Digitale Reibung vermeiden

Exklusiv in KEM Der Autor Dirk Köhne ist Marketing Manager bei der Contact Software GmbH, Bremen

Ein wesentlicher Grund für diese Probleme liegt in der Unterschiedlichkeit der Konstruktions- und Simulationsdaten: Vor allem die mangelnde Daten- und Prozessintegration zwischen der CAD- und CAE-Welt bewirkt gravierende Reibungsverluste. Ein offenes Simulationsdatenmanagement kann diese Lücke schließen.

Simulation und Berechnung spielen in vielen Branchen, aber besonders in der Automobilindustrie eine immer größere Rolle. Mit Berechnungsmethoden wie der Finite-Elemente-Methode (FEM) lassen sich zum Beispiel Crash- und Schwingungsverhalten, Aerodynamik und sonstige Strömungseigenschaften oder die Sicherheit von Insassen und Fußgängern an virtuellen Prototypen untersuchen, ohne dass dafür „Hardware“ erstellt werden muss. Damit kann der kostspielige und zeitaufwändige Bau von realen Prototypen deutlich reduziert werden. Allerdings gilt es, auf dem Weg zu virtuellen Prototypen einige Hindernisse zu überwinden, denn in der Konstruktion kommen völlig andere Systeme, Prozesse, Methoden und Tools zum Einsatz als in der Simulation.

Die Konstruktion definiert mit CAD-Tools in erster Linie den geometrischen Aufbau eines Produkts aus Bauteilen und deren Eigenschaften, während die numerische Simulation das Funktionsverhalten des Produktes und seiner Komponenten prognostisch in verschieden CAE-Prozessen berechnet. Geometrie- und Funktionsauslegung verwenden aber bis heute kein einheitliches Produktmodell. Hinzu kommt, dass für die Simulation je nach Disziplin und Lastfall unterschiedliche Methoden und Werkzeuge mit jeweils eigenen Berechnungsmodellen zum Einsatz kommen.

Bisher gibt es also weder eine disziplinübergreifende Lösung für die Datenhaltung und Prozesssteuerung zwischen der CAD- und CAE-Welt noch innerhalb der heterogenen CAE-Disziplinen. Dem Simulationsdatenmanagement (SDM) kommt die Aufgabe zu, den bisher fehlenden Zusammenhang zwischen den verschiedenen Modellständen aus CAD-basierter Konstruktion und CAE-basierter Simula- tion herzustellen und transparent zu dokumentieren. Zudem sollte es eine solche Lösung ermöglichen, bereits aufbereitete CAE-Modellkomponenten systematisch für weitere Berechnungen bereitzustellen. Zu den Herausforderungen zählt unter anderem, dass eine Lösung in den meisten Fällen in eine bereits existierende Systemlandschaft implementiert werden muss.

Mit der im Januar 2012 gestarteten Entwicklungspartnerschaft mit Beta CAE unternahm Contact einen ersten Schritt, um den Bereich der Produktabsicherung in die PLM-Prozesskette einzubinden. Die Kooperation zielt darauf ab, die bisherige Lücke zwischen CAD-Konstruktions- und der heterogenen CAE-Berechnungswelt durch ein integriertes Lösungsangebot für das Simulationsdatenmanagement zu schließen.

Contact entwickelt derzeit ein Lösungsmodell, dessen Grundkonzept die frühe Verknüpfung der CAD- und CAE-Prozesse über den Zugriff auf eine einheitliche Datenbasis und die Verwaltung der Simulationsdaten in einer Datenbank ist. Zentrale Bausteine der Lösungsarchitektur sind zum einen ein Teamserver für die Prozesssynchronisation und das logisch zentrale und geltungssichere Datenmanagement (Stichwort: Single Source of Truth), zum anderen sogenannte Workspaces für die agile, dezentrale Definition und Synchronisation von Bauteil- und Simula- tionskonfigurationen im Zusammenspiel mit dem Teamserver. Zusätzliche Vorteile des Lösungsmodells lassen sich im kombinierten Einsatz mit der Contact Fast Modeling Suite und mit den Tools von Beta CAE erschließen.

Eine zentrale Rolle in der Lösungsarchitektur spielen „Workspaces“ und der „Workspace Manager“ von Contact. Dieser ermöglicht eine sichere Nutzung und Verwaltung der dynamischen und teils komplexen Konfigurationen der CAx-Dateien direkt am Arbeitsplatz und im Zusammenspiel mit den jeweiligen CAx-Tools: Die CAx-Dateien werden durchgängig versioniert und als Konfiguration zueinander in Bezug gesetzt. Dabei ermöglicht die besondere Architektur der Workspaces-Technologie, diese Zusammenhänge über Formatgrenzen hinweg bereits auf Autorenebene abzubilden. Dies ist zum Beispiel äußert hilfreich im Änderungsprozess: Sobald aufgrund des Austauschs eines Bauteils ein neuer Stand der CAD-Daten vorliegt, erfolgt automatisch ein Hinweis an den parallel arbeitenden Berechnungsingenieur der NVH- oder Frontcrash-Berechnungsmodelle, die aus diesen CAD-Daten generiert werden.

Den Arbeitsalltag im CAE-Umfeld adressiert der Workspace Manager optimal durch seine umfangreichen Freiheitsgrade, da er – im Gegensatz zu klassischen Datenmanagement-Lösungen – keine starre Kopplung zu Verwaltungstools benötigt, sondern pragmatische Unterstützung für den iterativen Bearbeitungsprozess („Work in Progress“) bietet. Der Benutzer hat weiterhin die Freiheit, den serverseitigen Check-In in verschiedenen „Härtegraden“ durchzuführen. Für Zwischenergebnisse können Dateipakete ohne administrativen Overhead abgelegt und im Team zur Verfügung gestellt werden. Finale Ergebnisse können dezidiert eingecheckt, zum Beispiel mit Relationen zu Produkt-, Anforderungs- oder Funktionsstrukturen, wie auch Lastfällen dokumentiert werden und mit Bezug zu bestimmten Reifegraden freigegeben werden.

Das Modell bietet Automobilherstellern und Zulieferern eine umfassende Lösung für integriertes Simulationsdatenmanagement. Fixpunkt der Entwicklung ist die Schaffung eines Frontends für die integrierte Form- und Funktionsgestaltung basierend auf einer durchgängigen CAx-Prozesskette. Zu den zentralen Vorteilen werden die Beschleunigung des Entwicklungsprozesses in der Phase der Funktionsauslegung und Absicherung, die erleichterte Anpassungsfähigkeit an neue Anforderungen, die Wiederverwendung von aufbereiteten CAE-Modellen durch Nachvollziehbarkeit der Berechnungsergebnisse sowie die Verbesserung der Prognosequalität der Berechnungen zählen.

Im Zusammenspiel mit den Komponenten der Fast Modelling Suite ergibt sich eine nochmals vertiefte CAD-CAE-Prozessintegration. Der zusätzliche Einsatz von Beta CAE-Tools wie „Ansa Pre-Processor“, „μ ETA“ und „Ansa Post-Processor“ erweitert darüber hinaus die Lösung bis auf die Werkzeugebene. Im ersten Umsetzungsschritt werden Contact und Beta CAE mit ihrem Batch-Mesher das integrierte Pre-Processing unterstützen. Entwicklungsziel einer weiteren Ausbaustufe der Lösung ist, die Simulationsergebnisse nicht nur zu verwalten sondern den Herstellern Werkzeuge an die Hand zu geben, mit denen sie die Simulationsergebnisse besser visualisieren, vergleichen und bewerten können.

Mit einer solchen Lösung lassen sich die Simulationsergebnisse eines Entwicklungsprojekts jederzeit in verschiedenen Perspektiven darstellen: aus funktional-konstruktiver Sicht, aus Sicht der Anforderungen oder der Absicherung. Das schließt unter anderem nicht weniger als integriertes Anforderungsmanagement im besten PLM-Sinne ein, das bereits in der Phase der Konzeptentwicklung die Simulation und Validierung des zukünftigen Produktverhaltens unterstützt – und damit die Voraussetzung für einen reibungslosen Übergang in die Serienentwicklung schafft.

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