Simulation erspart Aufwand und Zeit

Exklusiv in KEM Der Autor, Dr.Rolf Langbein, ist freier Mitarbeiter der KEM

Werner Müller sitzt vor seinem Bildschirm und beobachtet aufmerksam die Bewegungen, die das Modell einer Windkraftanlage bei sich verändernder Windstärke ausführt. Wenig später zeigen ihm Grafiken und Datenblätter, welche Zustände die Anlage während der Simulation durchlaufen hat und wo gegebenenfalls Schwachstellen deutlich werden.

Dass der Konstrukteur diese Simulationen durchführen kann, verdankt er Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), der laut MSC Software am häufigsten eingesetzten Software für die Simulation mechanischer Systeme. „Adams simuliert und animiert das Bewegungsverhalten von dreidimensionalen mechanischen Systemen realitätsgetreu unter Berücksichtigung aller physikalischen Interaktionen“, erklärt Dr. Tarik El-Dsoki. „Wir betrachten nicht mehr nur das einzelne Bauteil, sondern das gesamte System im Zusammenspiel aller Bauteile untereinander sowie auch die äußeren Einflüsse“, macht der Geschäftsführer der MSC Software GmbH die Möglichkeiten von Adams deutlich.

MSC Software mit Zentrale im kalifornischen Santa Ana entwickelt Computer Aided Engineering (CAE) Software für Simulation und virtuelle Produktentwicklung. Gegründet 1963, hat das Unternehmen heute weltweit Niederlassungen in 20 Ländern mit 1000 Mitarbeitern. Gegliedert in drei große Bereiche – Amerika, Asien und Europa – entwickeln die Software-Spezialisten zum größten Teil in Amerika. „Bestimmte Produkte sind historisch gesehen in Europa angesiedelt“, sagt El-Dsoki, „so haben wir in Holland Entwickler und auch in Deutschland sitzen einige, aber die große Mehrheit ist in den USA.“

Adams ist modular aufgebaut. Die Offenheit des Systems erlaubt es, jederzeit Anpassungen an die Kundenbedürfnisse vorzunehmen. So können je nach Anforderung weitere Module angekoppelt werden. „In der Regel sind das eigene Produkte“, erklärt der Geschäftsführer, „das können aber auch Fremdprodukte von Drittlieferanten sein.“ Welche Module der Kunde benötigt, hängt davon ab, was er analysieren will. Beim Anpassen der Module gibt es keine Einschränkungen: „Das kann der Kunde selbst machen oder auch von uns machen lassen“, sagt El-Dsoki. Das gelte auch für das Postprozessing. Dort könne der Anwender für ihn wichtige Auswertungen so automatisieren, dass sie seinen Wünschen entsprechend ausgegeben werden. So kann er auf Anhieb feststellen, was gut war, oder wo noch Änderungen erforderlich sind.

Individuelle Anpassungen von Adams an die Software-Landschaft des Kunden können lokal vorgenommen werden. Es gibt aber auch Anforderungen von Kunden, die durchaus auch andere interessieren könnten. „In solchen Fällen schaffen wir eine Kooperation zwischen den lokalen Mitarbeitern und der zentralen Entwicklung, um diesen neuen Aspekt sauber in das Produkt zu implementieren“, hebt der Geschäftsführer hervor. „Das Endergebnis ist ein neuer Standard, der sich auch aktualisieren lässt.“

Was die Haupteinsatzgebiete anbelangt, so verweist El-Dsoki auf das Angebot vertikaler Produkte: „So ist zum Beispiel durch das Anpassen von Adams an die Bedürfnisse der Automobilbauer das Produkt Adams/Car entstanden. Zusätzliche Oberflächen und Menüs entsprechen genau den Anforderungen dieser Anwendergruppe. Hauptbestandteil sei aber Adams. „Im Automotivebereich ist Adams weltweit die Nummer eins“, sagt der Deutschland-Chef nicht ohne Stolz.

Parallel zu Adams/Car ist ein weiteres Vertikalprodukt, Adams/Machinery, auf den Maschinenbau zugeschnitten. Mit dieser neuen Lösung können virtuelle Prototypen im Bereich Maschinenbau modelliert und simuliert werden. Das Programm stellt dem Maschinenbauer zusätzliche Module zur Verfügung, die ihn beispielsweise bei der Definition von Lagern, Getrieben oder Riementrieb unterstützen.

„Ein Bereich, in dem in den letzten drei bis fünf Jahren Adams immer mehr zum Einsatz kommt, ist die Luft- und Raumfahrt“, berichtet El-Dsoki. Hier habe bisher der Leichtbau dazu beigetragen, mehr Aufmerksamkeit auf die Gestaltung mit Composites zu legen. Aber man könne heute nicht mehr allein eine bewegte Klappe in ihrem Verhalten untersuchen. So sei z.B. zu ermitteln, ob die Klappe stoßfrei ausgefahren wird, oder ob das Fahrwerk, entsprechend der Belastung bei der Landung ausgelegt ist. „Dieser Bereich wird immer stärker“, betont der Geschäftsführer.

„Speziell in Deutschland legt auch der Windenergiebereich extrem stark zu, weil er gefördert und auch von der Bundesregierung gefordert wird“, weiß er. Auch hier komme es entscheidend darauf an, das Verhalten des Gesamtsystems zu analysieren. Es reiche nicht mehr aus, nur den Turm, ein Rotorblatt oder ein Zahnrad im Getriebe für sich zu betrachten. „Wenn ich allein an Offshore denke, dann spielt die äußere Umgebung eine wichtige Rolle“, verdeutlicht er das Problem. Allein den Wellengang mathematisch korrekt zu beschreiben und dessen Einfluss auf die gesamte Windenergieanlage zu erfassen, das sei eine große Herausforderung. Ganz abgesehen von den extremen Windbedingungen.

Was den Einsatz von Adams in der Konstruktion anbelangt, nimmt MSC Software darauf Rücksicht, dass der Konstrukteur ungern seine gewohnte Konstruktionsumgebung verlässt. „Deswegen gibt es Adams auch integriert in Konstruktionsmodule wie zum Beispiel das 3D CAD System Catia“, erklärt El-Dsoki, „das heißt bei uns dann Simdesigner.“ Das sei etwas, das der Konstrukteur auch gerne einsetze. Dieses Modul könne sich der Konstrukteur innerhalb von zwei bis drei Wochen erarbeiten. „Die hohe Kunst ist dann allerdings das Anpassen an die eigenen Bedürfnisse“, weiß er, „und das erfordere eine längere Übung.“ Denn dazu müsste das eine oder andere auch programmtechnisch umgesetzt werden.

Bei der Hardware kamen bisher vorwiegend Desktopmaschinen zum Einsatz. „Wir setzen aber immer mehr auf Laptops“, verweist der Geschäftsführer auf die derzeitige Entwicklung, „denn die sind heute schon so leistungsfähig, dass sie so etwas handhaben können.“ Betrachte man aber einen gesamten Pkw mit Reifen, Gelenken, Achsen, Peripherie und gar Motor, dann sei der Laptop allerdings überfordert. Dann müsse man eine Reihe von Maschinen parallel einsetzen und die Rechenkapazität auf die verschiedenen Maschinen verteilen.

Der große Vorteil von Adams, nämlich in der Simulation von Gesamtsystemen Varianten zu untersuchen, hat die Leser der KEM bewogen, Adams zum Produkt des Jahres 2012 zu wählen.