Expertenmeinung – m Gespräch mit Dr. Urbain Vandeurzen

Zum Thema „Wettbewerbsvorteile sichern durch Produktentwicklungs- und Prozessneuheiten“, sprach der Chefredakteur der konstruktionspraxis Dipl.-Ing. Ullrich Höltkemeier mit Dr. Urbain Vandeurzen, Chairmann und CEO vom LMS International.

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Wie stellt man sicher, dass eine mechanische Konstruktion erwartungsgemäß funktioniert, bevor man sie der Prototypenprüfung übergibt? Wie lassen sich die akustischen Eigenschaften der Produkte schon ab dem frühesten Entwicklungsstadium optimieren?

Vandeurzen: Die größte Herausforderung für Ingenieure besteht darin, das dynamische Betriebsverhalten ihrer mechanischen Systeme entsprechend der Spezifikation zu gewährleisten. Eine Vielzahl von Komponenten muss unter Praxisbedingungen, d.h. unter dem Einfluss von Schwerkraft und Reibungskräften, planmäßig und zuverlässig interagieren. Kinematikmodule in heutigen CAD-Paketen sind nicht in der Lage, diese Anforderungen zu erfüllen, denn sie verfügen nur über begrenzte Fähigkeiten zur Vorhersage von Bewegungsbereichen und zur Kollisionserkennung.

Eine Lösung wie LMS Virtual.Lab simuliert dagegen dynamisches Systemverhalten, einschließlich Massen, Trägheit, Steifigkeit, Reibung, … und hat deshalb die Fähigkeit, mehr verwertbare technische Informationen zu liefern.

Wie können Konstruktion, Modellbau und Engineering besser Hand in Hand arbeiten?

Vandeurzen: Die effizienteste Möglichkeit zur engeren Verknüpfung von Konstruktions-, Simulations- und Testfunktionen besteht in der Anwendung von Lösungen für die virtuelle Prototypensimulation wie LMS Virtual.Lab, und zwar über den gesamten Entwicklungs-zyklus, beginnend ab der frühen Konzeptphase.

Ein stärkerer Einfluss der Ingenieure in der Anfangsphase der Entwicklung erfordert auch eine enge Zusammenarbeit zwischen Entwicklungsteams und verschiedenen technischen Disziplinen, wozu wiederum eine wirkliche Integration der jeweiligen Arbeitsumgebungen notwendig ist.

Mit der Einführung der Software LMS Virtual.Lab Designer und ihrer vollen Einbindung in CATIA V5 verfügen Konstrukteure über ein breites Spektrum von Simulationsfähigkeiten für Strukturanalyse, Systemdynamik, Akustik und Betriebsfestigkeit. Damit können die Konstrukteure das Betriebsverhalten von Komponenten und Teilsystemen früher als bisher im Entwicklungsprozess analysieren, und zwar innerhalb ihrer gewohnten CAD-Umgebung. LMS Virtual.Lab Designer unterstützt den reibungslosen Austausch von Modellen, Daten und Ergebnissen und erleichtert die Zusammenarbeit zwischen Konstrukteuren und Analytikern.

Welche Technologien können helfen, verlässliche Simulationsergebnisse rechtzeitig zu liefern?

Vandeurzen: In der Vergangenheit konnten Technologien für das virtuelle Prototyping einfach noch nicht rechtzeitig die richtigen Antworten liefern, um den laufenden Entwicklungsprozess zu beeinflussen. Das Hauptproblem war das Fehlen exakter Modellierungs- und Vorhersagefähigkeiten zum Bewerten des Verhaltens komplexer Systeme in puncto Sicherheit, Geräusch oder Lebensdauer anhand von Gesamtsystemmodellen, z.B. eines kompletten Fahrzeugs, Flugzeugs, Triebwerks usw.

Um die Beschränkungen des virtuellen Prototyping auf Systemebene zu überwinden, wurde LMS zum Pionier der Hybridsimulation, die virtuelle Simulation und Prototypentest in idealer Weise verbindet. Dieser innovative Ansatz kombiniert testbasierte Modelle von Vorläufer-konstruktionen und Konkurrenzprodukten mit virtuellen Modellen neu entwickelter Komponenten und Teilsysteme.

Mittels Hybridsimulation unterstützt LMS Virtual.Lab die Entwicklungsteams beim Bewerten der Performance früher Konzepte und beim Fällen kritischer Konstruktionsentscheidungen aus der Perspektive der Funktionserfüllung. Weiterhin erlaubt es die Hybridsimulation, mehr Entwurfsoptionen in kürzerer Zeit zu analysieren und das Funktionsverhalten effizient zu optimieren, bevor der Realtest von Prototypen in Angriff genommen wird.

Die Hybridsimulation, die LMS seit zehn Jahren propagiert, hat bereits zahlreiche Fertigungsunternehmen in die Lage versetzt, frühe Konzeptsimulationen erfolgreich durchzuführen. Diese frühen Simulationsläufe ermöglichen es dem Entwicklungsteam, transparente technische Einsichten in das Betriebsverhalten von Neukonstruktionen zu gewinnen und eindeutige Empfehlungen an das Entwicklungsteam zu formulieren.

LMS Virtual.Lab bietet dazu die Fähigkeiten zum schnellen Generieren von Simulations-modellen für Neukonstruktionen – bereits bevor die ersten CAD-Daten oder FE-Modelle verfügbar werden.

Was ist Ihrer Meinung nach erforderlich, um die virtuelle Produktentwicklung, z.B. für ein Gesamtfahrzeug, auf Systemebene durchzuführen?

Vandeurzen: Zuallererst benötigen Sie eine integrierte Simulationslösung, die einen Großteil der wertschöpfungslosen Zeit aus dem typischen Entwicklungsprozess eliminiert. Die Barrieren zwischen CAD, CAE und Test müssen beseitigt werden. Konstrukteure müssen ihre Modelle wiederverwenden können, statt sie für jede Applikation von neuem erzeugen zu müssen. Die verschiedenen Simulationsdisziplinen müssen zusammengeführt, unnötige Datenübertragungen und Übersetzungen müssen vermieden und die attributübergreifende Produktoptimierung muss ermöglicht werden. LMS Virtual.Lab ist eine Plattform, die im Hinblick auf diese Art von Integration entwickelt wurde.

Zweitens benötigen Sie eine Simulationslösung, die auf Systemebene den flexiblen Aufbau und die Pflege von Simulationsmodellen in jeder Phase des Entwicklungsprozesses ermöglicht. Auch hier kommt die Leistungsfähigkeit der Hybridsimulationstechnologie in Virtual.Lab wieder ins Spiel. Das Software-Tool bietet auf Systemebene die Simulationsfähigkeiten, die den problemlosen Aufbau von Modellen für die systemweite Simulation des Betriebsverhaltens erlaubt, beginnend mit der Vielzahl der verfügbaren Einzelteilmodelle – CAD-Geometrien, FE-Modelle, Mehrkörpermodelle oder testbasierte Modelle.

Virtual.Lab erlaubt es, auf Systemebene vorhandene Modelle schnell zu modifizieren, um die Bewertung von Entwurfsalternativen zu ermöglichen, Baugruppen auf bestimmte Attributbewertungen zuzuschneiden und das Gesamtsystemverhalten vor dem Prototypentest genau vorherzusagen.

Wie erhält man verlässliche Lastdaten zur Unterstützung der Simulation, z.B. des Fahrverhaltens eines Fahrzeugs?

Vandeurzen: Mit LMS Virtual.Lab Standard Motion können Ingenieure das Praxisverhalten einer mechanischen Konstruktion analysieren und optimieren und damit garantieren, dass die Konstruktion wie erwartet funktioniert. Erst dann muss der teure Realtest von Prototypen in Auftrag gegeben werden. Die Lösung Virtual.Lab Motion erlaubt dem Anwender, mechanische Systeme zu modellieren und zu simulieren und die Belastungen von Komponenten und Systemen vorherzusagen – so gewinnt man wertvolle Erkenntnisse für die Strukturanalyse, die Geräusch- und Schwingungssimulation, die Vorhersage der Betriebsfestigkeit und andere Felder.

Wenn es darum geht, Fahrverhalten und Handling von Fahrzeugen zu simulieren, kommt LMS Virtual.Lab Full Vehicle Motion zum Einsatz, z.B. in der Entwicklung von Personenwagen bis zu Motorsportfahrzeugen und Mehrachsfahrzeugen wie Lastwagen und Bussen. Modelle von Vorderrad- und Hinterradaufhängungen, die mit der Schnittstelle Virtual.Lab Suspension erzeugt wurden, lassen sich leicht in ein Gesamtfahrzeugmodell integrieren und um Lenkung, Bremsen, Antriebsstrang, elektronische Regelsysteme und Bereifung erweitern.

Welche Werkzeuge können den Konstrukteur und Entwickler bei der Beschleunigung und Verbesserung von Prototypentests unterstützen?

Vandeurzen: Die Umstellung auf den digitalen Entwicklungsprozess bedeutet, dass weniger Prototypen verfügbar sind und intensiver getestet werden müssen. Alles muss in kürzerer Zeit und mit weniger Ressourcen geschehen. Darüber hinaus sind Versuch und Test nicht mehr auf die Phasen der Fehlerbehandlung und Entwicklung beschränkt. Testdaten fließen von Anfang an in den Hybridsimulationsprozess ein.

LMS Test.Lab ist eine Komplettlösung für testbasiertes Engineering und verbindet schnelle Mehrkanal-Datenerfassung mit einem Satz integrierter Test-, Analyse- und Berichtswerkzeuge. LMS Test.Lab wurde dafür konzipiert, das Testen effizienter und komfortabler für die Entwickler zu machen. Dieses Tool versetzt Testabteilungen in die Lage, mehr Testarbeit zu bewältigen und eine schnellere Amortisation vorhandener Testeinrichtungen zu erreichen. Es versetzt Versuchsingenieure in die Lage, die durch Tests gewonnenen Erkenntnisse effizient zu nutzen.

Jüngste Studien weisen darauf hin, dass auch in Zukunft gute Zeiten für das Geschäft mit der Simulation auf die Hersteller zukommen. Wie hat sich LMS auf dieses „Goldene Zeitalter“ vorbereitet?

Vandeurzen: LMS Virtual.Lab wurde in den letzten fünf bis sechs Jahren entwickelt, um den spezifischen Herausforderungen der virtuellen Simulation gerecht zu werden. Neben der Simulation des Betriebsverhaltens in der frühen Konzeptentwicklungsphase bietet das Software-Tool umfangreiche Fähigkeiten zum exakten Simulieren des Praxisverhaltens neuer Produktentwürfe in der Detailentwicklungsphase.

LMS Virtual.Lab ist eine Komplettlösung für viele Gebiete: Strukturanalyse, dynamische Bewegungssimulation, Fahrverhalten und Handling von Fahrzeugen, Simulation der Innenraumakustik und Analyse von Fahrbahngeräuschen und Lebensdauer. Die Software bietet aber auch Fähigkeiten zur Automatisierung repetitiver Simulationsaufgaben und zur Erfassung komplexer Simulationsprozesse in bedienerfreundlichen Templates.

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