Das Miteinander von Konstruktion und Berechnung Stetig verkürzte Entwicklungszyklen von Produkten lassen Konstruktion und Berechnung im Rahmen von Simulation immer enger zusammenwachsen. Daraus entwickeln sich Szenarien wie FEM für den Konstrukteur, CAD-integrierte Berechnung, konstruktionsintegrierte Simulation, die sich unter dem Überbegriff "Simultaneous Engineering" zusammenfassen lassen. Im Wesentlichen beschreibt das die Parallelisierung des Konstruktions- und Berechnungsprozesses. Das Karlsruher Software-Unternehmen Transcat PLM ist Spezialist auf diesem Gebiet und hat bereits in verschiedenen Unternehmen aus der Automobilindustrie beachtliche Prozessoptimierungen realisiert.

In den Entwurfsphasen kann mit einer Topologieoptimierung die bestmögliche Nutzung der Bauräume untersucht werden, woraus die Vorgaben für die ersten Designvarianten abgeleitet werden. "Für die anschließende Detaillierung bieten sich dann Anwendungen nach der Finite-Elemente-Methode (FEM) an. Derartige Lösungen gibt es auch für den Bereich der Strömungs- und Mehrkörpersimulation sowie der Toleranzanalyse", erläutert Peter Straetemans, Senior Consultant bei Transcat PLM. Allein die Berechnungsvorbereitung findet in einer CAD-Umgebung statt, wobei der Anwender aufgrund der CAD-Integration der Produkte seine gewohnte CAD-Umgebung nicht verlassen muss. Die Randbedingungen der Simulation sind assoziativ mit der Geometrie verbunden, sodass Geometrievarianten schnell und komfortabel untersucht und verglichen werden können. Die für die Gleichungslösung eingesetzten Solver sind die gleichen wie in der Berechnungsabteilung. Darstellung und Auswertung der Ergebnisse, werden ebenfalls innerhalb des CAD-Systems durchgeführt.

"Mit dieser Entwicklung von zunehmend leistungsfähigerer Simulations-software werden die Ergebnisse immer näher an die Realität herangeführt. In manchen Bereichen ersetzen komplexe Simulationen bereits kostenintensive reale Tests, denn aufgrund der CAD-integrierten Lösungen bekommt die Berechnungsabteilung heute deutlich besser vordimensionierte Konstruktionsentwürfe für zuverlässige Ergebnisse", sagt Peter Straetemans.

Da sich durch den unregelmäßigen Einsatz der FEM-Anwendungen durch den Konstrukteur nur schlecht Erfahrung aufbauen lässt, sollte im Vorfeld allerdings eine praxisnahe Anwenderschulung und während der Anwendung eine gute Betreuung stattfinden. "Hier hat es sich bewährt, dass an firmeninternen Schulungen Mitarbeiter aus der Berechnungsabteilung teilnehmen, welche anschließend die Betreuung der Konstrukteure übernehmen", erklärt Peter Straetemans die Vorgehensweise.

Eine weitere Unterstützung des Konstrukteurs kann die Methode der Analyse-Templates sein, denn bei vielen Bauteilen sind die Anforderungen an die Simulation ähnlich bis gleich. Dabei wird für ein Bauteil eine Referenzanalyse aufgebaut. Durch Speichern der definierten Vernetzungsparameter sowie aller gewünschten Ergebnisdarstellungen wird das Analyse-Template erstellt. Sollen nun ähnliche Bauteile untersucht werden, nimmt der Konstrukteur die Vorlage und tauscht den Geometrielink auf die neue Geometrie. Auf diese Weise ist die Gleichheit der Analyseparameter und somit eine Vergleichbarkeit der Analyseergebnisse gewährleistet.

Die konsequente Weiterführung davon ist die Automatisierung des gesamten Prozesses, denn viele Simulationsabläufe erfolgen immer wieder in den gleichen Schritten. In diese Prozessautomatisierung lassen sich auch Optimierungsstrategien einbauen, womit beispielsweise Bauteile parametergesteuert optimiert werden können. Nach der Untersuchung erhält der Anwender nur noch eine Email mit den Ergebnissen. "Mit einer solchen Prozessautomatisierung können in gleicher Zeit mehr Simulationen durchgeführt werden. Darüber hinaus stellt sie die Reproduzierbarkeit der einzelnen Simulationsschritte und die Vergleichbarkeit der Ergebnisse sicher", so Peter Straetemans.


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