Sechs Technologien, die Maschinenbauingenieure jetzt beobachten sollten

Es ist nicht weit hergeholt, zu sagen, dass die Produktentwicklung zum Extremsport geworden ist. Um im Wettbewerb bestehen zu können, benötigen Ingenieure hervorragende Kenntnisse der mechanischen Prinzipien und das Knowhow, um Konstruktionstools wie CAD zu bedienen. Doch sie müssen auch andere Bereiche beherrschen, von denen ihnen viele nicht leicht fallen.

Es geht dabei nicht nur um den wachsenden Stapel von Projekten, der sich vor dem Ingenieur türmt. Was zählt, ist die Doppelbelastung aus steigender Produktkomplexität und immer kürzeren Time-to-Market-Zyklen. Entwicklungsteams müssen infolgedessen neue interdisziplinäre Workflows und Technologien einführen, um als Erste mit konkurrenzfähigen Produkten über die Ziellinie zu kommen.

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Möchten Sie Beweise dafür, dass Maschinenbauingenieure mehr wissen müssen? Eine Studie über die Zukunft der technischen Entwicklung, die von der American Society of Mechanical Engineers (ASME) durchgeführt wurde, ergab, dass die Mehrheit der Befragten nicht ganz sicher sind, dass ihre Fähigkeiten ausreichen, um die globalen Herausforderungen in so zukunftsweisenden Bereichen wie Energie, Nanotechnologie und Biomedizin in den kommenden zwei Jahrzehnten zu bewältigen.

Die Teilnehmer nannten zwar 3D-CAD-Software, numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) und Finite-Elemente-Analyse (FEA) als zentrales Handwerkszeug der technischen Entwicklung, sahen aber auch die Notwendigkeit, diese Grundlage mit Knowhow in Bereichen wie Erstellung virtueller Prototypen, Bewegungssimulation und -animation, interdisziplinäre Entwicklung und Softwareentwicklung auszubauen.

Die folgenden sechs Technologien sollte daher jeder Maschinenbauingenieur jetzt beherrschen. Wir erklären Ihnen auch, warum.

Systems Engineering. System Engineering ist zwar seit Jahrzehnten ein Begriff, insbesondere in der Luft-/Raumfahrt und Verteidigungsindustrie. Doch erst jetzt rückt sie in den Mittelpunkt, da vorwiegend mechanische Produkte heute immer mehr mit Elektronik und eingebetteter Software ausgestattet werden.

Maschinenbauingenieure müssen wissen, wie die verschiedenen Systeme zusammenarbeiten, und Systemanforderungen schon in den ersten Phasen des Entwicklungsprozesses berücksichtigen können. Dadurch vermeiden Teams die Silomentalität, die langwierige Entwicklungszyklen und teure Nacharbeit in späten Entwicklungsphasen erst verursacht hat.

Analysegesteuerte Konstruktion. Simulation ist seit Jahren ein wichtiger Bestandteil der technischen Entwicklung und der CAD-Arbeit, war aber traditionell Aufgabe von Simulationsexperten, die spezielle Tools verwenden, dies aber erst in späteren Entwicklungsphasen. Die zunehmende Produktkomplexität schreibt die Regeln neu und zwingt die Entwicklungsteams, Simulationen zu einem regelmäßigen Bestandteil der frühesten Entwicklungsphasen zu machen, sodass Fehler zu einem Zeitpunkt behoben werden können, wenn Änderungen noch weniger zeitintensiv sind.

Zwar sind Simulationsexperten nach wie vor für den Prozess zuständig, doch CAD-Benutzer und Maschinenbauingenieure übernehmen mittlerweile einen Teil der Analysearbeit im Rahmen ihrer täglichen Aufgaben. Das bedeutet, dass Ingenieure die Grundlagen der strukturmechanischen Integrität und Strömungsdynamik beherrschen und diese Prinzipien in die Entwurfsexploration einbinden müssen.

3D-Druck. Virtuelle Prototypen haben die Zahl der physischen Prototypen stark reduziert, doch Entwicklungsteams benötigen auch heute noch ein echtes Modell, um Arbeitskonzepte zu testen. Traditionell entwickeln Ingenieure ein Konzept im CAD-System und schicken es an eine andere Gruppe, um ein physisches Modell anzufertigen. Doch je billiger und benutzerfreundlicher 3D-Drucker werden, umso stärker werden Ingenieure darin bestärkt, 3D-Drucker als integralen Bestandteil des Konstruktionsprozesses zu nutzen. Die Möglichkeit, physische Teile oder frühe Konzepte während des gesamten Entwicklungsprozesses schnell und kostengünstig herzustellen, bewirkt eine drastische Verkürzung der Zykluszeiten.

Eingebettete Software. Ein Auto enthält im Durchschnitt mehr als eine Million Codezeilen und auch Produkte wie Spülmaschinen und Uhren stecken voller eingebetteter Software. Niemand verlangt, dass Maschinenbauingenieure die gängigsten Programmiersprachen beherrschen sollen. Aber es ist durchaus sinnvoll, sich einige grundlegende Programmierkenntnisse anzueignen. Im Rahmen eines Systems Engineering-Ansatzes müssen auch die Teams für Mechanikkonstruktion und eingebettete Software enger zusammenarbeiten und dazu gemeinsame Tools nutzen.

ECAD-Integration. Maschinenbauingenieure müssen sich nicht nur gegenüber der Softwareentwicklung öffnen, sondern auch enger mit der Elektronikabteilung zusammenarbeiten. Neben der normalen Notwendigkeit, kulturelle Hürden zu überwinden und interdisziplinäre Workflows zu entwickeln, sollten sich Maschinenbauingenieure auch mit Tools zur Integration von ECAD- und MCAD-Modellen beschäftigen, damit die gesamte mechanische und elektrische Struktur parallel entwickelt werden kann statt in voneinander abgeschotteten Silos.

Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). Dieser vollkommen neue Bereich hat enorme Auswirkungen darauf, wie Produkte entwickelt werden, und vor allem auch darauf, wie sich Unternehmen neue Erträge rund um den Service erschließen können. Die Entwicklung von Fähigkeiten in den vorhin identifizierten Bereichen – insbesondere Systems Engineering und eingebettete Systeme – ist die Grundvoraussetzung, damit Maschinenbauingenieure sich an den entsprechenden Entwicklungsprojekten beteiligen können. Andere wichtige Bereiche sind grundlegende Kenntnisse von Kommunikationsprotokollen, Instrumentation, Datenverwendung und Sicherheit.

Es ist nicht der richtige Zeitpunkt, um selbstzufrieden zu werden und die Erweiterung der eigenen Fähigkeiten abzulehnen. Als Anlaufstelle für CAD-Fragen sind Ihre Möglichkeiten gegenüber der Anlaufstelle für multidisziplinäre Fragen, die dafür bekannt ist, Projekte optimal zum Laufen zu bringen, eher begrenzt.

Beth-StackpoleBeth Stackpole ist freie Redakteurin bei Desktop Engineering (www.deskeng.com), wo seit fast zehn Jahren über Entwicklungs- und Konstruktionstools berichtet wird.

Dieser Blogbeitrag wurde von PTC gesponsert. Die Konzepte, Ideen und Meinungen in diesem Beitrag wurden von Beth Stackpole unabhängig entwickelt.

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