Konstruktion trifft Berechnung

Anbieter zum Thema

CADFEM Germany GmbH

KISSsoft AG

Bechtle PLM Deutschland GmbH

Parametric Technology GmbH Niederlassung Sindelfingen - Financial Service Center -

Siemens Digital Industries Software

4 Fragen an Prof. Dr.-Ing. Peter Köhler, Universität Duisburg-Essen

Wie hat sich der Konstruktionsprozess in den letzten Jahren verändert?

Prozessveränderungen kann man aus verschiedenen Blickfeldern beobachten. Aus globaler, wirtschaftlicher Sicht ist festzuhalten, dass die Internationalisierung auch in Produktentwicklungsprozessen weiter zugenommen hat. Das gilt nicht nur für die Produktvermarktung sondern auch für weltweit verteilte Entwicklungs- und Produktionsstandorte. Hier hieraus ergeben sich nicht zuletzt auch veränderte Kommunikationswege, Rahmenbedingungen bzw. Vorgaben für die Konstruktion.

Aus konstruktionsmethodischer Sicht ist festzustellen, dass die grundlegenden, seit Jahrzehnten bewährten Ansätze zur Lösungsfindung und zur Prozessbeherrschung, die u.a. in VDI-Richtlinien festgehalten wurden, prinzipiell nach wie vor gültig sind, auch wenn natürlich in der praktischen Umsetzung stets die aktuellen Methoden des Informations- und Wissensmanagements und den damit eng verknüpften Methoden zum Aufbau virtueller Realitäten zu berücksichtigen sind. Noch stärker als bisher ist allerdings zu berücksichtigen, dass sich Konstruktionsprozesse immer weiter zu multidisziplinären Produktentwicklungsprozessen wandeln.

Aus Prozesssicht kann festgehalten werden, dass die stets steigende Leistungsfähigkeit von Hardware und Softwarewerkzeugen auch notwendige Veränderungen der Ablauforganisation unterstützen, so dass z.B. Parallelisierungen von Teilprozessen (Simultaneous Engineering) oder qualifizierte Konzeptabsicherungen in frühen Entwicklungsphasen (Front Loading) möglich wurden.

Bezogen auf den Einsatz von CAD-Systemen ist festzuhalten, dass sich der Einsatz von 3D-CAD-Systemen inzwischen auch in den Konstruktionsbereichen der kleinen und mittelständischen Unternehmen durchgesetzt hat, da sich hieraus auch verbesserte Möglichkeiten zur Qualifizierung und Beschleunigung angrenzender Prozesse (von der Akquisition bis hin zur Fertigungsplanung und Zertifizierung) ergeben.

Prof. Dr.-Ing. Peter Köhler lehrt am Institut für Produkt Engineering/CAE der Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abt. Maschinenbau.

Gibt es hervorzuhebende Technologiesprünge, die dazu beigetragen haben?

Begriffe wie Mechatronik, Adaptronik, Smart Materials, Nanotechnik, PLM (Product Lifecycle Management) stehen ja für Technologien und Entwicklungstrends, die den mehr und mehr interdisziplinären Konstruktionsprozess und damit das Tätigkeitsfeld in den Entwicklungs- und Konstruktionsbereichen verändern. Nicht unerwähnt soll die Entwicklung im IT-Bereich bleiben, ohne die ein umfassenderes Daten-, Informations- und Wissensmanagement über den ganzen Produktlebenszyklus und virtuelle Produkt- und Prozessabsicherungen nicht möglich wären.

Wie hat sich der Einsatz von Simulationsmethoden verändert?

Schon seit Jahrzehnten werden in den verschiedenen Disziplinen spezielle Softwarewerkzeuge eingesetzt, die in den Bereich Berechnung und Simulation einzuordnen sind. Auch diese Systeme und die zugrunde liegenden Ansätze der Modellbildung haben sich verändert. Softwaretools zur analytischen Auslegung oder Nachrechnung von Produktkomponenten, die ja bereits fester Bestandteil im Tätigkeitsfeld der Konstruktion sind und sich teilweise zu branchenspezifisch anerkannten Systemen entwickelt haben , verfügen mehr und mehr über qualifizierte Datenschnittstellen, so dass beispielsweise direkte Einbindungen in CAD-Prozesse möglich werden. Spezielle auf numerischen Näherungsverfahren beruhende Simulationstools, beispielsweise für Analysen im Bereich der Struktur- oder Strömungsmechanik oder zur Simulation gekoppelter Probleme werden dagegen vor allem von Berechnungsspezialisten genutzt, da die sehr komplexe Modellbildung doch ein tieferes Verständnis der informationstechnischen und numerischen Zusammenhänge erfordert. Dennoch kann festgestellt werden, dass nahezu alle leistungsfähigen CAD-Systeme vor allen im Bereich der FEM (Finite Elemente Methode) entsprechend integrierte Simulationstools anbieten, deren Lösungsmöglichkeiten allerdings gegenüber den speziellen Simulationswerkzeugen etwas eingeschränkt sind. Der Konstrukteur hat damit aber schon die Möglichkeit, durch konstruktionsbegleitende Berechnungen und Simulationen die Designentwürfe besser abzusichern, so dass die Anzahl eventueller Iterationsschleifen im Konstruktionsprozess verringert werden kann.

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

Die virtuelle Absicherung von Produkten und Prozessen wird weiter an Bedeutung gewinnen, da damit nachhaltig Kenngrößen beeinflusst werden können, die häufig mit den Begriffen Zeit, Kosten und Qualität verbunden werden. Der Einsatz von leistungsfähigen 3D-CAD-Systemen wird dabei unerlässlich sein. Vor knapp 20 Jahren habe ich einmal einen Vortrag zum Thema „Konstruieren in der vierten Dimension“ gehalten. Hier hatte ich neben den dreidimensionalen Produktmodellen noch die Zeit (sowohl aus Sicht der Produktnutzung als auch aus Sicht der phasenbezogenen Produktentwicklung) als vierte Dimension ins Blickfeld gerückt. Nun macht es sicher wenig Sinn, dieses Wortspiel fortzusetzen, dennoch ist nicht abwegig festzustellen, dass beim Konstruieren mehrdimensionale Anforderungen beachtet werden müssen. Dies gilt es noch weitgehender als bisher durch entsprechende Methoden, IT-Systeme und Ablaufstrategien zu unterstützen.

Die Absicherung verschiedener Gerechtheiten (funktionsgerecht, fertigungsgerecht, montagegerecht,…) wird häufig mit dem Begriff Digital Mock-Up (DMU) verbunden. Mit möglichst realitätsnahen Modellen wird dabei versucht, die Erfüllung der unterschiedlichsten Designanforderungen immer mehr auch im Zusammenhang zu überprüfen. Das gelingt in vielen Bereich schon sehr gut. Trotz leistungsfähiger Hard- und Software werden jedoch auch in Zukunft nicht alle Teilaspekte an virtuellen Ersatzmodellen überprüft werden können. Das trifft im Bereich der funktionalen Absicherung zum Beispiel für Verschleiß- und Korrosionsprobleme zu, die natürlich von sehr vielen Faktoren abhängig sind, deren Zusammenspiel nicht exakt vorhersehbar ist.

Virtuellen Prototypen sind daher nicht nur Repräsentanten des aktuellen Bearbeitungsstandes in der Konstruktion sondern zugleich auch Ausgangspunkt für nachfolgende Prozesse. Dabei stehen durchgängige CAD-CAM-Prozessketten im Mittelpunkt zahlreicher Entwicklungen, um nicht nur geometrische Informationen aus dem CAD-Modell an das CAM-System zu übergeben, sondern auch wechselseitige Abhängigkeiten von Modellausprägungen und Fertigungsschritten bzw. Fertigungsverfahren abbilden zu können. Dieser auch in anderen Bereichen zu beobachtende Trend der Anreicherung des CAD-Modells mit semantischen Informationen, die letztendlich Wechselwirkungen verschiedener Wissensdomänen verkörpern, wird mehr und mehr mit dem Begriff Knowledge Based Engineering (KBE) verbunden. Dabei geht es nicht nur um die Entlastung aller im Entwicklungsprozess involvierten Personen von Routinetätigkeiten sondern auch um die Qualitätssicherung in allen Phasen des Produktentwicklungsprozesses und um dessen Optimierung.

Ein anderer Aspekt wird in diesem Zusammenhang auch an Bedeutung gewinnen: die Erhöhung der Konstruktionsflexibilität. Um schneller auf Markterfordernisse reagieren zu können, sind Produktdatenmodelle erforderlich, die anpassungsfähig sind, so dass eine flexiblere Produktkonfiguration möglich wird. Auch in meinem Team werden entsprechende Fragestellungen zur Wissensintegration in das CAD-Umfeld bearbeitet. Einen besonderen Stellenwert nehmen dabei Fragestellungen der funktions- und fertigungsgerechten Produktgestaltung ein. So werden am Lehrstuhl Methoden entwickelt, um den Ablauf konstruktionsbegleitender Simulationen zu optimieren und gezielt auf gegebene Problemstellungen anzupassen. Der Fokus liegt im Besonderen in dem Bereich der strukturmechanischen, thermischen sowie strömungsmechanischen Simulation und deren Kopplungen untereinander (Multiphysik). Begleitend werden Konzepte zur systemübergreifenden Nutzung von Produktdatenmodellen erarbeitet. In enger Kooperation mit anderen Partnern werden weiterhin Fragestellungen zum Aufbau durchgängiger Prozessketten beim Einsatz additiver und konventioneller Fertigungsverfahren untersucht.

* Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler, Redakteurin konstruktionspraxis.

(ID:42546261)