Simulation Warum technische Simulation immer wichtiger wird

Autor / Redakteur: Mark Hindsbo / Stefanie Michel

Damit die Produkte von morgen Realität werden, muss die technische Simulation zu einem Tool für jeden Ingenieur, für jedes Produkt und für den gesamten Lebenszyklus werden. Ohne diese Entwicklung können die Chancen, die Industrie 4.0 bietet, nicht voll ausgeschöpft werden. Ein Plädoyer für den Einsatz von Simulation.

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Die technische Simulation muss sich zu einem Tool für jeden Ingenieur, für jedes Produkt und für den gesamten Lebenszyklus entwickeln.
Die technische Simulation muss sich zu einem Tool für jeden Ingenieur, für jedes Produkt und für den gesamten Lebenszyklus entwickeln.
(Bild: Ansys)

Ansys unterstützt seit fast einem halben Jahrhundert seine Kunden dabei, Innovation durch Simulation voranzutreiben und gleichzeitig Produktentwicklungskosten sowie -zeiten zu reduzieren. In diesem Rahmen hat die Software von Ansys bereits einen wichtigen Beitrag bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Zügen, Unterhaltungselektronik, Industriemaschinen und Gesundheitslösungen geleistet. Obwohl Ansys die bisherigen Kunden-Ergebnisse schätzt, ist der Softwarehersteller dennoch davon überzeugt, dass dies nur der Beginn dessen ist, was die technische Simulation erreichen kann. Zumal die Simulation heute in eine neue Ära eintritt, die durch drei grundlegende Änderungen gekennzeichnet ist:

  • Früher war die Simulation eine sehr begrenzte Ressource, die nur bei der Entwicklung von komplexen Industrieprodukten zum Einsatz kam. Mittlerweile ist sie aber zu einem festen Bestandteil im Designprozess (fast) jedes Produkts geworden.
  • Während früher im Zuge der Produktsimulation einzelne Attribute – physikalische Eigenschaften, Komponenten, das Design – untersucht wurden, werden heute unüberschaubar viele Designs auf Systemebene mit Interaktionen über mehrere physische und digitale Domänen hinweg analysiert.
  • Am spannendsten ist jedoch, dass Simulationen nicht nur zur Designvalidierung eingesetzt werden, sondern über den gesamten Zyklus – von der frühen Idee über die Fertigung bis hin zum Betrieb und der Wartung.
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Ein einfaches Produkt gibt es nicht

Die technische Simulation wird also immer umfassender und beeinflusst nicht nur die Produktinnovation und -leistung positiv, sondern treibt zudem das Umsatzwachstum voran und bietet dem Endverbraucher immer mehr Vorteile. Diese Trends verändern die Art und Weise, wie Ansys seine technische Simulationssoftware entwickelt ebenso wie die Nutzung der Lösungen durch die weltweiten Anwender aus jeder Branche.

Heute wird jedes Design bis an die Grenzen des Machbaren ausgereizt, um von den Vorteilen der Verbundwerkstoffe, der additiven Fertigung und der durch „Industrie 4.0“ möglich gemachten hohen Konnektivität und Automatisierung zu profitieren. Das Ergebnis ist eine neue Generation intelligenter und nachhaltiger Produkte. Man könnte annehmen, dass technische Makrotrends Produkte wie Kraftfahrzeuge negativ beeinflussen, indem sie die Elektrifizierung und Autonomie vorantreiben.

Komplexe Analyse für eine komplexe Welt

Diese digitale Revolution findet jedoch in jeder Branche und für jedes Produkt statt. Simulationen sind in dieser neuen Welt unerlässlich: Denn nur durch die digitale Simulation aller Produktoptionen, die diese technischen Trends bieten, können die notwendigen Einblicke gewonnen werden, um so innovativ wie die Branchenführer zu sein. Mittlerweile nutzen sogar Kunden wie der Nahrungsmittelkonzern Mars die Ansys-Software zur Optimierung der Fertigungsprozesse. Kein Produkt ist zu klein, zu einfach oder zu günstig, um nicht von Simulationen zu profitieren.

Da die Industrie nach immer intelligenteren und effizienteren Produktdesigns verlangt, ist es nicht länger möglich, nur einen einzigen Aspekt einer Leistung oder ein einzelnes Teil isoliert zu betrachten. In der Vergangenheit war dies dagegen sehr wohl üblich. Dank Verbesserungen der Simulationssoftware, der Hardware und großer Fortschritte bei der Verarbeitungsgeschwindigkeit ist es für Ingenieure heute viel einfacher geworden, mehrere Physiken zu untersuchen und die Gesamtleistung eines Produkts zu beurteilen.

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Simulation steht zunehmend am Beginn der Produktentwicklung

Das ist ein entscheidender Faktor, denn die Optimierung in einem Bereich kann zu einem Kompromiss in einem anderen Bereich führen. Daher wird es immer wichtiger, alle Einflüsse gemeinsam zu simulieren. So nutzen heute 96 der weltweiten Top-100-Kunden von Ansys drei oder mehr Physiklösungen, die über die gesamte Ansys-Plattform hinweg eingesetzt werden. Anstatt die Simulation zur Verifizierung eines bestimmten Entwurfs zu verwenden, nutzen die Ingenieure die Möglichkeiten der Simulation, um Tausende von möglichen Entwürfen zu analysieren, bis der optimale Entwurf identifiziert wurde.

Immer häufiger geht die Simulation von den Anforderungen aus und generiert das Design – sie kommt also nicht erst dann zum Einsatz, wenn die meisten Designentscheidungen bereits getroffen wurden. Dies ist der einzige Weg, die Komplexität des modernen Produktdesigns in den Griff zu bekommen und die Chancen einer schnell umgesetzten Innovation erfolgreich zu nutzen.

Erfolgreich über den gesamten Produktlebenszyklus

Die wohl wichtigste Änderung ist die mittlerweile konsequentere Nutzung der Simulation in allen Phasen des Lebenszyklus eines Produkts. Schließlich hat man den bedeutenden strategischen Wert und die erheblichen finanziellen Vorteile erkannt, die die Simulation von der ersten Designphase bis über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts zu bieten vermag.

Man kann vom Beginn einer neuen Ära der Innovation sprechen, in der jeder Ingenieur zu jeder Zeit während des Designprozesses von detaillierten Simulationsergebnissen profitiert. Wenn Produkte sich noch in der frühesten Ideenphase befinden, bearbeiten die Designer schon den Designprozess. Währenddessen können sie ihre ersten Konzepte bereits digital testen und Erkenntnisse gewinnen, die zu vorläufigen Produktdesigns führen, ausgerichtet auf die Erfüllung maximaler Kundenanforderungen und hoher Gewinnmargen.

Mit Discovery Live und anderen Produkten steht Ansys kurz vor dem Durchbruch, die Simulation allen Ingenieuren gleichermaßen zugänglich zu machen. Schon in wenigen Jahren wird es undenkbar sein, ohne den Einsatz von umfassenden – und jedem Ingenieur zur Verfügung stehenden – Simulationen Innovationen auf den Markt zu bringen.

Digitaler Zwilling als fester Bestandteil des Produktdesigns und -betriebs

Immer öfter kommt die Simulation auch in der Fertigungsphase zum Einsatz, in der sie die Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Produktion deutlich verbessert. In Verbindung mit Additiver Fertigung stellt die Simulation sicher, dass das fertige Produkt nicht nur die optimale Form besitzt, sondern auch langfristig präzise, kostengünstig und mit einem hohen Grad an Konsistenz gefertigt werden kann. Die Simulation ist der Schlüssel, um das Potenzial des 3D-Drucks im großen Maßstab zu erschließen. Sie macht es den Unternehmen leicht, je nach Bedarf zu analysieren und offene Fragen zu beantworten, um zuverlässige, qualitativ hochwertige Produkte mit einem außergewöhnlichen Maß an Zuverlässigkeit herzustellen.

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Wenn das Produkt auf den Markt gebracht wurde, kann mithilfe von Remote-Sensoren ein digitaler Zwilling erstellt werden. Schließlich können Simulationen am digitalen Zwilling weitere wichtige Produktinformationen liefern. Darüber hinaus kann die Simulation auch „Was-wäre-wenn-Studien“ für eine optimale Leistung durchführen sowie kritische Ausfälle oder Wartungsanforderungen vorhersagen.

Die Technologie für digitale Zwillinge steckt zwar noch in den Kinderschuhen, aber mit der zunehmenden Weiterentwicklung von „Industrie 4.0“ wird sie immer mehr an Bedeutung gewinnen und schließlich entweder in der Cloud oder auf der Anlage selbst laufen. In immer größerem Maße wird die Simulation zu einer produktinternen Erfahrung, bei der der digitale Zwilling neben der Künstlichen Intelligenz und maschinellen Lernalgorithmen zum festen Bestandteil des Produktdesigns und -betriebs wird.

Umfassende Simulation wird ein absolutes Muss für alle

Branchenführer setzen auf bewährte Methoden. Daher wird schon in naher Zukunft der Einsatz umfassender Simulation nicht mehr nur ein Wettbewerbsvorteil einiger weniger, sondern ein absolutes Muss für alle sein. Kontinuierliche Verbesserungen der Simulationssoftware werden es einem breiten Nutzerkreis in den Unternehmen einfacher denn je machen, die bewährten Methoden anzuwenden.

Wer die Simulation lediglich in der Produktentwicklung oder bei bestimmten Designs anwendet, kann das volle Potenzial der Ansys-Software hinsichtlich der strategischen und finanziellen Vorteile nicht ausschöpfen. Auch der Blick 50 Jahre zurück auf die Anfänge der technischen Simulationssoftware zeigt, dass sich die frühen User schnell von den anderen Unternehmen positiv abhoben, die das Potenzial der Simulation nur langsam erkannten und nutzten. Bereits morgen wird die Simulation Teil des Werkzeugkastens jedes Ingenieurs sein.

* Mark Hindsbo ist Vice President und General Manager bei der Ansys Inc. in Pittsburgh (USA). Weitere Informationen: Ansys Germany GmbH in 64295 Darmstadt

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