07.12.2021 – Kategorie: Konstruktion & Engineering

3DExperience-Plattform: Simulationen einfach automatisieren

3DExperience-PlattformQuelle: Gorodenkoff/shutterstock

Simulation liegt im Trend – vor allem wenn es um die konstruktionsbegleitende Simulation geht. Wie die Simulations­automation auf der 3DExperience-Plattform Konstrukteuren und Berechnungsexperten die tägliche Arbeit erleichtert, zeigt dieser Beitrag.

3DExperience-Plattform in der Praxis: Um Bauteile, Baugruppen und ganze Produkte virtuell testen und optimieren zu können, kommt in modernen Produktentstehungsprozessen eine breite Palette an Simulationstechnologien zum Einsatz. So lässt sich die Haltbarkeit und das Verhalten der Produkte im späteren Gebrauch digital nachstellen und verbessern, bevor der erste Prototyp entsteht. Mit wachsender Produktvielfalt und im Bestreben, Material einzusparen und Leichtbau zu betreiben, gewinnt die Simulation stetig an Bedeutung – was wiederum bedeutet, dass die Simulationsabteilungen in vielen Unternehmen chronisch überlastet sind.

3DExperience-Plattform: Der Weg der Simulation

Der aktuelle Trend ist, die Simulation möglichst weit vorn im Prozess einzusetzen, um früh von Simulationsergebnissen zu profitieren. Das hat mehrere Gründe: Der wichtigste ist sicher, dass Änderungen umso teurer und komplexer werden, je später im Prozess sie stattfinden. Entdeckt man ein Problem erst sehr spät, beispielsweise am physikalischen Prototyp oder in der Vorserie, lässt sich dieses oft nur noch mit hohen Kosten und oft nur mit Kompromisslösungen aus dem Weg schaffen.

Die Simulation am Ende der Konstruktionsphase ergänzt den Praxistest. Allerdings sind auch in dieser Phase schon viele Parameter festgelegt, so dass es großen Aufwand erfordert, tiefgreifende und optimale Änderungen zu implementieren.

Dies gilt umso mehr in modernen Produktentwicklungsumgebungen, in denen Prozesse parallelisiert sind: Dokumentation, Fertigungsplanung sowie Werkzeug- und Formenbau laufen heute dank integrierter Plattformen oft schon an, wenn das Produkt noch lange nicht fertig ist. Zwar erlauben es durchgängige Datenmodelle, Änderungen schnell in die Parallelprozesse zu übertragen, zusätzlicher Aufwand ist trotzdem notwendig. Es gilt also, die Simulation weit früher im Prozess einzusetzen, um den Änderungsaufwand geringstmöglich zu halten.

Vom Start weg

„First Time Right“ ist das Ziel – von vornherein die optimale Lösung zu finden, jeden Schritt und jede Teillösung möglichst ganz früh zu verifizieren und ständig im Vergleich zur Realität und zu den Anforderungen zu beurteilen. So lässt sich vom Start weg eine gute Lösung finden, die in der Gesamtsimulation am Ende des Prozesses noch den letzten Schliff und die endgültige Bestätigung erhält.

Ein weiterer Grund, Simulation schon sehr früh einzubinden, ist der wachsende Druck auf die Hersteller, Material zu sparen, leichter zu bauen und mehr Funktionen zu integrieren. Es ist nicht zielführend, ein Produkt komplett durchzukonstruieren und dann auf minimalen Materialeinsatz zu trimmen – Leichtbau muss von Anfang an, sozusagen in die DNA des Produkts, implementiert werden, beispielsweise indem ein Bauteil nicht mehr nur eine Funktion erfüllt, sondern mehrere. Dabei hilft das sogenannte generative Design, per Simulation eine Form zu finden, die alle Funktionen in angemessener Weise unterstützt.

Einfach in der Anwendung

Um den Konstrukteuren in frühen Entwicklungsphasen ein zuverlässiges Simulationswerkzeug an die Hand zu geben, muss die Bedienung der Software möglichst einfach sein – nicht nur im Sinne einer leicht erlernbaren Bedien-Oberfläche, sondern in Bezug auf die einzugebenden Parameter. Die 3DExperience-Plattform von Dassault Systèmes bietet dafür eine nützliche Funktionalität: vordefinierte Simulationen lassen sich speichern, mit Eingabemasken versehen und veröffentlichen.

Hier kommen wieder die Simulations­experten ins Spiel – sie definieren die Simu­lationsvorlagen für die Konstrukteure. Diese können die Vorlagen dann auf ihre Konzepte anwenden und sich darauf verlassen, dass das Setup der Simulation – bei dem das Fachwissen der Berechnungsspezialisten gefragt ist – richtig vordefiniert wurde. Damit lassen sich auch die oftmals herrschenden Vorbehalte entkräften: ­Weder müssen Konstrukteure fürchten, fehlerhafte Simulationen zu erstellen, wenn sie die vom Spezialisten verifizierten Vorlagen nutzen. Noch werden die Simulationsexperten überflüssig, sondern im Gegenteil zu Coaches der Konstrukteure, die – wie die Simulation selbst – den gesamten Produktentstehungsprozess beratend begleiten.

3DExperience-Plattform: Klammer für Werkzeuge und Rollen

Die 3DExperience-Plattform dient als Klammer für die verschiedenen Werkzeuge und Rollen im Produktlebenszyklus. Zudem ist es möglich, funktionale Simulation als Teil des Systems Engineering als prozessbegleitendes Werkzeug einzusetzen.

Funktionale Simulation – auch 1D-Simulation – bedeutet, dass sich unabhängig von der späteren technischen Umsetzung, Funktionen mathematisch beschreiben und simulieren lassen. Diese Technologie wird unter anderem im Automotive-Sektor immer wichtiger, beispielsweise wenn es darum geht, eine optimale Balance zwischen Reichweite und Gewicht von Elektroautos zu finden oder die Steuerungstechnik zu entwickeln und zu testen, die im Elektroauto hohe Bedeutung hat.

Spezialisten durch Automatisierung entlasten

„Digitalisierung ohne Simulation ist unmöglich“, sagt Dr. Martin Herrmann, Manager Numerical Simulation bei Cenit und führt fort: „Es ist bereits absehbar, dass wir heute wie auch in Zukunft nicht genug Simulationsspezialisten auf dem Markt haben, um den Bedarf zu stillen. Unternehmen kommen also gar nicht daran vorbei, die vorhandenen Spezialisten durch Automatisierung zu entlasten und intelligente Entwicklungslösungen aufzubauen, in denen sich die vorhandene Simulationsexpertise mit hoher ­Effizienz einsetzen lässt.

3DExperience-Plattform
Topologie-Optimierung ist ein wichtiges Werkzeug in der konstruktionsbegleitenden Simulation. Grafik: Cenit AG

Cenit sieht sich hierbei als Treiber, der Unternehmen seine langjährige Erfahrung zur Verfügung stellt, um solche Umgebungen auszubauen. Eine solch umfassende Plattform wie 3DExperience erfordert eine kompetente Analyse, welche Funktionalitäten ein Unternehmen benötigt und wie sich diese durch Module beziehungsweise Rollen in der Plattform abdecken lassen. Da praktisch in jedem Unter­nehmen bereits etablierte Lösungen eingesetzt werden, geht es auch darum, die bewährten Tools in die Plattform einzupassen oder sie durch 3DExperience-Funktionen so zu ersetzen, dass der gewohnte Funktionsumfang bestehen bleibt.“

Treiber in der Digitalisierung

Die heutigen hochindividualisierten Produkte lassen sich ohne Simulation nicht effizient entwickeln. Dabei kommt es zum einen darauf an, die vorhandenen Simulations- und Personalressourcen zielgerichtet einzusetzen. Zum anderen müssen Konstrukteure dabei unterstützt werden, möglichst schnell und auf geradem Weg zur optimalen Lösung zu kommen. Dann ist die Simulation ein nicht zu unterschätzender Treiber für den Unternehmenserfolg.

Der Autor Ralf Steck ist freier Fachjournalist.

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