Konstruktion trifft Berechnung

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5 Fragen an Volkmar Schönfeld von Dassault Systèmes

Wie hat sich der Konstruktionsprozess in den letzten Jahren verändert?

Hier sind zwei Themenblöcke hervorzuheben: Konstrukteure sollen zunehmend routinemäßige Berechnungsaufgaben übernehmen. Hierzu gehören z.B. Spannungsuntersuchungen einzelner Bauteile oder kleiner Baugruppen. Diesen Trend gibt es bereits seit rund 15 Jahren. Neu ist jedoch seit ein paar Jahren, dass Kompromisse bei der Ergebnisqualität solcher konstruktionsnahen Berechnungen nicht mehr akzeptiert werden. Dies bedeutet beispielsweise, dass auch bei den eher einfacheren Berechnungsaufgaben realistische Materialkennwerte zum Einsatz kommen, die beispielsweise auch Plastizität berücksichtigen.

Die Verzahnung von Konstruktion und Berechnung verstärkt sich. Die Berechnung soll nicht mehr nur der Konstruktion folgen. Vielmehr sollen Erkenntnisse aus der Berechnung direkt in den laufenden Konstruktionsprozess zurückfließen. Dies erfordert softwareseitig eine enge Verzahnung der Werkzeuge für Konstruktion und Berechnung. So greifen die Berechner direkt auf die CAD-Daten der Konstruktion zu – ohne Umweg über neutrale Datenformate oder Schnittstellen überhaupt. Auch steht die Rückführung verformter oder sonst wie im Berechnungsprozess veränderter Topologie zurück in die Konstruktion zunehmend im Blick. Beispielhaft sei hier die während der Berechnung durchgeführte Veränderung der Lagenstruktur einer Faserverbundstruktur genannt.

Gibt es hervorzuhebende Technologiesprünge, die zu den Veränderungen beigetragen haben?

Die auf Finiten-Elementen basierende Theorie gilt grundsätzlich heute noch wie vor 30 und 40 Jahren. Die Entwicklung in der Berechnung ist von daher eher eine evolutionäre denn revolutionäre.

So hat die Entwicklung der Hardwareleistung in den letzten 10 Jahren dazu geführt, dass heutige Berechnungsmodelle ein Vielfaches detailgetreuer sind als noch zu Beginn dieses Jahrhunderts. Auch können heute physikalische Vorgänge gerechnet werden, z.B. das Schwappen von Flüssigkeiten in Behältern, die vor einigen Jahren aus Gründen der Rechenzeit noch undenkbar waren.

Sei es die Entkopplung vom Arbeitsplatz von der ‚Stelle‘, die die eigentliche Berechnung durchführt, z.B. Rechenzentren, der Zugriff global verteilter Arbeitsgruppen auf dieselben Modelle oder das Präsentieren von Berechnungsergebnissen auf mobilen Endgeräten – die zunehmende Durchdringung der Arbeitswelt durch die Internettechnologie bewirkt zwar keinen Sprung, jedoch eine schleichende Veränderung der Arbeitsmethoden.

Wie hat sich der Einsatz von Simulationsmethoden verändert?

Die Simulation wird heute noch viel mehr als früher als essentieller Bestandteil in der Produktentwicklung gesehen. Damit einhergehend haben sich die Softwaretools dahingehend entwickelt, dass Sie nicht mehr nur von absoluten Berechnungsspezialisten bedient werden können, sondern auch von Konstrukteuren und Ingenieuren, die nur gelegentlich zur Berechnung greifen. Insbesondere die Möglichkeit, komplette Berechnungsprozesse zu automatisieren, aber auch die immer ausgereifteren Algorithmen z.B. für die Vernetzung von Modellen haben da ihren Beitrag geleistet.

Wie wird sich Ihrer Meinung nach der Produktentstehungsprozess in den nächsten Jahren ändern? Sind Trends abzusehen?

Auf mathematische Methoden basierende Optimierungswerkzeuge werden zunehmend Einzug in den virtuellen Entwicklungsprozess erhalten. Wird bislang in der Berechnung eher nur ein singuläres Modell ‚unter Laborbedingungen‘ betrachtet, werden zukünftig Serien an Modellvarianten auf Knopfdruck durchgerechnet, um z.B. Modellsensitivitäten hinsichtlich Fertigungstoleranzen zu erkennen oder Bauteileigenschaften gezielt zu optimieren.

Welche Trends/Entwicklungen sehen Sie bei Ihren Kunden?

Der Trend, bei komplexen Produkten die Mechanik zunehmend durch Elektronik zu ersetzen, spiegelt sich in gewissem Maße auch in der Berechnung wieder. Die Berechnung, die sich früher im Wesentlichen auf kontinuums- oder strömungsmechanische Aspekte beschränkt hat, soll zunehmend auch andere physikalische Effekte berücksichtigen. ‚Multi-physics‘ lautet hier das Schlagwort. Thermische, akustische oder elektromagnetische Phänomene, aber auch Maschinensteuerung oder Mehrkörpersysteme gilt es, mit den bisherigen reinen auf kontinuums- bzw. strömungsmechanischen Berechnungen zu koppeln.

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