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Technologie-Partnerschaften für den Mittelstand

Simulation als Wegbereiter für die Digitale Fabrik

Was für Großunternehmen längst gang und gäbe ist, wird auch für kleine und mittlere Unternehmen zunehmend zum Trend: der Einsatz von Simulation und Visualisierung in Entwicklungsprozessen. Ohne aussagekräftige Simulation und digitale Produktentwicklung sind moderne Fertigungsverfahren kaum mehr vorstellbar.

Unternehmen können durch die Virtualisierung ihrer Produktentwicklung Zeit und Kosten sparen, da keine teuren Prototypen entwickelt werden müssen und Simulationen beziehungsweise Visualisierungen weniger aufwändig sind als reale Experimente. Zudem lassen sich Testparameter jederzeit verändern – und so virtuelle Experimente beliebig oft wiederholen und vergleichen. Bild: Sicos BW GmbH

Simulations- und Visualisierungstechnologien werden eingesetzt, um am Computer neue Produkte zu entwickeln und deren Eigenschaften zu prüfen. Die Möglichkeit, physikalische Eigenschaften wie Druck, Temperatur, Geschwindigkeit, Belastung oder Verformung am Computer simulieren und visualisieren zu können, birgt Potenzial für die Verschlankung von Entwicklungsprozessen. Prominente Anwendungsbeispiele in der Welt der großen, engineering-orientierten Unternehmen gibt es entsprechend viele: Das Crashverhalten von Fahrzeugen, Strömungen in Turbinen oder die Aerodynamik von Flugzeugen. Doch auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU) denken immer öfter darüber nach, wie sie solche Technologien in ihrem Unternehmen einsetzen können und wie sie das bislang verschenkte Potenzial für sich nutzbar machen können. Schließlich ist in Zeiten immer kürzerer Produktzyklen bei gleichzeitig steigenden Qualitätsansprüchen der Einsatz virtueller Technologien als Vorstufe zur ‚Digitalen Fabrik‘ längst zum Wettbewerbsfaktor geworden.

Eintrittsbarrieren durch Partnerschaften überwinden

Bei allen möglichen Vorteilen von Simulations- und Visualisierungstechnologien bergen diese für viele KMU einen Nachteil: Sie sind oft sehr anspruchsvoll und benötigen in der Regel leistungsfähige Computer; manchmal müssen sie sogar in großen Rechenzentren betrieben werden. Während Konzerne und Großunternehmen die dafür notwendigen Investitionen meist selbst stemmen können, gestaltet sich dies für kleinere Betriebe oft schwierig. Unzureichende Rechnerkapazitäten auf der einen, aber auch fehlendes technisches Know-how auf der anderen Seite, sind hier oftmals die Regel – und bilden eine hohe Eintrittsbarriere. Mit dieser wird auch KMU, die eigentlich stark vom Einsatz der Simulation und des Höchstleistungsrechnens profitieren könnten, der Zugang zur Nutzung von Simulations- und Visualisierungstechnologien erschwert oder versperrt. Um dieser Problematik Herr zu werden, suchen und finden viele Betriebe inzwischen Partner aus Wissenschaft und Industrie: Neben den großen Höchstleistungsrechenzentren gibt es mittlerweile zahlreiche weitere potenzielle Gegenüber, die den Zugang zu entsprechenden Simulationstechnologien ermöglichen. Hierzu zählen Forschungsinstitute, Softwarehersteller und Dienstleister sowie branchenorientierte Simulationszentren.



Autor Dr. Andreas Wierse (Bild: Sicos BW GmbH)

Einsatzgebiete in nahezu jeder Branche

Da Höchstleistungsrechner für Simulationsaufgaben in großem Umfang im Engineering zum Einsatz kommen, sind die Branchen, für die die Simulations- und Visualisierungstechnologien interessant sind, schwerpunktmäßig im Industrie- und Technologiesektor angesiedelt – wie Automobil- und Fahrzeugbau, Bauen und Gebäudetechnik, Biotechnologie und Medizintechnik, Chemie, Pharmazie, Elektronik und Elektrotechnik, Energie und Umwelt, Luft- und Raumfahrt, Maschinen- und Anlagenbau sowie Transport. Mittels digitaler Werkzeuge bewerten Automobilkonzerne beispielsweise neue Designalternativen, Architekten untersuchen die Funktionsweise der Klimatisierung in Gebäuden, Chemiker bauen neue Moleküle, Ärzte planen Eingriffe anhand von 3D-Grafiken oder Elektrotechniker simulieren Schaltkreise. Aber auch in anderen Bereichen können Simulations- und Visualisierungstechnologien sinnvoll und gewinnbringend eingesetzt werden. Ein Einsatzgebiet dieser Technologien zeigt ein Anwendungsbeispiel aus dem Anlagenbau: Der Bau und Betrieb kraftwerks- und verfahrenstechnischer Anlagen bergen technische Risiken.

Denn jeder Brennstoffwechsel, jede Anlagenmodernisierung und jede Modifikation innerhalb des Gesamtprozesses können den sicheren Anlagenbetrieb gefährden und die laufenden Betriebskosten maßgeblich beeinflussen. Mithilfe von hochleistungsgestützten Simulationsstudien zur Problemanalyse sowie Design- und Prozessoptimierung für industrielle Feuerungen können derartige Risiken im Vorfeld erkannt und vermieden werden. Jeder Anlagenprozess lässt sich in der virtuellen Realität einer 3D-Simulationsumgebung abbilden und in verschiedenen Szenarien testen, ohne den laufenden Betrieb zu stören. Die Problematik: Die Komplexität in modernen Großfeueranlagen ist so hoch, dass eine realistische Berechnung auf Standard-PCs nicht möglich ist, will der Anwender die für die Industrie erforderliche Qualität erreichen. Für KMU kann die Lösung beispielsweise darin bestehen, eine Partnerschaft mit einem universitären Höchstleistungsrechenzentrum einzugehen und dessen vorhandene Rechenkapazität zu nutzen. So macht es zum Beispiel die Stuttgarter Recom Services GmbH, die eine eigene 3D-Simulationssoftware eben für diesen Bereich entwickelt hat und bei Bedarf auf die Ressourcen des Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart (HLRS) zugreift.

Kleine Unternehmen erkennen und nutzen ihre Möglichkeiten

Das Beispiel zeigt stellvertretend für zahlreiche Anwendungsbereiche, dass erste KMU den Trend zur Nutzung von Simulations- und Visualisierungstechnologien aufgreifen und einen Weg gefunden haben, diese in den unterschiedlichen Bereichen sinnvoll und gewinnbringend einzusetzen. Unter Wettbewerbsgesichtspunkten und im Hinblick auf eine optimierte Produktentwicklung ist davon auszugehen, dass zahlreiche weitere einen Weg finden werden, die notwendigen Rechnerkapazitäten und das entsprechende Know-how für einen Einsatz dieser Technologien mithilfe von Partnerschaften zu realisieren.

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