Mit SFE CONCEPT lassen sich dank der impliziten Parametrik und der schnellen, akkuraten FE-Vernetzung sowie der eingebundenen Verbindungstechnik auf effiziente Weise Konstruktionsvarianten erstellen und hinsichtlich unterschiedlicher Funktionalitäten überprüfen.
Die Produktentwicklung in der Automobilindustrie ist heute geprägt von den hohen und sich schnell wandelnden technischen Herausforderungen eines globalisierten Marktes. Die Berechnungs-Ingenieure der CAE-Teams (Computer-aided Engineering) müssen täglich mit wachsenden und oft auch widersprüchlichen Anforderungen aus einer Vielzahl von Disziplinen umgehen. Sie benötigen hochintegrierte Software-Werkzeuge, die es ihnen erlauben, die entscheidenden Attribute eines Karosserieentwurfs wie das Gewicht, das Verhalten beim Frontal- und Seitenaufprall, die Eigenfrequenzen und die Steifigkeit für eine Vielzahl von alternativen Entwürfen in kurzer Zeit zu bewerten. Um einen nahtlosen Entwicklungsprozess zu gewährleisten, müssen früh im Entwicklungsprozess wiederholte Simulationen stattfinden. Bereits dann, wenn viele Eigenschaften des Produkts noch unbekannt sind.
Um dennoch höchste Ansprüche an die Produkteigenschaften zu erfüllen, sind tiefgehende Studien und vollautomatisierte mathematische Optimierungsprozesse in komplexen Designräumen unerlässlich. Der Zeitdruck dabei ist hoch – die CAE-Evaluation muss simultan zum Entwicklungsprozess erfolgen. Um diese extremen Ansprüche fristgerecht zu erfüllen, investieren heute viele CAE-Ingenieure der internationalen Automobilisten in die Vorteile einer dedizierten und voll parametrischen Simulationsgeometrie in SFE CONCEPT.
Der SFE CONCEPT-Prozess – Input and Output
„Bei solchen Anforderungen an die Anpassungsfähigkeit der Modelle gibt es zu der parametrischen Geometriebeschreibung in SFE CONCEPT keine Alternative. Anders lässt sich eine so hohe Effizienz im Simulationsverfahren einfach nicht herstellen”, erläutert Michel Schäfer, Leiter des „CATIA – SFE Center of Excellence Europe“. Gemeinsam mit seinem Team aus Experten für parametrische Geometrie, Finite-Element-Methode und mathematische Optimierung hat er für eine Vielzahl von Herstellern in Europa, USA und Japan Karosseriemodelle und Komponenten modelliert, bewertet und optimiert.
Die CAE-Teams der Automobilindustrie schätzen die hohe Anpassungsfähigkeit und Wiederverwertbarkeit der SFE CONCEPT-Modellbibliotheken. Die deklarative und damit implizit parametrische Definition von Topologien und Formen in SFE CONCEPT erlaubt es ihnen, ihre Modelle flexibel anzupassen. Das gilt für einzelne Komponenten und ganze Fahrzeug-Karosserien. Modellteile lassen sich bei Bedarf neu zusammensetzen, Teilmodelle lassen sich automatisch an existierende FE-Simulationsmodelle anbinden. Form, Topologie, Materialdicke und Verbindungstechniken lassen sich einfach anpassen – das entsprechende Simulationsmodell steht sofort wieder für Berechnungen zur Verfügung.
Bei Änderungen eines Modells durch die Konstruktionsabteilung können die CAE-Ingenieure die Auswirkungen der neuen Variante auf die Performance der Struktur mit Hilfe von SFE CONCEPT sehr schnell simulieren. Feedback an die Konstrukteure ist so in kürzester Zeit möglich. Dabei werden die gängigen Industriestandards der Simulationssoftware wie Nastran, Ansys, LS-Dyna, RADIOSS, Pam-Crash oder Permas unterstützt.
Der vollautomatische Optimierungsprozess
SFE CONCEPT kann an die typischen Softwareprodukte für automatische Optimierung wie LS-Opt, Optimus, ModeFrontier, OptiSlang und Heeds gekoppelt werden. So lassen sich Optimierungsprozesse vollständig automatisieren und erlauben die Berechnung vielfältiger Modellvarianten quasi „über Nacht“.
Seit der Akquise der SFE GmbH durch Dassault Systèmes im Sommer 2013 wurde bereits viel für die Integration des Produktportfolios in CATIA getan. Unter den Solvern beispielsweise für NVH- und Crash-Analyse, die SFE CONCEPT unterstützt, ist auch die SIMULIA-Software „Abaqus“.
Schema der automatischen Optimierung mit SFE CONCEPT
Gemeinsam mit SIMULIAs Optimierungswerkzeug „Isight“ hat sich Abaqus als idealer Partner für automatische Optimierung mit SFE CONCEPT etabliert. So gehen CAE-Ingenieure durch die richtige Kombination ihrer Werkzeuge über die Bewertung des Produktes hinaus. Sie benutzen SFE CONCEPT, um beispielsweise Materialdicken, die Form von Komponentenquerschnitten und die Position von Trägern des Karosserieentwurfs als Variablen eines Optimierungsproblems zu definieren. Die Werte der Variablen – und damit die Form des Designs – lassen sich bequem aus einer MS Excel-Tabelle heraus steuern. SFE CONCEPT läuft über Nacht im Batch-Modus und liefert so eine beliebige Anzahl von Geometrievarianten an die Simulationssoftware. Die Variablen und ihre Wertebereiche lassen sich dann in die Optimierungssoftware Isight importieren.
Zur vollautomatischen Optimierung ist es dann nur noch ein kleiner Schritt: Isight kontrolliert den Prozess und legt fest, für welche Variablenwerte die nächste Simulation erfolgen soll. Diese Werte werden an SFE CONCEPT übergeben, dort automatisch das Geometriemodell angepasst und ein rechenfertiges FE-Modell inklusive Verbindungen, Randbedingungen und Materialinformationen erzeugt. Dieses FE-Modell wird zur Berechnung an Abaqus übergeben, das Ergebnis wiederum von Isight ausgewertet. Ohne Interaktion mit dem Anwender wird so eine Vielzahl von Modellen bewertet.
SFE CONCEPT Body in White nach dem Export in CATIA V5
Dieser Prozess wiederholt sich, bis ein Modell gefunden ist, das allen Ansprüchen genügt, die zum Beispiel ein 5-Star-Rating ausmachen. CAE-Abteilungen nutzen die Methode aber auch, um signifikante Gewichtsreduktionen herbeizuführen – das hilft beim Einsparen wertvoller Rohstoffe. Dank der fortschreitenden Integration in CATIA kann das prävalidierte Fahrzeugmodell aus SFE CONCEPT im nativen Format an den Konstruktionsprozess in CATIA übergeben werden. Böse Überraschungen im weiteren Prozess werden so vermieden.
Die überprüften Daten werden in CATIA mit den üblichen Werkzeugen wie „Part Design“ und „Generative Shape Design“ weiterverarbeitet und der Definition einer hochdetaillierten Fertigungsgeometrie zugeführt.
Die Zukunft auf der 3DEXPERIENCE Plattform
Die Zukunft der Konstruktionsoptimierung wird der „3DEXPERIENCE Plattform“ gehören. Diese Vision bedeutet nicht weniger als die vollständige Integration der benötigten Softwarewerkzeuge zur optimalen Unterstützung eines Arbeitsablaufs. Sie berücksichtigt alle Aspekte eines Prozesses: Verwaltung der Produktdaten und Bericht der Simulationsergebnisse bis hin zur Kommunikation der Expertenteams untereinander und mit dem Management. Gerade so spezifische Abläufe wie die Konstruktionsoptimierung werden dadurch zu einem durchgehenden Prozess.
BIW Engineering auf der 3DEXPERIENCE Plattform
In der Vergangenheit kostete die Organisation des automatischen Prozesses oft einen signifikanten Teil der Projektzeit. Auf der 3DEXPERIENCE Plattform sollen sich Experten ganz auf die fachlich relevanten Probleme konzentrieren können. Erste Schritte dazu sind bereits getan. Längst lässt sich die Modellgeometrie auch auf der 3DEXPERIENCE Plattform öffnen und weiterverarbeiten. Jetzt werden Datenmodelle und User Interfaces aufeinander abgestimmt. Das Ziel ist die Synthese der deklarativen und implizit parametrischen Simulationsmodelle in SFE CONCEPT mit der FE-Analyse und Optimierung in Abaqus und Isight und der Qualität der weltmarktführenden Plattform für Produktdesign.
