Wer hätte im Jahr 1886, als Carl Benz das erste moderne Automobil mit Verbrennungsmotor erfand, gewagt von voll elektrifizierten, selbstfahrenden oder gar fliegenden Autos zu träumen? Heute sind wir diesen Ideen bereits sehr nah. Allerdings stellen neue Technologien, staatliche Regulierungen und eine wachsende Nachfrage nach umweltschonenden und intelligenten Fahrzeugen die OEMs, Automobilzulieferer und Start-ups vor immer neue Herausforderungen in Sachen Innovationskraft und -Geschwindigkeit.

Angesichts des starken Wettbewerbs um die besten Mobilitätskonzepte, müssen nicht nur Lösungen mit optimierter Leistung und Qualität, sondern gleichzeitig auch neue Erlebnisse für Fahrer- und Passagiere berücksichtigt werden. All das unter erheblichem Zeit- und Kostendruck. Realisierbar ist das nur durch eine radikale Transformation der Entwicklungspraxis. Wir müssen etablierte Prozesse in der Industrie hinterfragen und die digitale Wertschöpfung ganz neu denken, um im Wettbewerb zu bestehen.

Plattformen wie die 3DEXPERIENCE Plattform bieten die digitale Durchgängigkeit, um die Innovationskraft und Entwicklungsgeschwindigkeit zu beschleunigen. So können das notwendige Wissen und Know-How schnell und effizient mit allen Prozessbeteiligten geteilt werden. Der Plattform-Ansatz in Kombination mit einer modelbasierten Herangehensweise (Model-based System Engineering) ermöglicht außerdem das Zusammenbringen der realen und virtuellen Welten per digitalem Zwilling. Das ist ein entscheidender Faktor, da die einzige realistische Möglichkeit diese rasche Transformation der Automobilindustrie zu meistern, darin besteht, gesamte Fahrzeuge und deren Leistungen virtuell simulieren zu können. Denn in der Produktentwicklung gilt allgemein die Regel: der virtuelle Weg ist immer der effizienteste und, wenn möglich, zu bevorzugen.

Die Möglichkeiten der Simulation

Die Palette der möglichen Simulationsanalysen reicht von der atomistischen Ebene (zum Beispiel für die chemische Kalibrierung von Batteriezellen) bis zu komplexen Makrosystemen wie einer Stadt mit all ihren ‚Sub‘-Systemen wie Menschen, Gebäude, Infrastruktur, Wetterbedingungen, etc… So zum Beispiel, wenn es um Tests autonomer Fahrzeuge im realistischen Umfeld geht.

Auch 3D physikalische Analysen verdienen unsere besondere Aufmerksamkeit, da ihr Potential in der Automobilindustrie noch immer nicht voll genutzt wird, obwohl sich hier große Chancen ergeben. Noch wird häufig physikalisch getestet und gemessen, selbst wenn numerische Analysen viel effizienter und kostengünstiger wären. Deutlich wird das am Beispiel der Entwicklung von Elektrofahrzeugen.

Die Weiterentwicklung und Integration neuer Technologien für Batterien, den Elektromotor oder die Leistungselektronik erhöhen die Komplexität. denn auch die bestehenden Systeme wie Chassis, Innenraum, HVAC-System, etc. müssen neu gedacht werden, da sie für Diesel- und Benzinfahrzeuge entwickelt worden sind und sich nicht eins-zu-eins in ein elektrisches Modell übertragen lassen. Damit ergibt sich für jeden Fahrzeugtyp eine beliebige Anzahl an möglichen Konfigurationen, die sich nur durch den Einsatz der numerischen Simulation effektiv bewerten lassen. Die Analysen sollten dabei auf Einzelkomponenten-Ebene gemacht werden, um nicht-leistungsfähige Varianten auszuschließen. Elektromotorenkonzepte werden zum Beispiel auf elektromagnetisches, vibro-akustisches, thermisches oder strukturmechanisches Verhalten getestet. Im weiteren Entwicklungsverlauf müssen die Analysen aber auch auf Fahrzeug-Ebene wiederholt werden. Crash-, Fahrverhalten-, thermische oder akustische Analysen sind nur aussagekräftig, wenn alle Komponenten inkl. Steuereinheiten dynamisch und gemeinsam simuliert werden. Dabei helfen sogenannte Trade-off-Studies, die es unter Berücksichtigung vordefinierter Parameter ermöglichen, unter tausenden möglicher Konfigurationen die richtige Zusammenstellung je Fahrzeugtyp zu finden.

Ein weiterer idealer Einsatzpunkt der numerischen Simulation zeigt sich bei der absolut realistischen CFD-Simulation der Verschmutzung eines Fahrzeugs durch das Fahren bei schwierigen Straßen- und Wetterkonditionen. Sie erlaubt sehr präzise Analysen, die mit physikalischen Prototypen in einem Windkanal oder auf der Straße nicht denkbar wären. Diese Art virtueller Tests sind keine Spielerei, sondern unerlässlich, da nur so die unterschiedlichen Sensoren eines Fahrassistenzsystems in Abhängigkeit vom Design des Fahrzeugs optimal positioniert werden können. So können Funktionsstörungen der Sensoren vermieden und die Sicherheit und der Komfort der Insassen gewährleistet werden. Das ist ein enormer Wettbewerbsvorteil, denn Hersteller, die solche Analysen durchführen sind in der Lage wesentlich mehr Optionen durchzuspielen, mögliche auftretende Probleme besser zu identifizieren und schneller eine passende Lösung zu finden.

Worauf es bei der Wahl des Simulationswerkzeugs ankommt ist allerdings nicht nur der Funktionsumfang der Simulations-Software-Lösung und dessen Möglichkeiten die reale Welt virtuell abzubilden, sondern vielmehr wie gut es sich in eine bestehende PLM-CAD-Landschaft integrieren lässt ohne Daten zu verlieren. Nicht zuletzt hängt die Akzeptanz und Umsetzung davon ab, wie stark die unterschiedlichen 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 aus ihrer Expertennische zurück in den Kern des Designprozesses geholt werden.
• die maximale Automatisierung der Simulationsaufgaben.
  Das Know-How der Simulationsexperten sollte  einer breiteren Anzahl Beteiligter im Unternehmen zur Verfügung stehen. Die schnelle Analyse einer hohen Anzahl an Varianten muss automatisiert werden und nicht-wertschöpfende Aufgaben bei der Geometrieaufbereitung oder im Pre-Processing-Bereich sollten drastisch reduziert werden.
• die Anwendung der Datenanalytik zur Durchführung von Trade-off-Studien.
• das einfache Vergleichen zwischen physikalischen und virtuellen Prototypen.
  Reduktion auf nur ein Tool für Bewertung und Vergleich von Testdaten.

Erst durch den Einsatz einer übergreifenden Plattform können diese Kriterien erfüllt werden. Die 3DEXPERIENCE Plattform bietet vielen erfolgreichen Unternehmen in der Automobilindustrie bereits heute den Rahmen, um Simulations-Expertise aufzubauen und daraus ein strategisches Unternehmensasset zu machen.

Weitere Informationen und kostenlose Webinare auf Abruf zu den Simulationsmöglichkeiten für den Bereich der Mobilitätsanwendungen finden Sie bei Interesse hier.