Im 3. Landshuter CAE-Forum boten Unternehmen, Dienstleister sowie Softwarehersteller Praxisbeispiele und Neuentwicklungen für vielfältige Herausforderungen des Computer Aided Engineerings. Im Bild Hochschulpräsident Prof. Dr. Karl Stoffel bei der Begrüßung der Teilnehmer.
Die Themenbandbreite reichte von neu entwickelten Software-Modulen über die Optimierung von Heizkörpern und die Explosions-Metallumformung in der Luftfahrtindustrie bis hin zum innovativen Designansatz. Der Titel des am 5. Mai zum 3. Mal an der Hochschule abgehaltenen Forums lautete „CAE – Herausforderungen und Chancen für Konstruktion und Produktion".
Hochschulpräsident Prof. Dr. Karl Stoffel betonte die wachsende Bedeutung des Computer Aided Engineering (CAE), das entlang der gesamten Wertschöpfungskette ein immer weiteres Spektrum abdecke. Er begrüßte die rund 65 Teilnehmer, darunter zahlreiche Spezialisten aus der Industrie aber auch Studierende der Hochschule, und forderte dazu auf, die Gelegenheit zum Dialog zwischen Theorie und Praxis zu nutzen. Organisiert wird die Veranstaltungsreihe vom Institut für technologiebasierte Zusammenarbeit (ITZ) der Hochschule Landshut unter wissenschaftlicher Leitung von Prof. Dr. Detlev Maurer (Hochschule Landshut, Fakultät Maschinenbau) und in Kooperation mit Dirk Pieper von CAE-Forum.de.
CAE umfasst vielfältige Methoden und Programme Das Computer Aided Engineering (CAE) umfasst die gesamte Wertschöpfungskette von der Entwicklung und der Konstruktion über die Fertigung bis hin zur Qualitätskontrolle. Und je nach Arbeitsprozess und Anwendungsbereich kommen unterschiedliche Softwaresysteme und auch Berechnungsmodelle bzw. -methoden zum Einsatz. Aktuelle Softwareentwicklungen zeigten Ioannis Nitsopoulos (ISKO engineers AG, München) und Cornelia Thieme (MSC Software GmbH, München).
Nitsopoulos stellte mit OPTIMUS eine Plattform zur Beschleunigung des Produktentwicklungsprozesses vor, die eine Automatisierung von Simulationen und des Workflows im CAE erlaubt und vielfältige Optimierungsmethoden bietet.
Am Beispiel der automatisierten Optimierung eines Lenkers zeigte er, wie sich Entwicklungszyklen deutlich verkürzen und die Anzahl von Entwurfsvarianten ohne zeitlichen Mehraufwand erhöhen lassen. Eine deutliche Reduzierung des Zeit- und Rechenaufwandes bei der Übertragung von CAD-Daten in die für Berechnungen erforderlichen Netze, verspricht der von Thieme präsentierte sog. „MSC Apex Modeler". Viele Berechnungsingenieure verbrächten mehr als 40 Prozent ihrer Zeit mit der Geometriebereinigung und Vernetzung. Mit der vorgestellten Software könne dieser sog. CAD-to-Mesh-Prozess deutlich vereinfacht werden, indem Flächen automatisch in Netze umgewandelt werden. Die Geometrien können automatisiert - aber auch manuell - überprüft und angepasst werden, in kürzester Zeit gelange man vom CAD-Modell zum fertigen Netz.
Best Practice aus unterschiedlichen Berechnungsfeldern
Bei den präsentierten Praxisbeispielen wurde erkennbar, wie wichtig es ist, vor der Simulation die entscheidenden Parameter zu analysieren. Dies zeigte u.a. Markus Kellermeyer (CADFEM GmbH, Grafing bei München), der sich mit der komplexen Optimierung von Composite Strukturen, bzw. endlosfaserverstärkten Kunststoffen beschäftigte. Versagensstellen müssten erkannt werden, um eine maximale Robustheit bei minimalem Gewicht erreichen zu können. Treibende Geometrie- und Faserwinkel-Parameter werden per Korrelationsmatrix indentifiziert, ehe ein Metamodell erstellt wird und auf seine Prognosefähigkeit per FEM-Rechnung geprüft werden muss. Ein Beispiel aus der numerischen Strömungsmechanik CFD (Computational Fluid Dynamics) präsentierte Michael Wyrobeck (KERMI GmbH, Plattling). Er zeigte die Optimierung von Heizkörpern, die er im Rahmen seiner Abschlussarbeit des Masters Leichtbau und Simulation der Hochschule Landshut durchgeführt hatte. Unter anderem konnten durch die Optimierung des Rohrabstandes ein bis zwei Rohre pro Heizköper bei gleicher Wärmeleistung eingespart werden.
Simulationen unter den speziellen Bedingungen im Bereich der Luftfahrt – kleine Stückzahlen, wenig Automation und große Bauteile bei hohen Anforderungen – zeigte Andreas Nick (Airbus APWorks GmbH, Ottobrunn) auf. Um den hohen Belastungen und Sicherheitsanforderungen gerecht werden zu können, werden Bauteile häufig aus einem Stück geformt. Dies beispielsweise im Bereich des vorderen Cockpits, hier kommt mit der Explosivumformung eine nicht alltägliche Methode zum Einsatz. Dabei wird das umzuformende Metall in einem Wassertank per TNT-Zündung in eine Form gepresst. Um Rücksprungeffekte und Eigenspannungen zu minimieren, wurde dieses Verfahren aufwändig simuliert und optimiert. Statt einer finden nur 5 Sprengungen statt und die TNT-Anordnung in Ringform bringt deutliche Vorteile.
Kompetenz und Erfahrung der Ingenieure als wichtiger Faktor
Die Verbindungstechnik bei Simulationen nicht stiefmütterlich zu behandeln, dazu forderte Ralf Paßmann (Synopt GmbH, Leinfelden-Echterdingen) auf. Gerade bei der Verbindung von Bauteilen, z.B. per Schraube oder durch Schweißen, sei die Versagensvorhersage wichtig.
Versuche numerisch durchzuführen spare Kosten, erfordere aber auch Erfahrung und Methodenentscheidungen des Ingenieurs. Er zeigte, dass diese Simulation mit einem aufwändigen, so genannten Volumen-Modell, einer detaillierte Abbildung von Geometrie und Materialverhalten, sehr ähnliche Ergebnisse, wie eine idealisierte Abbildung liefert. Hier wird nicht die gesamte Geometrie abgebildet und so der Aufwand stark reduziert.
Einen innovativen Designansatz nach den Prinzipien des „Design-Thinking" präsentierte Daniel Duschek (csi entwicklungstechnik GmbH, Neckarsulm) in seinem Vortrag. Er forderte, neben den Faktoren Kosten und Technik, den Kunden mit seinen Wünschen und Anforderungen in der frühen Phase der Produktentwicklung in den Mittelpunkt zu stellen. Anhand eines Kinderlauf- bzw. -fahrrades zeigte er, wie die kreativen Ideen von potenziellen Kunden in ein erstes grafisches Design einfließen, das dann erst in einem weiteren Schritt im CAD abgebildet wird. Durch das frühe Verständnis für das Produkt könne man die gefürchteten Änderungen kurz vor dem Serienstart häufig verhindern.
Insbesondere für Simulationsspezialisten aus kleinen und mittelständischen Unternehmen bot auch das 3. CAE-Forum eine wertvolle Gelegenheit, sich über aktuelle CAE-Entwicklungen zu informieren und um Branchenkontakte zu knüpfen. Dies auch in der begleitenden Fachausstellung, in der Aussteller ihre Innovationen und Produkte präsentierten, sowie in eine Führung durch ausgewählte Labore der Hochschule.
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