Bionik und KI zur nachhaltigen Integration in der Produktentwicklung für einen ressourceneffizienten Leichtbau

Projektträger: Projektträger Jülich (PTJ)

Förderprogramm (BMWK-Projekt): Technologietransfer-Programm Leichtbau

Laufzeit: 07/2021-06/2024

Den Klimawandel eindämmen und gleichzeitig die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit steigern – für viele Unternehmen ist das aktuell eine der größten Herausforderungen. Der Leichtbau gilt insbesondere im Mobilitätssektor als Schlüsseltechnologie, um dieses Ziel zu erreichen. Dank der besonderen Konstruktionsweise, bei der das Produktgewicht so gering wie möglich gehalten wird, können nicht nur Materialkosten, sondern auch CO2-Emissionen während des Betriebs der Fahrzeuge eingespart werden. Emissionsintensive Herstellungs- und Recyclingverfahren werden hierbei jedoch häufig ausgeblendet. Im Verbund-Projekt „Bionik und KI für nachhaltige Integration von Produktentwicklung für einen ressourceneffizienten Leichtbau“ (BIKINI) arbeiten Wissenschaftler der Universität Paderborn mit Partnern aus Forschung und Praxis an einer Lösung, um Nachhaltigkeit entlang der vollständigen Prozesskette sowie über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts zu ermöglichen. Dem Konsortium gehören neben dem Paderborner Lehrstuhl für Produktentstehung 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. Gefördert wird das BIKINI-Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWK) und hat ein Projektvolumen von knapp vier Millionen Euro.

Das Forschungsvorhaben BIKINI adressiert die förderpolitischen Ziele der Programmlinie 3: CO2-Einsparung durch Ressourceneffizienz und -substitution im Technologietransfer Programm Leichtbau. Im Fokus des Vorhabens steht dabei die Berücksichtigung bislang ungenutzter Leichtbaupotentiale und Lebenszyklusphasen spezifischer Ressourceneffizienz durch eine vollständige Restrukturierung der Produktentwicklung. BIKINI schafft methodische Innovationen im Vergleich zu etablierten Entwicklungsmethoden wie der VDI-Richtlinie 2221 [VDI-2221-1]. Die Anhebung des Innovations- und Wertschöpfungspotentials des Leichtbaus wird dabei durch einen KI- & Algorithmen-unterstützten Entwicklungsprozess erreicht, in welchem vertraute und etablierte Bausteine wie die CAD-Konstruktion mit neuen Elementen wie beispielsweise bionischen Leichtbau-Algorithmen vernetzt werden und so eine Art „System-DNA" bilden.

Der Lehrstuhl für Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung hat verschiedene Teilziele in dem Projektvorhaben. Zum einen sollen Expertisen im Bereich der (CAD-)Plattformauswahl genutzt werden, um Schnittstellen definieren zu können und die entstehende Entwicklungsplattform schlagfertig am Markt platzieren zu können. Diese Schnittstellendefinition soll durch geeignete Automatisierungsmöglichkeiten gerade im Bereich der Strukturoptimierung (Topologieoptimierung und Generative Design) maximal unterstützt werden. Zum anderen werden die am Lehrstuhl vorhandenen Fähigkeiten der konzeptionellen Produktionsplanung, gerade im Bereich der additiven Fertigung erweitert, durch die anstehenden Arbeiten in der Produktionsauswahl. Diese soll die wirtschaftlichen Aspekte der Produktionsauswahl und der entstehenden Plattform analysieren und bewerten und so das übergeordnete Thema der Nachhaltigkeit angemessen adressieren.