Simulation im Designprozess optimal nutzen

Fortschrittliche Simulationstechniken haben sich als unverzichtbare Werkzeuge im Produktdesignprozess etabliert und ermöglichen es Unternehmen, Arbeitsabläufe zu optimieren, Kosten zu senken und die Produktqualität zu verbessern. Dieser umfassende Leitfaden beleuchtet, inwieweit die simulationsgestützte Produktentwicklung Ihre Designprozesse transformieren kann, welche Tools Sie für einen möglichst reibungslosen Übergang nutzen können und welche Best Practices für die unternehmensweite Einführung gelten.

Fortschrittliche Simulation im Produktdesign verstehen

Was ist advanced Simulation?

Advanced Simulation beinhaltet die Verwendung ausgeklügelter Computermodelle, um vorherzusagen, wie ein Produkt unter verschiedenen Bedingungen funktionieren wird. Durch die Integration der Simulation mit CAD (computer-aided design) und CAE (computer-aided engineering)-Tools können Designer ihre Konzepte in einer virtuellen Umgebung visualisieren und testen. Diese Integration ermöglicht fundiertere Entscheidungen und reduziert das Risiko kostspieliger Designfehler.

Der Geschäftswert plattformintegrierter Simulation

Der geschäftliche Nutzen plattformintegrierter Simulation ist heute klarer denn je. Mit der Einführung strengerer Qualitäts- und Compliance-Vorschriften investieren Unternehmen in die Entwicklung nachhaltigerer Produkte. Der richtige, plattformintegrierte Einsatz von Simulationstools befähigt Entscheidungsträger, nachhaltigere, kostengünstigere und leistungsfähigere Produkte zu entwickeln.

Zusammenfassung der Vorteile von Simulation im Designprozess

Heute sind Simulationstools mehr denn je entscheidend für die Sicherstellung eines nachhaltigen Produktdesigns, dessen Validierung und Fertigung. Der richtige, plattformintegrierte Einsatz von Simulationstools kann Entscheidungsträger bei der Entwicklung nachhaltigerer, kostengünstigerer und leistungsfähigerer Produkte unterstützen.

Die Integration von CAD und CAE ermöglicht es Konstruktionsingenieuren, die besten Designideen in sehr frühen Phasen zu erkunden, anzupassen und festzulegen. Sie reduziert das Risiko kostspieliger Designfehler oder Versäumnisse und unterstützt eine detailliertere Erkundung von Designoptionen.

• Schneller und früher im Designprozess iterieren.
• Reduzieren Sie Zeit, Aufwand und Kosten für Prototyping und Neugestaltung.
• Potenzielle Designfehler vor dem physischen Prototyping identifizieren, wodurch Zeit und Ressourcen gespart werden.
• Materialverschwendung minimieren und den Bedarf an mehreren Prototypen reduzieren.
• Designs für Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit optimieren.

Es ist Best Practice, die Simulation frühzeitig in den Designprozess einzubeziehen. Dies ermöglicht es Ingenieuren, die besten Designideen in sehr frühen Phasen zu erkunden, anzupassen und festzulegen. Dies reduziert das Risiko kostspieliger Designfehler oder Versäumnisse und unterstützt eine detailliertere Erkundung von Designoptionen.

Sind manuelle Berechnungen und physische Tests wirklich zuverlässiger?

Bestehende Produkte

Viele Unternehmen wenden eine Methodik an, die ihr bestehendes, funktionierendes Produkt betrachtet und es vergrößert oder verkleinert. Obwohl historische Daten nützlich sind und die aus diesem Produkt gewonnene Erfahrung ein gewisses Vertrauen in die Fähigkeiten anderer gibt, leitet sie das Design nicht unbedingt so, dass es besser wird. Sie ermöglicht es der Entwicklung lediglich, eine weitere Version von etwas zu erstellen, das „gut genug“ ist, anstatt etwas, das den aktuellen Anforderungen am besten entspricht. Dies führt wiederum zu einem sehr stagnierenden Entwicklungsprozess und wird wahrscheinlich keine Kosten-, Zeit- oder Leistungssteigerungen erzielen, die die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens sichern.

Tabellenkalkulationen und manuelle Berechnungen

Als traditioneller Ansatz zur Bewertung eines Designs sind Ingenieure mit manuellen Berechnungen vertraut und vertrauen dem Gefühl von Zuverlässigkeit und Genauigkeit, das sie damit erreichen können. Dies gilt insbesondere im Vergleich zu unbekannten Simulationstools. Manuelle Berechnungen erfordern oft, dass der Ingenieur erhebliche Annahmen bezüglich Geometrie, Materialien oder Lastkriterien trifft. Dies begrenzt ihre Aussagekraft und ordnet sie eher einer groben Schätzung als einer genauen Analyse zu. Dennoch besteht oft das Gefühl, dass die bewährte Methode besser geeignet ist, was zu Fragen nach der Gültigkeit eines Simulationsergebnisses führt. Der Wert der Simulation liegt jedoch in ihrer Fähigkeit, andere relevante Bereiche des Designs hervorzuheben und die Visualisierung der Spannung in einem System oder des gesamten Lastpfades zu ermöglichen.

Prototypen testen

Wie bei manuellen Berechnungen glauben viele Ingenieure, dass Testergebnisse realer sind und schätzen sie oft höher ein als Simulationsergebnisse. Doch obwohl Tests hervorragende Daten und den gewünschten Realismus der Situation liefern, geben sie nur ein Ergebnis und einen Referenzpunkt. Wenn das Design den Test bestanden hätte, aber kurz vor dem Versagen stünde, würde dies nicht gezeigt. Was wäre, wenn das Teil den Test bestanden hätte und realistisch die doppelte Last aufnehmen könnte? Ist das etwas, das man herausposaunen sollte, um einen Wettbewerbsvorteil zu erzielen, oder ist das Produkt überentwickelt und es könnten Kosteneinsparungen vorgenommen werden? Was wäre, wenn Sie ein Produkt beispielsweise anhand der oberen und unteren Toleranzgrenzen seiner Wandstärke oder Materialeigenschaften bewerten müssten?

Dieser einzelne Referenzpunkt kann das nicht beantworten, und da Tests so teuer sein können, ist es nicht praktikabel, diesen Prozess viele Male zu wiederholen. Mit integrierter Simulation können Ingenieure ihre Datenpunkte parametrisieren und das Produkt über einen weitaus größeren Variablenbereich bewerten, normalerweise in viel kürzerer Zeit als bei einem einzelnen physischen Test. Wenn die Simulation in den Designprozess integriert ist, können durch kontinuierliche Iteration und das Verständnis des Gesamtbildes die meisten Risiken bereits früher im Lebenszyklus aus den Teilen eliminiert werden.

Wo im Designprozess kann Simulation am effektivsten sein?

Für diejenigen, die dieses Tool in den frühen Entwicklungsphasen einsetzen, können große Vorteile erzielt werden. Die Integration von Simulationssoftware bei Ihren Konstruktionsingenieuren eröffnet ihnen eine weitere Dimension für ihre Entwicklungen und stellt sicher, dass sie die richtigen Tools zur richtigen Zeit haben, um ihre Entscheidungen zu treffen. Wir betrachten Produktentwicklungszyklen oft als lineare Prozesse, bei denen wir das endgültige Design an einen Simulations- oder Fertigungsingenieur übergeben, um es zu „bauen“ und seine Eignung zu bewerten. Zu diesem Zeitpunkt sind bereits eine Vielzahl wichtiger Fragen beantwortet, und das Produkt durchläuft ein einfaches „Bestanden-oder-Nicht-Bestanden“-Gateway. Aber was, wenn diese früheren Entscheidungen die Kosten, die Fertigungszeit oder die Leistung beeinflussen? Was wäre, wenn sie parallel zur Entwicklung laufen könnten, um einen oder viele dieser Aspekte zu verbessern?

Ein einfaches „Bestanden“-Gateway in dieser Phase zu passieren und zu sagen, das Produkt sei „gut genug“, würde bedeuten, diese Vorteile vollständig zu verpassen. Obwohl die Kostenverpflichtungen in der Designphase im Vergleich zu den Gesamtausgaben des Projekts gering sind, ist der durch die Designentscheidungen verursachte Einfluss bei weitem der größte. Eine etwas höhere Investition in dieser Phase befähigt Ihre Ingenieure, bessere Designs für geeignetere Produkte zu erstellen, die im weiteren Verlauf des Lebenszyklus wahrscheinlich größere Vorteile erzielen werden.

Den kürzesten Entwicklungsweg finden

Der kostengünstigste Weg zur Entwicklung eines neuen Produkts besteht darin, den Prozess zwischen Konzept und Fertigung so linear wie möglich zu gestalten. Jedes Mal, wenn Designer Entscheidungen im Projekt treffen, besteht die Möglichkeit, dass der eingeschlagene Weg sie auf eine Abzweigung führt. Die Integration von Simulations-Toolsets in den Prozess bedeutet, dass diese Entscheidungen früher als später validiert werden können. Das heißt, auch wenn sie einen Weg eingeschlagen haben, der von der idealen Entwicklungsrichtung abweicht, kann dieser schnell bewertet und bei Bedarf korrigiert werden. Die Länge der „Linie“ zwischen Konzept und Lösung kann entweder als Zeit oder als Kosten interpretiert werden. Und durch die Verwendung eines iterativen Verifizierungsprozesses ist leicht ersichtlich, wie sich die Gesamtlänge erheblich reduzieren lässt, wie in der folgenden Grafik dargestellt.

Ein weiterer Vorteil eines kombinierten Prozesses ist die Erfahrung, die der Ingenieur auf diesem Weg sammelt. Wenn er seine eigenen Entscheidungen während des Prozesses überprüfen kann, versteht er besser, warum er sie trifft und wie sie die Entwicklung beeinflussen. Es ist dann leichter zu erkennen, warum ein Ingenieur mit mehr Erfahrung bestimmte Funktionen in seine Designs integrieren wird. Die dadurch entstehende Feedbackschleife bedeutet, dass der Ingenieur dem System eine Frage stellen, eine gültige Antwort erhalten und dieses Wissen für zukünftige Entwicklungen nutzen kann.

Wie Sie CAE-Tools optimal in Ihrem Designprozess einsetzen

Welche Tools und Techniken sollten Sie verwenden?

Simulationstools wie FEA (Finite-Elemente-Analyse) und CFD (Computational Fluid Dynamics) simulieren reale Bedingungen. Diese Techniken ermöglichen eine detaillierte Analyse der strukturellen Integrität, der thermischen Leistung und der Fluiddynamik. Durch das Simulieren, Validieren und Optimieren von Designs können Ingenieure die leistungsstarke prädiktive Fähigkeit der fortschrittlichen Simulation in den Vordergrund des Designprozesses rücken.

Iterative Verifizierung und Feedbackschleifen

Die Methodenentwicklung betont den Einsatz iterativer Verifizierungsprozesse, die für die Reduzierung von Zeit und Kosten in der Produktentwicklung unerlässlich sind. Diese Prozesse schaffen Feedbackschleifen, die kontinuierliches Lernen und Verbesserungen ermöglichen. Ingenieure können ihre Entscheidungen in Echtzeit validieren und erhalten Einblicke in die Auswirkungen ihrer Entscheidungen auf den gesamten Entwicklungsverlauf.

Verbesserung der Ingenieurserfahrung und -expertise

Während Ingenieure den Entwicklungsprozess durchlaufen, bietet ihnen die Methodenentwicklung die Tools und Frameworks, um ihre Entscheidungen kontinuierlich zu überprüfen. Dies verbessert nicht nur ihr Verständnis dafür, warum bestimmte Entscheidungen getroffen werden, sondern auch, wie diese Entscheidungen das Endprodukt beeinflussen. Mit der Zeit wird diese Erfahrung von unschätzbarem Wert, da Ingenieure mit einem tieferen Verständnis des Entwicklungsprozesses innovative Funktionen und Verbesserungen in ihre Designs integrieren können.

Eine Feedbackschleife für kontinuierliche Verbesserung schaffen

Die durch die Methodenentwicklung generierte Feedbackschleife ist ein leistungsstarker Mechanismus für kontinuierliche Verbesserung. Ingenieure können dem System Fragen stellen, gültige Antworten erhalten und dieses Wissen in zukünftige Projekte einfließen lassen. Dieser iterative Lernprozess stellt sicher, dass sich das Entwicklungsteam ständig weiterentwickelt, was zu effizienteren und effektiveren Produktentwicklungszyklen führt.

Herausforderungen bei der Implementierung von Simulationen meistern

Die Implementierung von Simulationen als Teil des Designprozesses kann verschiedene Herausforderungen mit sich bringen. Wir haben in den letzten Jahren viel Zeit damit verbracht, diese mit verschiedenen Organisationen anzugehen, und festgestellt, dass die folgenden Ansätze tendenziell die besten Ergebnisse liefern.

• Stellen Sie sicher, dass ausreichende Ressourcen für Simulationsaktivitäten bereitgestellt werden, einschließlich Software und qualifiziertem Personal.
• Investieren Sie in Schulung und Weiterbildung, um Ihr Team mit den notwendigen Fähigkeiten auszustatten.
• Etablieren Sie eine Kultur der Innovation und Offenheit für neue Technologien.

Wie kann TECHNIA Ihnen behilflich sein?

Unser Expertenteam arbeitet eng mit Organisationen weltweit zusammen, um ModSim-Strategien zu entwickeln und zu implementieren, die auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten sind. Wir bieten End-to-End-Projektmanagement und gewährleisten eine nahtlose Integration von Simulationstools in Ihre bestehenden Arbeitsabläufe.

Wir helfen Ihnen, alle Aspekte der Produktentwicklung zu verbinden, von Design und Simulation bis hin zu Fertigung und Datenmanagement, und ermöglichen so Echtzeit-Zusammenarbeit und datengesteuerte Entscheidungsfindung. Während dieses Prozesses wird unser Team von Simulationsexperten erstklassige Beratung bieten und Ihnen helfen, technische Herausforderungen souverän zu meistern.

Von dort aus bieten wir fortlaufenden Support durch unseren umfassenden Kundenservice und eine breite Palette von Schulungsprogrammen, die darauf ausgelegt sind, Ihre Teams mit den notwendigen Fähigkeiten auszustatten, um die Vorteile Ihrer brandneuen Concurrent-Engineering-Lösung zu maximieren.

Wenn Sie mehr über simulationsgestütztes Design erfahren möchten, wenden Sie sich an unsere Experten, um zu besprechen, wie Plattformen wie 3DEXPERIENCE Simulations-Toolsets direkt an Ihre Ingenieure liefern und die Integration unkompliziert und einfach gestalten.