Durchstarten mit simulationsgetriebenem Design – Q&A mit Experten von Altair SimSolid®

SourceForge hat kürzlich mit Victor Apanovitch, dem Erfinder der Technologie und tragende Säule des Altair SimSolid® Teams, gesprochen, um mehr über simulationsgetriebenes Design und über den Anspruch von Altair SimSolid, die wegweisende Simulationstechnologie für Konstrukteure, Design-Ingenieure und Analysten zu sein, zu erfahren

F1: Wir haben in letzter Zeit häufiger den Begriff „simulationsgetriebenes Design“ gehört, besonders von Altair. Können Sie definieren, was Sie mit „simulationsgetriebenem Design“ meinen?

Kurz gesagt, simulationsgetriebenes Design setzt die Simulation an den Anfang des Konstruktionsprozesses und nutzt die Simulationstechnologie, um den Designprozess zu steuern, anstatt die Simulation zur Analyse einer finalen Variante zu nutzen.

F2: Warum ist es für Konstruktions- und Engineering-Teams wichtig, Simulation einzusetzen?

Ein simulationsgestützter Designansatz verkürzt die Zeit, die Unternehmen für die Entwicklung von Produkten und deren Markteinführung benötigen, drastisch. Wie das geht? Indem man die Simulation und Bewertung an den Startpunkt der Entwicklung setzt, können Konstruktionsmängel frühzeitig erkannt sowie späte und damit kostspielige Konstruktionsänderungen drastisch reduziert werden.

Bevor die Simulation in der Industrie eingesetzt wurde, verließ man sich auf unzählige physikalische Tests oder das „Überdimensionieren“ von Produkten, um sie auf den Markt zu bringen. In den 1960-70er Jahren kam die Finite-Elemente-Simulation auf und verkürzte die Entwicklungszeit, indem man nicht alles physisch herstellen und testen musste – allerdings handelte es sich um eine High-Tech-Lösung und erforderte engagierte Experten, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten.

Heute reduziert unsere neueste Generation der Simulationstechnologie in SimSolid die gesamte Prozesszeit, denn jeder kann die Simulation frühzeitig und in jedem Schritt des Konstruktionszyklus durchführen.

Man braucht dafür weder Fachwissen noch viele Ressourcen, es kann also in jeder Phase durchgeführt werden, und wir haben bei unseren Kunden eine deutliche Reduzierung der gesamten Produktentwicklungszeit festgestellt.

F3: Altair sagt, dass SimSolid ein Schlüsselinstrument für den simulationsgetriebenen Designansatz ist. Was ist SimSolid und was hat Sie zu seiner Entwicklung inspiriert?

Das erste, was ich sagen kann, ist – SimSolid macht Spaß!
Nachdem ich viele Jahre in der Finite-Elemente-Analyse gearbeitet habe, war das, was die Welt brauchte, eine Strukturanalyselösung, die direkt mit CAD-Geometrie arbeitet und Ihnen in Sekunden bis Minuten Konstruktionseinblicke gibt. Dafür wurde SimSolid geschaffen.

Mit SimSolid haben wir die Hürde überwunden, dass für die Durchführung jeder beliebigen Simulation Erfahrung mit finiten Elementen erforderlich ist, um verlässliche Ergebnisse zu erhalten. Um von SimSolid schnelle, aussagekräftige Antworten zu erhalten, müssen Sie sich nicht mit finiten Elementen auskennen oder eine jahrelange Ausbildung haben. SimSolid spricht die Sprache der Konstrukteure. Anstatt die Dienstleistungen von spezialisierten und teuren Experten für Strukturanalyse in Anspruch zu nehmen, kann jeder mit einem ingenieurtechnischen Hintergrund Konstruktionen simulieren und bewerten. Wir haben die Simulation wirklich in die Hände von Ingenieuren und Konstrukteuren gelegt.

F4: Was macht SimSolid zu einem solchen Game-Changer?

Ich werde den Begriff verwenden, den wir alle schon gehört haben – Demokratisierung der Simulation.
Im Kern geht es darum, die Simulation für eine sehr breite Anwenderschaft von Konstrukteuren zugänglich und möglich zu machen. Genau das schafft SimSolid – es kann überall und von jedem genutzt werden.

In 50 Jahren wurde FEM zu einer in sich geschlossenen Welt mit ihrer eigenen Terminologie, ihrem Jargon, ihren speziellen Techniken, etc., die für „normale“ Ingenieure und Konstrukteure überwältigend ist. Die Einstiegsschwelle in die FEA ist hoch, aber das Schlimmste ist – 80 % der FEA-bezogenen Aktivitäten bringen keinen Mehrwert. Strukturanalytiker mögen Freude an der Durchführung von FEA haben, aber ihre Manager sind zumeist entsetzt über den erforderlichen Zeit- und Ressourcenaufwand. Deshalb ist die FEA in der Regel ein „Postmortem“ der Konstruktion und nicht deren treibende Kraft.

Schauen wir uns das Ganze etwas genauer an: Sie erstellen eine Konstruktion in Ihrem CAD-System, z. B. eine Baugruppe mit verschiedenen Bauteilen, Schrauben und Muttern oder Schweißnähten, die diese zusammenhalten. Mit SimSolid verwenden Sie genau das für die Simulation, es gibt keinen Unterschied zwischen der Konstruktionsgeometrie und der Geometrie für die Analyse.

Am Anfang müssen Sie wahrscheinlich verschiedene Optionen oder eine Änderung an einer Konstruktion vornehmen. Das in FEA zu tun, ist ein Albtraum, aber nicht für SimSolid. Genau dann ist es wertvoll, ein Werkzeug zu verwenden, das eine schnelle Untersuchung von Konstruktionsalternativen ermöglicht.

Die für die FEA verwendete Geometrie unterscheidet sich immer von der Konstruktion. Um eine herkömmliche FEA durchzuführen, müssen Sie Merkmale wie Spalten, kleine Löcher oder ähnliches entfernen, sonst können Sie die Aufgabe nicht lösen. Bei einer Baugruppe ist es noch viel schlimmer, weil Sie Muttern, Schrauben und andere Verbindungselemente, also nicht-strukturelle Teile, entfernen müssen, damit nur die strukturellen Teile übrigbleiben. Aber dafür braucht man einen Experten, der weiß, was strukturell relevant ist und was nicht, und der weiß, was entfernt werden muss und was belassen werden kann. Dann gibt es noch Randbedingungen und andere FEA-Terminologien, die man verstehen und interpretieren muss, um ein vernünftiges Ergebnis zu erhalten.

Ganz zu schweigen von der Vernetzung! Seien wir ehrlich – niemand mag Vernetzung, und wir haben alle den Spruch „Mesh or perish“ gehört, weil es die fehleranfälligste Phase ist. SimSolid hat dieses Risiko vollständig eliminiert, weil es keine Vernetzung mehr gibt.

Deshalb ist die Finite-Elemente-Analyse für einen Konstrukteur so beängstigend, weil man all diese Abstraktionen, diese schematischen Darstellungen verstehen muss, und wenn das nicht der Fall ist, bedeutet das, dass es zu viele Risiken gibt. SimSolid entschärft all das, denn Sie werfen nichts aus der CAD-Darstellung heraus, Sie vernetzen nicht, Sie verwenden in SimSolid die Originalgeometrie einfach so, wie sie ist.

Das macht den entscheidenden Unterschied. Jedes Unternehmen kann es sich jetzt leisten, die Simulation im eigenen Haus durchzuführen. Selbst kleinste Unternehmen können jetzt konstruieren und simulieren, ohne ein Expertenteam zu haben oder Berechnungen extern vergeben zu müssen.

F5: Sie stellen einige kühne Behauptungen über SimSolid auf. Können Sie mehr über die Technologie dahinter erklären? Ist sie bewährt?

Einfach gesagt, ist das Herzstück von SimSolid die herkömmliche FEA, aber ohne finite Elemente.

Wir haben eine neue Solver-Technologie erfunden, aber wir haben bewährte FEM-Formulierungen wiederverwendet – es gibt nichts Exotisches hier. Unsere Technologie hat nur andere Lösungsansätze ohne finite Elemente – und ist wirklich netzlos, im Gegensatz zu anderen – aber die Formulierungen und Grundlagen sind genau die gleichen. Deshalb sind wir bei Benchmarks, die SimSolid mit FEM vergleichen, immer zuversichtlich.

Es ist wichtig, zu wissen, dass es in SimSolid keine Barrieren gibt. Alles, was in FE möglich ist, kann auch in SimSolid gemacht werden. Im Moment haben wir thermische und strukturelle Analysen, aber Multiphysik-Funktionen werden kommen. Es gibt keine Grenzen.

F6: Bedeutet dies das Ende der Finite-Elemente-Analyse, wie wir sie kennen?

FEA komplett durch SimSolid ersetzen? Das wird nicht passieren, denn es wird immer Bereiche geben, in denen eine Unterteilung in Finite Elemente aus lösungsspezifischen Gründen erforderlich ist, wie z. B. bei expliziten FEA-Schemata für Crashanlaysen.

Die Geschichte zeigt, dass schnellere, bessere Technologien der neuen Generation das Bewährte verdrängen. Wenn man 50 Jahre zurückgeht, war die Finite-Differenzen-Methode eine wichtige Kerntechnologie. Dann kamen die Finiten Elemente auf, die eine Zeit lang nebeneinander existierten, dann aber von der FEA für alle linearen Probleme verdrängt wurden. Sie wird immer noch in der Fluiddynamik in einigen „Schwerlast“ Bereichen verwendet, aber anderswo, wo die Analyse relativ einfach war, ist sie verschwunden, weil FE sie ersetzt hat.

SimSolid und FEA werden koexistieren. SimSolid hat das Potenzial, große Bereiche der Mainstream-Analyse von FEA zu übernehmen – das ist unsere Domäne – aber es gibt viele „exotische“ Bereiche, in denen andere Lösungen von Altair immer noch die beste Lösung sind! Das ist die Stärke von Altairs Produktpalette, wir bieten erstklassige Lösungen für netz-basierte und netz-freie Lösungen. Kombiniert mit unserem innovativen Lizenzierungssystem wird alles einfacher und besser, denn Sie können nutzen, was immer Sie wollen, und wann immer Sie es brauchen.

F7: Erzählen Sie uns mehr über SimSolid. Was sind die wichtigsten Funktionen und Möglichkeiten? Wie unterscheidet sie sich von anderer Software auf dem Markt?

Zur Erinnerung, SimSolid ist eine neue Generation, eine einzigartige Technologie, die auf bewährten Formulierungen basiert, um den Konstrukteuren ein einzigartiges Produkt zu bieten.

Ich werde hier nicht die Funktionen auflisten – all das steht auf unserer Website und wie man sie findet, steht am Ende dieses Artikels. Es gibt einige wichtige Punkte zu beachten.

Wenn es zu Vergleichen kommt, dann heißt es SimSolid gegen herkömmliche FEA oder sogenannte „CAD-integrierte“ Lösungen. Diese versuchen, die Simulation in ein CAD-Paket einzubetten und nennen es „nahtlos“. Der einzige Vorteil an der Nahtlosigkeit ist, dass die Einbettung in eine native CAD-Umgebung das Defeaturing oder die Vereinfachung der Geometrie für die Analyse erleichert. Man muss das immer noch tun, man braucht immer noch ein hohes Maß an Fachwissen, man muss für diese Art von Produkten immer noch vernetzen, während man das bei SimSolid nicht muss. Wir haben beobachtet, dass viele Unternehmen mit CAD-integrierten Simulationslösungen zu SimSolid wechseln, weil es die Barrieren zwischen Simulation und Konstruktion beseitigt.

Aus der Sicht eines Konstrukteurs behalten Sie Ihr bestehendes CAD, weil SimSolid alle gängigen CAD-Dateiformate unterstützt. Einige wenige domänenbasierte Produkte, z. B. im AEC-Bereich (AEC = Architecture, Engineering & Construction), verwenden Exoten, die mit 1D-/2D-Objekten arbeiten, so dass diese nicht für SimSolid geeignet sind. Wenn Ihr CAD jedoch Solids erzeugt, und das tun die meisten gängigen CAD-Pakete, dann importieren Sie es einfach in SimSolid und schon können Sie Ihre Simulation ausführen.

Wir haben über die Simulation großer Baugruppen in SimSolid gesprochen – direkt aus dem CAD, ohne Umwege. Da dies so einfach und schnell geht, öffnet es die Tür für Konstrukteure, die innovative Lösungen für ingenieurtechnische Probleme suchen: Sie können „Was wäre wenn“-Studien durchführen. Sie haben die Freiheit, mehrere Konzepte und Varianten einfach zu untersuchen.

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die effiziente Nutzung der für die Simulation benötigten Ressourcen. Auf der Personalseite braucht man mit SimSolid keine Spezialisten für die Vereinfachung von Geometrien und die Vernetzung – denn die gibt es nicht.

SimSolid ist ein sehr kleines Software-Download-Paket. Das standardmäßig installierte Kernpaket ist ca. 50 MB groß, wenn man andere Elemente hinzufügt, kommt man auf 320 MB, von denen 100-150 MB Hilfe und Dokumentation sind. Eine so leistungsfähige Software in einer so kleinen Downloadgröße zu haben, ist erstaunlich, denn die meisten anderen Produkte haben Installationspakete von über 1 GB.

Wenn es um die Simulation von Baugruppen für die konventionelle Analyse geht, kommen wir auf der Hardwareseite in den Bereich der hohen Anforderungen: HPC-Maschinen und GPUs. Mit SimSolid hingegen brauchen Sie diese Art von Hardware-Investitionen nicht. Jeder Standard-Windows-Laptop mit 16 GB genügt, um in wenigen Minuten Ergebnisse zu erhalten.

Heute ist die Cloud in aller Munde und Altair ist natürlich auch dabei. Unsere SimSolid Cloud Lösung ist zu 70 % auf dem Desktop und neue Funktionen werden schnell hinzugefügt. Hier kommt wieder der Begriff „Demokratisierung““ ins Spiel, denn obwohl die Cloud eine enorme Zugänglichkeit bietet, zahlen Sie für die Ressourcen, die für das Einrichten, Erstellen und Verschieben von Daten verwendet werden. SimSolid ist in der Cloud überragend, weil es um Größenordnungen schneller ist. Wir können problemlos Live-Simulationen in 1 oder 2 Minuten zeigen, die Ergebnisse von tausenden von Teilen ansehen, alles. Niemand hat die Technologie, mit so wenig Ressourcen komplexe Baugruppen zu simulieren wie wir. Kein anderes Unternehmen kann das live.

Altair SimSolid in der Cloud öffnet die Türen zu echter Zusammenarbeit und Barrierefreiheit. Es ist eine native Lösung, Sie können ein Tablet oder ein Smartphone verwenden, um es auszuführen. Öffnen Sie einfach einen beliebigen Browser und führen Sie Ihre Analyse aus und sehen Sie Ihre Ergebnisse. Das ist ein großer Vorteil der Cloud – es ist echte Demokratisierung und das ist die Zukunft.

F8: Wird SimSolid nur von großen Unternehmen genutzt? Können auch KMUs und akademische Organisationen davon profitieren? Ist SimSolid teuer?

In unserem ständig wachsenden SimSolid Kundenportfolio haben wir beides: sehr große multinationale Unternehmen, von denen jeder schon einmal gehört hat, aber auch viele kleinere Unternehmen und , die überall auf der Welt ansässig sind.

Ein wichtiger Indikator für das Preis-Leistungs-Verhältnis ist für Unternehmen aller Größen der einfache Zugang zu den jeweils neuesten Softwareversionen – dann, wenn sie diese benötigen – und sie zahlen nur für das, was sie nutzen. Dies ist die Basis von Altairs patentiertem, wertorientiertem Lizenzierungssystem, das heute, 20 Jahre später, Altair Units genannt wird. Unser einheitliches Lizenzierungssystem gibt den Kunden Zugang zu jedem Altair Produkt und die Möglichkeit, Lösungen in jeder Größenordnung zu finden. Zu verschiedenen Preispunkten können Kunden das Maximale aus ihrer Softwareinvestition herausholen, indem sie aus einer Vielzahl von Softwaretools wählen und diese von überall aus betreiben. Für cloudbasiertes Lizenzmanagement haben wir Altair One.

Und ja, SimSolid wird von vielen akademischen Einrichtungen auf der ganzen Welt genutzt. Die Studien zur Knochenbiomechanik der University of Western Ontario zeigen am Beispiel der entsprechenden Artikel der Altair University, dass SimSolid über die üblichen industriellen Anwendungen hinausgeht.

F9: Können Sie uns einige Beispiele aus den verschiedenen Branchen nennen?

Sie finden viele Beispiele auf der Website, aber lassen Sie uns eines von einem KMU auswählen:

Als erstes muss man sich klarmachen, dass ein „kleines Unternehmen“ nicht gleichbedeutend mit einfachen oder kleinen Konstruktionen ist. Viele machen ziemlich komplizierte Dinge, was jedoch eine konventionelle FE-Simulation unerschwinglich macht. Selbst wenn sie einen Experten an Bord hätten, kann keiner dieser Leute Monate damit verbringen, ein Modell zu erstellen. Im besten Fall wird die Simulation extern vergeben, wenn sie als Nachweis im Rahmen der Zulassung gefordert wird, und dann beginnt es im Projektmanagement kompliziert zu werden und ist außerdem teuer.

Wir haben eine kleine Firma, die maßgeschneiderte kettengetriebene Aufzüge herstellt. Wir sprechen hier von Menschen, die dezidiert jedes Produkt erfinden und konstruieren. Sie müssen sich an alle Vorschriften halten, denn es geht um die Sicherheit der Menschen. Dafür haben sie keine spezielle Fachkraft. Für jede neue Konstruktion, und das sind einige, verwenden sie jetzt im Vorfeld gleich SimSolid.

Ihre maßgeschneiderten Produkte bestehen aus Säulen mit Ketten, die Plattformen anheben. Sie beginnen alle mit einer ungefähren Größe. Es gibt strenge Vorschriften darüber, wie viel Durchbiegung auf der Plattform erlaubt ist. Sie untersuchen die Positionierung der Säulen, bevor sie zur Detailarbeit übergehen. Hier haben sie SimSolid als unschätzbar wertvoll empfunden, weil sie das System einfach anpassen, mit Ideen herumspielen und die Entscheidung innerhalb eines Tages treffen können. Hier hat SimSolid ihr CAD integriertes Simulationspaket komplett verdrängt.

Für unsere größeren Unternehmen, die vielleicht einen eigenen Analysten haben, besteht ein Vorteil des Einsatzes von SimSolid darin, dass die Ingenieure eine Konstruktion effektiv auslegen können, bevor sie diese beispielsweise zur behördlichen Validierung oder Konformität weitergeben müssen.
Für den beratenden Statiker oder Analysten kann Altair SimSolid einen Großteil der Routinearbeit erledigen, bevor er bei Bedarf mit FEA tiefer einsteigt.

FQ10: Mit Blick auf die Zukunft, inwieweit hilft SimSolid den Kunden im „New Normal“?

Einige Branchen, die in den dunklen Tagen der ersten COVID Lockdowns auf Eis gelegt wurden, holen jetzt auf. Altair hat unsere Kunden dabei unterstützt, ihre Design- und Ingenieurteams so aufzustellen, dass sie aus der Ferne ohne Einbußen arbeiten können. Während es jetzt an einigen Orten auf der Welt wieder aufwärts geht, ist COVID eindeutig noch nicht verschwunden und wird uns noch eine Weile begleiten. Das bedeutet, dass das Home-Office und das Remote-Arbeiten durchaus Teil der neuen Normalität bleiben könnten. Ich habe bereits erwähnt, dass unsere Cloud-basierten Systeme es den Mitarbeitern ermöglichen, von jedem Ort der Welt aus zusammenzuarbeiten, um Projekte in Gang zu bringen und auf Kurs zu halten.

Diese 5 Punkte über SimSolid sollten Sie in Erinnerung behalten:

• Simulieren Sie Baugruppen konstruktionsbegleitend.
• Simulieren Sie mit der in der Konstruktion erstellten Geometrie 1:1.
• Keine Angst vor der Simulation mit SimSolid – sie ist für alle und überall möglich.
• Sie haben die Freiheit, mehrere Konzepte und Varianten einfach zu untersuchen.
• SimSolid befähigt Konstrukteure und Analysten und verändert die Art und Weise, wie Menschen zusammenarbeiten… Teamwork!

Damit sind Sie mit SimSolid auf dem Weg, schon früh im Konstruktionsprozess schnelles und genaues Feedback zu liefern. So sind Sie für die neuen Herausforderungen gerüstet und bleiben Ihren Mitbewerbern technisch und wirtschaftlich voraus.