In der sehr frühen Phase der Produktentwicklung können bereits über 70 bis 80 % der finalen Eigenschaften eines Produkts festgelegt werden. Auch die Europäische Union betont in ihrer Sustainability Product Policy¹, dass in der Designphase etwa 80 % des ökologischen Fußabdrucks eines Produkts definiert werden. Genau hier setzen Digital Engineering und Design for Sustainability an.

Immer wieder findet man in Studien die Diskussion inwieweit sich die Entwicklung nachhaltiger Produkte mit den ökonomischen Zielen vereinbaren lassen. (z.B. CRI_world-in-balance-2024_13112024_web.pdf²) Interessant ist auch, dass die Gefahr des Greenwashings gesehen wird, wenn der ökologische Fußabdruck nur rechnerisch und nicht tatsächlich im Produktdesign verankert ist.

Design for Sustainability bedeutet das Produkt bereits in einer frühen Entwicklungsphase im Hinblick auf ökologische Metriken zu optimieren. Das schließt genauso die Berücksichtigung funktionaler und ökonomischer Aspekte mit ein. Digital Engineering und Simulation sind seit Jahrzehnten etablierte Methoden, um Produkte frühzeitig hinsichtlich Funktion und Kosten zu optimieren. Design for Sustainability erweitert diese Methoden um Nachhaltigkeitsaspekte. So lässt sich ein Design optimal gestalten und gleichzeitig Wirtschaftlichkeit, Performance und Nachhaltigkeit vereinen. Als Bestandteil des Designprozesses führt es zu Produkten, die tatsächlich den gewünschten Eigenschaften entsprechen und gleichzeitig die unternehmerischen Ziele erfüllen.

Wie kann Design for Sustainability im Unternehmen integriert werden?

Um Design for Sustainability im Unternehmen zu integrieren, muss zunächst ermittelt werden, welche Hebel den größten Einfluss haben. Diese Hebel können die Auswahl ökologisch verträglicherer Materialien, Materialeinsparungen, Ressourceneinsparungen in Produktion, Logistik und Betrieb umfassen. Weitere Hebel sind die Optimierung der Lebensdauer und die Gestaltung effizienter Wiederverwertungsprozesse. Welche Hebel den größten Effekt haben, hängt von den individuellen Gegebenheiten ab.

Ansys Granta: eine durchgängige und vollständig nachvollziehbare Lösung

Die Werkzeuge und Methoden zur Optimierung von Produkten im Hinblick auf die genannten Hebel sind im digital engineering vorhanden. In vielen Fällen spielt die Materialauswahl zusammen mit dem Einfluss der Produktionsprozesse und Logistik eine zentrale Rolle bei der Bestimmung des finalen ökologischen Fußabdrucks. Um in einer frühen Entwicklungsphase verschiedene Varianten korrekt vergleichen zu können, ist eine konsistente Verbindung zwischen ökologischen, ökonomischen und technischen Materialdaten mit der EBOM (engineering bill of material) erforderlich.

Ansys Granta ist ein Material-Wissensmanagementsystem, das all diese Daten verwaltet, Referenzdaten bereitstellt und für die digitale Durchgängigkeit zu CAD und PLM sorgt. Eine solche digitalisierte, durchgängige und stets nachvollziehbare Lösung ist hoch effizient und sicher. So lässt sich Design for Sustainability bereits in der Designphase realisieren.

Verknüpfung der Stücklisten mit Produktionsprozessen und Transportdaten.

Eine zentrale Frage für den praktischen Einsatz ist, wie gut sich dies in einer heterogenen Systemlandschaft umsetzen lässt. Oft kommen in der Entwicklung für PLM, CAD und CAE Werkzeuge von verschiedenen Herstellern zusammen. Um die Datenkonsistenz und die Nachvollziehbarkeit zu gewährleisten ist Ansys Granta mit verschiedenen Schnittstellen ausgestattet, die sich auf die individuellen Gegebenheiten anpassen lassen. Um diese Möglichkeit zu demonstrieren, haben wir einen Workflow für Design for Sustainability in einer beispielhaften heterogenen Systemlandschaft aufgebaut. Ansys Granta als Material-Wissensmanagementsystem wurde mit PTC Creo für den Designprozess und mit Aras als PLM-Tool verbunden.

Wie der Prozess für Design for Sustainability in diesem Beispiel abläuft:

1. Zunächst wird Granta genutzt, um aus dem reichhaltigen Angebot an Referenzdaten nach ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten geeignete Materialien vorauszuwählen. 

2. In Creo werden verschiedene Varianten konstruiert und die entsprechenden Materialien aus Granta zugewiesen. Bereits in Creo wird der BOM Analyzer von Granta genutzt, um die Varianten gegeneinander abzuwägen. 

3. Mittels Simulation in Ansys wird die Funktionalität der verschiedenen Varianten nachgewiesen und optimiert. 

4. Aras als PLM-System verknüpft die Stückliste aus Creo mit Produktionsprozessen und Transportdaten. Mit diesen vollständigen Daten wird mit dem BOM Analyzer eine genaue Gegenüberstellung der Varianten hinsichtlich CO2-Fußabdruck und Ressourcenverbrauch durchgeführt. 

Dies liefert Ergebnisse innerhalb von Sekunden und ist somit jederzeit im Engineering Prozess nutzbar um möglichst früh die richtige Entwicklungsrichtung einzuschlagen. Durch die verknüpfte Verwendung der Daten aus CAD, PLM und Granta ist der Prozess automatisiert und somit sicher und das Ergebnis belastbar. Ohne großen Aufwand entstehen neue Varianten, die den Entwicklungszielen entsprechen. Durch die Verwendung der zentralen Datentöpfe ist automatisch sichergestellt, dass nachfolgende Entwicklungsschritte auf den gleichen Daten aufsetzen.

Das Beispiel zeigt nicht nur die Vorgehensweise, sondern demonstriert auch anschaulich, wie schnell Design for Sustainability in der täglichen Arbeit umgesetzt werden kann. Die bewusste Verbindung zu verschiedenen Werkzeugen in der Systemlandschaft zeigt die Tool-Unabhängigkeit von Ansys Granta und ist ein Beispiel dafür, wie Granta als zentrales Management-Werkzeug für alle Arten von Materialdaten in einer beliebigen Unternehmensumgebung vernetzt werden kann.

¹ EU Sustainability Product Policy

² CRI_world-in-balance-2024_13112024_web.pdf