Zugegeben, das ist etwas spitz formuliert, aber tatsächlich ist eine der häufigeren negativen Aussagen zur Simulation, dass es "schöne bunte Bilder" sind, die keinen nennenswerten Vorteil erbringen. Was kann man dagegen tun? Wie kann man davon überzeugen? Wie am besten erklären? Das ist ebenfalls eine gute Frage im Hinblick auf das private Umfeld. Wie beantwortet man als Berechnungsingenieur eingängig und simpel die Frage, was man eigentlich beruflich macht?
Die folgenden Abschnitte sollen in dieser Übersicht nur angerissen werden. Jeden einzelnen Abschnitt werden wir in den nächsten Monaten als jeweils eigenen Beitrag genauer betrachten.
Eine kleine allgemeine und hoffentlich informative Serie als Bekenntnis zur Simulation.
1. Simulation ist vielfältig
Die Einsatzgebiete der Simulation sind sehr zahlreich (z.B. Finanzen, Kommunikation, Unterhaltung, usw). Typische Simulationen in den Ingenieurswissenschaften sind statische und dynamische Festigkeitsberechnungen, Fertigungssimulationen, Schwingungsanalysen, Wärmeübertragung etc. um nur ein paar Beispiele zu nennen. Hierbei werden Bauteile aus den verschiedensten Bereichen der Industrie virtuell abgebildet und getestet. Eines der eingängigsten Beispiele zur Beschreibung ist der Fahrzeug-Crashtest, den fast jeder kennen dürfte und deshalb gerne zur Erklärung genutzt wird, was man als Berechnungsingenieur (zumindest im Bereich Struktursimulation) macht.
2. Simulation hat Ihre Gründe
Die ausschließliche Betrachtung in der realen Welt kann aus verschiedenen Gründen nicht immer der richtige Weg sein. Entweder ist es einfach nicht möglich, weil z.B. das reale Bauteil noch nicht existiert oder im eingebauten Zustand nicht zu betrachten ist, wie z.B. das Innere des Motorraums im vorher genannten Beispiel. Zudem ist der reale Test zu aufwändig und schlicht zu teuer, um ihn nach jeder Änderung zu wiederholen. Aus der Gegenseite betrachtet muss man aber auch eingestehen, dass die rein virtuelle Betrachtung den Test nicht gänzlich ersetzen kann. So können Herstellervorgaben oder gesetzliche Grenzwerte meist nur durch einen Test nachgewiesen werden.
3. Simulation ist hilfreich
Simulation kann den Test nicht ersetzen aber vielfältige Vorteile aufzeigen. Im Hinblick auf Funktion, Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit ganz besonders.
Nehmen wir nur die Entwicklung eines neuen technischen Bauteils als Beispiel. Dieses hat eine oder mehrere spezifische Aufgaben und Vorgaben zu erfüllen. Zum Beispiel soll es einer mechanischen Last widerstehen und in großer Stückzahl günstig zu produzieren sein.
Schon in der Konzept- bzw. der Designphase ist ein geeignetes Material zu wählen und die geeignete Form zu konstruieren, sodass die Last gehalten wird und die Fertigung einfach ist. Hier hilft die Simulation in denkbar geeigneter Weise. Die nötige Last kann simuliert werden und Wiederholungen mit verschiedenen Materialien sind mit wenigen Klicks erledigt.
Die Berücksichtigung in der Vorentwicklung spart hier vor allem Zeit und Geld, denn teure Entwicklungsschleifen, basierend auf Prototypentests und anschließender Änderungen sind wirtschaftlich wenig sinnvoll. Das Design ist so gewählt, dass die Bauteile optimal hergestellt werden können und möglichst wenig Material benötigen und ist somit wesentlich effektiver und nachhaltiger als überdimensionierte und somit zu schwere Bauteile.
4. Simulation hat Grenzen
Wer die Vorteile einer wissenschaftlichen Methodik darstellen will, der ist ebenso dazu verpflichtet diese kritisch zu reflektieren. Ein Simulationsmodell ist immer nur so gut, wie die zu Grunde gelegten physikalischen Gesetze und Eingangsparameter, sowie die genaue Abbildung der Bedingungen im Betrieb bzw. im Test.
Die Lösung einer Simulation ist oft eine Abwägung zwischen Detailgenauigkeit und Kapazität. Getreu dem Motto so einfach wie möglich, aber so komplex wie nötig. In den verschiedenen Phasen einer Neuentwicklung kann sich dieses Verhältnis auch ändern. Zum Beispiel zur Ermittlung einer geeigneten Geometrie oder eines geeigneten Materials sind Variantenvergleiche zur Optimierung nötig und je simpler das Modell ist, umso schneller erhält man ein Ergebnis und mehr Varianten lassen sich in der gegebenen Zeit eruieren. Zur bestmöglichen Vergleichbarkeit ist eine enge Abstimmung mit den Bedingungen im realen Test essenziell. Stimmen Test und Simulation nicht überein, ist oft eine mangelnde Abstimmung der Grund und schnell wird die Simulation als falsch deklariert, denn was kann an der Realität schon falsch sein? Dies führt zu unbegründeter mangelnder Akzeptanz der Simulation und das gegebene Potenzial wird nicht voll ausgeschöpft.
5. Simulation ist nicht mehr weg zu denken
Als Fazit lässt sich festhalten, dass die Simulation in jede Entwicklung gehört, das Ausmaß aber von den gegebenen Umständen bestimmt wird. In einer Welt, die sich so schnell entwickelt und immer neue Herausforderungen bereithält, braucht es die Simulation, um mit diesem Fortschritt mitzuhalten. Jeder Hersteller ist verpflichtet das Optimum aus den eigenen Produkten herauszuholen und das schließt neben vielen anderen Aspekte eben auch und ganz besonders die möglichst ökonomischste und ökologischste Produktion mit ein. Ausschließlich mittels “trial & error“ zu entwickeln ist zeitlich, wirtschaftlich und ökologisch nicht zu argumentieren.
Autor:
Sascha Pazour ist Berechnungs- & Vetriebsingenieur bei der PART Engineering GmbH, Bergisch Gladbach
