Design Simulation

Design Simulation unterstützt Hersteller sowohl bei der Verifizierung und Validierung der geforderten Funktionen eines Produkts als auch bei der Sicherstellung der fertigungsgerechten Entwicklung des Produkts. Das Wort "Simulation" wird oft als generischer Begriff für Computer-Aided Engineering (CAE) verwendet. Über die letzten Jahre haben sich in vielen Branchen mehrere Design Simulations-Konzepte hin zu Standardkomponenten entwickelt. Schnellere und kostengünstige Computer sowie benutzerfreundliche Simulations-Software ermöglichen die Nutzung neuer Technologien und Anwendungen.

Simulationsmodelle stehen für die Funktion des Systems in einem Interessensbereich. Die mathematische Komplexität hängt von der Datenverfügbarkeit ab und variiert entsprechend der Funktion der Anwendung und der Entwicklungsphase.

In der frühen Entwicklungsphase werden normalerweise analytische Annahmen in einfacheren Systemdarstellungen verwendet und die Interaktion zwischen mehreren physischen Aspekten auf Konzeptebene geprüft. In den späteren Entwicklungsphasen kommen normalerweise sehr komplexe anwendungsspezifische Modelle zur Validierung und Optimierung zum Einsatz. Die Anwendungen können sich auf das Strukturverhalten, die Akustik, die Systemdynamik, die Kollisionssicherheit, die Thermo- und Strömungsanalyse, die Spannungsanalyse, der Kraftstoffverbrauch sowie die Steuerungsentwicklung beziehen. Zur Unterstützung dieser unterschiedlichen Entwicklungsphasen und Anwendungen sind Technologien wie die folgenden verfügbar:


Betriebsbedingungen können in Form von Randbedingungen, Lastfällen und Beschränkungen hinzugefügt werden. Sie basieren auf theoretischen Annahmen, gemessenen Daten oder Ergebnissen früherer Simulationen.

Design Simulation für den Einsatz von virtuellen Prüfungsmethoden und Validierung

Design Simulationen enthalten ein breites Spektrum an Analysen, die das Produktverhalten unter verschiedenen Betriebs- und Umgebungsbedingungen virtuell untersuchen. Im Gegensatz zur "Trial-and-Error-Methode" ermöglicht ein optimaler Simulationsprozess die gezielte Implementierung von Entwicklungsalternativen in den unterschiedlichen Phasen des Entwicklungszyklus. Dadurch wird der Aufwand für wiederholt auftretende und zeitaufwendige Tests mit kostenintensiven Prototypen minimiert und die gesamte Entwicklungszeit entsprechend verkürzt. Mit der effektiven Design Simulation lassen sich die Entwicklungskosten senken und innovative Produkte schneller als die Wettbewerber im Markt einführen.

Design Simulation zur Sicherstellung der fertigungsgerechten Entwicklung.

Die Simulation von Fertigungsprozessen oder die Vorhersage der Fertigungsmethoden des Produkts wird allgemein als "Prozesssimulation" oder "virtuelle Fertigung" bezeichnet. Dazu gehören die Simulation der Umformungs- und Stanzprozesse, der spanenden Bearbeitung und anderen Prozessen, um das fertigungsgerechte Designs zu bestimmen, sowie der Auswirkungen von Änderungen auf die Fertigungsmethode zu erkennen. Sie ist dem Herstellungsprozess näher als die oben beschriebene traditionelle Spannungsanalyse, obwohl die gleiche Technologie (FE-Modellierung) zugrunde liegt. Die Fertigungsprozesssimulation während der Produktentwicklung führt zu optimierten Prozessen sowie Produkten hinsichtlich der Leistung, Kosten und Qualität.

Simulationsmodelle im Vergleich zu physischen Prototypen

Simulationsmodelle bieten im Vergleich zu den physischen Prototypen mehr Flexibilität im Produktentwicklungsprozess. Das Erstellen von Design-Alternativen erfordert oft nur ein paar Klicks. Zum Testen ist keine komplizierte Konfiguration erforderlich. Außerdem kann die Design Simulation weitere Analyseergebnisse ergeben, die möglicherweise aus praktischen Gründen durch physische Tests unmöglich zu erhalten sind. Mithilfe von Simulationsmodellen haben Sie auch die Möglichkeit, Produktpositionen virtuell zu testen, die mit Messgeräten nicht erreichbar sind. Physische Größen können damit erfasst werden, für die keine Sensoren vorhanden sind. Durch die virtuelle Ansicht der Fertigungsebene lassen sich Prozesse leichter verstehen.

Da keine Gefahr besteht, das getestete Objekt (Produkt) zu beschädigen, muss für die Simulation einer weiteren Betriebsbedingung nur eine andere Randbedingung definiert werden. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn für das zu testende Produkt, wie bei einem Satelliten, kein vorläufiger Prototyp vorhanden ist, sondern das Endprodukt selbst untersucht wird. Design Simulation hat einen größeren Einsatzbereich als physische Tests. Dabei können Bedingungen virtuell modelliert und getestet werden, die in einer realen Umgebung schwer oder unmöglich herzustellen wären. Weil es kein Risiko von Materialverschwendung gibt, wird bei der Simulation eines neuen Fertigungsprozesses einfach eine neue Produktdefinition erstellt, um eine bestimmte Fertigungsmethode anzuwenden.

Physische Test sind immer ein wichtiger Bestandteil in der Produktentwicklung, aber die Verwendung von Simulationsmodellen bringt Hersteller näher an den Idealzustand: ein einziger Prototyp – das Endprodukt selbst.

Vorteile der Design Simulation

Zu den Vorteilen der Design Simulation gehören die Reduzierung der Kosten und Zeit für die Produktentwicklung, indem wiederholt auftretende Tests von Prototypen vermieden und die Qualität verbessert werden.

  • Sie können Entwicklungsentscheidungen treffen, bei denen die Auswirkungen auf die Leistungsmerkmale sowie auf die Fertigung berücksichtigt werden.
  • Bei der Konzeptentwicklung können verschiedene Leistungsmerkmale der Produkte aufeinander abgestimmt werden.
  • Entwicklungsalternativen können ohne "Trial-and-Error-Tests" an kostenintensiven Prototypen effizient bewertet werden, was Produktinnovationen weiter fördert.
  • Durch die Simulation lässt sich das Design optimieren, indem der Materialeinsatz optimiert wird und damit Gewicht sowie Kosten reduziert werden und die Effizienz erhöht wird.
  • Design Simulation kann bereits frühzeitig im Entwicklungsprozess einen Einblick in die Leistungsmerkmale geben, wenn Designänderungen noch mit geringem, finanziellem Aufwand verbunden sind.
  • Detaillierte, attributspezifische Modelle eignen sich für die Validierung und Produktgestaltung.
  • Mit Simulationsmodellen lassen sich Ergebnisse erzielen, die mit physischen Prototypen nur schwer oder gar nicht zu erhalten sind.
  • Simulationsmodelle können unter extremen Betriebsbedingungen virtuell getestet werden.

Design Simulation-Software

Anwendungsbeispiele für Design Simulation-Software:

NX CAE ist eine moderne Simulationsumgebung, in der Entwicklungsteams die Modellierungszeit reduzieren, die Iterationen von Design- und Analyseprozessen verkürzen und die Produktivität für die Finite-Elemente-Analyse verbessern können. NX CAE bietet Lösungen für das Pre- und Postprocessing , Struktur- und Strömungsanalysen-, thermische sowie multiphysikalische Analysen, Optimierung, Simulationsdatenmanagement und simulationsgestützte Entwicklung.

NX Nastran ist ein Finite-Elemente-Solver zur Analyse von Spannungen, Schwingungen, strukturellem Versagen bzw. struktureller Lebensdauer, Wärmeübertragung, Geräuschen bzw. Akustik und Flattern bzw. Aeroelastizität.

LMS Virtual.Lab ist eine integrierte Suite von Softwarelösungen für die Finite-Elemente-und Randelemente-Methode sowie für die Mehrkörpersimulation, mit der die Produkteigenschaften mechatronischer Systeme simuliert werden. Sie ermöglicht die komplexe Modellerstellung und die Bewertung der strukturellen Integrität, Geräusch- und Schwingungsverhalten sowie die Korrelation mit Testergebnissen, die Systemdynamik, die Untersuchung der Betriebsfestigkeit und die Optimierung lange vor der Prototypphase.

LMS Samtech enthält eine FEM-Lösungssuite (Finite-Elemente-Methode) zum Simulieren kritischer Leistungsmerkmale für mechanische Systeme. Die Lösung erfüllt sämtliche Anforderungen bei der Windturbinenentwicklung sowie Anforderungen in Bezug auf Rotordynamik, Strukturanalysen und thermische Analysen und Verbundwerkstoffen. Die leistungsstarken Solver eignen sich sowohl für nichtlineare Finite-Elemente-Analysen als auch Mehrkörpersimulationen. Die Software verfügt auch über eine hochwertige CAE-Integrationsplattform für Prozesse in der Luftfahrt.

LMS Imagine.Lab unterstützt Sie bei der Entwicklung virtueller und intelligenter Systeme über den gesamten Entwicklungszyklus. Die Simulationslösung enthält alle erforderlichen Werkzeuge zum Erstellen, Verwalten und Verwenden von Modellen und Daten und erfüllt eine Vielzahl der Anforderungen an die modellbasierte Systementwicklung.

In den innovativen Industrieunternehmen hilft LMS Imagine.LabTM Ingenieuren, die immer komplexeren und vernetzen Systeme effizient zu entwickeln und fördert gleichzeitig die virtuelle Zusammenarbeit bei der Produktentwicklung. Der modelbasierte Systemansatz hilft zukünftige Komplexitäten in der Produktentwicklung zu meistern und somit Innovationen und Wettbewerbsvorteile zu sichern.

Femap ist ein CAD-System unabhängiges, solverneutrales Werkzeug für das Pre- und Postprocessing leistungsstarker FEM-Lösungen. Es bietet Berechnungsingenieuren selbst für komplexeste Aufgaben eine einfach anzuwendende, präzise und kostengünstige FEM-Lösung.

Solid Edge Simulation ist ein integriertes FEA-Tool, mit dem Konstrukteure Teile und Baugruppen innerhalb der Solid Edge-Umgebung digital überprüfen können. Da es auf der bewährten Modellierungstechnologie Femap für Finite Elemente basiert, reduziert Solid Edge Simulation die Verwendung realer Prototypen erheblich. Auch Material- und Testkosten sowie Konstruktionszeit werden eingespart.

Fibersim ist eine Software-Suite, die alle speziellen und komplexen Entwicklungs- und Herstellungsmethoden unterstützt, die für die Entwicklung innovativer, langlebiger und Leichtbauprodukte und Komponenten aus hochwertigen Verbundmaterialien notwendig sind. Durch integrierte DFM- und Fertigungstechnik bietet sie CAD-integrierte Fertigungsablaufsimulationen und garantiert durch die Produzierbarkeitssimulation die fertigungsgerechte Entwicklung. Die Analyseschnittstelle bietet auch eine bidirektionale Verknüpfung mit anderer CAE-Software für den Import und den Export detaillierter Entwicklungsdaten für die Unterstützung der Produktanalyse.

Seat Design Environment (SDE) ist eine Softwarelösung, die vollständig in 3D CAD-Systeme integriert und die Entwicklung und Herstellung innovativer Fahrsitzsysteme und Elemente der Innenausstattung unterstützt. Sie erfasst die komplette digitale Produktdefinition und bietet gleichzeitig eine CAD - integrierte Fertigungsprozesssimulation. Dadurch ist die aufwendige Herstellung von Prototypen nicht mehr erforderlich. Mit der Fertigungssimulation stellt die Software sicher, dass Fertigungsprobleme frühzeitig aufgedeckt werden und sorgt dafür, dass das Produkt effizient gefertigt wird und den Designanforderungen genügt.

Die folgenden Softwarekomponenten werden von Entwicklern von Simulationssoftware für ihre Anwendungen verwendet.

Parasolid ist eine Komponentensoftware für die geometrische 3D-Modellierung, die Benutzern von auf Parasolid basierenden Produkten die Modellierung komplexer Teile und Baugruppen ermöglicht. Sie kommt als Geometriekern in einer Vielzahl verschiedener CAD-, CAM- und CAE-Anwendungen zum Einsatz.

Bei den D-Cubed-Komponenten handelt es sich um sechs Softwarebibliotheken, die von Softwareentwicklern zur Integration in ihre Produkte lizensiert werden. Die von ihnen bereitgestellten Möglichkeiten umfassen parametrische Entwürfe, die Konstruktion von Teilen und Baugruppen, Bewegungssimulationen, das Erkennen von Kollisionen, Abstandsmessungen sowie die Visualisierung versteckter Linien.

Close share layer

Share this page

Share this page through any of the following channels.

Bookmarking Sites

Communities

News

Blogs & Microblogs