Heutige CAE-Software-Pakete haben ein hohes Maß an Funktionalität und einen hohen Reifegrad erreicht. Die Produktentwicklung ist ohne numerische Simulationen kaum vorstellbar. So stellt sich die Frage nach richtungsweisenden Trends im Bereich der virtuellen Produktentwicklung.

Die Geburtsstunde der Anwendung von CAE-Methoden in der Fahrzeugkonzept-Entwicklung reicht in die frühen 90er-Jahre zurück. Damals noch unbekannt und neu, galt es, zu beweisen, welche Vorteile CAE-Methoden in der frühen Phase der Produktentwicklung liefern. Inzwischen bietet CAE ein breites Anwendungsgebiet mit einem hohen Level an Funktionalitäten. Dies bestätigt die NAFEMS-Studie 20131 anschaulich. Befragt nach dem häufigsten Einsatz von CAE-Software im Produktzyklus nannte nahezu ein Drittel der Befragten die Konzept-Design-Phase. Der größte Nutzen des Einsatzes von Simulationssoftware wird eindeutig der Verbesserung von Produkten bzw. Komponenten zugesprochen und um Produktschwächen zu erkennen sowie Entwicklungszeiten zu verkürzen.

Wo es noch Schwächen gibt
Einschränkungen in der Anwendung von Simulationssoftware schreiben die Befragten fehlenden Erfahrungen und Qualifikationen der Anwender zu und damit verbunden Schwierigkeiten, zuverlässiges Datenmaterial zu erhalten. Ein deutlich hoher Anteil an Anwendern wünscht sich auf sein Arbeitsgebiet zugeschnittene, spezifische Funktionalitäten und eine Verbesserung von Nutzerschnittstellen. Die Ergebnisse der NAFEMS-Studien lassen folglich veränderte Anforderungen an heutige Simulationsanwendungen erkennen.

Lag der Schwerpunkt früher in der Simulation von einzelnen Komponenten, steht heute die Abbildung einer vollständig virtualisierten Entwicklungsumgebung im Fokus.

Dabei ist es nicht ausreichend, die einzelnen Anwendungen auf Physik-Ebene miteinander zu verknüpfen, sondern ist ebenso die Disziplinen-Ebene in die Simulation einzubeziehen. Der Ruf der Anwender nach spezifischen, individuellen Simulationsanwendungen, die verschiedene Disziplinen miteinander koppeln, ist daher die logische Konsequenz. 

Beispiel: Audio-System
Denken wir in diesem Zusammenhang beispielsweise an einen Lautsprecher in einem Fahrzeug. Naturgemäß benötigen Lautsprecher ein Resonanzvolumen, um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erzielen. Besonders im Automobilbau besitzen diese Gehäuse eine äußerst komplexe Geometrie. Der Lautsprecher verwendet beispielsweise Hohlräume der Fahrzeugstruktur als Resonanzvolumen. Diese komplexen Gehäuse erfordern eine Erweiterung in der mechanischen und akustischen Domäne des Lautsprecher-Simulationsmodells (elektro-magnetische, mechanische und akustische Domäne). Um ein ganzheitliches Simulationsmodell aufzuzeigen, ist zudem die Fahrzeugkabine in die Untersuchung mit einzubeziehen. Werden in weiteren Schritten die Disziplinen Industriedesign, digitale Signalverarbeitung, Binaural-Audio, Psycho-Akustik und Tuning berücksichtigt, entsteht eine vollständig virtualisierte Produkt-Entwicklungsumgebung.

Wie das vorgenannte Beispiel zeigt, sind eine ganzheitliche Betrachtung aller Subsysteme und Disziplinen, ihre physikalischen Eigenschaften und Randbedingungen sowie die jeweilige Interaktion untereinander notwendig. Folglich handelt es sich nicht mehr ‚nur‘ um elektro-akustische Problemstellungen, für die eine Lösung gesucht werden muss. Vielmehr geht es um eine multiphysikalische und multidisziplinäre Betrachtung.

Das Beispiel lässt zudem erkennen, dass zunächst passende Simulations-Methoden im Engineeringprozess zu definieren sind. Der Fokus liegt folglich nicht in der Verbesserung der CAE-Software um Features und in einer weiteren Automatisierung. Das Hauptaugenmerk liegt eindeutig in der Verbesserung der Methodenentwicklung. Wie kann ein bestimmtes Produkt sinnvoll simuliert werden? Wie können existierende Tools effizient eingesetzt werden?

Dazu ist ein umfassendes Verständnis über das System, involvierte Subsysteme und Randbedingungen sowie Kenntnisse der existierenden Simulationstools notwendig. Dieses Wissen trägt dazu bei, dass die simulationsgestützte Produktentwicklung die Simulationsmethoden effizient nutzen, um letztlich die Qualität und Einzigartigkeit der Produkte deutlich zu verbessern.

Effektive Lösungen bietet das Prozessmodell M-voiD® (Multidisciplinary virtually optimized industrial Design). M-voiD® verknüpft sämtliche elektro-mechanisch-akustische Charakteristiken unter Zugrundelegung adäquater numerischer Schemata und zeigt so seine vollständig virtualisierte Produktentwicklungsumgebung an. Klangeigenschaften sind virtuell mess- und beurteilbar und können am virtuellen Modell optimiert werden.

1Quelle: The NAFEMS Simulation Capability Survey 2013, Umfragezeitfenster: März bis Mai 2013 bei rund 1.000 Umfrageteilnehmern, veröffentlicht im Dezember 2013, ISBN 978-1-874376-94-1.
NAFEMS: NAFEMS ist eine internationale Organisation zur Förderung der sicheren und zuverlässigen Anwendung von Simulationsmethoden.