Unternehmen, die das Innovationspotenzial automatisierter Abläufe frühzeitig erkannt haben, setzen Verfahren wie DfMA (Design for Manufacturing and Assembly) zur Unterstützung ihrer Geschäftsziele ein. Credit: Systecon.

• Im Spannungsfeld zwischen Wettbewerbsdruck, Nachhaltigkeitsvorgaben und der Notwendigkeit, sich als attraktive Arbeitgeber für Nachwuchskräfte zu positionieren, sind Unternehmen zunehmendem Innovationszwang ausgesetzt
• Wer neue Möglichkeiten zur ressourcenschonenden Planung, technischen Konzeption und Umsetzung entwickeln kann, hat einen eindeutigen Wettbewerbsvorteil
• KI, digitale Zwillinge, Generatives Design und DfMA setzen kreative Potenziale frei und bringen Innovationen schneller zur Marktreife
• Early Adopter, die das Innovationspotenzial neuer Technologien frühzeitig erkannt haben, ernten bereits heute die Früchte ihrer Investitionen
• Durch Automatisierung werden neue Arbeitsabläufe möglich, die zur Reduzierung von Kosten  sowie zur Prozessintegration und Realisierung von Nachhaltigkeitszielen beitragen

Besonders innovationsfreudige Unternehmen zählen zugleich zu den weltweit wachstumsstärksten. Das gilt allen voran für die Bereiche Produktdesign und Fertigung sowie Architektur, Ingenieurtechnik und Bauwesen: Ein Bericht, der kürzlich von Harvard Business Review Analytic Services in Zusammenarbeit mit Autodesk unter dem Titel „Leveraging Artificial Intelligence and Automation for Return on Investment in Innovation“ veröffentlicht wurde, bescheinigt Unternehmen einen eindeutigen Wettbewerbsvorteil, denen es gelingt, „neue Möglichkeiten zur ressourcenschonenden Planung, technischen Konzeption und Umsetzung zu entwickeln – ganz egal, ob es sich bei dem fertigen Produkt um einen Elektroroller oder einen Wolkenkratzer handelt“.

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Gleichzeitig nimmt auch der Innovationsdruck zu, dem die Unternehmen aufgrund von Kundenerwartungen, Wettbewerbsbedingungen, eigenen Nachhaltigkeitszielen und entsprechenden externen Vorgaben ausgesetzt sind. Als weiterer Faktor kommt die Notwendigkeit hinzu, sich als attraktive Arbeitgeber für die Generation der „Digital Natives“ zu positionieren. 

Wie lassen sich mentale Widerstände, veraltete Arbeitsverfahren und Ambivalenzen gegenüber innovationsfördernden Prozessen innerhalb des Unternehmens überwinden? Im ersten Schritt gilt es, die Rolle der Technologie komplett neu zu definieren.
 

Innovationsmotor Technologie 

In einer zunehmend datenorientierten Welt kann der gezielte Einsatz innovationsfördernder Technologien zum entscheidenden Erfolgsfaktor werden. In einer neuen Studie weist Forrester Research nach, dass Unternehmen, die eine Strategie technologiegestützter Innovation verfolgen, eine um das 2,6-fache höhere Wachstumsrate als weniger technologieaffine Mitbewerber verzeichnen.

Sowohl im Planungs- und Bauwesen als auch in der Fertigungsbranche avanciert die Digitalisierung zunehmend zum Standard. Immer mehr Unternehmen nutzen das Potenzial von Automatisierung, künstlicher Intelligenz (KI), digitalen Zwillingen, Generativem Design und DfMA (Design for Manufacturing and Assembly) zur Skalierung von Innovationsinitiativen bei gleichzeitiger Optimierung der Arbeitsverfahren. Die Auswertung der von diesen Technologien erfassten Daten liefert wertvolle Einblicke in operative Abläufe, die wiederum Entscheidungsprozesse unterstützen.

Nicht zuletzt werden dadurch Bestrebungen um mehr Nachhaltigkeit unterstützt. Angesichts der dringenden Notwendigkeit einer Umstellung auf nachhaltigere Verfahren und Werkstoffe (PDF, siehe S. 11) setzen Unternehmen dieser Branchen „verstärkt auf technologische Lösungen zur Überwindung traditioneller Sachzwänge und Erschließung neuer Arbeitsweisen, die weniger Verschwendung und Kosten verursachen und dafür mehr ganzheitliche, integrierte Arbeitsverfahren ermöglichen“, wie es im bereits zitierten Bericht von Harvard Business Review Analytic Services heißt.

Digitale Zwillinge von Konzeptfahrzeugen wie der mit spinnenartigen Roboterbeinen ausgestattete Geländewagen Elevate absolvieren Testfahrten in simulierten Umgebungen. Dadurch erspart sich das New Horizons Studio von Hyundai den Kosten- und Zeitaufwand für die Entwicklung physischer Prototypen. Credit: Hyundai.
 

Early Adopter profitieren von KI und Automatisierung 

Unternehmen, die heute auf KI setzen, dürfen sich schon in naher Zukunft auf handfeste Gewinne freuen. Einer Prognose von McKinsey zufolge ist davon auszugehen, dass sie bis 2030 ihren Cashflow verdoppeln können.

Von der Ausführung von Simulationen über die Datenanalyse bis hin zur Bewahrung institutionellen Wissens ergibt sich eine Vielzahl von Anwendungsfällen für den Einsatz von KI zur Unterstützung von Innovationen in Produktdesign- und Fertigungsverfahren. KI, digitale Zwillinge, Generatives Design und DfMA können zur Förderung kreativer Ansätze beitragen und Innovationen schneller zur Marktreife bringen.
 

Digitale Zwillinge ermöglichen konstruktive Zusammenarbeit

Die Möglichkeit, mithilfe eines virtuellen Modells dynamische Daten zu physischen Objekten zu erfassen und beide Umgebungen in einer Feedbackschleife miteinander zu verbinden, erschließt sämtlichen Projektbeteiligten neue Optionen zur konstruktiven Zusammenarbeit und effektiven Entscheidungsfindung.

Im New Horizons Studio von Hyundai schöpft man das Potenzial der neuen Technologie bereits voll aus und testet digitale Zwillinge von Konzeptfahrzeugen in digitalen Simulationen. Letztlich soll das System zur eigenständigen Evaluierung der Performance in unterschiedlichen Umgebungen in der Lage sein. Schon jetzt sind die Simulationen so weit ausgereift, dass potenziellen Kunden ein aussagekräftiger Eindruck vom zukünftigen Funktions- und Leistungsumfang der Produkte vermittelt wird. Ihr Feedback wiederum dient den Fahrzeugkonstrukteuren als wertvolle Orientierungshilfe bei der iterativen Verbesserung der Entwürfe ohne den Zeit- und Materialaufwand für den Bau physischer Prototypen.

Leighton Asia etabliert sich unterdessen als Vorreiter in Bezug auf den Einsatz digitaler Zwillinge im Bauwesen. Wie Konzernchef Francesco Tizzan erläutert, wird im ersten Schritt ein dynamisches BIM-Modell zur Integration von Abläufen und Daten während der laufenden Bauarbeiten erstellt. An diesem Modell kann das zuständige Projektteam dann in Zusammenarbeit die erforderlichen Veränderungen vornehmen, bevor es mithilfe von Simulationen und maschinellen Lernalgorithmen weiter optimiert wird, um effizientere Entscheidungsprozesse zu unterstützen und Nacharbeiten auf ein absolutes Minimum zu beschränken. Nach Abschluss der Bauarbeiten dient der digitale Zwilling den Eigentümern als Referenz für den laufenden Betrieb und die Instandhaltung.

Im Rahmen der Automatisierungsinitiative des Architektur- und Planungsbüros Bryden Wood wurden Verkleidungspaneele für die neuen U-Bahnhöfe der Londoner Elizabeth Line werkseitig vorgefertigt. Credit: Bryden Wood. 
 

Innovation durch zukunftsweisende Planungsverfahren

Bedingt durch den Innovationsdruck setzen sich progressive Ansätze wie Generatives Design und DfMA branchenübergreifend zunehmend durch. Generatives Design ist ein iteratives Verfahren zum computergestützten Erstellen und Testen unterschiedlicher Entwurfsoptionen unter Berücksichtigung aller relevanten Planungsziele, Parameter sowie Zwangs- und Nebenbedingungen. DfMA, also die fertigungs- und montagegerechte Planung bzw. Produktgestaltung, unterstützt eine effizientere Zusammenarbeit zwischen den unterschiedlichen Projektbeteiligten – Planungsexperten/Architekten, Ingenieuren, Fertigungswerkstätten, Auftragnehmern und Unterauftragnehmern – im Zuge des gesamten Planungs- bzw. Produktentwicklungsverfahrens zur Realisierung gemeinsamer Ziele.

Das Londoner Architektur-, Ingenieur- und Planungsbüro Bryden Wood konnte durch die Automatisierung und Umstellung auf DfMA die Investitionskosten um bis zu 30 % reduzieren und die Abwicklungsfristen bei vielen Projekten um 20 % verkürzen. Baupläne, deren Erstellung mit herkömmlichen Verfahren 15 Monate gedauert hätte, sind nun innerhalb von zwei Tagen fertig.

The Forge erfüllt als erstes Bauprojekt den Standard für ein Bürogebäude mit Netto-Null-Emissionen des UK Green Building Council. Mithilfe eines plattformbasierten DfMA-Verfahrens wurden standardisierte Einzelteile zur Schnellmontage auf der Baustelle vorgefertigt. Credit: Bryden Wood. 

Bei der Planung des zehnstöckigen Gewerbekomplexes The Forge am Südufer der Themse – dem ersten Bauprojekt, das den Standard für ein Bürogebäude mit Netto-Null-Emissionen des UK Green Building Council erfüllt – konnte Bryden Wood die Möglichkeiten des Generativen Designs voll ausreizen. In einem automatisierten Planungsverfahren wurden standardisierte Einzelteile werkseitig zur Schnellmontage auf der Baustelle vorgefertigt. Effizienzgewinne ergaben sich u. a. durch die Vorfertigung der Hauptträger mit aufeinander abgestimmten Aussparungen für Ver- und Entsorgungsleitungen.

Beispiele wie diese veranschaulichen, wie sich Unternehmen in den Bereichen Produktdesign und Fertigung sowie Architektur, Ingenieurtechnik und Bauwesen neuartige Verfahren wie Generatives Design und DfMA zunutze machen, um Innovation zu fördern und Effizienzgewinne zu erzielen – insbesondere durch engere Zusammenarbeit zwischen allen Beteiligten während des gesamten Prozesszyklus.

Unter heutigen Marktbedingungen ist der Innovationsdruck in den betreffenden Branchen stärker als je zuvor. Die Umstellung auf zukunftsfähige Technologien ist eine wesentliche Voraussetzung zur Bewältigung dieser Herausforderung und Erschließung der damit verbundenen Chancen. Unternehmen, die heute die entsprechenden strategischen Weichenstellungen vornehmen, verschaffen sich mittel- und langfristig entscheidende Wettbewerbsvorteile.