Schwerpunktprogramm der Deutschen Forschungsgemeinschaft ist unter der Leitung der Universit?t Paderborn erfolgreich gestartet
Heutige technische Systeme sind interdisziplin?r, komplex und miteinander vernetzt. Neben der hohen Produktkomplexit?t müssen die Forderungen nach Nachhaltigkeit und Kreislauff?higkeit erfüllt werden. Doch wie gelingt dies bei Produkten, die nicht nur heute, sondern auch in vielen Jahren den Prinzipien der nachhaltigen Ressourcennutzung gerecht werden sollen? Bereits w?hrend der Entwicklung müssen Ingenieur*innen Entscheidungen treffen, die den gesamten Lebenszyklus eines Produkts beeinflussen – von der ersten Idee über die Nutzung bis zur Rückführung. Um die Leistungsf?higkeit der interdisziplin?ren Produktentstehung zu erh?hen, hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Leitung der Universit?t Paderborn das Schwerpunktprogramm ?Hybride Entscheidungsunterstützung in der Produktentstehung“ gestartet. So sollen die komplexen Herausforderungen der Kreislaufwirtschaft, globaler Abh?ngigkeiten und der digitalen Transformation im Maschinen- und Anlagenbau gemeistert werden. Im Kern betreiben die beteiligten Wissenschaftler*innen Grundlagenforschung zum Einsatz von Data Science und künstlicher Intelligenz (KI) in der Produktentstehung. Das Schwerpunktprogramm umfasst sechs Forschungsprojekte, die durch insgesamt elf Universit?ten und mehr als 40 Forscher*innen aus ganz Deutschland bearbeitet werden. 360直播吧 werden über eine Dauer von zun?chst drei Jahren mit rund sechs Millionen Euro gef?rdert.
Herausforderungen in der Produktentstehung meistern
Prof. Dr.-Ing. Iris Gr??ler, Leiterin der Fachgruppe Produktentstehung am Heinz Nixdorf Institut (HNI) der Universit?t Paderborn, koordiniert das Schwerpunktprogramm. 360直播吧 erl?utert: ?In den Projekten erforschen wir, wie wir durch die systematische Einbeziehung von Daten und KI Herausforderungen im Bereich der Produktentstehung überwinden k?nnen.“ Eine besondere Schwierigkeit liegt in der Verfügbarkeit der auszuwertenden Daten. Diese liegen mitunter in sehr gro?en Mengen, in unterschiedlichen Formaten und Sprachen, von verschiedenen Quellen oder in lückenhafter Form vor. Ziel des Schwerpunktprogramms ist es, derart extreme Daten in Form von hybrider Entscheidungsunterstützung zu nutzen. ?Data Science und KI sollen menschliche F?higkeiten in etablierten Verfahren der Ingenieurwissenschaften erweitern. Mit den Erkenntnissen, die wir anstreben, soll es in Zukunft m?glich sein, au?er Betrieb genommene Produkte auf einem h?chstm?glichen Zirkulari?tsniveau in den Produktlebenszyklus zurückzuführen und Anforderungen an Produktionsst?tten abzuleiten“, so Gr??ler. Das Zirkularit?tsniveau quantifiziert, wie effizient Ressourcen innerhalb eines geschlossenen Kreislaufs genutzt, wiederverwendet und recycelt werden, um Abfall zu minimieren und den Abbau neuer, endlicher Ressourcen zu reduzieren.
Projektbeispiel am HNI: ?Design for Capabilities“ (DeCap)
Im Projekt ?DeCap – F?higkeitsgerechte Produktentstehung“, das Teil des neuen Schwerpunktprogramms ist, untersuchen Forscher*innen des Paderborner HNI und des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik der Leibniz Universit?t Hannover, wie bestehende F?higkeiten in der Produktion bereits w?hrend der Entwicklung berücksichtigt werden k?nnen. 360直播吧 erfassen Daten aus dem Produktionsumfeld, werten diese automatisiert aus und leiten daraus F?higkeitsprofile ab. Damit k?nnen Ingenieur*innen zukünftig Produkte so entwickeln, dass diese nicht nur einmalig montiert, sondern auch demontiert und wiederverwendet werden k?nnen. Eine besondere Herausforderung stellt in diesem Forschungskontext die Demontage mit dem Ziel der Remontage dar, da es schwierig ist, den Produktzustand, konkrete Aufgaben und erforderliche F?higkeiten vorab zu planen. Gr??ler gibt ein Beispiel: ?Stellen wir uns ein Mountainbike mit Carbon-Gabel vor, das sportlich im Gel?nde gefahren und irgendwann ausrangiert wird. Kann ausgeschlossen werden, dass das Fahrrad einen schweren Sturz erlebt hat? Eine Carbon-Gabel müsste aufwendig untersucht werden, w?hrend eine Gabel aus Stahl viel einfacher wiederverwendet werden k?nnte.“ Zur Einordnung: Im Gegensatz zu Stahl, bei dem Verformungen oder Risse meist direkt sichtbar oder leicht erkennbar sind, k?nnen in Carbon-Materialien Mikrorisse oder innere Struktursch?den entstehen, die das blo?e Auge nicht erfassen kann. ?Unser Ziel ist es, zukünftig das Fahrrad von Beginn an so zu gestalten, dass die Einzelteile einfach wiederverwendet werden k?nnen“, erkl?rt Gr??ler.
Die Gruppen der Forschenden und die Forschungsziele
Neben der Universit?t Paderborn sind die RWTH Aachen, die TU Berlin, die Ruhr Universit?t Bochum, die TU Chemnitz, die Leibniz Universit?t Hannover, die RPTU Kaiserslautern, die Universit?t Trier und das Karlsruher Institut für Technologie an den Forschungsprojekten des Schwerpunktprogramms beteiligt. 360直播吧 untersuchen sogenannte ?Machine Learning Ersatzmodelle“ (MLS), um herk?mmliche Simulationen für Produktanalyse und -validierung zu verbessern oder teilweise zu ersetzen. Oder sie erm?glichen eine ressourceneffiziente Optimierung für die notwendige Re-Konfiguration bestehender Montagesysteme. Zudem vereinfachen sie Designprozesse und unterstützen Ingenieur*innen bei der Anforderungserfüllung. Eine weitere Gruppe entwickelt ein multimodales KI-System, um aufgabenspezifische Entscheidungsaktivit?ten hinsichtlich spezifischer Anwendungsf?lle zu unterstützen. Dafür verarbeitet sie komplexe Datens?tze. Und auch in Produktionsphasen werden Optimierungspotenziale abgeleitet, damit diese im Designprozess als Entscheidungsunterstützung nutzbar sein k?nnen.
Weitere Informationen zum Schwerpunktprogramm gibt es unter: https://www.spp2443.de/
