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Ansys Conference & Cadfem Users Meeting: Visions to Reality

Das Messe-Kongresszentrum in Bremen etabliert sich als Treffpunkt der Produktentwickler: Nach der Contact Open World letzte Woche fand an selber Stelle die diesjährige Ansys Conference & 33. Cadfem Users Meeting statt. Über 800 Teilnehmer fanden sich diesmal ein, sie erwartete ein dreitägiges Programm, das mir die Entscheidung für meinen Besuchstermin sehr schwer machte.

Erke Wang von Cadfem präsentierte einen Ausblick auf Ansys AIM, die nächste Generation der Ansys-Multiphysiklösung.
Erke Wang von Cadfem präsentierte einen Ausblick auf Ansys AIM, die nächste Generation der Ansys-Multiphysiklösung.

Am Mittwoch die Keynotes, unter anderem von Ansys-Boss Jim Cashman, am Donnerstag insgesamt 49 Vorträge in 12er-Parallelsessions sowie eine hochkarätig besetzte Podiumsdiskussion zum Thema „Industrie 4.0: Die Rolle der numerischen Simulation“. Am Freitag, also heute, schließlich ein Management Track, der auch weniger tief im Thema steckenden Menschen die Rolle der Simulation für die Innovation näherbringt, sowie das Cadfem-Forum zum Thema „Konstruktion und Simulation – Teamarbeit oder Einzeldisziplinen“. Schwierige Entscheidung, am Ende entschieden andere Termine, dass ich am Mittwoch nach Bremen reiste.

Die Konferenz wurde von den Cadfem-Geschäftsführern eröffnet, danach folgte die Ansprache von Jim Cashman. Sein Tenor – der sich auch durch andere Keynotes zog – war die Betonung der wichtigen Rolle, die die Simulation in Zukunft bei der Produktinnovation und -entstehung spielt. Zum Beispiel ermöglicht die Simulation es einerseits, die Leistungsfähigkeit eines Designs zu analysieren, andererseits lassen sich Anforderungen definieren – sozusagen die gewünschte Leistungsfähigkeit – und das Design dazu berechnen.

Simulation als integraler Bestandteil der Entwicklung

Sehr interessant auch der Vortrag von Dr. Dirk Abendroth, Leiter Antrieb BMW i, der die Entwicklung der beiden BMW-Elektroautos rekapitulierte. BMW dachte weit über die eigentliche Konstruktion hinaus. Es wurden Konzepte erstellt, welche Themen die Zukunft bestimmen, beispielsweise Umwelt, Urbanisierung Kultur und Ökonomie, und analysiert, wie diese Themen sich auf zukünftige Autos auswirken. Auch die Produktion und der Einkauf beziehungsweise die Materialien, aus denen die Fahrzeuge bestehen, wurden analysiert und optimiert.

Der i3 von BMW: Nicht nur ein Auto, sondern Teil eines Konzepts (Bild: BMW).
Der i3 von BMW: Nicht nur ein Auto, sondern Teil eines Konzepts (Bild: BMW).

CAE-Simulation war ein integraler Bestandteil dieses Prozesses und so konnte der CO2-Verbrauch der Produktion um 50% gesenkt werden, ebenso der Energieverbrauch. Der Trinkwasserverbrauch sank sogar um 70%. Ein Viertel des Kunststoffmaterials am Auto wurde durch Recyclingmaterial und Naturfasern ersetzt. Sehr interessant finde ich die Idee, den Batterien ein „zweites Leben“ zu verschaffen: Wenn die Batterien zu wenig Kapazität für die Nutzung im Auto haben, müssen sie noch nicht recycelt werden, sondern können noch stationär genutzt werden – zur Pufferung des Solarstroms im eigenen Haus oder zu größeren und ganz großen Puffern für größere Energieerzeuger.

Abendroth betonte die Wichtigkeit von Simulationswerkzeugen zum Auflösen von Zielkonflikten. BMW sammelte mit einem E-Mini und einem 1er Coupe mit Elektromotor, die in Kleinserien entstanden, Erfahrungen und vor allem Nutzungsmuster der Kunden, die in die Entwicklung des i3 eingingen. Dazu wurde das Fahrzeug ausgiebig auf der Systemebene simuliert, um die Kundenprofile mit den Eigenschaften des Fahrzeugs abzugleichen.

Georg Scheuerer, Vice President Product Development Business Operations – Europe bei Ansys, griff das Beispiel Elektroauto auf, als er über die Entwicklungsrichtung bei Ansys sprach. Im Fokus steht dabei die Umsetzung von Visionen in Realität durch realistische Simulation. Multiphysik ist dabei quasi eine Voraussetzung, ebenso die Kopplung von Simulationen, beispielsweise wenn die Batteriebank eines Elektroautos sich in der Systemsimulation möglichst realitätsnah verhalten soll. Da die Leistungsfähigkeit der Einzelakkus sehr temperaturabhängig ist, muss eigentlich die physikalische Simulation der Temperatur im Akkupack als Basis für die Systemsimulation genutzt werden. Um die Rechenzeiten nicht völlig ausufern zu lassen, setzt Ansys hier auf clevere Model Reduction. Dazu werden die verschiedenen Temperaturverläufe und Batteriezustände zunächst komplett durchsimuliert und aus den Ergebnissen eine Response Surface gebildet. Diese Response Surface ist quasi ein Kennfeld, in dem das Verhalten bei jeder Parameterkombination hinterlegt ist. Diese Response Surface kann nun als Eingabe in der Systemsimulation dienen, so dass diese auf realitätsnahen Werten statt auf groben Annahmen basiert, ohne dass die Systemsimulation durch die Thermalanalyse gebremst wird.

Simulation Portal: CAE-Berechnung ferngesteuert

Interessant auch das Simulation Portal, eine Webanwendung, über die sich Simulationsläufe starten und überwachen lassen. BMW hat seine HPC-Rechenleistung nach Island verlegt, wo diese energieintensiven Anlagen mit regenerativer Energie betrieben und mit der kalten Außenluft gekühlt werden können. Durch die Übertragung der HPC-Cluster von Deutschland in das emissionsfrei arbeitende Rechenzentrum in Island reduziert BMW seinen jährlichen Kohlendioxidausstoß um 3.570 Tonnen, das entspricht etwa der Menge an Kohlendioxid, die beim Verbrennen von 1,46 Millionen Litern Benzin freigesetzt werden. Auch die Grafikserver für das Postprocessing stehen in Island, nach Deutschland wird der Bildschirminhalt gestreamt. Simulation Portal ermöglicht es in solchen Szenarien, den HPC-Rechner in Island sozusagen fernzubedienen.

Vom Expertentool zum Werkzeug für jeden Konstrukteur: Die Evolution des Ansys-Angebots.
Vom Expertentool zum Werkzeug für jeden Konstrukteur: Die Evolution des Ansys-Angebots.

Cadfem-Geschäftsführer Erke Wang präsentierte Ansys AIM, die nächste Generation des Ansys-Portfolios. Mit der Workbench hat es Ansys geschafft, die verschiedenen Physiksolver unter eine Oberfläche zu bringen, wie ich selbst erleben durfte. Die Solver selbst sind jedoch in der Bedienung nach wie vor sehr unterschiedlich, das wird sich mit AIM grundlegend ändern. Ein einziger Prä- und Postprozessor wird für alle Solver genutzt, so dass schon hier eine einheitliche Benutzeroberfläche und Bedienphilosophie entsteht. Python wird systemweit als Scriptsprache genutzt, dabei generiert AIM selbst Scriptcode. Klickt man sich grafisch eine Simulation zusammen, entsteht im Hintergrund parametrischer Scriptcode, der jederzeit verändert werden kann. So lassen sich einmal erstellte Multiphysiksimulationen sehr schnell an neue Gegebenheiten anpassen.

AIM zeigt, wie Ansys es schafft, das hochkomplexe Thema Simulation immer einfacher bedienbar zu machen, ohne den Funktionsumfang der Lösung einzuschränken. So rückt die Simulation immer näher an die Konstruktion heran, immer mehr Teilnehmer des Produktentwicklungsprozesses sind in der Lage, Simulation zu nutzen. Simulation wird sich in der Ansys-Vision – die ich unterstütze – tatsächlich immer stärker als Innovationstreiber etablieren. Übrigens gleicht diese Vision sehr stark der Vision, die Dassault Systèmes auf seiner Simulia-Konferenz präsentierte. Das zeigt, dass der Trend zur immer realistischeren, ganzheitlichen Simulationstechnologien keine Vision mehr, sondern schon in der Realität angekommen ist.

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