Simulation für Alle

Software – Simulation und Berechnung ist etwas für ausgebildete Spezialisten mit leistungsstarken Rechnern. Dieses Dogma ist fest in den Köpfen der Unternehmen verankert. Doch wie das so ist mit Dogmen: Werden sie einmal überwunden, eröffnen sich ungeahnte Möglichkeiten. Endress+Hauser hat mit Ansys Discovery Live einen solchen Schritt gemacht.

12. Februar 2019
Simulation  für Alle
Die Simulation mit Discovery Live zeigt in Sekundenschnelle das Eigenschwingverhalten eines Coriolis- Durchflussmessers. (Bild: Endress+Hauser)

Die Digitalisierung hat die Entwicklung von neuen Produkten beschleunigt. In immer kürzeren Zeiten kommen immer mehr Produkte auf den Markt. Heutige Unternehmen sind im globalen Wettbewerb starkem Preis- und Qualitätsdruck ausgesetzt. Nur wer es schafft, regelmäßig Spitzenprodukte mit Innovationsvorsprung zu platzieren erzielt interessante Margen, gewinnt an Image und behauptet sich erfolgreich am Markt.

»Time-to-market« heißt das Zauberwort: die Zeit, die es braucht, aus einer Idee ein verkaufbares Produkt zu machen. Doch damit nicht genug. Sollte das am Markt befindliche Produkt Qualitätsmängel aufweisen, rächt sich der Zeitdruck. Reklamationen, erhöhter Serviceaufwand und Imageverlust fressen die erzielten Gewinne wieder auf. Die Lösung des Dilemmas zwischen mangelnder Zeit für Praxiserprobung und schneller Markteinführung liegt in der digitalen Simulation. Mit ihr gelingt der Produktstart sehr viel schneller als mit Prototypenbau, Testzyklen und Laborversuchen – und das bereits auf hohem Niveau.

Intuitive Vorgehensweise

Der alltägliche Entstehungsprozess sieht klassischerweise wie folgt aus: Idee, Entwicklung, Konstruktion, Simulation, Optimierung, Produktion. Die Simulation ist eng an die Konstruktion gebunden und wird dort meist von darauf spezialisierten Ingenieuren durchgeführt. Doch was ist mit dem Beginn der Innovation im Bereich Idee und Entwicklung? Die Konstruktion als alleinige Quelle der Innovation zu betrachten, wäre eine unnötige Beschneidung. Ideen für Verbesserungen und neue Produkte haben im Idealfall viele Mütter und Väter. Sie sitzen im Marketing, im Vertrieb, im Service, in der Produktion und natürlich auch in der Entwicklung und der Konstruktion. Sie haben jeden Tag mit den Produkten und Anforderungen der Kunden zu tun. Ein riesiger firmeninterner »Think-Tank«, der nur darauf wartet, angezapft zu werden. Geht man klassisch vor, lässt sich diese Ressource kaum aktivieren, weil die Testzyklen jeden Kosten- und Zeitrahmen sprengen. Setzt man dagegen die Simulation an den Anfang, erhält man die gewünschte Effizienz. Voraussetzung dafür ist allerdings das Vorhandensein einer Software, welche wirklich von jedem benutzt werden kann und sofort Ergebnisse liefert.

Unschlagbar schnell und einfach

Ansys hat mit Discovery Live ein sehr einfach zu bedienendes Software-Werkzeug herausgebracht, das genau an dieser Stelle ansetzt. Blitzschnell lassen sich unterschiedlichste Varianten und deren Auswirkungen simulieren. Die Bedienung ist intuitiv und setzt kein Expertenwissen voraus. Trotz der Geschwindigkeit sind die Ergebnisse bereits sehr verlässlich. Möglich macht das die einzigartige Software-Architektur von Discovery Live. Zur Berechnung wird die GPU der Grafikkarte genutzt, wie sie in vielen Standardrechnern bereits verbaut ist. Alternativ kann Rechenleistung aus der Cloud genutzt werden. Der langjährige Ansys-Partner Cadfem bietet mit eCADFEM eine entsprechende »Hardware-on-demand-Lösung« an. Insgesamt wird dem Anwender die Nutzung von Simulation so leicht gemacht wie nie zuvor. Ansys verbindet bei Discovery Live die geballte Erfahrung aus fast 50 Jahren mit der Leichtigkeit einer Smartphone-App.

Das mittelständisch orientierte und familiengeführte Unternehmen Endress+Hauser hat dieses Potenzial für sich entdeckt und in seine strategische Planung einbezogen. Untersuchungen bei Endress+Hauser haben ergeben, dass die erfolgreichsten Produkte diejenigen sind, bei denen Simulation bereits in einer sehr frühen Phase der Produktentwicklung eingesetzt wurde. Dr. Ulrich Kaiser ist der technische Direktor des Sensorherstellers. Er spricht von der »Demokratisierung der Simulation« und meint damit das Freisetzen der Simulationspotenziale in allen Bereichen und nicht nur bei Experten. »Unsere Konzernstrategie erfordert eine schnelle Markteinführung. Wir sind überzeugt, dass wir durch den Einsatz von Discovery Live in Entwicklung und in der Konzeptionsphase Zeit und Kosten sparen und am Ende bedarfsorientiertere Produkte generieren.«

Parallele Prozesse

Die Ergebnisse aus dieser Konzeptphase werden später durch die Experten abgesichert. Zuerst geht es aber darum, Ideen und deren Auswirkungen unmittelbar zu prüfen. Das funktioniert mit Discovery Live direkt am Besprechungstisch.

Während früher Skizzen und Entwürfe in tagelangen Simulationsschleifen vorgeschlagen, geprüft, geändert und erneut geprüft wurden, geschieht dies nun parallel zum Gesprächsverlauf. Das fördert die Kreativität und spart Zeit und Geld. Es gibt hierzu Veröffentlichungen von anerkannten Ingenieursdienstleistern für Simulation, die dies unterstreichen.

Für einen typischen Berechnungsauftrag, der sechs Iterationen umfasst, vergehen mit den notwendigen Unterbrechungen für Neuansatz und Absprache durchaus bis zu drei Wochen bis zum finalen Entwurf. Wird hingegen Discovery Live verwendet, kann bereits nach einer halben Stunde eine Auswahl der besten Entwicklungsrichtung vorgegeben werden. Innerhalb des gleichen Arbeitstages kann diese dann mit traditionellen Simulationsmitteln von den Experten überprüft und verifiziert werden. Dies bedeutet eine markante Zeiteinsparung gegenüber dem klassischen Modell. Dehnt man diese Erkenntnis auf ein gesamtes Unternehmen aus, erreicht man durch den konsequenten Einsatz von Discovery Live vom Ideenfindungsprozess bis zur Markteinführung eine Beschleunigung der entwickelten Produkte um Wochen.

Laut Ulrich Kaiser setzt die Zukunftsstrategie 2020+ von Endress+Hauser auf echte Innovationen, höchste Performance, kurze Entwicklungszeiten, kundenzentrierte Produkte und hohe Zuverlässigkeit. Simulation und der breitest mögliche Einsatz von Simulation werden als Schlüssel gesehen, diese Ziele zu verwirklichen. Die Aufgabe der E+H-Initiative »Demokratisierung der Simulation« ist es, dass überall da, wo es sinnvoll ist, Simulation eingesetzt wird und dass jeder Simulation nutzen kann. Das Tool Ansys Discovery Live ist hierbei ein wichtiger Baustein zur Umsetzung des Programms zur Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit.

Hemmschwellen abbauen

Warum setzt Endress+Hauser hier speziell auf Discovery Live? Um Simulation wirklich jedem Ideengeber zur Verfügung zu stellen, muss ein Werkzeug einfach, schnell und ohne aufwendiges Training nutzbar sein. Die bisherigen Hemmschwellen – zu kompliziert, zu rechen- und zu trainingsintensiv – existieren dank Discovery Live nicht mehr. Das Management fördert systematisch die Nutzung von Simulation durch Erhöhung der Verfügbarkeit mittels fünf Maßnahmen. Sie umfassen die Bereitstellung von Discovery-Live-Software, die Verwendung von Pool-Lizenzen für alle Mitarbeiter, das Sicherstellen von Rechenleistung über die Cloud oder lokal, die Einrichtung einer zentralen Koordination sowie den Unterhalt des hausinternen Simulationsnetzwerkes Numsim.

Das Beispiel zeigt, dass ein strategischer, bewusst breiter Einsatz von Simulation ein Schlüssel zur Umsetzung der Unternehmensstrategie ist. Voraussetzungen sind Weitblick und Gestaltungswille des Managements, die kompetente Unterstützung durch hausinterne und externe Spezialisten sowie eine sehr durchdachte Softwarelandschaft von Konzeptphase bis zur Absicherung. Die frühen Erkenntnisse aus Discovery Live verkürzen die Prozesskette und weisen bereits zu Beginn auf die hinsichtlich der Qualitätskosten beste Variante hin. hjs, mk

Infobox

Fakten

Mit Ansys Discovery Live werden die Auswirkungen von Modelländerungen (live) dargestellt, schon während man modelliert. Produktentwickler erhalten in wenigen Sekunden aussagekräftige Informationen über Mechanik, Wärmeverteilung und Strömungseigenschaften ihrer Entwürfe.

www.cadfem.de/discovery

Halbe Stunde statt drei Wochen

Marc Vidal, Manager Business Development Simulation Driven Design bei Cadfem, berichtet über konkrete Anwendererfahrungen mit Discovery Live.

Herr Vidal, Cadfem verspricht mit dem Simulationstool Ansys Discovery Live eine deutlich einfachere, zugleich auch wesentlich schnellere Simulation. Lässt sich das belegen?

Ansys Discovery Live ist zusammen mit Discovery AIM Teil einer Produktfamilie, die Funktionalitäten von der Konzeptphase bis zur Validierung für den Konstrukteur zur Verfügung stellt. Discovery Live kann sowohl eigenständig wie eben auch als Teil der Familie genutzt werden. Und das beeindruckende an dem Tool ist die extrem einfache Bedienung. Mit vier, fünf Shortcuts hat der Anwender alles im Griff, was er tagtäglich benötigt. Und dazu, und das ist wirklich einzigartig, bekommt er die Simulationsantworten innerhalb von Sekunden. Das heißt: Der Anwender kann die Geometrie modellieren, ändern und erhält wirklich sofort eine Antwort.

Den Erfolg des Einsatzes dieser Technologie belegen unter anderem Aussagen von Anwendern, wie zum Beispiel von Endress+Hauser.

Welche konkreten Erfahrungen wurden zum Beispiel dort gesammelt?

Zum einen hat Endress+Hauser die gesamte Discovery-Familie in extrem kurzer Zeit implementiert. Und im Rahmen der Einführung von Discovery Live kamen sehr interessante Rückmeldungen von den Anwendern. Da gibt es zum Beispiel auch Konstrukteure, die bisher mit Simulation nichts zu tun hatten. Die sagen nun: »Ich bekomme innerhalb einer Minute ein Simulationsergebnis über das Verhalten meines Entwurfes. Die berechneten Temperaturen stimmen sogar richtig gut mit dem Versuch überein. Außerdem ich kann sofort sehen, was passiert, wenn ich etwas ändere.«

Und zum anderen?

Zum anderen war es für uns beeindruckend, mit welchem Weitblick die Firma das Thema angeht. Das Management ist überzeugt, dass Simulation zum Erreichen der Unternehmensziele wichtig ist, es aber Wege finden muss, sie in der Breite anzuwenden. Es hat für die Verfügbarkeit der Lösungen sowie den gesamten Rahmen gesorgt, damit die Mitarbeiter befähigt werden, diese neuen Möglichkeiten nach und nach komplett auszuschöpfen.

Gibt es auch Erfahrungswerte, um wie viel schneller gesamte Prozesse mit dem Simulationstool zu einer Entscheidung geführt werden können?

Ja. Die Firma CE-SYS Engineering GmbH in Erfurt, ein Ingenieur-Dienstleister und Entwicklungspartner, hat das Arbeiten mit Discovery Live anhand von typischen Berechnungsaufgaben erfasst und uns einen Einblick gewährt. Wenn CE-SYS mit einem Kunden am Tisch sitzt können mit Discovery Live in einer halben Stunde viele Varianten konkret diskutiert werden. Das alleine ist, so die Aussage unseres Anwenders, eine Nettozeitersparnis von 75 Prozent gegenüber traditionellen Berechnungen.

Was aber noch viel beeindruckender ist: Diese diskutierten Varianten werden ja bisher nicht auf einmal beauftragt. Sondern es wird die erste Variante als Auftrag umgesetzt, dann wird gewartet, bis der Gegenüber das Ergebnis erhalten, durchgeschaut, diskutiert und sich mit der nächsten Variante dann wieder gemeldet hat. Das heißt: Die Bruttozeitersparnis ist noch viel größer. Weil CE-SYS auf Discovery Live setzt, erhält der Auftraggeber in einer halben Stunde also das, was er bisher erst nach drei Wochen bekommen hätte.

Und das ist nur ein Beispiel. Wenn man sieht, wie häufig in einem Unternehmen Design-Entscheidungen diskutiert und getroffen werden, bei einer Person, bei einem Team, bei ganzen Abteilungen – das multipliziert sich, je größer das Projekt und das Unternehmen ist. Da können tatsächlich Mannwochen eingespart werden, wenn die Iterationsschleifen mit Discovery Live verkürzt werden. Das sind keine leeren Versprechungen, das sind reale Erfahrungen. hjs

Erschienen in Ausgabe: 01/2019