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17.02.26
Simulation im CAD: Frühzeitig verbinden für bessere Produkte
Simulation im CAD: Konstruktion und Simulation frühzeitig verbinden
In der heutigen schnelllebigen Produktentwicklung ist der Druck, innovative Produkte schneller und kostengünstiger auf den Markt zu bringen, enorm. Eine Schlüsseltechnologie, die hierbei entscheidend unterstützt, ist die Simulation im CAD. Doch wie lässt sich diese optimal in den Entwicklungsprozess integrieren, um maximale Vorteile zu erzielen? Dieser Beitrag beleuchtet, wie die frühzeitige Verbindung von Konstruktion und Simulation die Produktentwicklung revolutioniert und wie die d.u.h.Group Sie dabei als Experte für CAE-CAD-Integration mit Lösungen von Altair und NX unterstützt.
Motivation: Warum Simulation so früh wie möglich?
Die Notwendigkeit, Simulationen so früh wie möglich in den Entwicklungsprozess zu integrieren, ergibt sich aus einem fundamentalen Prinzip der Produktentwicklung: der Kostenkurve im Vergleich zur Änderbarkeit.
Kostenkurve vs. Änderbarkeit im Entwicklungsprozess
Ganz am Anfang eines Projekts sind Änderungen an einem Design relativ einfach und kostengünstig umzusetzen. Je weiter der Entwicklungsprozess jedoch fortschreitet und je mehr Details festgelegt werden, desto exponentiell höher werden die Kosten für nachträgliche Änderungen. Wenn beispielsweise ein Problem erst in der Prototypenphase entdeckt wird, sind die Korrekturkosten um ein Vielfaches höher als in der Konzept- oder frühen Konstruktionsphase. Eine frühzeitige Simulation im Engineering ermöglicht es, kritische Designfehler zu identifizieren und zu beheben, bevor sie teuer werden.
Typische Probleme:
- Simulation kommt zu spät: Oftmals wird die Simulation erst eingesetzt, wenn das Design bereits weit fortgeschritten ist. Dies führt dazu, dass gefundene Probleme nur mit hohem Aufwand oder Kompromissen behoben werden können.
- Konstruktion entscheidet ohne physikalische Absicherung: Ohne frühzeitige Simulationsergebnisse basieren viele Konstruktionsentscheidungen auf Erfahrungswerten oder Annahmen, die sich später als unzureichend erweisen können.
Was bedeutet „Simulation im CAD“ wirklich?
Der Begriff „Simulation im CAD“ wird oft verwendet, aber was verbirgt sich genau dahinter? Es geht darum, Simulationswerkzeuge direkt in die CAD-Umgebung zu integrieren oder eng mit ihr zu verknüpfen, um den Konstrukteuren die Möglichkeit zu geben, physikalische Analysen bereits während des Designprozesses durchzuführen.
Abgrenzung:
- CAD-integrierte Simulation: Hierbei handelt es sich um Simulationsfunktionen, die direkt in der CAD-Software verfügbar sind. Der Konstrukteur kann mit wenigen Klicks eine Analyse starten, ohne die gewohnte Arbeitsumgebung verlassen zu müssen. Dies senkt die Einstiegshürde erheblich.
- Klassische CAE: Die klassische Computer-Aided Engineering (CAE) wird in der Regel von spezialisierten CAE-Experten durchgeführt, die komplexe Modelle erstellen und detaillierte Analysen mit hochentwickelten Tools durchführen. Hier liegt der Fokus auf Präzision und der Untersuchung komplexer physikalischer Phänomene.
Welche Fragestellungen sich früh beantworten lassen – und welche nicht
Die Simulation im CAD eignet sich hervorragend, um grundlegende Designentscheidungen abzusichern. Dazu gehören Fragen nach der Steifigkeit, der Verformung unter Last, der thermischen Ausdehnung oder dem Strömungsverhalten. Sie ist ideal für Trendanalysen und Variantenvergleiche.
Weniger geeignet ist die CAD-nahe Simulation für hochkomplexe, nichtlineare Analysen, wie sie beispielsweise bei Crash-Simulationen, Ermüdungsanalysen unter komplexen Lastzyklen oder der Modellierung von Verbundwerkstoffen erforderlich sind. Hierfür sind weiterhin die spezialisierten CAE-Tools und das Know-how von CAE-Experten unerlässlich.
Altair Simulation im Zusammenspiel mit NX
Die Kombination von Siemens NX als führendes CAD-System mit den leistungsstarken Simulationslösungen von Altair bietet eine ideale Plattform für die CAE-CAD-Integration.
Typische Einsatzszenarien:
- Vorab-Festigkeitsabschätzung: Bereits in frühen Designphasen können Konstrukteure schnell und unkompliziert überprüfen, ob ein Bauteil den grundlegenden Festigkeitsanforderungen genügt. Dies vermeidet kostspielige Überdimensionierungen oder kritische Unterdimensionierungen.
- Variantenvergleiche: Verschiedene Designvarianten lassen sich schnell simulieren und miteinander vergleichen, um die optimale Lösung hinsichtlich Gewicht, Steifigkeit oder Performance zu finden.
- Geometrie-Sensitivitäten: Wie wirkt sich eine kleine Änderung der Geometrie auf die Performance aus? Die CAD-integrierte Simulation liefert hier schnelle Antworten und unterstützt bei der Optimierung
Datenfluss:
Ein reibungsloser Datenfluss ist entscheidend für eine effiziente Altair NX Simulation.
- CAD-Geometrie: Die direkte Nutzung der nativen NX-Geometrie in Altair-Tools eliminiert Fehlerquellen durch Datenkonvertierungen und beschleunigt den Prozess.
- Vereinfachungen: Für frühe Simulationen sind oft Geometrievereinfachungen notwendig. Intelligente Tools unterstützen dabei, irrelevante Features zu entfernen, ohne die Aussagekraft der Simulation zu beeinträchtigen.
- Übergabe an CAE: Bei Bedarf kann die vorbereitete Geometrie nahtlos an detailliertere Altair CAE-Tools übergeben werden, um komplexere Analysen durchzuführen.
Konstruktion & Simulation verbinden – organisatorisch
Neue Rollenbilder:
- Konstrukteur mit Simulationskompetenz: Der Konstrukteur wird zum „Simulations-Anwender“. Er versteht die Grundlagen der Simulation, kann einfache Analysen durchführen und die Ergebnisse interpretieren. Er weiß, wann er einen CAE-Experten hinzuziehen muss.
- CAE-Experte als Enabler: Der CAE-Experte entwickelt Best Practices, erstellt Templates, validiert Methoden und schult die Konstrukteure. Er agiert als Multiplikator und Berater, der die komplexen Simulationen durchführt, wenn die Grenzen der CAD-nahen Simulation erreicht sind.
Governance:
- Wer darf was simulieren? Klare Richtlinien definieren, welche Art von Simulationen von Konstrukteuren durchgeführt werden dürfen und wann die Einbindung eines CAE-Experten zwingend erforderlich ist.
- Welche Ergebnisse sind entscheidungsrelevant? Es muss klar sein, welche Simulationsergebnisse als gesicherte Entscheidungsgrundlage dienen und welche lediglich als Trendindikatoren zu verstehen sind.
Grenzen der CAD-nahen Simulation
- Netzqualität: CAD-integrierte Solver sind oft auf eine schnellere, weniger detaillierte Vernetzung ausgelegt, was für frühe Trendanalysen ausreicht, aber für hochpräzise Ergebnisse unzureichend sein kann.
- Materialmodelle: Die Komplexität der Materialmodelle ist in CAD-integrierten Lösungen oft begrenzt. Für fortgeschrittene Materialverhalten sind spezialisierte CAE-Tools erforderlich.
- Nichtlineare Effekte: Nichtlineare Phänomene wie große Verformungen, Materialplastizität oder Kontaktprobleme sind in CAD-integrierten Umgebungen oft nur eingeschränkt oder gar nicht abbildbar.
- Validierung & Normen: Für die finale Produktvalidierung und die Einhaltung von Normen sind in der Regel detaillierte, validierte CAE-Simulationen durch Experten erforderlich, deren Ergebnisse dokumentiert und nachvollziehbar sind.
Best Practice Architektur
Eine effektive Architektur für die CAE-CAD-Integration nutzt die Stärken beider Welten.
- NX CAD → Altair für frühe Abschätzung: Die Konstruktion erfolgt in NX. Für schnelle, frühe Abschätzungen und Variantenvergleiche wird die integrierte oder eng angebundene Altair Simulation genutzt.
- Übergabe an Simcenter oder Altair CAE für Detailanalysen: Wenn komplexere Fragestellungen oder die finale Validierung anstehen, werden die Modelle nahtlos an spezialisierte Tools wie Siemens Simcenter oder die erweiterten Altair CAE-Suiten übergeben. Hier kommen die volle Leistungsfähigkeit und die Expertise der CAE-Spezialisten zum Tragen.
- Integration in PLM: Eine durchgängige Integration in ein Product Lifecycle Management (PLM)-System stellt sicher, dass alle Simulationsdaten, Modelle und Ergebnisse versioniert, nachvollziehbar und für alle Beteiligten verfügbar sind.
Fazit: Wann lohnt sich Simulation im CAD – und wann nicht?
Die Simulation im CAD ist ein mächtiges Werkzeug, das sich immer dann lohnt, wenn es darum geht, den Entwicklungsprozess zu beschleunigen, frühzeitig Risiken zu minimieren und die Qualität der Konstruktionsentscheidungen zu verbessern. Sie ermöglicht es Konstrukteuren, ein besseres physikalisches Verständnis für ihre Entwürfe zu entwickeln und iterative Designschleifen effizienter zu gestalten.
Sie ist jedoch kein Ersatz für die tiefgehenden Analysen von CAE-Spezialisten. Vielmehr ist sie eine wertvolle Ergänzung, die den gesamten Entwicklungsprozess optimiert. Die d.u.h.Group unterstützt Sie dabei, die richtige Balance zu finden und eine maßgeschneiderte Strategie für die CAE-CAD-Integration in Ihrem Unternehmen zu implementieren, um das volle Potenzial von Altair NX Simulation auszuschöpfen.
FAQ-Fragen
- Was versteht man unter Simulation im CAD?
Simulation im CAD bezeichnet die Integration von Simulationsfunktionen direkt in die CAD-Software oder eine enge Verknüpfung, die es Konstrukteuren ermöglicht, physikalische Analysen bereits während des Designprozesses durchzuführen.
- Welche Vorteile bietet die frühzeitige Simulation in der Produktentwicklung?
Die frühzeitige Simulation hilft, Designfehler und Schwachstellen zu identifizieren, bevor sie teuer werden, reduziert Entwicklungskosten und -zeiten und verbessert die Produktqualität durch fundierte Konstruktionsentscheidungen.
- Wann sollte man CAD-integrierte Simulation und wann klassische CAE-Tools nutzen?
CAD-integrierte Simulation eignet sich für schnelle Trendanalysen und Variantenvergleiche in frühen Phasen, während klassische CAE-Tools von Spezialisten für hochpräzise, komplexe und nichtlineare Analysen sowie die finale Validierung eingesetzt werden.
- Wie unterstützt die d.u.h.Group bei der CAE-CAD-Integration mit Altair und NX?
Die d.u.h.Group bietet Expertise in der Implementierung und Optimierung von Altair- und NX-Lösungen, um eine nahtlose CAE-CAD-Integration zu gewährleisten, Prozesse zu optimieren und Ihr Team durch Schulungen und Beratung zu befähigen.
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