Mit der Integration von Berechnungstools in die CAD-Umgebung lassen sich Entwürfe bereits frühzeitig analysieren und optimieren. Die Berechnungsingenieure erhalten im Rahmen eines solchen Simultaneous Engineering detaillierte Designvariationen, was zu verlässlicheren Produkten in kürzerer Zeit führt. Eine praxisnahe Schulung der Konstrukteure zu Beginn des Einsatzes der Tools und im Laufe der Anwendung hat sich dabei bewährt.
Der Autor: Peter Straetemans, Senior Consultant Sales Division/Business Development/Simulation Applications, Transcat PLM, Karlsruhe
Stetig kürzer werdende Entwicklungszyklen führen dazu, dass im Rahmen der Simulation Konstruktion und Berechnung immer enger zusammenrücken. Unter dem Oberbegriff Simultaneous Engineering spielen dabei CAD-integrierte Berechnung, konstruktionsintegrierte Simulation und FEM für den Konstrukteur eine entscheidende Rolle, da auf diese Weise Konstruktions- und Berechnungsprozesse parallelisiert werden. In verschiedenen Unternehmen der Automobilindustrie konnte Transcat PLM mit dem Simultaneous Engineering bereits beachtliche Prozessoptimierungen realisieren. So können etwa Konstrukteure in den Entwurfsphasen des Simultaneous Engineering mit einer Topologieoptimierung die bestmögliche Nutzung der Bauräume untersuchen und daraus Vorgaben für die ersten Designvarianten ableiten. Für die anschließende Detaillierung kommen dann Verfahren wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) zum Einsatz. Vergleichbare Lösungen gibt es auch für den Bereich der Strömungs- und Mehrkörpersimulation sowie der Toleranzanalyse.
Gemeinsam ist solchen Szenarien, dass durch die CAD-Integration die Berechnungsvorbereitung in der CAD-Umgebung stattfindet, so dass der Anwender seine gewohnte Arbeitsumgebung nicht verlassen muss. Darstellung und Auswertung der Ergebnisse, werden ebenfalls innerhalb des CAD-Systems durchgeführt. Die Randbedingungen der Simulation sind dazu assoziativ mit der Geometrie verbunden, so dass Geometrievarianten schnell und komfortabel untersucht und verglichen werden können. Die für die Gleichungslösung eingesetzten Solver sind dabei übrigens die gleichen wie diejenigen, die in der Berechnungsabteilung zum Einsatz kommen.
Reale Tests lassen sich ersetzen, begleitende Schulungen sind von Vorteil
Mit der Entwicklung von zunehmend leistungsfähigerer Simulationssoftware werden die auf diese Weise ermittelten Ergebnisse immer näher an die Realität herangeführt. In manchen Bereichen ersetzen komplexe Simulationen bereits kostenintensive reale Tests und aufgrund der CAD-integrierten Lösungen erhält die Berechnungsabteilung heute deutlich besser vordimensionierte Konstruktionsentwürfe.
Ein Problem kann allerdings sein, dass Konstrukteure aufgrund des unregelmäßigen Einsatzes der FEM-Anwendungen nur schlecht Erfahrung aufbauen können. Dem lässt sich mit einer praxisnahen Anwenderschulung im Vorfeld und einer guten Betreuung während der Anwendung entgegenwirken. Bewährt hat sich, dass an firmeninternen Schulungen Mitarbeiter aus der Berechnungsabteilung teilnehmen, welche anschließend die Betreuung der Konstrukteure übernehmen.
Eine weitere Unterstützung des Konstrukteurs beim Simultaneous Engineering ergibt sich über Analyse-Templates. Bei vielen Bauteilen sind die Anforderungen an die Simulation ähnlich bis gleich, so dass sich dafür eine Referenzanalyse aufbauen lässt. Das Analyse-Template speichert dazu die definierten Vernetzungsparameter sowie alle gewünschten Ergebnisdarstellungen. Sollen nun ähnliche Bauteile untersucht werden, wählt der Konstrukteur die Vorlage und muss nur die Geometrie anpassen. Auf diese Weise ist auch die Gleichheit der Analyseparameter und somit weitergehend eine Vergleichbarkeit der Analyseergebnisse gewährleistet.
Greift man den Gedanken der Templates auf und führt ihn konsequent weiter, führt dies übrigens zur Automatisierung des gesamten Prozesses, da viele Simulationsabläufe immer wieder auf Basis der gleichen Schritte erfolgen. In diese Prozessautomatisierung lassen sich dann auch Optimierungsstrategien einbauen, womit beispielsweise Bauteile parametergesteuert optimiert werden können. Nach der Untersuchung erhält der Anwender nur noch eine E-Mail mit den Ergebnissen. Der Vorteil: Mit einer solchen Prozessautomatisierung können in gleicher Zeit mehr Simulationen durchgeführt werden. Darüber hinaus stellt die Automatisierung die Reproduzierbarkeit der einzelnen Simulationsschritte und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse sicher. I
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