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Simulation als Self-Service?

Ein Produktleben lang simuliert

Um die Produktideen von morgen schnell und sicher in die Realität zu überführen, muss insbesondere die technische Simulation mitziehen. Sie sollte jeden Ingenieur in allen Lebenszyklen eines Produktes bei der Arbeit unterstützen können. Tatsächlich verschenken Unternehmen schon heute viel Potenzial, wenn sie Simulationssoftware nur für den Designprozess nutzen.

Die Ingenieure nutzen die Möglichkeiten der Simulation, um Tausende von möglichen Entwürfen zu analysieren, bis der bestmögliche Entwurf identifiziert wurde.

Bild: Ansys Germany GmbH

Einer der Marktführer auf dem Feld der Simulation ist der amerikanische Softwarehersteller Ansys. Seit mehr als 50 Jahren unterstützt die Firma Anwender weltweit dabei, ihre Innovationen durch Simulation abzusichern und gleichzeitig Entwicklungskosten sowie -dauer zu reduzieren. In diesem Rahmen tragen die Programme Unverzichtbares etwa zur Entwicklung von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Zügen, Unterhaltungselektronik, Industriemaschinen und Gesundheitslösungen bei. Bei allem Fortschritt in den letzten Jahrzehnten ist der Softwarehersteller davon überzeugt, dass erst ein Bruchteil des Potenzials erschlossen wurde, das in der technischen Simulation steckt. Zumal die Simulation heute in eine neue Ära eintritt, die durch drei grundlegende Änderungen gekennzeichnet ist:

  • Früher war die Simulation eine sehr begrenzte Ressource, die nur bei der Entwicklung von komplexen Industrieprodukten zum Einsatz kam. Mittlerweile ist sie aber zu einem festen Bestandteil im Designprozess (fast) jedes Produkts geworden.
  • Während früher im Zuge der Produktsimulation einzelne Attribute – physikalische Eigenschaften, Komponenten, das Design – untersucht wurden, werden heute eine Unmenge von Designs auf Systemebene mit Interaktionen über mehrere physische und digitale Domänen hinweg analysiert.
  • Vor allem werden Simulationen nicht mehr nur zur Designvalidierung eingesetzt, sondern über den gesamten Zyklus – von der frühen Idee über die Fertigung bis hin zum Betrieb und der Wartung.

Die technische Simulation wird also immer umfassender und beeinflusst die Produktinnovation und -leistung positiv und bietet dem Endverbraucher immer mehr Vorteile. Diese Trends verändern die Art und Weise, wie Ansys seine technische Simulationssoftware entwickelt ebenso wie die Nutzung der Lösungen durch die weltweiten Anwender aus jeder Branche.

Die technische Simulation muss sich zu einem Tool für jeden Ingenieur, für jedes Produkt und für den gesamten Lebenszyklus entwickeln.

Bild: Ansys Germany GmbH

Einfache Produkte gibt es kaum

Heute wird jedes Design bis an die Grenzen des Machbaren ausgereizt, um von den Vorteilen der Verbundwerkstoffe, der additiven Fertigung und der durch Industrie 4.0 möglich gemachten hohen Konnektivität und Automatisierung zu profitieren. Das Ergebnis ist eine neue Generation intelligenter, langlebiger und nachhaltiger Produkte. Man könnte annehmen, dass technische Makrotrends Produkte wie Kraftfahrzeuge negativ beeinflussen, indem sie die Elektrifizierung und Autonomie vorantreiben. Diese digitale Revolution findet jedoch in jeder Branche und für jedes Produkt statt. Simulationen sind in dieser neuen Welt unerlässlich. Nur durch die digitale Simulation aller Produktoptionen, die diese technischen Möglichkeiten bieten, können die notwendigen Einblicke gewonnen werden, um mit den Innovationsführern der Branchen mithalten zu können. Mittlerweile nutzt sogar der Nahrungsmittelkonzern Mars Simulationssoftware zur Optimierung seiner Fertigungsprozesse. Kein Produkt ist zu klein, zu einfach oder zu günstig, um nicht von Simulationen zu profitieren.

Kompromisse vermeiden

Da die Industrie nach immer intelligenteren und effizienteren Produktdesigns verlangt, ist es nicht länger sinnvoll, nur einen einzigen Aspekt einer Leistung oder ein einzelnes Teil isoliert zu betrachten. In der Vergangenheit war dies dagegen sehr wohl üblich. Durch Verbesserungen der Simulationssoftware, der Hardware und den riesigen Sprüngen bei der Verarbeitungsgeschwindigkeit ist es für Ingenieure heute viel einfacher geworden, mehrere Physiken zu untersuchen und die Gesamtleistung eines Produkts zu beurteilen. Das ist ein entscheidender Faktor, denn die Optimierung in einem Bereich kann zu einem Kompromiss in einem anderen führen. Daher wird es immer wichtiger, alle Einflüsse gemeinsam zu simulieren. Anstatt die Simulation zur Verifizierung eines bestimmten Entwurfs zu verwenden, nutzen die Ingenieure die Möglichkeiten der Simulation, um Tausende von möglichen Entwürfen auf der Suche nach dem Optimum zu analysieren. Immer häufiger geht die Simulation von den Anforderungen aus und generiert das Design – und kommt nicht erst dann zum Einsatz, wenn die meisten Designentscheidungen bereits getroffen wurden. So sollen sich die Komplexität moderner Produktdesigns in den Griff bekommen und Innovationen schnell auf den Markt bringen lassen.

Alle Zyklen eines Produktes

Man könnte von einer neuen Ära sprechen, in der jeder Ingenieur zu jeder Zeit während des Designprozesses auf detaillierte Simulationsergebnisse zugreifen kann. Wenn Produkte sich noch in der frühesten Ideenphase befinden, bearbeiten die Designer den Designprozess. Währenddessen können sie ihre ersten Konzepte digital testen und gewonnene Erkenntnisse schon in vorläufige Produktdesigns einbringen. Diese Entwicklung möchte Ansys mit seiner Lösung Discovery Live und anderen Produkten vorantreiben. Immer öfter kommen Simulationen auch in der Fertigungsphase zum Einsatz, wo sie die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Produktion verbessern sollen. In Verbindung mit additiver Fertigung kann die Simulation etwa sicherstellen, dass die Form des fertigen Produktes den Ansprüchen genügt sowie langfristig präzise, kostengünstig und konsistent gefertigt werden kann. Simulationen helfen Unternehmen, je nach Bedarf zu analysieren und offene Fragen zu beantworten. In der folgenden Produktlebensphase kann mittels vernetzter Sensoren am ausgelieferten Produkt eine virtuelle Nachbildung – ein digitaler Zwilling – erstellt werden. Anhand dieser digitalen Entsprechung können Simulationsprogramme weitere Produktinformationen liefern. Darüber hinaus können die Tools auch ‚Was-wäre-wenn-Studien‘ durchführen und kritische Ausfälle oder Wartungsanforderungen vorhersagen. Die Technologie für digitale Zwillinge steckt zwar noch in den Kinderschuhen, aber mit der zunehmenden Weiterentwicklung solcher Lösungen im Kontext von Industrie 4.0 dürfte sie immer mehr an Bedeutung gewinnen. Ansys geht davon aus, dass Simulation im Zusammenspiel mit dem digitalen Zwilling und maschinellen Lernalgorithmen zum zunehmend festen Bestandteil des Produktdesigns und -betriebs wird. Kontinuierliche Verbesserungen der Simulationssoftware werden es einem breiten Nutzerkreis in den Unternehmen einfacher denn je machen, entsprechende Methoden anzuwenden. Wer Simulationen noch auf den Einsatz in der Produktentwicklung oder bei bestimmten Designs reduziert, verspielt viel Potenzial dieser Anwendungen.

Simulation | Produktleben | Heute wird eine Unmenge von Designs auf Systemebene mit Interaktionen über mehrere physische und digitale Domänen hinweg analysiert.

Bild: Ansys Germany GmbH

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