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Systems Engineering

Zeitgemäß simulieren und entwickeln

| Autor/ Redakteur: Euriel Malpiece* / Thomas Günnel

Voll elektrifizierte, selbstfahrende Autos: Neue Technologien und die Forderung nach umweltschonenden und intelligenten Fahrzeugen aber Herausforderungen – die sich mit der richtigen Entwicklungsstrategie erfüllen lassen.

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Mittels CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) lässt sich die Verschmutzung eines Fahrzeugs während der Nutzung simulieren.
Mittels CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) lässt sich die Verschmutzung eines Fahrzeugs während der Nutzung simulieren.
(Bild: Dassault Systémes)

Wer hat das beste Mobilitätskonzept? Leistung, Qualität, neue Erlebnisse für Fahrer- und Passagiere – während der Entwicklung sind sehr viele Variablen zu berücksichtigen und das unter erheblichem Zeit- und Kostendruck. Realisierbar ist das nur durch eine radikale Transformation der Entwicklungspraxis. Es gilt, etablierte Prozesse in der Industrie zu hinterfragen und die digitale Wertschöpfung ganz neu zu denken. Plattformen wie die „3D Experience Plattform“ bieten digitale Durchgängigkeit – das notwendige Wissen und Know-how lässt sich so schnell und effizient mit allen Prozessbeteiligten teilen.

Der Plattform-Ansatz in Kombination mit einer modellbasierten Herangehensweise, dem „Model-based System Engineering“, ermöglicht es außerdem, reale und virtuelle Welten per digitalem Zwilling zu vereinen. Das ist ein entscheidender Faktor: Die virtuelle Simulation vollständiger Fahrzeuge könnte die einzige Möglichkeit sein, die schnelle Transformation in der Branche zu meistern.

Die Möglichkeiten der Simulation

Die Palette der möglichen Simulationsanalysen reicht von der atomaren Ebene, zum Beispiel für die chemische Kalibrierung von Batteriezellen, bis zu komplexen Makrosystemen, etwa einer Stadt mit all ihren Sub-Systemen: Menschen, Gebäuden, Infrastruktur, Wetterbedingungen, etc.. Konkret können das Tests autonomer Fahrzeuge im realistischen Umfeld sein.

Auch dreidimensionale, physikalische Analysen verdienen besondere Aufmerksamkeit, da ihr Potenzial in der Automobilindustrie noch immer nicht voll genutzt wird – obwohl es große Chancen birgt. Noch wird häufig physikalisch getestet und gemessen, selbst wenn numerische Analysen viel effizienter und kostengünstiger wären. Deutlich wird das zum Beispiel bei der Entwicklung von Elektrofahrzeugen.

Die Weiterentwicklung und Integration neuer Technologien für Batterien, den Elektromotor oder die Leistungselektronik steigern die Komplexität – denn bestehende Systeme wie Chassis, Innenraum, HVAC-System (Heating, Ventilation and Air Conditioning), müssen neu gedacht werden. Damit ergibt sich für jeden Fahrzeugtyp eine beliebige Anzahl an möglichen Konfigurationen, die sich nur mittels numerischer Simulation effektiv bewerten lassen. Die Analysen sollten dabei auf Einzelkomponenten-Ebene stattfinden, um nicht-leistungsfähige Varianten auszuschließen. Elektromotorenkonzepte werden zum Beispiel auf elektromagnetisches, vibro-akustisches, thermisches oder strukturmechanisches Verhalten getestet.

Analysen auf Fahrzeug-Ebene

Im weiteren Entwicklungsverlauf müssen die Analysen auf Fahrzeug-Ebene wiederholt werden. Crash-, Fahrverhaltens-, thermische oder akustische Analysen sind nur aussagekräftig, bei der dynamischen und gemeinsamen Simulation aller Komponenten inklusive der Steuereinheiten. Dabei helfen sogenannte „Trade-off-Studies“: Sie ermöglichen es, im Rahmen bestimmter Parameter unter tausenden möglicher Konfigurationen die richtige Zusammenstellung je Fahrzeugtyp zu finden.

Die CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) eignet sich zum Beispiel, um die Verschmutzung eines Fahrzeugs während der Nutzung zu simulieren.
Die CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) eignet sich zum Beispiel, um die Verschmutzung eines Fahrzeugs während der Nutzung zu simulieren.
(Bild: Dassault Systémes)

Ein weiterer Anwendungsfall ist die realistische CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) der Verschmutzung eines Fahrzeugs beim Fahren bei schwierigen Straßen- und Wetterkonditionen. Sie erlaubt präzise Analysen, die mit physikalischen Prototypen in einem Windkanal oder auf der Straße nicht denkbar wären. Diese Art virtueller Tests sind unerlässlich, da sich nur so die Sensoren eines Fahrassistenzsystems abhängig vom Design des Fahrzeugs optimal positionieren lassen. So lassen sich zum Beispiel Funktionsstörungen der Sensoren vermeiden. Das kann ein enormer Wettbewerbsvorteil sein, weil Hersteller so wesentlich mehr Optionen durchspielen – und eventuelle Probleme besser identifizieren können.

Stichwort: Integration

Dabei kommt es jedoch nicht nur auf den Funktionsumfang der Simulationssoftware an und wie gut sie die reale Welt virtuell abbildet, sondern wie gut sie sich in bestehende PLM-CAD-Landschaften integrieren lässt. Nicht zuletzt hängen Akzeptanz und Umsetzung davon ab, wie stark die Organisationen eines Unternehmens von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren können.

Einige Hauptkriterien für die erfolgreiche Umsetzung einer zeitgemäßen Simulations-Strategie sind:

  • die volle Integration der Simulation in die digitale Wertschöpfungskette
  • Simulations-Aufgaben müssen im Kern des Designprozesses stehen
  • die maximale Automatisierung der Simulationsaufgaben
  • eine breitere Anzahl Beteiligter im Unternehmen kann auf das Know-how der Simulationsexperten zugreifen
  • das automatisierte, schnelle Analysieren vieler Varianten
  • ein deutlich verringerter Anteil nicht-wertschöpfender Aufgaben bei der Geometrieaufbereitung oder im Pre-Processing
  • der Einsatz von Datenanalytik, um „Trade-off-Studien“ durchzuführen
  • das einfache Vergleichen physikalischer und virtueller Prototypen
  • Reduktion auf ein Tool, um Testdaten zu bewerten und zu vergleichen

Auf einer Plattform arbeiten

Alle Kriterien lassen sich nur dann erfüllen, wenn nur eine übergreifende Plattform genutzt wird. Die „3D Experience Plattform“ bietet vielen erfolgreichen Unternehmen in der Automobilindustrie bereits heute den Rahmen, um Simulations-Expertise aufzubauen und daraus ein strategisches Unternehmensasset zu generieren.

Weitere Informationen und kostenlose Webinare auf Abruf zu den Simulationsmöglichkeiten für den Bereich der Mobilitätsanwendungen finden Sie bei Interesse im Spezial von Dassault Systèmes.

Autor: Euriel Malpiece ist Simulia Business Development Executive bei Dassault Systémes

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