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Simulationen immer anspruchsvoller:

"Wir lernen alle noch dazu"



Von der relativ einfachen Strukturanalyse, bis zur mehrere Systeme umfassenden, mechatronischen Simulation eines Produkts, war es ein weiter Weg, der im Grund noch nicht zu Ende ist. Über viele aktuelle Trends sprach der CAD.de/NL mit dem Simulationsexperten, Dr. Martin Herrmann, Geschäftsführer der SynOpt GmbH, einem Tochterunternehmen der Cenit AG, Stuttgart.

CAD.de/NL: Herr Dr. Herrmann, beginnen wir mit dem Unternehmen "SynOpt". Wem gehört es?
Dr. Herrmann: SynOpt ist eine 55%ige Tochter der Cenit AG. Die restlichen 45% sind noch bei mir. Dassault Systemes hat früher versucht, das Thema Simulation mit großen CAD-Partnern zu adressieren. Bald hat man aber gemerkt, dass es nicht richtig funktioniert. Dann hat man nach kleineren Partnern Ausschau gehalten.
Einer davon sind nun also wir, mit Schwerpunkten auf den Bereichen Consulting, Integration und Synopt.

Und werden Sie nach wie vor als eigenständige Firma geführt, mit eigener Geschäftsführung?
Ja, das ist so.

Wie viele Mitarbeiter hat die Synopt GmbH?
Wir sind jetzt fünf. Diese kleine Zahl an Mitarbeitern muss man jedoch im Zusammenspiel mit Cenit und Keonys sehen. Wir sind ein Team von 15 Spezialisten und arbeiten gut zusammen.

Simulation ist heute ein vielschichtiges Thema. Wenn man nur genau hinschaut, findet man quasi für jedes Phänomen ein Simulationspaket. Wie kommt man als kleiner oder mittelgroßer Anwender aus dem Maschinen- und Anlagenbau zum richtigen Paket?
Ja, die Mittelgroßen haben ja fast alle schon etwas im Einsatz - von der Strukturanalyse her kommend. Mittlerweile wird auch hier viel Geld in die Hand genommen, um die eigenen Anwendungen zu ergänzen und zu verbreitern. Um das Richtige zu finden, wird es nicht ohne eingehende Benchmarks gehen. Die mittelgroßen Unternehmen haben meist schon Spezialisten, die das machen können. Die kleineren Firmen kommen da immer mehr in eine schwierige Situation und werden wahrscheinlich Beratungsunterstützung angewiesen sein. Die Mitarbeiter dort sind unter hohem Arbeitsdruck und haben auch nicht immer das nötige spezielle Know How, so dass der Weg zum Berater nicht falsch ist. Unter anderem bieten wir solche Beratung an.


System Engineering Prozess inklusive Simulation Driven Design.

Früher hat man oft erst simuliert, wenn das Kind im Brunnen lag, sprich, wenn etwas gar nicht hat funktionieren wollen. Heute beginnt man schon sehr viel früher im Prozess - möglichst schon, wenn eine Konstruktion noch gar nicht richtig ausformuliert ist. Allerdings die Texte über die simulationsgetriebene Konstruktion erwecken oft den Eindruck, das Simulationsprogramm konstruiert, weniger noch der Konstrukteur. So geht’s natürlich auch nicht.
Ich sag's mal so, der kreative Akt liegt weiterhin beim Konstrukteur!
Simulation kann ihm aber schon in einer früheren Phase helfen, insgesamt besser zu werden. Es hilft schon, sehr früh, nur die Einspannstellen eines Bauteils, wie auch die Kräfte festzulegen und dafür ein optimales Bauteil errechnen zu lassen. Da kann die Software heute schon sehr gut unterstützen.

Sie sprachen in einem anderen Interview von "Demokratisierung der Berechnung". Was ist denn damit gemeint?
Ich verstehe diese Aussage etwas anders als sie heute von vielen verstanden wird. Ich meine damit keineswegs, dass die Konstrukteure nun die Arbeit von Berechnungsspezialisten machen, bzw. mitmachen sollen. Das sehe ich überhaupt nicht.
Natürlich kann der Konstrukteur Analysen durchführen, wenn ihm ein Spezialist einen Berechnungsablauf vorbereitet und er dort nur noch Parameter einfügt und durch deren Variation ein bestimmtes Verhalten des Bauteils erkennen kann. So etwas kann man heute in Form von vorgefertigten Arbeitsabläufen abbilden. Die eigentlichen Berechnungsprogramme sind aber so mächtig, dass sie praktisch nur von Spezialisten bedient werden können.
Zur Demokratisierung beitragen werden auch vereinfachte und an die Denkweise des Konstrukteurs angepasste Benutzeroberflächen. Ich nenne als Beispiel die Software Autoform für die Berechnung von Tiefziehformen für Blechteile. Deren Benutzeroberfläche ist heute so gestaltet, dass auch Konstrukteure sie bedienen können und dass sie an die Arbeitsweise des Konstrukteure angepasst sind.
Eine andere Möglichkeit ist es, das Simulationssystem unter der gleichen Oberfläche wie das CAD-System zu betreiben. Dann kann der Konstrukteur intuitiv vorgehen, sowohl bei der Modellerstellung wie auch bei Berechnung und Auswertung.
Bei Composites z. B. gibt es so viele einzelne Parameter zu beachten, dass ohne eine automatische Optimierung im Zusammenspiel mit der Konstruktion nichts mehr zu machen ist.


Produktentstehungsprozess mit und ohne Simulation Driven Design.

Wenn man richtig genau rechnen will, kommen so Dinge wie Multi-Scalen-Berechnung oder Stochastisches Berechnen ins Spiel. Haben Sie bzw. die Cenit da Praxiserfahrung?
Solches lohnt sich nur, wenn ein entsprechendes Volumen und damit auch Budget dahinter steht. Da muss man schon vorsichtig sein, um nicht übers Ziel hinaus zu schießen. Ich denke, das ist kein Thema für Mittelständler, es sei denn, es geht um ganz spezielle Dinge, die unabdingbar nötig sind, aber dann muss es auch mit der entsprechenden Intensität betrieben werden.

Wenn man doch in dieser Hinsicht denkt, kommt auch das Thema Rechenzeit hinein. Was empfehlen Sie Ihren Kunden, Cluster oder Grafikkarten-Rechner (GPUs)?
Das hängt vom jeweiligen Fall ab. Es gibt Berechnungen, bei denen GPUs wirklich extreme Beschleunigungen bringen und es gibt andere Problemstellungen und Rechenpakete, da bringt es weniger. Da wäre dann der Weg zum Cluster eher vorteilhafter.

Also muss man genau hinschauen, bevor man sich entscheidet?
Ja.

Wie denken Sie über die Bemühungen, Simulationen in Echtzeit zu machen. U. a. spielen dabei die GPUs auch wieder eine Rolle?
Nun, bei FEM-Berechnungen spielt "Echtzeit" wohl keine Rolle. Wo es eine Rolle spielen kann, sind Mehrkörperberechnungen (MKS).

Stichwort Simpack?
Ja, Simpack ist in einem gewissen Umfang echtzeitfähig. Wenn man also einen Echtzeitrechner hat, kann man z.B. sein Fahrzeugmodell in Echtzeit betreiben.

Welche Simulationspakete bietet Cenit an, bzw. Synopt zusammen mit Cenit?
Wie haben die Pakete von Dassault Systemes. Abaqus ist noch immer das Hauptprodukt. Ferner haben wir Tosca für die Strukturoptimierung und Simpack als wichtiges Paket im Bereich Mehrkörpersimulation und fesafe für die Berechnung der Betriebsfestigkeit, sowie Isight für die Optimierung und Automatisierung. Das sind die klassischen Produkte. Mittlerweile hat Dassault noch einige Codes für die Strömungssimulation dazugekauft, das XFlow aus Spanien und das Powerflow von EXA. Was auch dazu gehört ist Dymola, das basiert auf der Modelica Sprache, mit der man komplexe Systeme im Sinne des Systems Engineering abbilden kann. Teile dieses Systems sind in Catia integriert, andere Teile sind im Simulationsbereich angesiedelt.
Das, denke ich, sind die Hauptprodukte von Dassault Systèmes SIMULIA und die Integration dieser Produkte als Simulationsrollen in der 3DExperience-Plattform. Diese Plattform ermöglicht integriertes Arbeiten über den gesamten Entwicklungsprozess. Wir von SynOpt sind auch Vertriebspartner für die DEFORM-Software, die als Spezialpaket für Anwendungen in der Fertigungstechnik (Schmieden, Kaltumformen, Zerspanen und Wärmebehandlung) eingesetzt wird.

Arbeiten Sie mit einer speziellen Materialdatenbank wie Granta oder Total Materia?
Also wir speziell nicht. Viele Kunden haben auch schon eigene Datenbanken. Was da jeweils dahintersteckt, kann man so ohne weiteres nicht sagen.


Umformsimulation in einzelnen Schritten und…


deren reale Umsetzung.
Bezüglich neuer Materialien werden die Anwender eher noch wenige Unterlagen besitzen, beispielsweise Composites oder gedruckter Materialien und evtl. froh sein, kommerzielle Datenbanken anzapfen zu können?
Das ist schon richtig. Die Frage ist nur, sind die Daten bereits verlässlich, die man aktuell in solchen Datenbanken findet? Und generell kann man auch sagen, die richtigen Materialdaten zu ermitteln, ist nicht ganz billig. Es ist also wichtig, genau hinzuschauen bzw. nachzufragen.

Aber was gäbe es für eine andere Alternative?
Es gibt keine. Wer neue Materialien einsetzen will, muss die Kennwerte ermitteln, bzw. ermitteln lassen. Und weil Sie die kommerziellen Datenbanken ansprechen: Diejenigen, welche solche Datenbanken anbieten, sind selten die, die solche Kenndaten ermitteln. Also genau hinschauen bzw. nachfragen ist nötig.
Aber das ist dennoch ein Punkt: Wir sind mittlerweile so weit, dass die Simulation recht genau ist, und nun brauchen wir auch exakte Materialwerte, damit die Ergebnisse am Ende wirklich stimmen.

Was bietet Cenit bzw. SynOpt in Sachen Ausbildung?
Also wir haben im Prinzip eine Arbeitsteilung mit Dassault Systemes. Die Grundausbildung machen wir als Partner. Eine weitergehende Spezialausbildung können wir in einigen Bereichen auch selbst machen, in anderen unterstützt uns Dassault Systemes. Es gibt einen Schulungsplan, der einmal im Jahr erscheint, dort stehen die Einzelthemen dann alle drin.

Früher hat man grob gesagt, ein virtueller Prototyp kostet halb so viel, wie ein realer. Gilt das noch als Anhaltswert?
Ich sage es mal praktisch, ich komme aus dem Bereich der Crash-Simulation. Wir haben seinerzeit für einen Job eine Woche gebraucht.
Heute werden 90% - 95% der Crash-Tests im Rechner gemacht. Die Erstellung eines realen Prototyps kostet immerhin 0,5 Mio. Euro. Bei wiederholter Nutzung wird der   virtuellen Prototype immer preisgünstiger. Also der erste virtuelle Prototyp muss gar nicht so viel preisgünstiger sein als der reale Prototyp. Die Mehrfachnutzung und die Geschwindigkeit bei Modifikationen machen ihn aber immer preisgünstiger. Dazu kommt die Frühere Verfügbarkeit als weiterer Vorteil.
Noch ein Schlaglicht: Wenn Sie spezielle Dinge extern testen lassen, kann es oft Monate dauern, bis Sie ei einem spezialisierten Testlabor überhaupt drankommen. Auch in der Hinsicht ist die Simulation von großem Vorteil. Um auf Ihre Eingangsfrage zurückzukommen, der Faktor 2 erscheint mir gar nicht so irreal.


Dr. Martin Herrmann, Geschäftsführer der SynOpt GmbH.

Kehren wir zum Ausgang zurück. Bei der Vielzahl heute angebotener Pakete scheint es nach allem was wir hier gesagt haben, durchaus sinnvoll, bei der Systemauswahl mit einem Berater zusammen zu arbeiten und dessen Erfahrung zu nutzen?
Ja, ich glaube schon, die Simulation wird mehr und mehr ein Beratungsgeschäft. Wie Sie schon gesagt haben, die alte Hergehensweise erst zu rechnen, wenn das Kind schon in den Brunnen gefallen ist und dann versuchen, es zu heilen, das ist vorbei.
Heute geht man konsequent so vor, schon in frühen Stadien einer Entwicklung zu simulieren. Teilweise müssen  Firmen schon in der Angebotsphase Machbarkeitsnachweise bringen.
Zum zweiten sind viele Produkte mittlerweile sehr komplex geworden. Ein "simpler" Traktor von gestern ist heute ein komplexes mechatronisches Gebilde mit Mechanik, Hydraulik, Elektrik und Software. Das zu beherrschen, ist mit einem System nicht mehr möglich. Und um das Zusammenspiel der verschiedenen Simulationssysteme zu beherrschen, braucht man spezielles Wissen, welches die meisten Produkthersteller heute noch nicht haben. Auch wir besitzen es noch nicht vollständig. Hier sind wir alle noch dabei zu lernen. Und das wird uns noch Jahre begleiten.

Herr Dr. Herrmann, vielen Dank für das Gespräch.

Über Cenit
Cenit ist der Partner für die erfolgreiche digitale Transformation. Kunden verfügen mit Cenit an ihrer Seite über weitreichende Möglichkeiten zur Optimierung ihrer horizontalen und vertikalen Geschäftsprozesse. Innovative Technologien aus den Bereichen Product Lifecycle Management, Digitale Fabrik und Enterprise Information Management schaffen dafür die Basis. Die Kompetenz der CENIT-Berater entsteht aus der Kombination von fachübergreifendem Prozessverständnis und tiefer Fach-Expertise. Der durchgängige Beratungsansatz gibt CENIT Kunden die Sicherheit, dass ihre Lösungen mit dem Verständnis für ihre gesamte Wertschöpfungskette entstehen. Als ganzheitlich aufgestellter Partner seiner Kunden übernimmt Cenit die Verantwortung von der Beratung über die Einführung innovativer IT-Lösungen bis zum wirtschaftlichen Betrieb. Das Cenit-Team stellt sich auf die spezifische Situation des Unternehmens ein und gewährleistet damit die Praxisnähe, die messbare operative Optimierungen erst ermöglicht. Seit 30 Jahren realisiert Cenit damit Wettbewerbsvorteile für namhafte Kunden in Schlüsselindustrien der Wirtschaft. Das Unternehmen beschäftigt rund 800 Mitarbeiter, die weltweit Kunden aus den Branchen Automobil, Luft- und Raumfahrt, Maschinenbau, Werkzeug- und Formenbau, Finanzdienstleistungen, Handel und Konsumgüter betreuen.

www.cenit.com
www.synopt.de

- Karl Obermann -

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