Design ist ein Balanceakt aus Leistung, Kosten und Qualität. Und eine neue Metrik ist hinzugekommen: Nachhaltigkeit. Sie bildet den CO2-Fußabdruck eines Produkts ab. Angefangen von der Gewinnung der Materialen, über die Herstellung von Einzelteilen bis zur Montage vom Endprodukt, seiner Nutzung und dem Ende seines Nutzungszyklus – alles gehört dazu. 80% eines solchen Fußabdrucks wird in der Designphase des Produkts bestimmt. Somit liegt viel Verantwortung in den Händen der Produktdesigner. Ihre Entscheidungen zu Materialien, Aufbau, Produktions- und Montageverfahren, Ressourceneffizienz in der Nutzung sowie das Ermöglichen von Wiederverwendung, Reparaturen, Sanieren, Aufarbeiten und Recycling bestimmen die Umweltwirkungen der Produkte. Jede dieser Entscheidungen hat also Konsequenzen. Doch wie sie positiv gestalten?
Metrik der Nachhaltigkeit
Die Metrik der Nachhaltigkeit steigert die Komplexität des Produktdesigns um eine neue Dimension. Produktdesigner stehen vor der Herausforderung, das optimale Design unter einer Vielzahl an Anforderungen zu schaffen, die sich auch widersprechen können. Die effektivste Strategie, diese Herausforderung zu meistern, ist, Nachhaltigkeit als eine neue Geschäftskennzahl zu etablieren und in das Zentrum der Entscheidungsfindung zu stellen. Mithilfe von digitalen Lösungen wird die Nachhaltigkeitsstrategie in nachhaltige Produkte übersetzt.
‚System von Systemen‘
Traditionelle Design-Ansätze reichen also oftmals nicht mehr aus. Ein intelligenter Designansatz, der das Navigieren der wachsenden Komplexität ermöglicht, setzt auf den Aufbau einer logischen Struktur des Produktes. Sie soll die Abhängigkeiten der Designanforderungen abbilden. Bekannt ist dieser Ansatz als ‚System von Systemen‘. Er erklärt sich so: Die meisten modernen Produkte können nicht als ein einziges System beschrieben werden. Denn für die Entwicklung sind viele technische Disziplinen erforderlich. Die Koordinierung dieser Disziplinen bei der Arbeit an einem Projekt erfordert eine frühzeitige und häufig iterierende Simulation, um die einzelnen Systeme und ihr Zusammenspiel zu verbessern.
Digitaler Zwilling
Diese Simulation wird in erster Linie durch den digitalen Zwilling des Produkts ermöglicht. Die Kombination aus Simulation und multidisziplinärer Optimierung ermöglicht es Produktdesignern, das nachhaltigste Design zu realisieren. Dabei wird das eine Material einem anderen aufgrund seiner Eigenschaften vorgezogen, um die Leistungsindikatoren des Produktes zu erfüllen. Ein anderes Material wird gewählt aufgrund seiner hohen Wiederverwertbarkeit. Die Form eines Teils wird mithilfe eines Fertigungsverfahrens wie 3D-Druck auf Gewicht und Fertigungsabfälle optimiert. Um in der Entwurfsphase die richtigen Nachhaltigkeitsentscheidungen treffen zu können, sind genaue und breit gefächerte Daten erforderlich. Nur so lässt sich ein umfassender digitaler Zwilling erstellen. Weil dieser mit Daten aus der Simulation, der Fertigung und der Wertschöpfungskette versorgt wird, wird er zu einem getreuen Abbild der realen Welt.
Auf Kurs bleiben
Das Kommunikations-Ökosystem muss die gesamte Wertschöpfungskette abdecken. Auf diese Weise erhalten die Designer Zugang zu Beschaffungsinformationen über Materialien und Teilsysteme. Gleichzeitig verwebt ein Product-Lifecycle-Management-System, das auf der Digitalisierung aufbaut, alle Designer und berücksichtigt dabei die verfügbaren Ressourcen des Unternehmens.
Entscheidungen mit Hilfe von KI
Die Zusammenarbeit kann sich über die gesamte Wertschöpfungskette bis zum Ende des Lebenszyklus eines Produkts erstrecken. Produkte für die Kreislaufwirtschaft zu entwickeln, ist aber eine komplexe Herausforderung, wenn alle sechs ‚R‘-Strategien berücksichtigt werden: Reduktion der verwendeten Materialien, Ermöglichen der Wiederverwendung, der Reparatur, des Sanierens und Aufbereitens und Maximieren der Recyclingfähigkeit. Umfang und Variabilität dieser Entscheidungen sind der Grund, warum Simulation und Optimierung mithilfe von digitalen Lösungen zentral sind, um nachhaltiges Design zu realisieren: einfachere Entscheidungen lassen sich automatisieren, komplexe Entscheidungen werden mit künstlicher Intelligenz beschleunigt.
Ganzheitliche Nachhaltigkeitsindikatoren
Entscheidungen müssen in jeder Phase des Produktlebenszyklus bewertet und ganzheitliche Nachhaltigkeitsindikatoren in den digitalen Zwilling integriert werden. So bleiben Leistung, Kosten und Qualität transparent. Dies kann physische Sensoren erfordern, die Diagnose- und Umweltbedingungen sowie den CO2-Fußabdruck und die Materialkosten erfassen. Bei einem größeren Datensatz ist es sogar möglich, virtuelle Sensoren einzubeziehen, die sich auf die im digitalen Zwilling erstellten Modelle stützen.
Nachhaltiges Design
Bei nachhaltigem Design geht es um bewusste Entscheidungen, die auf der kollektiven Intelligenz von Design, Herstellung und Betrieb eines Produkts über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg beruhen. Sie ermöglicht es, ein Produkt mit der geringstmöglichen Anzahl von Ressourcen herzustellen. Dies erfordert einen System-der-Systeme-Ansatz, um einen digitalen Zwilling zu erstellen, der die verschiedenen erforderlichen Disziplinen widerspiegelt. Er muss auch auf einem Ökosystem für Industriedesign aufbauen, das den Fluss wichtiger Echtzeitdaten innerhalb des Unternehmens und mit externen Lieferanten erleichtert. Und es müssen ganzheitliche Nachhaltigkeitsindikatoren einbezogen werden, um fundierte Entscheidungen zu treffen. Nachhaltige Produkte beginnen mit einem nachhaltigen Design, das intelligent durchdacht wird.
