In einer Zeit, in der Digitalisierung und vernetzte mechatronische Systeme die Produktentwicklung dominieren, gewinnen nachhaltige und ressourcenschonende Ansätze zunehmend an Bedeutung. Das Advanced Systems Engineering (ASE) bietet hierfür die methodische Grundlage, um der wachsenden Komplexität durch ein kreislaufgerechtes Produkt-Produktions-CoDesign zu begegnen. Dieser Ansatz integriert die Prinzipien der Kreislaufwirtschaft in alle Phasen des Produktlebenszyklus – von der Konzeption über die Nutzung bis hin zur Wiederverwendung und dem Recycling.

Die Vision der Kreislauffabrik erweitert dieses Konzept, indem sie Produkte entwickelt, die durch technologisches Update und minimale Nutzung neuer linear produzierter Komponenten den aktuellen Marktanforderungen entsprechen. Durch die Kombination von Struktur und Agilität wird es möglich, zirkuläre Produktionsprozesse in bestehende lineare Systeme zu integrieren und so nachhaltige Wertschöpfung zu realisieren. Dies erfordert eine enge Verzahnung von Produkt- und Produktionsdesign, um innovative, langlebige und reparaturfreundliche Produkte zu schaffen, die sowohl ökologischen als auch ökonomischen Anforderungen gerecht werden. So entsteht eine resiliente Produktionslandschaft, die auf die Herausforderungen eines dynamischen Marktumfelds vorbereitet ist.

Produkt-Produktions-CoDesign beschreibt die hochgradig kollaborativen und parallelisierten folgenden Tätigkeit:

• die iterative Planung, Entwicklung und Realisierung von Produkten
• das zugehörige Produktionssystem bis hin zum effizienten und effektiven Betrieb der Produktion umsetzten
• die Entwicklung zugehöriger Geschäftsmodelle sowie
• Die systematische Außerbetriebnahme von Produkten und Produktionssystemen.

Organisationen müssen dabei sicherstellen, dass die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Abteilungen und Teams reibungslos funktioniert. Dies erfordert geeignete Prozesse und Werkzeuge zur Koordination und Synchroni-sation der Entwicklungsaktivitäten.

Durch das Nutzen des Modells der SGE – Systemgenerationsentwicklung wird ein Rahmen geschaffen, welcher es gezielt ermöglicht neue Generationen auf Basis von Referenzen zu entwickeln. Dies fördert nicht nur die Effizienz und Effektivität der Entwicklungsprozesse, sondern unterstützt auch die Wissensbewahrung und -nutzung innerhalb der Organisation. In diesem Zusammenhang muss die Planung notwendigerweise mehrere Generationen und die entsprechende Entwicklung des Produktions-systems berücksichtigen.

Die Digitalisierung und die damit einhergehenden digital verfügbaren Daten sind ein wesentlicher Befähiger für die Umsetzung eines integrierten Produkt-Produktions-Codesigns. Durch die Vielzahl an Daten aus der Produktion im integrierten Produkt-Produktions-Codesign ist es beispielsweise möglich, Produkt-Funktionsmodelle in Form eines digitalen Abbilds anzureichern. Produkt-Funktionsmodelle beschreiben die Funktionen eines Produkts in Form von Eigenschaften und Relationen auf abstrakter Ebene. Insbesondere bei komplexen Funktionszusammenhängen lässt sich das Produkt auf diese Weise in überschaubare Teilfunktionen strukturieren. Die kontinuierliche Erfassung und Auswertung von Daten aus verschiedenen Phasen des Produktlebenszyklus ermöglichen eine fundierte Entscheidung, die Effizienz, Qualität, Flexibilität und Nachhaltigkeit steigern und gleichzeitig die Kundenbedürfnisse besser erfüllen.

Ein digitales Abbild eines spezifischen Produktes, das dessen Eigenschaften, Zustand und Verhalten durch Modelle, Informationen und Daten beschreibt, wird als digitaler Zwilling bezeichnet. Durch die Zusammenführung von Informationen aus dem Produkt als auch aus dem Produktionssystem mit Hilfe digitaler Zwillinge wird somit ein integratives Produkt-Produktions-CoDesign mit engen Regelkreisen ermöglicht.