheren Häuser in der Fertigung. In: Fabriksoftware 4/2019, Gito-Verlag Berlin, 2019.
Wortmann, F.; Joppen, R.; Drewel, M.; Kühn, A.; Dumitrescu, R.: Developing and evaluating concepts for a digital platform. IAMOT 2019 – Managing Technology for Sustainable and inclusive Growth, 2019

2018

Röltgen, D.; Bansmann, M.; Nickchen, D.; Wortmann, F.; Dumitrescu, R.: Datenbrillen im Kontext Industrie 4.0 – Bewertung von Anwendungsszenarien von Augmented Reality auf Basis einer Technologie-Roadmap. In: Gausemeier, J. (Hrsg.): 14. Symposium für Vorausschau und Technologieplanung. 8.-9. November 2018, HNI-Verlagsschriftenreihe, Band 385, Paderborn, 2018
Joppen, R.; Enzberg, S.; Kühn, A.; Dumitrescu, R.: A practical Framework for the Optimization of Production Management Processes. The 16th Global Conference on Sustainable Manufacturing, Kentucky, 2018
Mager, T.; Jürgenhake, C.; Dumitrescu, R.: Functionalization of additive manufactured components with laser direct structurable varnish (Arbeitstitel), 13th International Congress Molded Interconnect Devices 2018, September 25th – 27th, Wuerzburg, 2018
Bernijazov, R.; Hillebrand, M.; Bremer, C.; Kaiser, L.; Dumitrescu, R.: Specification Technique for Virtual Testbeds in Space Robotics. 4th International Conference on System-Integrated Intelligence: Intelligent, Flexible and Connected Systems in Products and Production, Hannover, 2018
Dumitrescu, R.; Kühn, A.; Thielemann, S.; Steffen, D: Entwicklung intelligenter technischer Systeme. Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb (ZWF), 113(6), 2018, S. 420-425
Mittag, M.; Rabe, M.; Gradert, T.; Kuehn, A.; Dumitrescu, R.: Building blocks for planning and implementation of smart services based on existing products, CIRP IPS², May 29-31, Linköping, 2018
Kühn, A.; Joppen, R.; Reinhart, F.; Röltgen, D.; Von Enzberg, S.; Dumitrescu, R.: Analytics Canvas Framework for the Design and Specification of Data Analytics Projects. In: CIRP, 2018, May 23-25, Nantes, 2018

Ihre Ansprechpartner

Roman Dumitrescu

Contact Press / Media

Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu

Direktor Forschungsbereich Produktentstehung

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-269

Arno Kühn

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Arno Kühn

Abteilungsleiter Strategische Produkt- und Unternehmensgestaltung

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-323

Harald Anacker

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Harald Anacker

Abteilungsleiter Systems Engineering

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-324

Lydia Kaiser

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Lydia Kaiser

Abteilungsleiterin Systems Engineering

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

Telefon +49 5251 5465-205