Die vielfältigen Anforderungen an technische Simulationen

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Vor einigen Wochen hatte ich ein interessantes Gespräch. Ich unterhielt mich mit dem Vorstand eines Softwareunternehmens, der überlegte, eine neue Softwarefirma für Simulationssoftware zu gründen. Er stellte eine einfache Frage: „Wo besteht bei Simulationen heute der größte Bedarf?“.

Ich will ehrlich sein: Ich konnte die Frage kaum beantworten. Das liegt nicht daran, dass alle Probleme im Bereich der Simulation gelöst sind. Ganz sicher nicht. Die Schwierigkeit lag darin, dass die Antwort je nach dem betroffenen „wem“ und „was“ vollkommen unterschiedlich ausfällt. Die Anforderungen von Simulationsanwendern in unterschiedlichen Phasen des Entwicklungszyklus haben sich stark auseinander entwickelt. Ich erkläre das gleich.

Simulation in der Konzeptentwicklung
Bevor Entwicklungsprojekte offiziell ein Budget erhalten, werden viele mögliche Kandidaten für neue Produkte beurteilt und miteinander verglichen. Dasselbe gilt zu Beginn der Detailkonstruktion, wenn Ingenieure mithilfe von Iterationen unterschiedliche Formen für zentrale Komponenten ausprobieren. Der Schlüssel in beiden Szenarien ist das Verständnis des Konstruktionsraums, damit die besten Entscheidungen getroffen werden.

Daraus ergeben sich spezifische unverzichtbare Fähigkeiten. Die Konzeptgeometrie ist in der Regel eher einfach und repräsentativ, liegt vielleicht sogar in 2D vor. Die Integration in vollständig detaillierte 3D-Modelle im CAD-System ist daher nicht ganz so wichtig. Automatische Simulationsiterationen wie bei der statistischen Versuchsplanung legen das Verhalten im Konstruktionsraum fest. Zu guter Letzt kommt die Topologieoptimierung in Frage, bei der neue mögliche Formen zur Beurteilung vorgeschlagen werden.

Simulation in der Detailkonstruktion
In dieser Phase der Entwicklung gibt es zwei Ziele. Die Benutzer möchten Entwurfsvarianten mit leichten Unterschieden gegenüberstellen, um im Entscheidungsbaum die richtige Verzweigung zu wählen. Zudem müssen die geometrischen Merkmale eines Entwurfs dimensioniert werden.

Was die Simulationsfunktionen anbelangt, benötigen diese Benutzer einige wichtige Funktionalitäten. Eine enge Integration mit der 3D-Modellierung ist unverzichtbar. Ebenso wie die direkte Modellierung, die bei der Vereinfachung und Abstraktion hilfreich ist. Parametrische Optimierung und Sensitivitäten helfen den Benutzern, die richtige Größe der Komponente einzugrenzen, indem sie das richtige Gleichgewicht der Konstruktionskomponenten wie Gewicht, Leistungsziele und maximale Belastung bis zum Versagen finden.

Simulation bei Validierung und Verifizierung
Das Ziel hier ist klar: Entwürfe, die beim Prototypenbau und bei den Tests versagen werden, müssen hier gestoppt werden, damit sie nicht weiterentwickelt werden. Für die Organisation ist dieser Schritt extrem wichtig, um Verzögerungen bei der Fertigungsfreigabe zu vermeiden. Zudem werden dadurch Kosten für den Bau neuer Prototypen und für zusätzliche Testdurchläufe vermieden. Diese Aufgabe fällt in der Regel den Simulationsanalytikern zu, bei denen sich die Simulationsaufträge extrem stauen.

In dieser Phase gewinnt die Genauigkeit der Simulation höchste Bedeutung. Daraus ergibt sich eine Kombination aus Erfassung von Best Practices und Optimierung des Gleichungslösers. Es ist äußerst wichtig, multiphysikalische Zusammenhänge zu berücksichtigen, da strukturmechanische, dynamische, thermische und chemische Phänomene sowie Erregung, Ermüdung und andere Faktoren sehr einfach Fehler verursachen können. Beispielsweise kann die thermische Ausdehnung sich direkt auf die strukturmechanischen Komponenten auswirken. Chemische Reaktionen beeinflussen die Flüssigkeitsdynamik von Flüssigkeiten auf ihrem Weg durch Pumpen und Ventile. Ein Punkt, der oft übersehen wird, ist die große Bedeutung der Simulationsautomatisierung. Da die Warteschlange bei Simulationsanalytikern so lang ist, benötigen sie Tools, mit denen sie ihre Arbeit schneller erledigen und so ihre Bandbreite erhöhen können.

Fazit
Verstehen Sie jetzt, warum diese Frage gar nicht so einfach zu beantworten war?

Überall im Konstruktionsprozess gibt es Herausforderungen im Zusammenhang mit der Simulation. Und mittlerweile entstehen neue Technologien, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Wenn Sie allerdings die Effektivität der Simulation in der Konstruktion verbessern möchten, sei es als Leiter der technischen Entwicklung oder als angehender Chef eines Softwareunternehmens, gibt es die vielfältigsten Probleme zu lösen. Die benötigten Lösungen sind komplett unterschiedlich.

Zusammenfassung und Fragen
Bei der Konzeptentwicklung liegt der Schwerpunkt auf der Untersuchung von Leistungsvariationen im Konstruktionsraum. Eine enge Integration mit der 3D-Modellierung ist nicht so wichtig, Simulationsautomatisierung und Topologieoptimierung sind hingegen von Vorteil.

Bei der Detailkonstruktion geht es darum, das Verhalten leicht variierender Versionen zu vergleichen und Komponenten zu dimensionieren. Eine enge Integration von CAD und direkter Modellierung ist unverzichtbar. Parametrische Optimierung und Sensitivitäten sind äußerst nützlich.

Bei der Validierung und Verifizierung müssen Fehlschläge bei der Prototypenerstellung und in der Testphase unbedingt vermieden werden. Die Bedürfnisse der Benutzer werden von der Genauigkeit der Simulation und von multiphysikalischen Zusammenhängen bestimmt. Simulationsautomatisierung kann von Vorteil sein, da sie die Bandbreite von Simulationsanalytikern mit langen Warteschlangen erweitert.

Nun, das war meine Meinung. Ich freue mich auf eine hoffentlich lebhafte Diskussion. Sehen Sie in diesen unterschiedlichen Phasen der Entwicklung andere Benutzeranforderungen? Inwiefern? Und welche anderen Simulationsfunktionen würden sich Ihrer Meinung nach in diesen verschiedenen Bereichen positiv auswirken? Ich bin gespannt auf Ihre Gedanken.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Bis bald. Vielen Dank an alle Leser!

Anm. d. Red.: Informationen zu den Simulationsprodukten finden Sie auf der Seite zu PTC Creo Simulate. Auf der Seite zur PTC Creo Advanced Simulation Extension können Sie sich ebenfalls weiter informieren.

Die Veröffentlichung dieses Blogbeitrags durch PTC erfolgt in Lizenz. Die Konzepte, Ideen und Meinungen dieses Beitrags wurden von dem Branchenanalysten Chad Jackson von Lifecycle Insights unabhängig ausgearbeitet.

Dieser Eintrag wurde veröffentlicht in Die Creo Technologie, Die Konstruktion neu erfunden, Vorteile von Creo und getagged , , , , . Bookmarken: Permanent-Link. Trackbacks sind geschlossen, aber sie können Kommentieren.

Ein Kommentar

  1. Erstellt am April 2, 2014 um 5:49 am | Permanent-Link

    Hi Chad, great summary on the situation in the mechanically oriented simulation space.

    For my part I see the paradigm evolving to start earlier than that of geometry. Functional simulation (model), based on the requirements of the system rather than simply the mechanics to be precise. This is a level higher than geometry and for some a step too far, but certainly of high value for complex/multidisciplinary projects.

    For my part I think the world of simulation will change radically over the next few years. 1) to take advantage of model based technologies as mentioned above at early and evolving stages of design (through test) and 2) to capture and simulate the whole ‚product‘, ‚assemblies‘ and ‚parts‘ at varying levels of fidelity through the lifecycle. To the latter standards such as FMI will play a large part in allowing this to happen.

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