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Produktentwicklung Simulationen leicht gemacht

| Autor/ Redakteur: Boguslaw Samul, Andrzej Kobierski, Janusz Duc, Boguslaw Samul, Andrzej Kobierski, Janusz Duc, Jan Westerlund, Dietrich Bonmann / Monika Zwettler

Simulation ist die Basis für die schnelle Erstellung virtueller Prototypen und damit für eine effiziente Produktentwicklung. ABB hat drei Plattformen entwickelt, die darauf ausgelegt sind, Konstrukteuren eine numerische Modellierung zu ermöglichen.

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ABB will die Simulation demokratisieren: Um Simulation vielen Entwicklern zugänglich zu machen, hat das Unternehmen drei halbautomatisierte Tools entwickelt, die Konstrukteure bei der Entwicklung von Trafos, Elektromotoren und bei der Erstellung von CFD-Berechnungen unterstützen.
ABB will die Simulation demokratisieren: Um Simulation vielen Entwicklern zugänglich zu machen, hat das Unternehmen drei halbautomatisierte Tools entwickelt, die Konstrukteure bei der Entwicklung von Trafos, Elektromotoren und bei der Erstellung von CFD-Berechnungen unterstützen.
(Bild: ABB/Gorodenkoff Productions OU)

Leistungsstarke Tools wie Computer-Aided-Engineering (CAE) und numerische Strömungsberechnungen (CFD) ermöglichen die schnelle Erstellung virtueller Prototypen. Doch aufgrund der Komplexität dieser Tools ist ihre Nutzung meist auf erfahrene Anwender beschränkt. Ein wichtiger Treiber für Innovationen ist die Demokratisierung von Technologie. Vor diesem Hintergrund hat ABB drei halbautomatisierte Plattformen eingeführt, die eine schnelle, einfache und zuverlässige numerische Modellierung ermöglichen sollen. Die neuen Tools senken die Kosten für die Prototyperstellung und ermöglichen das Testen Dutzender Designvarianten in einem akzeptablen Zeitrahmen.

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Eine der Schlüsselfragen bei der Entwicklung elektrischer Geräte ist, inwieweit sie in der Lage sind, Produktions- und Betriebskosten zu senken. Während einerseits die Forderung besteht, das Gewicht, die Größe und die Komplexität solcher Geräte zu reduzieren, müssen sie andererseits robust, erschwinglich und effizient sein. Wie können Konstrukteure unter diesen Umständen in einer möglichst kurzen Zeit den bestmöglichen Mittelweg für eine bestimmte Anwendung finden?

Simulationssoftware unterstützt Konstrukteure bei der Entwicklung

Die Antwort auf diese Frage ist komplex, da z. B. die mögliche Reduzierung der Größe eines elektrischen Geräts von verschiedenen Faktoren wie elektrischen Abständen (Isolationseigenschaften) und dem Wärmemanagement des Geräts abhängt. Doch die Bestimmung der elektrischen und thermischen Eigenschaften durch physische Tests ist normalerweise teuer und zeitaufwändig.

Allerdings stehen leistungsstarke Werkzeuge zur Verfügung, die den Konstrukteuren dabei helfen können, immer mehr Eigenschaften eines Geräts schon in der Entwicklungsphase zu visualisieren, zu quantifizieren und genau vorherzusagen. So können beispielsweise mithilfe von CAE-Tools (Computer-Aided-Engineering) wie FEM (Finite-Elemente-Methode) und CFD (Computational Fluid Dynamics) die Kosten und Testzeiten erheblich reduziert werden, da sie die Erstellung virtueller Prototypen und die Analyse Dutzender Varianten in relativ kurzer Zeit ermöglichen.

Dank modernster Simulationssoftware und der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Hochleistungsrechnern können komplette Geräte auf virtuelle Weise mit einer Genauigkeit getestet werden, die nur um wenige Prozentpunkte von realen Tests abweicht.

Konstrukteure kämpfen mit drei Hürden

Das bedeutet aber nicht, dass damit ein Zeitalter fehlerloser virtueller Produkttests angebrochen ist. Konstrukteure haben noch immer mit drei großen Hürden zu kämpfen: die Kosten für die Software, die Kosten für die Hochleistungsrechner und eine häufig mangelnde Vertrautheit mit der Erstellung von Simulationsmodellen und der Einrichtung von Gleichungslösern (Solvern).

Doch auch hier stehen Lösungen zur Verfügung: So kann teure kommerzielle Software häufig durch Open-Source-Programme ersetzt werden. Statt lokalen Hochleistungsrechnern können Cloud-Anwendungen genutzt werden, und die Modellerstellung und Solvereinrichtung kann in manchen Fällen durch spezielle Software mit vordefinierten Vorlagen und Einstellungen vorgenommen werden, die keine Änderung durch den Nutzer erfordern. In dieser sich entwickelnden Landschaft steht Ingenieuren nun eine benutzerfreundliche Bedienschnittstelle mit klaren Optionen zur Verfügung, die ihnen Ergebnisse in Berichtsform bereitstellt. Dieser Ansatz, der auch als „Demokratisierung der Simulation“ bezeichnet wird, ermöglicht statt einer Handvoll Spezialisten für numerische Berechnungen nahezu jedem Ingenieur die Nutzung eines solchen Systems.

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