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MODSIM-Prozesse

Optimieren Sie Ihre Wertschöpfung mit durchgehenden Simulationsprozessen entlang der Produktentstehung

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Nachhaltigkeit ist ein Metaziel unserer Zeit. Sie fordert ebenso wie die smarte Industrialisierung ein neues Management des Produktlebenszyklus. Hier erweist sich der Prozess der Modelling und Simulation, kurz MODSIM, als Schlüsselkompetenz. Wird die Simulation entlang der gesamten Produktentstehung eingesetzt, eröffnet sich die Möglichkeit des virtuellen Erprobens. Auf diese Weise können wissensbasiert für zentrale Fragestellungen der Wertschöpfung optimale Lösungen gefunden werden.

MODSIM-Prozesse: Diese Business-Potenziale bieten sie

Mit Modellierung und Simulation wird der digitale Zwilling eines Produkts oder Systems realisiert. Darin steckt großes Potential, die Ziele im Product Lifecycle Managment (PLM) besser zu erreichen. 

Insbesondere öffnet dieser Prozess die Tür zu einem virtuellen Testraum, in dem Unternehmen Effizienz, Nachhaltigkeit und Innovationskraft steigern und dabei Kosten und Time-to-Market reduzieren können. Eine strategische Digitalisierung der Produktentstehung muss Simulation daher als tragendes Element integrieren. 

In vielen Industrien gilt schon heute, dass Neuentwicklungen ohne Simulation nicht mehr wirtschaftlich umsetzbar sind. Beispiel Autobau: Die Produktentwicklung der komplexen Systeme wird von Monaten auf Wochen verkürzt. Dassault Systèmes nennt als Kennzahl bis zu 90 Prozent reduzierte Entwicklungszeit.

Für eine nachhaltige Produktentstehung ist Modellierung und Simulation ein Universalwerkzeug. Vom verringerten Materialaufwand über ressourcenschonende Herstellverfahren bis zur Förderung von Qualität und Langlebigkeit gibt es zahlreiche Ansatzpunkte.

Modellierung und Simulation in jeder Phase der Produktentstehung

Mit Simulationen lassen sich in nahezu jedem Kontext der Produktentstehung Erkenntnisse gewinnen, die Mitarbeitende dazu befähigen, den gesamten Prozess zu optimieren. Dazu gilt es, den MODSIM-Prozess zugänglich zu machen und ihn nicht als isolierte Spezialdisziplin zu behandeln.

Gerade der frühe Einsatz von Simulation bereits in der Konzeptphase verändert die Möglichkeiten der Produktentstehung fundamental. Beim Simulation Driven Design werden Konstrukteure befähigt, Fragestellungen mithilfe numerischer Simulation anzugehen. Der iterative Prozess der Prüfung, Optimierung und qualitativen Validierung von Eigenschaften und Funktionalitäten startet also bereits in der Konzeptphase. 

Zu dem Repertoire früher Erkenntnisressourcen zählt auch die funktionale Simulation auf Systemebene. Ziel ist es hierbei, erste Spezifikationen für das Produkt zu prüfen und festzulegen. Dies basiert nicht auf der CAD-Geometrie. Das System wird vielmehr in der sogenannten 1D-Simulation physikalisch abgebildet. Gerade der Automobilbau arbeitet damit seit vielen Jahren zunehmend.

Modellierung und Simulation als iterativer Prozess helfen
  • Teil- oder Gesamtsystemfragen zu klären
  • bei Management- und Technikentscheidungen

Indem nun Konzept- und Detailierungs-Phase teilweise ineinandergreifen, verlaufen beide Abschnitte effizienter. Das ist umso wichtiger, weil vielfältige, komplexe Anforderungen zur Folge haben, dass immer mehr getestet werden muss.

Auch für die Innovationsfähigkeit bringt eine simulationsgetriebene Produktentwicklung  große Vorteile. Die wissensbasierte Konstruktion kann neue, innovative Designvorschläge hervorbringen, indem sie Ideen in virtuellen Modellen systematisch testet.

Die intensivere Zusammenarbeit von Konstrukteuren und Berechnungsexperten beeinflusst außerdem die „First Time Right“-Rate positiv, also eine optimale Auslegung des Entwurfs bereits im ersten Anlauf. Damit geht einher, dass weniger Kosten durch Testreihen mit physikalischen Prototypen anfallen. Viele Fragestellungen lassen sich vorher bereits mit dem übergreifenden Einsatz von Modellierung und Simulation abschließen.

Ein weiteres Potential von Modellierung und Simulation in der Konzeptphase liegt im sogenannten Frontloading. Die Konstrukteure decken mit dem zusätzlichen Wissen potenzielle Schwachstellen des Produkts auf. Sie beheben die Schwierigkeiten frühzeitig und damit wesentlich kostengünstiger, als erst später in der Produktentstehung.

Deshalb sind MODSIM-Prozesse wichtig für Ihr Unternehmen

Qualität sichern

Eigenschaften und Funktionalitäten werden von Beginn an systematisch in Simulationen geprüft und verbessert, was hochwertige und langlebige Produkte gewährleistet.

Unternehmensziele erreichen

Entwickelte Produkte sind besser, kostengünstiger und kommen schneller auf den Markt – Benefit für Kunden und Unternehmen.

Nachhaltigkeit fördern

Die Form folgt der Funktion – und spart Material.  Der Einsatz optimierter Stoffe und Herstellungsverfahren minimieren den Materialaufwand ebenso.

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Wie Modellierung und Simulation die Wertschöpfung steigern

MODSIM-Prozesse unterstützen Management und Technik bei Entscheidungen über die Auslegung und Umsetzung von Systemen. Unterschiedliche Methoden liefern dazu Erkenntnisse für Weichenstellungen entlang der Produktentstehung. 
Fertigungsunternehmen wenden Simulation zum Beispiel an, um: 

  • Anforderungen zu validieren (Berechnungsingenieur*in)
  • qualitative Aussagen über das Bauteil zu erhalten (Konstrukteur*in)
  • neue Konzepte zu erarbeiten (Systemingenieur*in)
  • Fertigungsparameter zu optimieren (Fertigungsingenieur*in) 
  • mehrere Produktanforderungen zu optimieren

In der dynamischen Marktlage und angesichts komplexer Produktanforderungen benötigen Fertigungsunternehmen zügig vielfältige Erkenntnisse. Die Simulation profitiert dabei von fortschrittlicher Software und steigender Rechenleistung, einschließlich Cloud-Ressourcen. Entscheidend für Effizienz und Schnelligkeit ist eine durchdachte Integration in die Prozesse und Daten des Produktlebenszyklus-Managements.

Das kann Simulation heute leisten
  • Multiphysikalische Phänomene gekoppelt lösen
  • Schnelle Ergebnisse für variantenreiche Produkte
  • Digitaler Zwilling für kontinuierliche Optimierungen

Erforderliche Prozess-Schritte

Um passende Antworten zu finden, muss man das Problem klar definieren. Um welche Fragestellungen geht es und welche Zielsetzung ergibt sich daraus für die Modellierung und Simulation? Dabei können zum Beispiel die Funktionsweise, Leistung und Zuverlässigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen und Umwelteinflüssen betrachtet werden. Auch die Klärung von Fragestellungen zur Fertigung ist möglich, zum Beispiel, ob kostengünstigere Verfahren infrage kommen. 

In der Modellierung wird nun ein mathematisches Modell erstellt, welches alle relevanten Dimensionen abbildet. Die Randbedingungen des Systems leiten sich aus der vorab erstellten Problemdefinition ab. Dann folgt die eigentliche Simulation: Das Modell wird gelöst und die überprüften Größen können in einer 3D-Ansicht oder als Graph visualisiert werden. 

Auswertung, Optimierung und Fortführung als digitaler Zwilling

Die Auswertung führt zu Schlussfolgerungen und Änderungen im Design, den technischen Eigenschaften, dem Material oder anderen Anforderungen. Mit modernen Software-Applikationen lässt sich das Modell als digitaler Zwilling nutzen, etwa für eine kontinuierliche Optimierung anhand verschiedener sich verändernder Zielgrößen.

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Wie gelingt die Transformation der Simulation?

In der Produktentstehung wird Simulation zukünftig eine zentrale Funktion einnehmen. Es ist entscheidend, hierfür Schnittstellen in den Abläufen und in der IT zu harmonisieren. Die Transformation sollte dabei vom End-to-end-Gedanken ausgehen. 

Ein Beispiel: Es muss für die Zusammenarbeit und genauso auf Datenebene sichergestellt werden, dass Simulationen nicht aufgrund veralteter Daten erfolgen. Redundante Tätigkeiten kosten nicht nur Produktivität – sie sind auch im Hinblick auf den Fachkräftemangel nicht hinnehmbar.

Dieser Wandel zu einer Produktentstehung mit einem schlüssig integrierten MODSIM-Prozess wird dringend gebraucht. Denn der Bedarf an Simulationsergebnissen steigt beständig. Gerade die Experten der Berechnungsabteilung haben heute bereits vielerorts Kapazitätsprobleme. Eine Simulationsstrategie kann jetzt schon für mehr Effizienz sorgen. 

Simulation Driven Design bietet viele Produktivitätsvorteile und sollte daher Teil dieser Strategie sein. 
Dieser Ansatz ermöglicht:

  • Weniger Schleifen zwischen Konstruktion und Simulation 
  • Verkürzter Weg zum validierten Produkt (First Time Right)
  • Weniger Standardfragen in der Berechnungsabteilung 
  • Mehr freie Kapazität für komplexe Modellierungen und Methodenentwicklung 

Die vereinfachten Simulationswerkzeuge für Simulation Driven Design sind in die CAD-Softwareapplikationen integriert. Die Konstrukteure müssen sich also nicht in hochkomplexe Spezialwerkzeuge der Berechnungsexperten einarbeiten. 

Dennoch erfordern diese und weitere Änderungen rund um die Simulation eine verstärkte Aufmerksamkeit für die Organisationsentwicklung. Die Abteilungen der Produktentstehung müssen die Chancen im Neuen erkennen und sich auf die Vision des digitalen Zwillings verständigen. Die Mitarbeitenden benötigen aktuelle Skills, Zugriff auf neue Methoden und leistungsstarke Technologien für den gemeinsamen Aufbruch. 

Wie optimieren Sie Ihre MODSIM-Prozesse?
  • Durchgängige und integrierte Daten und Prozesse 
  • Schrittweise Einführung der konstruktionsnahen Simulation 
  • Lücken bei Materialeigenschaften und Toleranzen schließen

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Welche Aufgaben gibt es in der IT und bei eingesetzten Applikationen?

Einheitliche Datenmodelle und durchgängige digitale Prozesse sind eine Grundvoraussetzung für effiziente MODSIM-Prozesse und zuverlässige Vorhersagen. Mit den heutigen Produktentwicklungsplattformen der kommerziellen Softwarehersteller lässt sich dies erreichen. Sie bieten darüber hinaus die Möglichkeit, den digitalen Zwilling zum Zentrum der Entwicklungszusammenarbeit zu machen. 

Damit Simulation ihre neue Rolle in der Produktentstehung einnehmen kann, müssen die Anwendungen ohne Spezialkenntnisse aus der Berechnung erlernbar sein. Dies ist heute ebenfalls gewährleistet. Zusätzlich sorgen geleitete Workflows und Simulationsvorlagen für Sicherheit. In dieselbe Richtung weisen Modellierungsstandards – sie machen die Daten vergleichbar und sind eine weitere Möglichkeit für mehr Effizienz in den MODSIM-Prozessen. 

Von der IT-Transformation profitiert auch das Simulationsdatenmanagement. Wenn es durchgehende Prozesse und Daten gibt, kann jeder Schritt dokumentiert werde. Damit wird das Lifecycling der Simulationsdaten erreichbar und Rückverfolgbarkeit (Traceability) entsteht. 

Um den erweiterten Einsatz von Simulationswerkzeugen in der Produktentwicklung IT-seitig zu realisieren, bieten sich Software-as-a-Service-Modelle an, weil der Zugang flexibel freigeschaltet werden kann. 

Die Cloud-Nutzung ist auch entscheidend, um den Berechnungsbedarf flexibel zu erfüllen. Anstelle aufwändig gewarteter Rechencluster tritt das flexibel nutzbare Cloud Computing. Zusätzlich macht der Einsatz von Grafikprozessoren die Berechnungen schneller. Das Ergebnis: Die Berechnungskapazität steigt und die Berechnungsdauer kann durch effiziente Parallelisierung erheblich reduziert werden.

Schneller innovative Produkte entwickeln

„First-time-right“ statt „trial-and-error“ so könnte eine kurze Beschreibung des Nutzens von MODSIM-Prozessen lauten. Sie bieten die Möglichkeit, Produkte vom Start an in Bezug auf Design, Materialeigenschaften, Funktion und Fertigungsverfahren optimiert zu entwickeln und sie an sich kontinuierlich verändernde Anforderungen oder Regularien anzupassen. Die Grundvoraussetzung dafür, von Simulationen auf diesem hohen Niveau zu profitieren, sind durchgängige digitale Prozesse. Sie gewährleisten, dass stets mit aktuellen Daten gearbeitet wird und so vollständige und präzise Ergebnisse erzielt werden können.

Diese liefern nicht nur ressourcenschonende Konzepte, sondern ermöglichen auch neue und innovative Produktdesigns. Kurzum: Prozesse für Modellierung und Simulation können Ihre gesamte Entwicklungsabteilung optimieren und Ihr Unternehmen in die Lage versetzen, schneller bessere Produkte zu entwickeln als die Konkurrenz. 

Die Produktentstehung zukunftsfähig machen

Kürzere Entwicklungszeiten und reduzierte Time-to-Market: Das gelingt mit Modellierung und Simulation in jeder Entwicklungsphase.

Mit dem digitalen Zwilling die Wertschöpfung neu definieren

Die Simulation erweckt Ideen und abstrakte CAD-Modelle zum Leben – weitergedacht wird daraus die Virtual Twin Experience.

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