Technologie

Das Ziel vor Augen

Kostenbewusst durch Simulation

Die Automobilindustrie steht vor großen Herausforderungen. Generell eng getaktete Entwicklungszeiträume und die Transformation des Marktes führen zu Zielkonflikten. Konventionelle Antriebe müssen für zukünftige Abgasgesetzgebungen vorbereitet werden, während die Entwicklung der E-Mobilität auf Hochtouren weiterläuft. 

Simulation von Sensorik und Elektronik für zukünftige Systeme.

Die Simulation ermöglicht qualitativ hochwertige Musterstände, die zielgenau die Kundenvorgaben erfüllen und dadurch Entwicklungsschleifen einsparen. Deshalb ist in der Produktentstehung der Einsatz moderner Simulationsmethoden in den frühen Phasen essentiell, um am Markt erfolgreich bestehen zu können – ungeachtet, ob für OEM, Zulieferer oder Dienstleister.
So setzt Thomas als ersten Schritt in der Produktentwicklung parallel zur Konstruktion die Simulation zur Verifizierung von Hypothesen ein, um schnellstmöglich ein funktionierendes Muster im Versuch vorliegen zu haben. Die im Bereich der Entwicklung angesiedelte Simulationsabteilung wendet dabei gängige Simulationsmethoden (siehe Infografik) auf Bauteil-, Produkt- und Systemebene an. Gemäß Thomas' technologischem Ansatz „Sense. Think. Act.“ werden für die zukünftigen Systeme, neben den klassischen elektromechanischen Bauteilen wie z.B. Aktuatoren, zunehmend auch Sensorik und Elektronik simuliert.

Seit Oktober 2020 leitet Diego Lehmann als Director Simulation das siebenköpfige Team der Simulation. Jedes neue Konzept wird systematisch analysiert und optimiert. Dabei stehen ihnen die marktüblichen Programme wie z.B. von ANSYS (FEM, Magnetik), Simerics (3D-CFD) oder Siemens (1D-CFD) zur Verfügung. Im Pre-Processing geben die Simulationsingenieure alle erforderlichen Parameter ein und diskretisieren[1]  bei 3D Problemstellungen auf Basis eines CAD-Modells den Berechnungsraum. Dann folgt die Berechnung, das sogenannte Processing, das das Verhalten des Modells unter den angegebenen Randbedingungen wie z.B. Temperatur, Druck, Spannung, Strom, Kraft, Drehmoment und Stoff- bzw. Materialdaten abbildet. Anschließend werden im Post-Processing die Ergebnisse ausgewertet und von den Ingenieuren interpretiert. Dies ermöglicht Optimierungen noch bevor das Produkt physikalisch vorliegt und getestet werden kann.

Im gesamten agilen Entwicklungsprozess kooperieren und interagieren die Simulationsingenieure mit den Konstrukteuren, Versuchsingenieuren und Prozessplanern. Agile Entwicklung bedeutet, dass sich je nach Fragestellung interdisziplinäre Teams bilden, die verantwortungsvoll zielorientierte Entscheidungen treffen oder Handlungsempfehlungen herausarbeiten. „Erfahrung spielt dabei eine sehr wichtige Rolle,“ so Diego Lehmann, „denn Simulationsingenieure haben ihren Blick dafür geschärft, wie Details konstruktiv zu gestalten sind, um ein optimales Funktionsergebnis zu erzielen. Sie erkennen kritische Konstellationen am „virtuellen Prototyp“ und zeigen Lösungsmöglichkeiten auf.“

Eine enge Zusammenarbeit mit den Kunden ist ebenso wichtig. Nicht nur die Versuchsingenieure bei Thomas, sondern auch der Kunde gibt im nächsten Schritt sein Feedback zur jeweiligen Musterphase. So gleicht das Simulationsteam während des gesamten Entwicklungsprozesses das Simulationsmodell mit den Messergebnissen der Versuchsingenieure und Kunden ab und verbessert es kontinuierlich weiter. 
Mit Hilfe der Simulation haben Thomas und seine Kunden das Ziel des serienreifen Produktes, im wahrsten Sinne des Wortes, vor Augen.

Mich begeistert, dass durch die Simulation komplexe physikalische Phänomene dargestellt und so dem Ingenieur verständlich gemacht werden können. Dadurch erlangen wir Entwickler Einblicke in Bereiche, die versuchstechnisch nur schwer oder überhaupt nicht zu erfassen wären. Das erleichtert die Analyse der Problemstellungen immens und leistet somit einen signifikanten Beitrag zu einem robusten Design. 

Diego Lehmann, Director Simulation

[1] diskretisieren: Diskretisierung bedeutet die Auflösung des 3D-Raumes
- in die für das Programm les- und berechenbare (diskrete) Elemente (bei der Finiten Element Methode (FEM)) oder
- in (diskrete) Volumina (bei der Finiten Volumen Methode (FVM))