Maschinenbauingenieure in Forschung und Entwicklung

Im Bereich Forschung & Entwicklung werden neue Produkte gestaltet, neue Technologien erfunden und kontinuierlich Produkte verbessert. Maschinenbauingenieure in diesem Bereich begleiten Produktionsprozesse von der ersten Skizze bis zum fertigen Produkt.

Tätigkeitsbereiche

Maschinenbauingenieure, die in der Forschung und Entwicklung (F&E) tätig sind, haben die Aufgabe, neue Technologien und Produkte zu entwickeln und bestehende Technologien zu verbessern. Sie arbeiten dabei eng mit Mitarbeitern, z. B. Wissenschaftlern, aus anderen Fachgebieten zusammen, um Lösungen für technische Herausforderungen zu finden.

Werkstoffe auswählen und konstruieren

Ein Bestandteil der Arbeit von Maschinenbauingenieuren ist die Auswahl der richtigen Werkstoffe für die Konstruktion. Maschinenbauingenieure müssen dabei die Anforderungen des Produkts und die Bedingungen, unter denen es eingesetzt wird, berücksichtigen. Sie müssen u. a. mechanische, thermischen oder auch chemische Eigenschaften beachten und die Kosten der Werkstoffe berücksichtigen. Sie arbeiten dabei mit einer Vielzahl von möglichen Werkstoffen. Dazu gehören metallische Werkstoffe, wie Aluminium und Stahl, anorganische nichtmetallische Werkstoffe, wie Glas und Keramik, aber auch Kunststoffe oder organische Naturstoffe wie Holz und Grafit.

Eine weitere wichtige Tätigkeit von Maschinenbauingenieuren in der F&E ist die Durchführung von Simulationen und physikalischen und mathematischen Modellierungen, um reale Prozesse, Strukturen und das Verhalten von Werkstoffen möglichst genau abbilden zu können. Diese ermöglichen es ihnen, die Leistungsfähigkeit und Sicherheit von neuen Produkten und Technologien zu evaluieren, bevor sie in Produktion gehen. Sie nutzen dazu spezielle Software wie Fusion 360, Mathematica und KeyCreator, um die Performance von Produkten und Technologien einzuschätzen und zu verbessern.

Prototypen und Konzepte

Beim Konzipieren setzen Maschinenbauingenieure die Idee eines Produktes oder einer Technologie in ein konkretes Design um. Hierbei werden alle technischen Anforderungen des Produkts, die Erwartungen der Anwender und die geltenden Regeln und Standards berücksichtigt. Maschinenbauingenieure nutzen dazu spezielle Software wie CAD (Computer-aided Design) und FEA (Finite-Elemente-Analyse) Tools, um das Design des Produkts zu erstellen und zu simulieren.

Beispiel

Wenn ein Maschinenbauingenieur in der Forschung & Entwicklung beispielsweise eine neue Anlage für Windenergie konzipiert, arbeitet er hierbei eng mit Produktdesignern zusammen, um das Design der Anlage so zu gestalten, dass es den erhofften Nutzen bringt, allen technischen Anforderungen entspricht und optisch ansprechend aussieht. Dabei verwendet er CAD-Software, um das Design der Anlage zu modellieren und FEA-Tools, um die Belastungen der Anlage in unterschiedlichen Szenarien zu simulieren.

Nachdem das Design erstellt wurde, muss dieses überprüft und optimiert werden, was durch den Bau eines Prototyps geschieht. Die Entwicklung von Prototypen ist ein weiterer wichtiger Punkt im Maschinenbau, da hierbei funktionsfähige Modelle erstellt werden, die das vorherige Design analysieren und testen bevor es in Produktion geht. Je nach Anforderungen, Kapazitäten und Umfang des Projekts können Prototypen auf unterschiedliche Weise erstellt werden.

Analoge Prototypen: Tatsächliche Modelle eines Produkts, einer Maschine oder Anlage, die z. B. durch 3D-Druck oder Handarbeit erstellt werden. Diese Art von Prototypen sind zeit- und kostenaufwendig, ermöglichen aber, die Produkte in der realen Welt zu testen und zu analysieren.

Digitale Prototypen: Simulationen oder Modelle eines Produkts, die mithilfe von geeigneter Software am Computer erstellt werden. Digitale Prototypen sind oft kostengünstiger und schneller zu erstellen als analoge Prototypen, können aber in ihrer Funktionalität auch nur digital getestet werden.

Fertigung und Produktionsprozesse

Wenn Produkte nach Fertigstellung eines Prototyps und der damit verbundenen Tests in Serienproduktion gehen, gibt es Maschinenbauingenieure in der F&E, die dafür verantwortlich sind, Prozesse in der Produktion zu planen und zu optimieren. Aufgaben sind hier sicherzustellen, dass Produktionsprozesse effizient, schnell und kosteneffektiv ablaufen und die richtigen Tools und Maschinen für die Herstellung des Produkts auszuwählen. Ein wichtiger Tätigkeitsbereich für Maschinenbauingenieure ist auch die Erstellung von technischen Dokumenten, Produktionsabläufen und Standards. Sie dokumentieren die Entwicklungsschritte, die getesteten Prototypen und die Ergebnisse durchgeführter Tests. Die Erstellung dieser technischen Unterlagen wird dann auch für die Produktion und Wartungsarbeiten der Produkte verwendet.

Insgesamt sind die Tätigkeiten von Maschinenbauingenieuren in der F&E vielfältig und abwechslungsreich. Sie erfordern eine hohe technische Kompetenz, aber auch die Fähigkeiten, kreativ und flexibel zu sein.

Kompetenzen und Voraussetzungen

Als Grundvoraussetzung, um im Bereich Forschung & Entwicklung im Maschinenbau zu arbeiten, gilt häufig ein akademischer Abschluss in Maschinenbau. Dabei werden besonders häufig Promovierte und Masterabsolventen gesucht und seltener Bachelorabsolventen. Gute Englischkenntnisse spielen eine genauso große Rolle, wie teamorientiertes Arbeiten. Häufig verwendete Tools sind Präsentationssoftware und die gängigen MS-Office-Programme, wie Excel und Word. Idealerweise besitzt man Kenntnisse und Erfahrungen im Projektmanagement und interessiert sich für Programmiersprachen, wie C, C++, Python oder Java. Je nachdem in welcher Branche man arbeitet, sind spezifisches Fachwissen, wie Mechanik und Elektronik sowie Kenntnisse über die jeweiligen Produkte der Branche von Vorteil. Ein ausgeprägtes technisches Wissen über verschiedene Methoden, Werkzeuge, Technologien, Embedded Systems & Mikroprozessoptimierung wird bestenfalls durch einen versierten Umgang in relevanten Softwareprogrammen, wie CAD, FEA-Tools und unterschiedlicher Prüfsoftware ergänzt.

Berufsperspektiven

Im Maschinenbau herrscht eine große Nachfrage nach Ingenieuren im Bereich Forschung & Entwicklung. Die Anzahl an Branchen für die Forschung & Entwicklung ist umfangreich und verschiedene Branchen wie die Automobilbranche, die Luft- und Raumfahrt, die Chemiebranche oder die Pharmabranche suchen vermehrt nach Ingenieuren, um das Tätigkeitsfeld Forschung & Entwicklung zu stärken. Auf dem Arbeitsmarkt gelten mittelständische Anlagen- und Maschinenbauunternehmen als die wichtigsten Innovatoren in der Industrie. Aktuelle Zahlen des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) zeigen, dass die Forschung & Entwicklung im Maschinenbau in den letzten Jahren deutlich an Bedeutung gewonnen hat, was man an den steigenden Investitionen für dieses Tätigkeitsfeld bemerkt. Branchenvertreter bestätigen dem Maschinenbau im Bereich Forschung & Entwicklung trotz Krisen weiterhin stetiges Wachstum. Aber auch die Anzahl der Beschäftigten im Bereich Forschung & Entwicklung im Maschinenbau erfährt ein stetiges Wachstum, wodurch auch die Nachfrage nach gut ausgebildeten Maschinenbauingenieuren steigt.