Die Vorteile der Simulation in der Konzeptentwicklung

Erfassung von Entwicklungsdaten

Die realitätsnahe Ermittlung der Rentabilität von technologischen Anschaffungen ist nicht einfach. Doch anders als bei anderen Tools für die Produktentwicklung ist die Rentabilität von Simulationsanwendungen ziemlich hoch. Wie ich bereits in einem Beitrag im NAFEMS-Blog geschrieben habe, gibt es im Prinzip Vier Arten der Rentabilität bei der Simulation. Größtenteils geht es jedoch darum, mehrere Durchgänge der Prototypenerstellung und -prüfung zu vermeiden und somit hohe Einsparungen zu erzielen.

Als ich mit der Planung für die Simulation Driven Design Study 2013 begann, stellte sich mir dieselbe Frage für den Einsatz der Simulation in der Konzeptentwicklungsphase. Die Ergebnisse waren für mich überraschend. Die Vorteile der Simulation bei der Konzeptentwicklung unterscheiden sich stark von denen bei der Detailkonstruktion. Das möchte ich in diesem Beitrag näher erläutern.

Wertschöpfende Tätigkeiten

Bevor wir zur Rentabilität oder zum Wertangebot kommen, müssen wir verstehen, welche Aktivitäten zu Wertschöpfung führen.

Bei der Detailkonstruktion können Simulationen Konstruktionsentscheidungen bezüglich der Dimensionierung eines einzelnen, vorhandenen Entwurfs unterstützen. In der Konzeptentwicklung hingegen geht es darum, zahlreiche, oft radikal unterschiedliche, Konstruktionsideen gegenüberzustellen und miteinander zu vergleichen. Der Unterschied liegt also in einer Makro- bzw. einer Mikro-Betrachtungsweise.

Ein noch größerer Unterschied tritt allerdings in den Konstruktionsrandbedingungen selbst zu Tage. Bei der Detailkonstruktion dient die Simulation der Einhaltung bestehender Anforderungen. In der Konzeptentwicklung können Simulationen tatsächlich dazu eingesetzt werden, die Randbedingungen selbst zu definieren oder auszugestalten.

Wichtige Funktionen

Bei der Detailkonstruktion, bei der es ja darum geht, einen vorhandenen Entwurf zu verfeinern, sind Simulationstools, die parametrische Änderungen veranlassen, eine gute Wahl. Sie bieten eine assoziative Verknüpfung zwischen CAD- und CAE-Anwendung: Wenn also Änderungen am 3D-Modell vorgenommen werden, wird das Simulationsmodell automatisch aktualisiert. Zudem sind parametrische Sensitivitätsanalysen und Optimierungen enthalten.

Für die Konzeptentwicklung hingegen sind vollkommen andere Funktionen gefordert. Hier sollen möglichst viele unterschiedliche Konzepte in möglichst kurzer Zeit erkundet werden. Entsprechend sind in diesem Fall unstrukturierte Änderungen, beispielsweise durch direktes Modellieren der 2D- und 3D-Geometrie, gefragt. Einschränkungen durch parametrische Features sind unerwünscht. Darüber hinaus sind Technologien wie die Topologieoptimierung, die anhand von Simulationen die Konstruktionsgeometrie vorschlägt, hervorragend geeignet.

Unterschiedlicher Wert

Welchen Wert hat also die Simulation in der Konzeptentwicklung und in der Detailkonstruktion? Die Antworten der 1.005 Teilnehmer an der Simulation Driven Design Study 2013 waren eindeutig.

  • Die zwei wichtigsten Geschäftsziele für die Verwendung von Simulationen in der Detailkonstruktion waren die Erfüllung von Produktanforderungen (76 %) und die Vermeidung von Entwicklungskosten und Verzögerungen (65 %). Alle anderen Antworten lagen unter 50 %.
  • Das wichtigste Geschäftsziel für Simulationen bei der Konzeptentwicklung war die Vermeidung von Entwicklungskosten und Verzögerungen (71 %). Alle anderen Antworten lagen unter 50 %.

Und das ist es, was ich so überraschend fand. Ich hatte andere Antworten erwartet. Die Erfüllung von Produktanforderungen sollte das wichtigste Ziel der Konzeptentwicklung sein.

Warum? Wegen der Konstruktionsrandbedingungen. Bei der Konzeptentwicklung geht es nicht darum, die Randbedingungen einzuhalten, sondern darum, sie zu definieren. Die Vermeidung von Fehlern ist die Aufgabe der Simulation in der Detailkonstruktionsphase. Versucht man stattdessen, eine Konzeptsimulation durchzuführen, ist dies eine vertane Chance, das Entwicklungsprojekt erfolgreich aufzusetzen. Dadurch wiederum sollten sich niedrigere Produktkosten, eine bessere Produktleistung und andere wünschenswerte Produktmerkmale erzielen lassen.

Zusammenfassung und Fragen

  • Bei der Detailkonstruktion dienen Simulationen dazu, einen vorhandenen Entwurf zu verfeinern. Bei der Konzeptentwicklung werden sie eingesetzt, um verschiedene Entwurfskonzepte miteinander zu vergleichen.
  • Schlüsselfunktionen für Simulationsanwendungen für die Detailkonstruktion sind CAD-CAE-Assoziativität und parametrische Optimierungen. Für die Simulation bei der Konzeptentwicklung sind es direktes Modellieren in 2D und 3D sowie Topologieoptimierung.
  • Die Teilnehmer der Simulation Driven Design Study 2013 nannten die Erfüllung von Produktanforderungen und die Vermeidung von Entwicklungskosten und Verzögerungen als wichtigste Geschäftsziele für den Einsatz von Simulationen bei der Detailkonstruktion. Für die Konzeptentwicklung nannten sie die Vermeidung von Entwicklungskosten und Verzögerungen als wichtigste Priorität.
  • Dieser letzte Punkt ist es, mit dem ich nicht einverstanden bin. Durch Simulationen bei der Konzeptentwicklung können Konstruktionsrandbedingungen definiert werden. Es geht nicht um ihre Einhaltung. Der Schwerpunkt sollte auf der Gestaltung dieser Anforderungen liegen.

Sie kennen nun meine Meinung. Jetzt sind Sie dran. Was sollte Ihrer Ansicht nach das Ziel der simulationsgesteuerten Konstruktion in der Konzeptentwicklungsphase sein? Die Diskussion ist eröffnet. Schreiben Sie Ihren Standpunkt einfach in die Kommentare.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Bis bald. Mit freundlichen Grüßen

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