gesponsertSimulationsgetriebenes Design Innovativere Produkte in kürzerer Zeit entwickeln – mit Simulation und KI

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Altair Engineering GmbH

Wunsch und Wirklichkeit: Simulationsergebnisse können nur dann so aktuell wie der Entwicklungsstand sein, wenn der Übergang von CAD zum Simulationsmodell effizient gelingt. Glücklicherweise gibt es Technologien, die Konstrukteuren diesen Schritt erleichtern – und dabei geht es nicht nur um künstliche Intelligenz.

In der Produktentwicklung gilt die Simulation seit langem als robuste und verlässliche Methode, um das Verhalten komplexer Bauteile und Systeme vorherzusagen. Das klingt nach hoher Akzeptanz der Technologie, doch die Realität sieht oft etwas anders aus: Denn wenngleich FEM-Simulation heute schon ein halbes Jahrhundert lang kommerziell verfügbar ist, ist der Übergang von der CAD-Konstruktion in das Simulationsmodell nach wie vor der zentrale Flaschenhals. Unabhängig von Branche und Ingenieursdisziplin ist dieser Schritt für viele Unternehmen noch immer eine Hürde, und der damit verbundene Genauigkeitsverlust schmälert die Akzeptanz in die Methoden.

Doch warum ist das so? Welche Lösungen gibt es? Und wie kann sich künstliche Intelligenz (KI) dabei nützlich machen?

Schlüsselfaktor Modellbildung

Einige Bremsklötze liegen bereits in der Modellbildung, sowohl bei mechanischem CAD als auch E-CAD:

• Für das digitale Verhaltensmodell, das die Grundlage einer jeden Simulation darstellt, muss die CAD-Konstruktion bereinigt werden. Darüber hinaus müssen Zeichnungen zum Teil vereinfacht werden, um eine Modellierung überhaupt zu ermöglichen. Diese Aufgabe ist ein anspruchsvoller Prozess, der sowohl Fachwissen als auch viel Zeit für zahlreiche Einzelentscheidungen und manuelle Eingriffe erfordert.

• Darüber hinaus muss der Konstruktion „die Physik beigebracht werden“, damit sie zum Verhaltensmodell wird und verschiedene Effekte überhaupt abbilden kann.

Beides bedeutet einen hohen Aufwand und führt dazu, dass der Simulationsstand dem Konstruktionsstand konsequent hinterherhinkt, insbesondere bei sich schnell ändernden Entwicklungen. Das verhindert simulationsgetriebenes Design und steht neuen Erkenntnissen und Innovationen im Weg.

Doch es gibt Lösungen! Damit das digitale Verhaltensmodell so aktuell ist wie der letzte Konstruktionsstand können Entwicklungsabteilungen drei konkrete Maßnahmen vorantreiben: Modellbildung beschleunigen, automatisieren und sogar überwinden.

• 1. Modellbildung beschleunigen: Eine Möglichkeit, Modellbildung und Auswertung erheblich zu beschleunigen, ist das Arbeiten in prozessgeführten CAE-Umgebungen mit zugeschnittenen industrie- und aufgabenorientierten Workflows. Für Schnelligkeit in der Modellierung sorgt ein effizientes Assembly Management, wie es zum Beispiels das neue Altair Hyperworks bietet, welches eine einfache Verwaltung mehrerer Varianten und Subsysteme innerhalb desselben Modells ermöglicht. Durch eine schnelle und genaue Modellerstellung lassen sich so innerhalb kürzester Zeit eine Vielzahl an Designvarianten erstellen und bewerten.

• 2. Modellbildung automatisieren: Konsequente automatisierte Modellerstellung und Auswertung schaffen weitere Freiräume. Die zentrale Herausforderung dabei ist die Dokumentation, Verwaltung und Pflege der zugrunde liegenden Skripte und Programmierungen. Macht man sich eine CAE-Umgebung wie Altair Simlab zunutze, die es erlaubt, Automatisierungen zu kapseln, zu modularisieren und zu standardisieren, dann kann das Fachwissen einzelner Mitarbeiter konserviert werden, um die anfallenden Aufgaben auf mehrere Schultern zu verteilen und die Entwicklung zu beschleunigen.

• 3. Modellbildung überwinden: Konstruktionen sind oft Unikate – und die Zeit für Iterationsschleifen ist knapp bemessen. Für die Analyse großer Strukturen steht dafür eine neue Schlüsseltechnologie zur Verfügung, die direkt mit dem vollständigen CAD-Modell arbeitet und innerhalb kürzester Zeit Ergebnisse liefert. Diese Technologie ermöglicht eine genaue Analyse – ganz ohne Geometrievereinfachung und Vernetzung.
  So lassen sich auch Analysen komplexer Teile oder großer Baugruppen – einschließlich sämtlicher relevanter Details wie Schrauben oder Muttern – durchführen, die mit herkömmlicher FEA nicht praktikabel sind. Schnell, ohne Bereinigung, Vereinfachung und Vernetzung liefert Altair Simsolid automatisiert der Entwicklung wichtige Erkenntnisse, die fundierte Konstruktionsentscheidungen ermöglichen. Die Vorteile dieses erweiterten FEA-Konzeptes kommen insbesondere bei großen Strukturen zum Tragen.

Altair Simsolid: Lösung für schnelle Designiterationen

Basierend auf einer Erweiterung der externen Approximationstheorie in Kombination mit adaptiver Multipfad-Analyse und einem erweiterten grundlegenden FEA-Konzept, welche die Grundideen von Freiheitsgraden neu definiert, eliminiert das Werkzeug Altair Simsolid die beiden zeitaufwendigsten und fehleranfälligsten Aufgaben, die in einer konventionellen Struktursimulation durchgeführt werden müssen: Geometrievorbereitung und Vernetzung.

Durch synchrone Simulations- und Konstruktionsstände kann selbst bei aufwendigen Entwicklungen die Simulation als treibender Faktor fungieren. So gelingt effizientes Frontloading mithilfe von simulationsgetriebenem Design.

Simulation

Gamechanger für den Maschinenbau

Wie kann KI helfen?

Im Zusammenspiel von KI und Simulation lassen sich auf verschiedene Weise Vorteile für die Produktentwicklung erschließen, Abläufe beschleunigen und Zusammenhänge besser und schneller erkennen.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick:

Arbeitsfelder für KI in der Produktenwicklung sind vielfältig – von der effizienteren Modellerstellung bis zum Erkennen von Verhaltensmustern und der Möglichkeit, auf ein gewünschtes Verhalten hin zu optimieren. Algorithmen können helfen, Geometrien zu vergleichen und in Gruppen einzuteilen, was die Modellorganisation vereinfacht. Auf Basis von simulierten Ergebnissen und geometrischen Strukturen lässt sich ein neuronales Netzwerk trainieren, das ohne erneuten Simulationslauf Verhaltensvorhersagen machen kann.

Komplexes Systemverhalten lässt sich mit neuronalen Netzen, welche als Modelle reduzierter Ordnung (ROMs) das Systemverhalten wiedergeben, effizient abbilden – und das ganz ohne Co-Simulation. Systemsimulationen werden dank dieser datengetriebenen Modelle um das Tausendfache schneller, wodurch neue Anwendungen möglich werden und Zeit für neue Ideen frei wird.

Altair spricht beide Sprachen – Engineering und Data Analytics

Globale Trends wie Digitalisierung, Elektrifizierung und zunehmender internationaler Wettbewerb erfordern die Investitionsbereitschaft, in neuen Bereichen Kompetenzen aufzubauen. Mit über 150 Softwarelösungen innerhalb eines flexiblen Lizenzmodells bietet Altair das vollständigste Engineering-Portfolio, um aufkommenden Simulations- und Innovationsbedarf auch in der Zukunft abzudecken.

Unternehmen sehen sich häufig der Herausforderung gegenüber, neue Entwicklungs- und Datenanalysemethoden in der Breite im Unternehmen einzuführen. Hier kann Altair unterstützen. Altair hat sich in den letzten Jahren zum bedeutendsten Anbieter von Data Analytics und KI-Lösungen im Engineering entwickelt und spricht als Alleinstellungsmerkmal beide Sprachen: Engineering und KI.

Mit Ingenieurverstand durchdringen Altair-Experten die Entwicklungsherausforderungen und helfen, die geeignete Technologie zum Einsatz zu bringen. Altairs No-Code KI-Lösung ermöglicht Experten aller Fachbereiche anwendungsorientierten Zugang zu maschinellem Lernen und Data-Analytics-Anwendungen. In gemeinsamen Workshops begleiten wir unsere Kunden bei der Methodenentwicklung und coachen sie interdisziplinär auf ihrem Weg zum datengetriebenen Unternehmen.

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