Generatives Design verändert die Art und Weise, wie wir über den Bau und die Herstellung von Fahrzeugen denken. Dank des Einsatzes fortschrittlicher Algorithmen und der hohen Rechenleistung heutiger Computer sind die Automobilhersteller in der Lage, immer kreativere, effizientere und innovativere Material- oder Designlösungen zu entwickeln.
Was ist generatives Design und was beinhaltet es?
Beim generativen Design werden Computeralgorithmen eingesetzt, um auf der Grundlage bestimmter Parameter und Bedingungen eine Reihe unterschiedlicher Designlösungen zu erstellen. Im Gegensatz zu den traditionellen Design- und Fertigungsprozessen in der Automobilindustrie, bei denen in der Regel ein einziges Konzept manuell erstellt wird, können mit dem generativen Design bis zu Hunderte von Varianten und Szenarien automatisch definiert werden, die dann anhand strenger Kriterien bewertet und optimiert werden. Dieser Ansatz wird heute in verschiedenen Bereichen wie Architektur, Ingenieurwesen und funktionalem Design angewendet. Es ermöglicht Ihnen, ein sehr breites Spektrum an Designoptionen zu erkunden, die oft zu komplex sind, um sie auf traditionelle, manuelle Weise zu verarbeiten. Zu den wichtigsten Aspekten des generativen Entwurfs gehören:
- Automatisierung und Effizienz – Algorithmen analysieren schnell alle verfügbaren Entwurfsoptionen, was Zeit und Ressourcen spart,
- Optimierung – die Fähigkeit, mehrere Optionen in Bezug auf verschiedene Parameter wie Kosten, Robustheit, Gewicht oder Ästhetik zu bewerten,
- Innovation – Entwicklung einzigartiger Lösungen, die mit herkömmlichen Methoden nicht konzipiert und umgesetzt werden könnten,
- Personalisierung – Anpassung der Entwürfe an die individuellen Bedürfnisse der Nutzer oder an spezifische funktionale Anforderungen.
Die ständig steigende Rechenleistung moderner Computer ermöglicht es, eine riesige Anzahl von Design-Permutationen zu verarbeiten, die die Kapazität des menschlichen Gehirns bei weitem übersteigt. Ein solcher Prozess führt zu einem optimalen Design, das viele komplexe Variablen berücksichtigt und Simulationen erstellt, die die Zusammenhänge in der Natur, der Gesellschaft und der unmittelbaren menschlichen Umgebung getreu nachbilden.
Vorteile der Implementierung des generativen Designs
Generatives Design ist heute besonders in der Automobilindustrie von Nutzen, der immer mehr normative und technische Zwänge in Bezug auf Umweltschutz, Energieeffizienz und Sicherheit auferlegt werden. Die Anpassung von Produktionsmethoden, Fahrzeugdesigns und Geschäftsstrategien an die sich verändernde Automobillandschaft wird immer komplexer und erfordert ständige Innovation. Generatives Design und topologische Optimierungsmethoden tragen zur Schaffung innovativer, leichter und langlebiger Bauteile bei. Sie zielen darauf ab, die Kraftstoffeffizienz des Autos zu verbessern und den CO2-Ausstoß zu reduzieren – und zwar nicht nur im Betriebsstadium, sondern auch während der Produktion und Entsorgung des Fahrzeugs. Darüber hinaus ermöglichen sie eine schnelle Anpassung an Markttrends und -erwartungen, die sich in letzter Zeit immer häufiger ändern. Durch die Optimierung der Eliminierung unnötiger Elemente können Sie Kosten senken, die Produktentwicklungszeit verkürzen und innovative Konzepte ohne zusätzlichen Aufwand testen. Generatives Design ist für viele Unternehmen die Antwort auf die immer wiederkehrende Frage,wie die Effizienz in der Automobilindustrie gesteigert werden kann?
Reduzierung der Produktionskosten durch effizienteren Materialeinsatz
Generatives Design ist nicht nur ein innovativer Ansatz zur Erstellung komplexer Designs. Es ist auch ein wirksames Instrument, das von Automobilherstellern eingesetzt wird, um in der Phase der Design-for-Manufacturing-Analyse Kosten zu senken. Mit Hilfe von Algorithmen, die verschiedene Faktoren wie Festigkeit, Gewicht, Materialkosten und den gesamten Herstellungsprozess berücksichtigen, ist es möglich, optimale Entwürfe zu erzielen, bei denen die verfügbaren Ressourcen effizient genutzt werden. Im Prinzip hat jedes Bauteil eines Fahrzeugs, von der kleinsten Schraube über die Sitze bis hin zu den Karosseriekomponenten, das Potenzial für eine topologische Optimierung, die u. a. eine Materialreduzierung beinhaltet. Generative Design-Algorithmen können Millionen von Designmöglichkeiten durchsuchen, um diejenigen zu finden, die das beste Leistungs-Kosten-Verhältnis bieten. Um beispielsweise die Kosten für Kunststoffteile zu senken, können sie möglicherweise vorschlagen, ein anderes Material zu verwenden oder die Form des Teils zu ändern, um das Gewicht zu reduzieren, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Dies kann zu erheblichen Einsparungen führen, sowohl bei den Materialkosten als auch bei der für die Serienproduktion und den Transport benötigten Energie. Dadurch können Automobilunternehmen wettbewerbsfähiger und nachhaltiger werden, was in der dynamischen Automobilwelt von entscheidender Bedeutung ist.
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Verkürzung der für die Entwicklung neuer Produkte benötigten Zeit
Im Rahmen des traditionelle Designprozesses mussten Tausender Seiten durchsucht werden, um Inspirationen und Daten zu den zuvor verwendeten Komponenten zu finden. Die manuelle Erstellung und Korrektur von 3D-Modellen dauerte meist Monate und war mit engen Fristen verbunden. Dies schränkte die Freiheit ein und verschlechterte die Qualität des Projekts, was am Ende oft noch weitere Korrekturen erforderte. Durch die schnelle Umwandlung von 2D-Skizzen in komplexe 3D-Modelle mithilfe von KI kann man heute mit einem Design-Thinking-Ansatz die Produktivität steigern und bessere Ergebnisse im Bereich Produktion und Design erzielen. Durch die automatische Erstellung mehrerer Designiterationen in kurzer Zeit ermöglicht das generative Design eine erhebliche Verkürzung der für die Entwicklung neuer Produkte benötigten Zeit. Dies bedeutet, dass Automobilunternehmen neue Fahrzeugmodelle nun schneller auf den Markt bringen können (Verkürzung der Time-to-Market) und effizienter auf sich ändernde Kundenbedürfnisse und -erwartungen reagieren können. Der erste Schritt im Prozess besteht darin, Kriterien im Projekt zu definieren, wie beispielsweise Anforderungen an mechanische Festigkeit, Gewicht, Produktionskosten und Designmerkmale. Anschließend durchsuchen generative Algorithmen den Proejtkraum und bewerten verschiedene Lösungen. Dadurch können Sie schnell Lösungen identifizieren, die spezifische Anforderungen erfüllen. Mit der zusätzlichen Möglichkeit, virtuelle Haltbarkeitstests und Simulationen durchzuführen, können potenzielle Probleme schnell erkannt und beseitigt werden. Das gibt mehr Sicherheit, dass das Endprodukt effizient und sicher ist und alle normativen Kriterien erfüllt. Falls erforderlich, können die Konstrukteure bestehende Modelle schnell ändern und sie an sich ändernde Markt- oder Gesetzesanforderungen anpassen.
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Variantenübergreifende Tests ohne zusätzliche Kosten
Die Konstruktion mit Hilfe generativer Technologien ermöglicht es, viele verschiedene Varianten eines Bauteils zu testen, ohne die zusätzlichen Kosten für den Prototypenbau und den damit verbundenen Materialaufwand. Dadurch können Forschungs- und Entwicklungsabteilungen umfangreiche Analysen und sehr komplexe Tests neuer Komponenten frei durchführen. Auf diese Weise werden nicht nur Fehler vermieden und die erforderlichen Zertifizierungen schneller erreicht, sondern es können sogar neue, noch nie dagewesene Technologie-, Material- oder Designlösungen gefunden werden. Automobilhersteller können zum Beispiel verschiedene Varianten von Verstärkungsrahmen, Stoßfängern oder Motorkomponenten auf verschiedene Parameter wie mechanische Festigkeit, Haltbarkeit, Funktionalität oder Leistung testen, noch bevor sie tatsächlich produziert werden. Mithilfe fortschrittlicher Visualisierungstechniken sowie detaillierter Simulationen und 3D-Druck können Ingenieure mit verschiedenen Lösungen experimentieren und diejenigen auswählen, die die besten Ergebnisse liefern. Nach Angaben von McKinsey haben sich die F&E-Prozesse von Automobilunternehmen dank generativem Design um 10–20 % verbessert. Künstliche Intelligenz gilt als der größte Verbündete im Bereich der Unterstützung der Produktentwicklung, insbesondere bei Erstausrüstern (OEM), da sie ihnen hilft, eine auf Innovation basierende Geschäftsstrategie aufzubauen.
Beispiele für generative Designanwendungen in der Automobilindustrie
Generatives Design wird heute von vielen Unternehmen der Automobilindustrie eingesetzt. Einige von ihnen nutzen es, um leichtere und effizientere Teile herzustellen, andere, um Karosserien mit aerodynamischeren Formen zu schaffen, was Geschwindigkeit und Reichweite erhöht sowie den Energieverbrauch senkt. Der US-amerikanische Hersteller von Elektromotorrädern, Lightning Motorcycles, nutzt beispielsweise künstliche Algorithmen, um mechanische Komponenten wie Querlenker und andere zu optimieren. General Motors wiederum nutzt generatives Design auf der Grundlage von künstlicher Intelligenz und Cloud Computing, um verschiedene Designlösungen im Bereich der Fahrzeugteile und -komponenten zu untersuchen. Einigen Schätzungen zufolge können die Herstellungskosten von Bauteilen durch generatives Design um etwa 6 bis 20 %, das Gewicht von Bauteilen um 10 bis 50 % und die Entwicklungszeit um 30 bis 50 % gesenkt werden. Das ideale Material für die Automobilindustrie, um solche Ergebnisse zu erzielen, ist der ultraleichte und extrem starke Kunststoff EPP (expandiertes Polypropylen). Er ersetzt herkömmliche, schwerere Materialien, die unter anderem in den Bereichen passive Sicherheit, Innenausstattung oder auch zum Schutz von Autobatterien und Kraftstofftanks eingesetzt werden.
Die Zukunft des generativen Designs in der Automobilindustrie
KI-generatives Design ist bereits ein integraler Bestandteil von Industrie 4.0 und kann dank der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle in der Automobilindustrie spielen. Es ist nicht ausgeschlossen, dass in Zukunft alle neuen Fahrzeuge ausschließlich mit generativen Technologien konstruiert werden. Es ist jedoch zu erwarten, dass künstliche Algorithmen die menschlichen Designer zumindest in den nächsten 20 bis 30 Jahren nicht ersetzen, sondern lediglich als wirksame Unterstützung dienen werden. Ein vollständiger Übergang zum generativen Design erfordert nicht nur die Weiterentwicklung dieser Technologie bis zu dem Punkt, an dem sie z. B. ästhetische Qualitäten eigenständig beurteilen oder kulturelle Aspekte verstehen kann, sondern auch die gesellschaftliche Akzeptanz. Einer der wichtigsten Bereiche, in denen generatives Design erhebliche Auswirkungen haben kann, ist die Entwicklung elektrischer und autonomer Fahrzeuge. Dies ist eine der grundlegenden Technologien, die den Übergang von der Technologie des Verbrennungsmotors (ICE) zu Elektrofahrzeugen (EV) ermöglichen werden. Durch die Optimierung von Form und Gewicht der Komponenten können Reichweite und Effizienz von E-Fahrzeugen schrittweise erhöht werden, was für ihre weitere Verbreitung von entscheidender Bedeutung ist.