Die Zuverlässigkeit von CAE-Ergebnissen verbessern

CAE-Tools können, wenn sie korrekt und frühzeitig eingesetzt werden, Ingenieuren helfen, die Produktleistung digital zu analysieren, zu prognostizieren und zu verbessern. Mithilfe von CAE-Software kann das Entwicklungsteam auch mehr Entwurfskonzepte erkunden, die Kosten traditioneller physischer Prototypen vermeiden und im weiteren Entwurfsverlauf schneller fundierte Entscheidungen treffen.

Die ersten CAE-Tools (Computer-Aided Engineering) waren reine Expertenwerkzeuge und wurden von Analytikern genutzt, um Belastungen oder Flüssigkeitsströmungen anhand von digitalen Modellen zu analysieren. Diese Ergebnisse wurden dann den Ingenieuren übergeben, die die Detailkonstruktion anhand der Simulationsergebnisse ggf. entsprechend optimieren sollten.

Wäre es nicht sinnvoller – und zeitsparender –, wenn die Ingenieure ihre Modelle direkt selbst analysieren würden? Die Antwort ist ein klares „Ja“, und die Anbieter begannen, CAE-Tools speziell für Ingenieure einzuführen. Diese neuartige CAE-Software war in die CAD-Software integriert, benutzerfreundlicher, allgemein verständlich und kostengünstiger. Sie richtete sich an Organisationen, die ihren Konstruktionsprozess durch Kostensenkungen und eine kürzere Time-to-Market zu verbessern hofften.

Die Strategie hatte Hand und Fuß, also warum müssen Ingenieure immer noch kämpfen, um sinnvolle, nützliche CAE-Ergebnisse zu erhalten? Durch die verbesserte Benutzerfreundlichkeit wurde die Software bei Ingenieuren beliebter, es kam jedoch auch zu Missbrauch. Ingenieure, die daran gewöhnt sind, von ihrem CAD-Programm ein klares „Ja“ oder „Nein“ zu erhalten, setzen oft zu viel Vertrauen in die typischen Rot/Grün-Darstellungen von Analyseergebnissen, obwohl diese häufig mit Vorsicht zu genießen sind.

Die Teilnahme an Softwareschulungen heißt nicht immer, dass auch valide Ergebnisse erzielt werden. Sehen wir uns eine Möglichkeit an, wie Ingenieure die Verwendung von CAE-Tools verbessern können.

Die richtige Modellierung. Das Problem mit CAE beginnt oft schon beim Modell. Laut einem Bericht von Autosim, einem europäischen Konsortium, das sich auf den Einsatz von Simulation in der Automobilindustrie spezialisiert hat, fließen 80 Prozent des Zeitaufwands von Ingenieuren für die Simulation in die Erzeugung eines Modells.

Doch um gute Ergebnisse zu erzielen, reicht es nicht aus, ein Netz, Randbedingungen und Lasten zu definieren. Die Ingenieure müssen ein Analysemodell so vorbereiten, dass das Problem, das gelöst werden soll, grundlegend darin erfasst wird. Häufig werden diese Probleme in der Software schlecht definiert, was zu unzuverlässigen Ergebnissen führt.

Weitere Probleme sind laut dem Bericht falsche Randbedingungen, unzureichend vernetzte Modelle, unvalidierte Ergebnisse und falsche Materialeigenschaften. Eine weitere Schwierigkeit, mit der Ingenieure im Zusammenhang mit CAE zu kämpfen haben, ist die Beschaffung guter Eingabedaten.

In manchen Fällen sind die technischen Problemstellungen „multiphysikalischer“ Natur und können mit einfacher CAE-Software nicht gelöst werden. Für viele dieser schwierigen Praxisprobleme ist das Fachwissen eines Sachgebietsexperten erforderlich, um sie zu lösen.

Schulungen sind unverzichtbar. Damit Ingenieure CAE-Software richtig verwenden können, müssen sie entsprechende Schulungen erhalten. Der Schulungsschwerpunkt sollte nicht auf der Verwendung eines bestimmten Softwarepakets liegen, sondern auf den praktischen und theoretischen Aspekten der multiphysikalischen Modellierung.

Außerdem sollten die Teilnehmer lernen, wie sie Praxisprobleme effektiv modellieren. Solange die Ingenieure kein grundlegendes Verständnis für die Funktion der Simulationssoftware erworben haben, hat es keinen Sinn, sie mit den spezifischen Merkmalen der Software zu belasten.

Neben Anbieterschulungen bietet auch die NAFEMS, eine internationale Gesellschaft zur Förderung der rechnerischen Simulation, hervorragende CAE-Schulungen an. Diese anbieterneutrale Organisation bietet europaweit und in den USA Schulungen sowie eLearning-Programme und Benchmark-Berichte an.

Die unabhängigen eLearning-Kurse sind für jedes Niveau verfügbar, von praktischen Einführungsstunden bis hin zur nichtlinearen und dynamischen FE-Analyse.

Eine kostenlose Möglichkeit ist das Online-Schulungsangebot OpenCourseWare vom MIT. Es umfasst Vorlesungsnotizen, Hausaufgaben, Prüfungen und Studienmaterialien für Kurse wie „Finite Element Analysis of Solids“ und „Fluids I, II, and III“. Eine weitere Option ist die MIT OCW-Videoreihe „Finite Element Procedures for Solids and Structures“ von Dr. Klaus-Jürgen Bath, einem Pionier in der Entwicklung von nichtlinearer Analysesoftware und Professor am MIT.

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