Simulation macht schneller

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Simulationsgetriebene Produktentwicklung – Simulationsverfahren schaffen die Flexibilität und den Freiraum, die zur Entwicklung echter Innovationen notwendig sind.

20. September 2011

Führungskräfte, die ihr Unternehmen trotz Wirtschaftskrise auf einen zukunftsweisenden Weg führen wollen, jonglieren dafür häufig mit zwei scheinbar gegensätzlichen Maßnahmen: Auf der einen Seite sollen Kosteneinsparungen dabei helfen, die negativen Auswirkungen des Wirtschaftsklimas auf ihr Geschäft zu minimieren. Auf der anderen Seite richtet sich der Fokus auf die Entwicklung echter Innovationen, um das Unternehmen schnellstmöglich aus der Krise zu führen. Wie aber lassen sich diese beiden Ziele überhaupt gleichzeitig verfolgen? Denn Kosteneinsparungen bedeuten häufig auch Einsparungen bei Entwicklung und Innovation. Gerade Produktionsunternehmen stehen heute deshalb vor sehr vielen Herausforderungen:

Verlässliche Produkte sind vor allem in Märkten mit starkem Wettbewerb ein absolutes Muss. Produktfehler und Rückrufaktionen können Unternehmen hohe Summen kosten – und ein Produkt, das repariert oder ersetzt werden muss, drückt die Marge gleich erheblich und beschädigt zusätzlich noch das Marken-Image. Zudem ist die Sorge um die Sicherheit von Produkten in allen Branchen ein ständiger Wegbegleiter. Daher werden die Schadensminimierung oder sogar der Risikoausschluss bei Produkteinsatz oder Produktionsverfahren hoch priorisiert. Die Sicherheit von Produkten muss zudem für die gesamte Lebensdauer eines Produkts garantiert werden. Schließlich gewinnen umweltfreundliche Designs zunehmend an Bedeutung. Aus der Notwendigkeit, nachhaltig zu arbeiten und in der Produktion ökologische Aspekte zu berücksichtigen, resultiert gleichzeitig ein bisher unerreichtes Innovationsniveau bei Verfahren zur Produktentwicklung.

»Business as usual« ist keine Option

Harter Wettbewerb ist im heutigen Marktumfeld normal – Innovation erweist sich dabei häufig als ausschlaggebender Erfolgsfaktor dafür, wer am Ende die Nase vorn hat. Gerade bei der Entwicklung sehr anspruchsvoller, hochwertiger Produkte müssen Unternehmen aber immer öfter mit ihren gewohnten Prozessen brechen und den Mut haben, ihre veralteten Produktentwicklungsprozesse ganz neu zu gestalten. Höhere Kosteneffizienz und verkürzte Zeit bis zur Marktreife gelten dabei als wichtige Maßstäbe, um die finanziellen Risiken, mit denen die Entwicklung von Innovationen immer verbunden ist, zu senken und vorhersagbar zu machen.

Daher erweist sich der traditionelle und gerade bei größeren Innovationen stellenweise noch praktizierte Ansatz mit Entwicklung mehrerer physischer Prototypen und langwierigen Testzyklen für jedes einzelne Design schon längst als nicht mehr praktikabel. Denn diese Vorgehensweise setzt große Budgets und ausgedehnte, zeitintensive Entwicklungszyklen voraus, die oft Ursache verspäteter Markteintritte sind. Erst moderne Prozesse, die es Unternehmen erlauben, neue Produkte mit höherer Qualität wirklich rechtzeitig und zu weitaus geringeren Kosten zu entwickeln, eröffnen die Möglichkeit, innovative Lösungen und Produkte zu schaffen.

Die Aberdeen Group beleuchtete kürzlich die »Best Practices« wirklich erfolgreicher Unternehmen – unter besonderer Beachtung von Best Practices, die vor allem auf die Faktoren Zeit, Kosten und Qualität ausgerichtet sind. Nach dieser Untersuchung entwickeln die effizientesten Unternehmen neue Produkte heute systematisch im »virtuellen Raum« und nutzen dafür Simulationsanwendungen, die speziell für das Engineering optimiert sind.

Produktverhalten voraussagen

Erst durch diese Optimierung ihrer Entwicklungsprozesse verschaffen sich diese erfolgreichen Unternehmen einen entscheidenden Vorsprung gegenüber ihrem Mitbewerbern, denn mit den Mitteln der Simulation können sie das Produktverhalten neuer Entwicklungen bereits in einer sehr frühen Phase des Designprozesses vorhersagen und analysieren. Damit erhöhen sich die Chancen enorm, dass eine Produktinnovation schon in der ersten Ausführung erfolgreich implementiert werden kann. Erst durch moderne, virtuelle Simulationsverfahren lässt sich zudem auch eine größere Anzahl von Designvariationen schon in der Konzeptions- und Designphase direkt evaluieren.

Mit dem richtigen Ansatz einer »Engineering-Simulation« erhalten Unternehmen die Chance, Tests mit realen Prototypen zu reduzieren und so ihre Time-to-Market-Phase zu beschleunigen, was sich wiederum positiv auf die Rentabilität der Entwicklungsprozesse auswirkt. Durch kostenreduzierte, in erster Linie virtuell gehaltene Entwicklungsprozesse werden die notwendigen Freiräume geschaffen, damit sich Unternehmen ohne allzu großen Kostendruck auf die Suche nach echten Innovationen begeben können – moderne Simulationsverfahren bieten dadurch eine ganz neue Flexibilität.

Inzwischen nutzen viele Unternehmen die Simulation im Entwurfsprozess. Als erfolgsentscheidend erweist sich jedoch nur der wirklich systematische und durchgängige Einsatz: Das Standardkonzept dafür ist das sogenannte »Simulation Driven Product Development«. Die Simulation wird hierbei als eigentlicher Mittelpunkt von Designprozessen betrachtet: In einer gemeinsamen, integrierten Softwareumgebung entsteht eine eng verknüpfte, direkte Interaktion zwischen Analysten und Designern rund um ein virtuelles Produkt.

Um eine effektive Vorhersage des Verhaltens neuer Produkte zu erhalten, ist oftmals die Analyse der Interaktionen komplexer, nicht-linearer physikalischer Gegebenheiten erforderlich. Strukturanalysen, Fluiddynamik, elektromagnetisches Modellieren, Ermüdungsanalysen und andere Arten von Untersuchungen müssen dafür schon in einer sehr frühen Entwicklungsphase durchgeführt werden. Außerdem setzen die Interaktionen zwischen den zahlreichen Einzelkomponenten eines Produkts sowie zwischen dem Produkt und der Umgebung umfassende und übergreifende geometrische Modellierungen voraus – all das lässt sich nur durch eine sehr komplexe Vernetzung und ein fortschrittliches Hochleistungscomputing (HPC) erreichen.

Simulation zukunftweisende Lösung

Eine erfolgreiche Implementierung des »Simulation-Driven Product Development«-Ansatzes setzt sorgfältige analytische Vorarbeit, profundes Know-how und umfassenden Einblick in die Prozesse voraus. Genau das leistet die Workbench-Plattform von Ansys. Als Multiphysik-Plattform ermöglicht Workbench die Abbildung und Verknüpfung der verschiedenen Stränge eines bereichsübergreifenden Simulationsprozesses und damit auch hochkomplexe multiphysikalische Analysen. Die Lösung wird bereits von einer Reihe namhafter Unternehmen genutzt und bringt überall da Vorteile, wo es wichtig ist, optimierte Produktinnovationen schnell und sicher auf den Markt zu bringen.

Simulation konsequent nutzen

Die potenziellen Vorteile dieser modernen Vorgehensweise liegen auf der Hand, denn, um wirklich wettbewerbsfähig bleiben zu können, müssen Unternehmen künftig verstärkt in entsprechende Simulationstools investieren. Nur so können sie ihre Designprozesse durch die Verlagerung in die Welt virtueller Modelle kosteneffizient aufsetzen und durchführen.

Erschienen in Ausgabe: 07/2011