Unterstützung der Konzeptfindung durch Simulationsmethoden

(PresseBox) ( Bernau am Chiemsee, )
Die wesentlichen Entscheidungen für das Design eines Produktes müssen zu Beginn des Entwicklungsprozesses unter sehr differenzierten Vorgaben, wie z. B. Minimierung von Entwicklungs- und Fertigungskosten oder Sicherstellung von Qualität und Funktionalität, getroffen werden. Einflüsse, die während der Entscheidung für ein Konzept übersehen werden, können später nicht oder nur mit beträchtlichem Aufwand berücksichtigt werden.

Seit langem werden virtuelle Verfahren wie die Computersimulation eingesetzt, um möglichst früh wesentliche Eigenschaften des zu entwickelnden Bauteils beurteilen und optimieren zu können. Moderne Verfahren wie FEM, MKS, CFD u. a. sind in die Entscheidungsprozesse der Konstruktion integriert und sichern damit die Funktionalität des Produktes ab, bevor Prototypen zur Erprobung bereitstehen.

Besonders sinnvoll jedoch ist es, diese Techniken bereits für die Konzeptfindung einzusetzen. Da in dieser Phase nur unvollständige oder keine CAD-Daten verfügbar sind, besteht die wesentliche Aufgabe darin, unterschiedliche Entwürfe entsprechend den Anforderungen des Lastenheftes zu bewerten. Im Vordergrund steht dazu die Notwendigkeit, Rechenmodelle einfach modifizieren zu können, um mögliche Geometrien und konstruktive Details (Verbindungen, Werkstoffe) zu beurteilen.

Je nach Verfügbarkeit der Daten eines Bauteilentwurfs und der Aufgabenstellung wird in der Praxis ein breites Spektrum an Techniken eingesetzt. So kann für eine Weiterentwicklung das (detaillierte) Rechenmodell des Vorgängers mit sinnvoller Reduktion auf das Wesentliche dazu verwendet werden, den Aufwand für konstruktive Änderungen abzuschätzen und diese möglichst effizient durchzuführen. Naturgemäß ist der Umfang von Variationen an solch umfangreichen Modellen beschränkt, dafür ist jedoch ein hoher Grad an Genauigkeit gewährleistet.

In sehr vielen Fällen, vor allem diktiert vom technologischen Wandel, müssen völlig neue Produkte entwickelt werden (neue Anlagen zur Energiegewinnung, E-Mobilität, u. a.). Um Entscheidungen zur Gestaltung eines neuen Bauteils durch Simulationsverfahren zu unterstützen, werden einfache, leicht zu modifizierende Modelle eingesetzt. Diese müssen die wesentlichen Eigenschaften des Entwurfs repräsentieren, und deren Zusammenstellung erfordert daher ein hohes Maß an Erfahrung. Unterstützung erfolgt durch spezielle Softwaresysteme zum Konzeptdesign. Hier sind moderne Techniken wie die Topologieoptimierung oder eine Generierung von Geometriedaten aus CAE-Modellen integriert.

Durch die unbestreitbaren Vorteile der numerischen Methoden sind Lösungswege, die auf analytischen Ansätzen beruhen, in den Hintergrund getreten. Gelingt es, die wesentlichen Einflussgrößen einer zu erzielenden Eigenschaft (Frequenzgang, Temperatur, u. a.) in Form einer geschlossenen mathematischen Beziehung darzustellen, ergeben sich völlig neue Vorteile. Es kann auf diese Weise mit vergleichsweise geringem Aufwand deutlich gemacht werden, welche Effekte wesentlich sind und bei der konstruktiven Ausarbeitung besonders beachtet werden müssen. Die Formulierung eines Problems stellt allerdings einen hohen Grad an Komplexität dar; dadurch werden oft diskrete Verfahren bevorzugt - zum Nachteil des technisch Möglichen.

Es ist weiterhin eine begleitende Ausstellung kommerzieller Software und Dienstleistungen zum Thema geplant.

Das Seminar soll ein Forum bilden, auf dem Lösungswege und Erfahrungen zum Einsatz der Simulation in der Konzeptphase ausgetauscht werden können. Als Anwender oder Entwickler von Methoden und Softwaresystemen sind Sie herzlich eingeladen, mit einem Beitrag an der Veranstaltung teilzunehmen.
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