BIKINI

Bionics and AI for sustainable integration in product development for resource-efficient lightweight construction

Project Management Agency: Project Management Jülich (PTJ)

Funding program (BMWK project): Technology Transfer Program Lightweight Construction

Duration: 07/2021-06/2024

De­scrip­tion

Mitigating climate change while at the same time increasing economic performance - for many companies, this is currently one of the biggest challenges. Lightweight construction is considered a key technology for achieving this goal, particularly in the mobility sector. Thanks to the special design method, which keeps product weight as low as possible, not only material costs but also CO2 emissions can be saved during vehicle operation. However, emission-intensive manufacturing and recycling processes are often ignored in this context. In the joint project "Bionics and AI for sustainable integration of product development for resource-efficient lightweight construction" (BIKINI), scientists from the University of Paderborn are working with partners from research and practice on a solution to enable sustainability along the complete process chain and over the entire life cycle of a product. In addition to the Paderborn Chair of Product Development, the consortium includes the companies EDAG Group, Additive Marking GmbH, Atos Deutschland, Krause DiMaTec GmbH and RHaug GmbH, as well as the Alfred Wegener Institute. The kick-off of the three-year project took place in September. The BIKINI project is funded by the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWK) and has a project volume of almost four million euros.

Goals

The BIKINI research project addresses the funding policy objectives of program line 3: CO2 savings through resource efficiency and substitution in the lightweight construction technology transfer program. The project focuses on the consideration of previously unused lightweight construction potentials and life cycle phases of specific resource efficiency through a complete restructuring of product development. BIKINI creates methodological innovations compared to established development methods such as VDI Guideline 2221 [VDI-2221-1]. The elevation of the innovation and value creation potential of lightweight construction is thereby achieved through an AI & algorithm-supported development process in which familiar and established building blocks such as CAD design are networked with new elements such as bionic lightweight construction algorithms, thus forming a kind of "system DNA".

Re­search at C.I.K.

The Chair of Computer Application and Integration in Design and Planning has several sub-goals in the project. On the one hand, expertise in the area of (CAD) platform selection is to be used in order to be able to define interfaces and to be able to place the resulting development platform on the market in an effective manner. This interface definition is to be maximally supported by suitable automation options, especially in the area of structural optimization (topology optimization and generative design). On the other hand, the capabilities of conceptual production planning available at the chair, especially in the area of additive manufacturing, will be extended by the upcoming work in production selection. This is to analyze and evaluate the economic aspects of the production selection and the emerging platform and thus adequately address the overarching issue of sustainability.

[Trans­late to Eng­lish:] BIKINI

[Translate to English:]

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

Bes­chreibung

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.

Ziele

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.

Forschung am C.I.K.

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.