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MEHRKÖRPERSIMULATION TREND ZUR … · sungen MD Nastran und MD Adams sind integrierte Solver, die solche multidiszi-plinären Analysen erlauben. DEM: Bitte nennen Sie die beiden

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Simulation & Visualisierung M E H R K Ö R P E R S I M U L A T I O N46

T R E N D Z U R M U LT I D I S Z I P L I N Ä R E N S I M U L A T I O N

DIGITAL ENGINEERING 8 / 2 0 0 7M A G A Z I N

DIGITAL ENGINEERING Magazin:Was ist die wichtigste Entwicklungim aktuellen MKS-Markt?

Thomas Kelichhaus, FunctionBay:Mittelfristig werden MKS und nicht-li-neare FEA zu einem gemeinsamen CAE-Tool zusammenwachsen. Dieses betrifftnicht nur die graphische Benutzerober-fläche, sondern auch die vollständige In-tegration der beidenDisziplinen auf Solver-ebene. Nicht nur durchdie Kopplung der bei-den Methoden, son-dern auch durch wach-sende Anforderungenan die Simulation wächst die Komplexitätder Berechnungsmodelle stetig an. Dieseserfordert die Programmierung von immermehr branchenspezifischen Modulen – et-wa einem Spezialmodul für die Simulationvon Werkzeugmaschinen –, die heute zu-meist mit Industriepartnern entwickeltwerden.

Jens Schindler, ITI: Intuitive Modeller-stellung, Integration von hydraulischen,pneumatischen, elektrischen Antrieben

und Steuerungen/Regelungen in ein ge-meinsames Modell mit dem MKS: Das istin SimulationX bereits möglich. Denn dieMehrkörpermechanik-Bibliothek ist als Er-gänzung der bereits etablierten Bibliothe-ken Regelungstechnik/Signalverarbeitungsowie Hydraulik, Pneumatik, Elektrome-chanik und Antriebsstrangmodelle einerecht junge und trotzdem leistungsfähigeKomponente von SimulationX.

Zu beobachten ist ein Zusammen-wachsen von MKS und FEM. MKS-Soft-ware erhält immer mehr und bessereKopplungs- beziehungsweise Integra-tionsmöglichkeiten von FE-Modellen und-Ergebnissen. Andererseits bieten FEM-Programme zunehmend Gelenke undStarrkörper-Optionen an.

Willy Bakkers, LMS: Zu den wichtigs-ten Entwicklungen gehört die Fähigkeit,Daten und Ergebnisse aus MKS mit ande-

ren CAE-Simulationsdisziplinen zu ver-knüpfen. Softwareinvestitionen und Kon-struktionsaufwand werden damit deutlichrentabler, und physikalisches Verhaltenlässt sich unter Einbindung einer größerenAnzahl an Betriebsbedingungen und Ei-genschaften vorausberechnen. Benutzerkönnen das komplexe Verhalten mecha-nischer Systeme unter Berücksichtigungunterschiedlicher physikalischer Abläufeexakt simulieren, indem MKS mit Simula-tionsdisziplinen wie Regelung, Elektrik,Pneumatik und Hydraulik verknüpft wird.Die MKS-Ergebnisse werden direkt in Be-triebsfestigkeitsanalysen sowie Geräusch-und Schwingungsprüfungen eingebun-den und machen den umständlichen Da-tenexport und mühevolles Modellierenoder Modelländerungen überflüssig.

Außerdem wird die Automatisierungkomplexer Modellierungs- und Simula-tionsprozesse verstärkt nachgefragt. So-mit werden eine beschleunigte Analyseverschiedener Konstruktionslösungen undsogar eine automatische Konstruktions-optimierung unter Berücksichtigung ver-schiedener Anforderungen ermöglicht.

Erich Bürgel, MSC: Der Schlüssel für er-folgreiche virtuelle Produktentwicklungliegt nicht allein im Einsatz von einzelnenSoftwarewerkzeugen. Immer wichtigerwerden auch die Softwarekommunikati-on, das Wiederverwenden von Wissenund effektives Prozessmanagement. Dasist mit unseren SimEnterprise-ProduktenSimManager, SimXpert, und SimDesignermöglich. Zudem kann nicht mehr strengnach Disziplinen, MKS oder FEA, getrenntwerden. Der Trend geht eindeutig zurmultidisziplinären Simulation; unsere Lö-sungen MD Nastran und MD Adams sindintegrierte Solver, die solche multidiszi-plinären Analysen erlauben.

DEM: Bitte nennen Sie die beidenwichtigsten neuen Funktionen imaktuellen Release Ihrer Software.

Jens Schindler, ITI: Vollständige Mo-delica-Kompatibilität – damit erweiternwir die Möglichkeiten von SimulationX

MKS und FEAwachsen zusammenFunctionBay, ITI, LMS und MSC.Software: Die Experten von vier An-

bietern von Systemen für Mehrkörpersimulation (MKS) stehen – in ur-

sprünglich getrennt geführten Interviews – Rede und Antwort zu wich-

tigen Entwicklungen im MKS-Markt, zu den Hemmnissen für eine wei-

tere Verbreitung der MKS-Simulation und zu den Besonderheiten der

eigenen Marktposition.

Thomas Kelich-haus, Geschäfts-führer der Func-

tionBay GmbH inMünchen.

Jens Schindler istManaging Director

der ITI GmbH inDresden.

Willy Bakkers lei-tet als Vice Presi-dent und GeneralManager die CAEDivision von LMS

in Leuven, Belgien.

„Bei Nicht-Standard-Aufgaben ist der Aufwandfür die Modellerstellung und insbesondere die Validierung der Ergebnisse oft noch zu hoch.“ Thomas Kelichhaus, FunctionBay

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um die Flexibilität und Transparenz dieserobjektorientierten Modellbeschreibungs-sprache. Diese Vorteile treten bei hetero-genen Systemen mit mechanischen, elek-trischen, elektronischen, hydraulischen,thermischen und regelungstechnischenSubsystemen zutage.

Willy Bakkers, LMS: Mit LMS Vir-tual.Lab Motion Rev 7 lassen sich flexibleKörper besser modellieren, Kontaktkräftevielfältiger darstellen, Sensitivität und Op-timierung von Konstruktionen unmittelbarunterstützen und komplexe Modellie-rungs- und Simulationsaufgaben automa-tisieren. Diese neuen, verbesserten Funk-tionen erhöhen die Effizienz und Präzisionrealistischer Bewegungssimulationen.

LMS Virtual.Lab Motion bietet einepassgenaue Lösung zur Simulation vonFahrverhalten und Handling. Mit Rev 7wird die Software um neue wesentlicheFunktionalitäten erweitert, mit denen sichInteraktionen zwischen Fahrzeug undFahrer simulieren und Modelle komplet-ter Fahrzeuge in kürzerer Zeit erstellen las-sen. Diese Modelle können dann leichterzwischen den einzelnen Entwicklungsab-teilungen ausgetauscht werden.

Erich Bürgel, MSC: Ausschlaggebendfür die Entwicklung von SimEnterpriseund den MD-Lösungen ist zum einen dieFähigkeit, das Verhalten von Systemenunter Berücksichtigung aller physischenInteraktionen zu simulieren. Unsere MD-Lösungen wurden so konzipiert, dass dieSolver eine nahtlose Integration der Dis-ziplinen Motion, Linear Structures, Nonli-near Structures und Acoustics erlauben.Die integrierten Funktionen von MDAdams schließen beispielsweise eine en-ge Vernetzung mit MD Nastran für NVH(Noise Vibration Harshness) ein.

Weiterhin ausschlaggebend ist die Inter-aktion und Zusammenarbeit aller am Ent-wicklungsprozess Beteiligten. SimXpert er-möglicht es Berechnungsexperten durchso genannte Templates, optimale Simula-tionsverfahren und -standards für den un-ternehmensweiten Einsatz zu dokumen-

tieren sowie Er-kenntnisse ausvorhergehendenSimulationenfestzuhalten undStandardaufga-ben zu automa-tisieren.

Thomas Kelichhaus, FunctionBay:Mit der Einführung einer Macro-Spracheab Version 7 verbessert sich die Möglich-keit, RecurDyn in automatisierte CAE-Si-mulationsprozesse einzubinden. Darüberhinaus kann RecurDyn hierdurch an Kun-denwünsche angepasst werden. Für dieSimulation von gekoppelten nicht-linea-ren FEA- und MKS-Modellen steht ab so-fort eine 64-Bit-Version zur Verfügung.Dies vergrößert die bisher maximale Mo-dellgröße von etwa 200.000 auf weitüber 1 Million Freiheitsgrade.

DEM: …und bezogen auf eine spe-zifische Anwendung?

Willy Bakkers, LMS: Neu in der LMSVirtual.Lab Motion Rev 7 ist eine eigensauf Flugzeugfahrwerke zugeschnitteneLösung für Flugzeugkonstrukteure. DieSoftwarelösung Landing Gear bietet ei-ne durchweg auf den typischen Simula-tionsprozess von Flugzeugfahrwerkenausgerichtete Benutzeroberfläche. Außer-dem wird die Bewegungsenergie simu-liert, die das Fahrwerk bei der Landung,beim Start oder Rollen absorbiert.

Dr.-Ing. Erich Bür-gel ist Vice Presi-dent Automotive

Business EMEA beiMSC.Software in

München.

„Zu beobachten ist ein Zusammenwachsen von MKSund FEM. MKS-Software erhält immer mehr und bessereKopplungs- beziehungsweise Integrationsmöglichkeitenvon FE-Modellen und -Ergebnissen.“ Jens Schindler, ITI

Simulation des Ausfahr-Mechanismus einesFlugzeugfahrwerks. Bild: MSC.Software

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Thomas Kelichhaus, FunctionBay:Mit der 64-Bit-Version von RecurDynkann jetzt im Bereich der Ventiltriebsimu-lation eine gekoppelte Simulation einesGesamtventiltriebes mit zum Beispiel 48Ventilen und der Steuerkette durchge-führt werden.

Jens Schindler, ITI: Die stationäre Ana-lyse, gerade in der Antriebsstrangsimula-tion, dem traditionellen Anwendungsfeldvon SimulationX, erschließt neue und ef-fektive Analysemöglichkeiten zur Unter-suchung des dynamischen Verhaltens imgesamten Betriebsdrehzahlbereich.

DEM: Was hemmt zurzeit am meis-ten die weitere Verbreitung von Si-mulations- und speziell MKS-Lösun-gen in der Industrie?

Erich Bürgel, MSC: Expertenwissen isteiner der entscheidenden Faktoren, umqualitativ hochwertige und wiederholba-re Simulationen durchzuführen. Begrenz-te Ressourcen verhindern in vielen Unter-nehmen, dass potenzielle Anwender sichdieses Wissen aneignen können. Zudemwird einmal erworbenes Wissen oft nichtwiederverwendet und anderen Anwen-dern zugänglich gemacht. Mit SimXpertund SimManager für Simulationsdaten-und Prozessmanagement kann diesesProblem aber gelöst werden.

Thomas Kelichhaus, FunctionBay:Bei Nicht-Standard-Aufgaben ist der Auf-wand für die Modellerstellung und insbe-sondere die Validierung der Ergebnisse oftnoch zu hoch. Zwar werden die Pro-gramme in der Handhabung immer kom-fortabler, doch ersetzt dieses nicht dennotwendigen Erfahrungsschatz von MKS-Spezialisten beim Einsatz der Software. Da

gerade bei Firmen, die ein MKS-Pro-gramm im Testbetrieb haben, Spezialistenoft noch nicht zur Verfügung stehen,führt dieses schnell zu nicht zufriedenstel-lenden Ergebnissen und daher zu einerAblehnung der Technologie.

Jens Schindler, ITI: Der Modellaufbaubeziehungsweise die Modellaufbereitungaus dem CAD in das MKS erfordern immernoch eine Menge Wissen über Modell-struktur und Berechnung. Es gibt dort kei-

ne Automatismen, die in jedem Fall funk-tionieren. Solving ist auch kritisch, da im-mer größere Modelle erstellt beziehungs-weise aus dem CAD-Entwurf übernom-men werden. Da wird aus Modellsicht viel„Ballast“ mitgenommen, die Simulationmuss trotzdem schnell sein. Ein weitererwesentlicher Punkt ist die Auslastung derteueren Programme. Die Berechnung dy-namischer Beanspruchungen erfolgt oft alsAbschätzung aus der statischen Berech-nung und dynamischen Überhöhungsfak-

toren. Das genügt für konservative Ausle-gungen, aber für Simulationen wird keineZeit, kein Geld bereitgestellt.

Die unterschiedliche „Sprache“ vonKonstrukteur und Berechner stellt auch ei-ne Hürde dar, die es zu senken gilt. DerKonstrukteur will seine „Sprache“ und sei-nen Entwurf auch im Simulationsmodellwiederfinden. SimulationX verfolgt dabeiden Ansatz, die Parameterdialoge und denParameterbedarf von Modellelementensowie die Darstellung des Strukturmodellsfür den Ingenieur aufzubereiten und be-stimmte Abläufe durch dialoggeführteTools leichter zugänglich zu machen.

Willy Bakkers, LMS: Meist verfügenEntwicklungsteams über wenige oder garkeine MKS-Spezialisten. Damit fehlt ihnendie Möglichkeit, neue MKS-Technologienin großem Umfang einzusetzen. Hinzukommt, dass das Erstellen zuverlässigerMKS-Modelle zeitraubend ist und beson-deres Know-how erfordert. Das heißt, dassMKS bisher nur von wenigen Ingenieurenfür bestimmte komplexe Konstruktions-aufgaben eingesetzt wird. Um MKS-Mo-delle auch Anwendern zugänglich zu ma-

chen, die nicht auf das notwendige Fach-wissen zurückgreifen können, müssen be-nutzerfreundliche Modellvorlagen zur Ver-fügung gestellt werden.

DEM: Weist Ihre Software ein tech-nologisches Alleinstellungsmerkmalauf?

Thomas Kelichhaus, FunctionBay:RecurDyn ist die erste CAE-Software, dieMKS, nicht-lineare FEA und Regelungs-

„Um MKS-Modelle auch Anwendern zugänglich zu machen, dienicht auf das notwendige Fachwissen zurückgreifen können, müssenbenutzerfreundliche Modellvorlagen zur Verfügung gestellt werden.“ Willy Bakkers, LMS

Dynamische Bewegungs-analyse einiger sehr eng

verbundener Kompo-nenten in einem elektro-

nischen Produkt.Bild: LMS

Mehrkörpersimulation an einemRoboter mit SimulationX.Bild: ITI

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technik in einer Bedieneroberfläche undvollständig auch auf Solverebene inte-griert. Mit dieser Technologie lassen sichkomplexe Mehrkörpermodelle erstellen,die nicht lineare Deformationen der nach-giebigen Strukturen zulassen und dieKontaktsimulation auch zwischen FE-Strukturen ermöglicht. Durch die Kopp-lung mit RecurDyn/CoLink lassen sichauch signalflussorientierte Elemente wieetwa Regler in die Simulation mit einbin-den. Dieses kann durch Co-Simulation,aber auch durch vollständige Integration

der Differentialgleichungen erfolgen. ImBereich der klassischen MKS verfügt Re-curDyn über ein spezielles Integrations-verfahren für die Simulation von großenKontaktmodellen, RecurDyn/HybridSol-ver genannt.

Jens Schindler, ITI: Die Realisierungvon Systemsimulation in einem Pro-gramm – also MKS plus Antriebsstrangplus Steuerung/Regelung in einem Mo-dell – ist ein ganz wesentliches Merkmal.Die durchgängige Verwendung von Mo-delica als Beschreibungssprache eröffnetden Anwendern neue Möglichkeiten spe-ziell für ein Customizing der Software.

Willy Bakkers, LMS: LMS Virtual.LabMotion bietet exakte und numerisch sta-bile Solvertechnologie für differential-al-gebraische Bewegungsgleichungen fle-xibler Körper. Der Solver hat seine Stabi-lität und Leistungsfähigkeit durch denhäufigen Einsatz bei vielfältigen Anwen-dungen bereits bewiesen. Die Benutzer-oberfläche kann so angepasst werden,dass die Arbeitsabläufe beim Modellierenund Simulieren auch ohne umfangreichesKnow-how bedient werden können.

Virtual.Lab vereint Mehrkörpersimu-lation und andere Disziplinen wie Be-triebsfestigkeit, Schwingung, Akustik,Struktur, Regelung und Optimierung in ei-

ner einzigen einheitlichen Simulations-umgebung. Darüber hinaus lässt sich Vir-tual.Lab Motion nahtlos in CATIA V5 ein-binden.

Erich Bürgel, MSC: MSC.Software bie-tet SimEnterprise für multidisziplinäreAnalysen im erweiterten Unternehmens-umfeld: Mit demwebbasierten SystemSimManager lassensich Simulationspro-zesse verwalten undautomatisieren; mitSimXpert können ineiner Simulationsum-gebung sowohl Bewegungs- als auchStrukturanalysen durchgeführt werden;mit SimDesigner sind Simulationen in ei-ne CAD-Umgebung integrierbar. DieMD-Lösungen schließlich umfassen dieKerntechnologien und Solver vonMSC.Software inklusive Adams, MSCNastran, Marc und Dytran. Zudem wer-den andere Lösungen wie beispielsweiseLS-Dyna in MD integriert.

DEM: Betrachten Ihre Kunden MKSbereits im PLM-Kontext?

Jens Schindler, ITI: Sicherlich gibt eshier noch Potenzial, da Modelle derzeithauptsächlich in der Phase der Produkt-entwicklung genutzt und auch gepflegtwerden.

Willy Bakkers, LMS: Mittels MKS kön-nen Konstruktionen mit Vorausberech-nungen analysiert, Produktionsproblemeaktiv gelöst und das dynamische Verhal-ten verwendeter Konstruktionen unter-sucht werden. Damit unterstützt MKS vie-le Zielvorstellungen der PLM-Konzeptegroßer Hersteller.

Erich Bürgel, MSC: Einige unserer Kun-den betrachten MKS und FEA bereits imPLM-Kontext. Vor allem große Unter-nehmen in der Automobil- sowie in derLuft- und Raumfahrtindustrie setzen er-folgreich Simulationen ein, um ihre Ge-staltungsprozesse voranzubringen. Aller-dings könnten noch viel mehr Unterneh-

men, besonders kleinere und mittelstän-dische, die Vorteile von Simulationen fürihre Produktentwicklung nutzen.

Thomas Kelichhaus, FunctionBay:RecurDyn ist als CAE-Software in vielenFirmen bereits fester Bestandteil des Pro-duktentwicklungsprozesses und findet da-her in der PLM-Strategie dieser Unter-nehmen die entsprechende Beachtung.Da aber auf der anderen Seite RecurDyngenauso oft auch nur punktuell als„Trouble Shooter“ eingesetzt wird, ergibtsich zurzeit noch kein einheitliches Bild beidieser Fragestellung. Die funktionelle Wei-terentwicklung von RecurDyn, zum Bei-spiel mit Macro/API-Unterstützung, folgtallerdings stark dem Bedürfnis unserer An-wender, das Tool zunehmend auch stär-ker prozessorientiert in den Unternehmenzu etablieren.

DEM: Meine Herren, vielen Dank für Ih-re Antworten.

Die Interviews führte Thomas Otto.

KENNZIFFER: DEM13417

„Immer wichtiger werden auch die Softwarekom-munikation, das Wiederverwenden von Wissenund effektives Prozessmanagement.“ Erich Bürgel, MSC.Software

Mehrkörpersimulation einer Werkzeugma-schine.Bild: FunctionBay

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