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Simulation
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19.10.2021

Simulationsautomatisierung

Digitalisierung ohne Simulation ist undenkbar

Simulation ist im Trend – vor allem wenn es um die konstruktionsbegleitende Simulation geht. Dabei werden zwei Vorbehalte immer wieder vorgebracht: Einerseits seien die Konstrukteure mit der Simulation überfordert, andererseits gibt es Ängste, dass Simulationsexperten überflüssig werden. Weder das eine noch das andere ist richtig, sagen Simulationsspezialisten wie Dr. Martin Herrmann von CENIT. Im Gegenteil: Die Simulationsautomation auf der 3DEXPERIENCE-Plattform erleichtert Konstrukteuren ebenso wie Berechnungsexperten die tägliche Arbeit.

In modernen Produktentstehungsprozessen kommt eine breite Palette an Simulationstechnologien zum Einsatz, um Bauteile, Baugruppen und ganze Produkte virtuell zu testen und zu optimieren. So lässt sich die Haltbarkeit und das Verhalten der Produkte im späteren Gebrauch digital nachstellen und verbessern, bevor der erste Prototyp entsteht. Mit wachsender Produktvielfalt und im Bestreben, Material einzusparen und Leichtbau zu betreiben, gewinnt die Simulation stetig an Bedeutung – was wiederum bedeutet, dass die Simulationsabteilungen in vielen Unternehmen chronisch überlastet sind.

Simulation möglichst früh im Prozess der Produktentstehung

Der aktuelle Trend ist, die Simulation möglichst weit vorn im Prozess einzusetzen, um früh von Simulationsergebnissen zu profitieren. Das hat mehrere Gründe, der wichtigste ist sicher, dass Änderungen umso teurer und komplexer werden, je später im Prozess sie stattfinden. Entdeckt man ein Problem erst sehr spät, beispielsweise am physikalischen Prototyp oder in der Vorserie, lässt sich dieses oft nur noch mit hohen Kosten und oft auch nur mit Kompromisslösungen aus dem Weg schaffen.

Die Simulation am Ende der Konstruktionsphase ergänzt den Praxistest. Allerdings liegen auch in dieser Phase schon viele Parameter fest, so dass es großen Aufwand erfordert, tiefgreifende und optimale Änderungen zu implementieren.

Dies gilt umso mehr in modernen Produktentwicklungsumgebungen, in denen Prozesse parallelisiert sind: Dokumentation, Fertigungsplanung, Werkzeug- und Formenbau laufen heute dank integrierter Plattformen oft schon an, wenn das Produkt noch lange nicht fertig ist. Zwar erlauben es durchgängige Datenmodelle, Änderungen schnell in die Parallelprozesse zu übertragen, zusätzlicher Aufwand ist trotzdem notwendig. Es gilt also, die Simulation noch weit früher im Prozess einzusetzen, um den Änderungsaufwand geringstmöglich zu halten.

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CNR Topologie-Optimierung

Optimale Lösung vom Beginn an

First Time Right“ ist das Ziel – von vornherein die optimale Lösung zu finden, jeden Schritt und jede Teillösung möglichst ganz früh zu verifizieren und ständig im Vergleich zur Realität und zu den Anforderungen zu beurteilen. So ließe sich vom Start weg eine gute Lösung finden, die in der Gesamtsimulation am Ende des Prozesses noch den letzten Schliff und die endgültige Bestätigung erhält.

Ein weiterer Grund, Simulation schon sehr früh nutzen zu wollen, ist der wachsende Druck auf die Hersteller, Material zu sparen, leichter zu bauen und mehr Funktionen zu integrieren. Es ist nicht zielführend, ein Produkt komplett durchzukonstruieren und dann auf minimalen Materialeinsatz zu trimmen – Leichtbau muss von Anfang an sozusagen in die DNA des Produkts implementiert werden, beispielsweise indem ein Bauteil nicht mehr nur eine Funktion erfüllt, sondern mehrere. Dabei hilft das sogenannte Generative Design, per Simulation eine Form zu finden, die alle Funktionen in angemessener Weise unterstützt.

Um den Konstrukteuren in frühen Entwicklungsphasen ein zuverlässiges Simulationswerkzeug an die Hand zu geben, muss die Bedienung der Software möglichst einfach sein – nicht nur im Sinne einer leicht erlernbaren Bedien-Oberfläche, sondern in Bezug auf die einzugebenden Parameter. Die 3EXPERIENCE-Plattform hat dafür eine nützliche Funktionalität: vordefinierte Simulationen lassen sich speichern, mit Eingabemasken versehen und veröffentlichen.

Hier kommen wieder die Simulationsexperten ins Spiel – sie definieren die Simulationsvorlagen für die Konstrukteure. Diese können die Vorlagen dann auf ihre Konzepte anwenden und sich darauf verlassen, dass das Setup der Simulation – bei dem das Fachwissen der Berechnungsspezialisten gefragt ist – richtig vordefiniert wurde. Damit lassen sich die Vorbehalte aus der Einleitung entkräften: Weder müssen Konstrukteure fürchten, fehlerhafte Simulationen zu erstellen, wenn sie die vom Spezialisten verifizierten Vorlagen nutzen. Noch werden die Simulationsexperten überflüssig, sondern im Gegenteil zu Coaches der Konstrukteure, die – wie die Simulation selbst – den gesamten Produktentstehungsprozess beratend begleiten.

Die 3DEXPERIENCE-Plattform dient als Klammer für die verschiedenen Werkzeuge und Rollen im Produktlebenszyklus. Zudem ist es möglich, funktionale Simulation als Teil des Systems Engineering als prozessbegleitendes Werkzeug einzusetzen.

Funktionale Simulation – auch 1D-Simulation – bedeutet, dass unabhängig von der späteren technischen Umsetzungen Funktionen mathematisch beschrieben und simuliert werden. Diese Technologie wird unter anderem im Automotive-Sektor immer wichtiger, beispielsweise wenn es darum geht, eine optimale Balance zwischen Reichweite und Gewicht von Elektroautos zu finden oder die Steuerungstechnik zu entwickeln und zu testen, die im Elektroauto hohe Bedeutung hat.

Zukunftspotenziale durch Automatisierung

„Digitalisierung ohne Simulation ist unmöglich“, sagt Dr. Martin Herrmann von CENIT. „Es ist heute schon absehbar, dass wir heute wie auch in der Zukunft nicht genug Simulationsspezialisten auf dem Markt haben, um den Bedarf zu stillen. Die Unternehmen kommen also gar nicht daran vorbei, die vorhandenen Spezialisten durch Automatisierung zu entlasten und intelligente Entwicklungslösungen aufzubauen, in denen die vorhandene Simulationsexpertise mit hoher Effizienz eingesetzt werden kann.“

Herrmann weiter: „CENIT sieht sich hierbei als Treiber, der Unternehmen seine langjährige Erfahrung zur Verfügung stellt, um solche Umgebungen auszubauen. Eine solch umfassende Plattform wie die 3DEXPERIENCE erfordert eine kompetente Analyse, welche Funktionalitäten ein Unternehmen benötigt und wie diese durch Module beziehungsweise Rollen in der Plattform abgedeckt werden können. Da praktisch in jedem Unternehmen bereits etablierte Lösungen eingesetzt werden, geht es auch darum, die bewährten Tools in die Plattform einzupassen oder sie durch 3DEXPERIENCE-Funktionen so zu ersetzen, dass der gewohnte Funktionsumfang bestehen bleibt.“

Hochindividualisierte Produkte, wie sie heute üblich sind, lassen sich ohne Simulation nicht effizient entwickeln. Dabei kommt es zum einen darauf an, die vorhandenen Simulations- und Personalressourcen zielgerichtet einzusetzen. Zum anderen müssen die Konstrukteure dabei unterstützt werden, möglichst schnell und auf geradem Weg zur optimalen Lösung zu kommen. Dann ist die Simulation ein nicht zu unterschätzender Treiber für den Unternehmenserfolg in der Digitalisierung.

Artikeltext zuerst erschienen in Ausgabe 4 2021, Digital Engineering Magazin, S. 38f

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