Produkte müssen heute immer schneller entwickelt und gleichzeitig den ständig steigenden und komplexer werdenden Anforderungen gerecht werden. Prototypenbau und klassische Versuche müssen drastisch reduziert werden, die Zeit ist zu kostbar. Als Ausweg erscheint die numerische Simulation; mit ihr lassen sich sehr viele Fragestellungen am Computer analysieren.
Computer werden seit Jahren stetig leistungsfähiger und preiswerter. Das „Problem“ sind deshalb die Ingenieure: Sie benötigen viel Zeit und verursachen hohe Personalkosten. Die Antwort des Managements ist oft Outsourcing und Arbeitsverlagerung nach Osteuropa oder Indien. Verschiedenste Unternehmen haben jedoch mit dieser „Lösung“ schon ihre leidige Erfahrung gemacht und festgestellt: Man kann nicht alles verlagern. Aus Sicht des Unternehmens FE-Design sind günstige Computerressourcen eine Chance, die man nutzen kann und muss. Wenn man die heute tatsächlich verfügbaren und wirtschaftlich nützlichen Simulationsverfahren einsetzen möchte, dann ist dies eine extrem komplexe Aufgabe mit einer Vielzahl von miteinander gekoppelten Fragestellungen. Um diese in den Griff zu bekommen, sind gut ausgebildete Ingenieure und eine enge Kommunikation mit den realen Problemen im Kundenunternehmen erforderlich.
Hilfreich sind in diesem Zusammenhang auch Partner, die mit der Kopplung, Automatisierung, Visualisierung und Optimierung von CAE-Prozessen schon Erfahrungen gesammelt haben oder über spezielle Werkzeuge verfügen, um diese Arbeiten möglichst effizient und kostengünstig durchzuführen. Auch die Beratungsleistung sollte an dieser Stelle nicht unterschätzt werden; alleine die Vielzahl an verschiedenen Optimierungsarten und -algorithmen kann sehr verwirrend sein: Das Spektrum reicht von allgemeiner Parameteroptimierung, die beispielsweise die Optimierung von Blechdicken- und Faserausrichtungen in Laminaten beinhaltet, bis zu Topologie-, parameterfreie Form-, Sicken- und Geometrieparameteroptimierung sowie Design of Experiments und Response-Surface-Verfahren, multidisziplinäre Optimierung und Zuverlässigkeit und Stochastik, um den Einfluss von Streuungen mit zu berücksichtigen. Aber schon alleine die Frage bei der Formoptimierung: Was sind meine Designvariablen, meine relevanten Catia V5-Parameter, selbst definierte Shape-Basis-Vektoren, Morphingboxen oder meine Oberflächenknoten des FE-Modells? Diese Fragen lassen sich nicht allgemein beantworten. Und auch der Optimierungsprozess sieht je nach Wahl der Designvariablen komplett unterschiedlich aus.
Solver- und Simulationstools
Gegründet 1998 aus einem Team von vier Personen des Institutes für Maschinenkonstruk- tionslehre (MKL/IPEK) der Universität Karlsruhe ist FE-Design heute einer der führenden Anbieter und Lösungsentwickler im Bereich der Automatisierung und Optimierung von numerischen Simulationsprozessen. Doch wie ist es dazu gekommen ?
Einige Stichworte zur Unternehmensentwicklung:
- FE-Design hat das Optimierungssystem Tosca, zur Topologie- Gestalt- und Sickenoptimierung seit Beginn an in enger Rückkopplung mit seinen Kunden gezielt und strategisch entwickelt. Dabei konnten nicht alle Kundenwünsche erfüllt werden. Die Weiterentwicklungen jedoch sind auf all diese Wünsche eingegangen, so dass Tosca 6.0 heute zu den meistgenutzten Systemen zählt. Diese Version bietet als einziger Optimierer die Möglichkeit, sensitivitätsba- sierte Topologieoptimierung und den damit verbundenen Vorteilen mit verschiedensten Standard FE-Solvern zu koppeln und dabei auch noch direkt Fertigungsrandbedingungen z.B. zum Schmieden oder Giessen zu berücksichtigen.
- FE-Design entwickelt nicht alles neu, sondern setzt auf Kooperationen mit Partnern. Zusammen mit z. B. Noesis Solutions NV, Nutech Solutions GmbH, Magna Powertrain, Beta CAE Systems S.A. ist das Unternehmen zu einer anerkannten Adresse in der Prozessautomatisierung und allgemeinen Optimierung geworden.
- Fast alle CAE-Firmen weltweit (z. B. Ansys, Abaqus, Intes, LMS, MSC, UGS) sehen in der Zusammenarbeit mit FE-Design und der Anbindung oder sogar der Integration ihrer Solver- und Simulationstools an FE-Design-Lösungen einen Nutzen und Mehrwert für ihre Kunden.
FE-Design sieht sich als „the optimization company“, welche in der Lage ist, die gesamte Bandbreite der Prozessautomatisierung und Optimierung abzudecken: mit Tosca den Bereich der Strukturoptimierung (Topology, Shape, Bead) und mit Optimus den Bereich der Automatisierung, der Parameteroptimierung, der multidisziplinären Prozessoptimierung und des Robust Design.
Mainstream- Entwicklungsprozess
Nachdem in den ersten Jahren vor allem die Funktionen der teilweise völlig neu entwickelten Verfahren im Vordergrund waren, wird es zukünftig mehr um die Prozesse gehen. Wesentliches Erfordernis ist die Integra- tion der Optimierung in den täglichen Standard-Entwicklungsprozess: Aufgaben, die früher hochspezialisierten Berechnungsingenieuren vorbehalten waren, werden heute mehr und mehr im Mainstream-Entwicklungsprozess von Konstrukteuren bearbeitet.
Der Fokus von FE-Design liegt daher auf
- Kundenspezifischem Customizing zur Verbesserung des Schwingungskomfort und der Akustik
- Entwicklung von Methoden zur Schweißpunkt- und Schweißnahtoptimierung
- Ausbau der Prozessautomatisierung und Anbindung der Optimierung an vorhandenen IT- Strukturen, an zugehörigen Queingsysteme und an PDM/SDM-Lösungen
- Anbindung von speziellen Visualisierungstools zur Unterstützung der Anwender, der Kommunikation zwischen den Abteilungen und der Archivierung
- Verstärkte Integration der Optimierung in die konstruktionsnahe Entwicklung und Entwicklung von einfach zu bedienenden vertikalen Applikationen.
Zur Frage der Nachhaltigkeit
Die bisherigen Nachhaltigkeitseffekte könnten um ein Vielfaches gesteigert werden, wenn Verfahren zur Verfügung stünden, die Strukturen zu optimieren, die von flüssiger und gasförmiger Materie umströmt werden. So könnte der Reibungswiderstand und der Druckverlust bei durchströmten Kanälen und zukünftig vielleicht auch bei Außenumströmungen signifikant verringert werden. In der Forschungsabteilung der Daimler-Chrysler AG wurde ein solches Verfahren für die interne Nutzung konzipiert. Zukünftig wird dieses Verfahren in Kooperation von FE-Design weiterentwickelt und mit den heutigen Vorteilen von Tosca kombiniert.
Tosca KEM 554
Optimus KEM 555
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