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Simulations-Apps treiben die Produktentwicklung in der Automobilindustrie voran

Mithilfe von Simulations-Apps beschleunigt die Produktentwicklungsabteilung von Mahindra & Mahindra Limited (M&M) ihren Produktentwicklungszyklus und fördert gleichzeitig die Zusammenarbeit zwischen den Teams für Fertigung, Design und Computer-Aided Engineering (CAE). 2018 haben wir bereits über die vielversprechenden Vorteile berichtet, die das Unternehmen durch die Einführung von Apps beobachtet hat, und wollen nun mehr über seine Erfahrungen in den letzten Jahren wissen.

Von Aditi Karandikar
September 2021

Die Produktentwicklung ist ein zeitkritischer Prozess, und Automobilunternehmen wie Mahindra & Mahindra Limited (M&M), ein multinationaler Erstausrüster der Automobilindustrie in Indien, sind ständig auf der Suche nach innovativen Ansätzen, um den Produktentwicklungszyklus zu verkürzen und einen Wettbewerbsvorteil zu erlangen. Die Simulation spielt dabei eine entscheidende Rolle, da sie die Abhängigkeit von Prototypen verringert und so die Markteinführungszeit verkürzt.

Aber auch mit dem Einsatz von Simulationen kann das Produktdesign viel Zeit in Anspruch nehmen. Die Konstrukteure erwarten, dass neue Konzepte schnell bewertet werden, was aufgrund der erforderlichen Komplexität der Analyse nicht immer möglich ist. Nachdem das CAE-Team ein Design bewertet hat, ändert das Design-Team das Design auf der Grundlage der CAE-Ergebnisse und wartet erneut auf die Validierung durch die CAE-Experten. Diese Iterationen werden fortgesetzt, bis ein fertiges Design vorliegt.

Dadurch kann sich die benötigte Zeit für die Entwicklung einiger Fahrzeugkomponenten auf mehrere Monate belaufen, je nachdem, wie viele Iterationen für die Fertigstellung des Designs erforderlich sind. Darüber hinaus müssen die CAE-Experten aufgrund der zeitintensiven CAE-Analysen die Zwischenbewertungen des Designs in verschiedenen Abteilungen des Unternehmens im Blick behalten.

Simulationssoftware wie COMSOL Multiphysics® mit dem integrierten Application Builder ermöglicht es auch Nicht-Experten, die Vorteile der Simulation zu nutzen und hilft Unternehmen wie M&M, diesen Engpass zu verringern. Das Team für Methodenentwicklung bei M&M hat fast 20 Simulations-Apps entwickelt, die von Teams in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, darunter Design, Tests und NVH-Analysen (Noise, Vibration, Harshness). Die Apps werden innerhalb der Organisation sowohl mit COMSOL Server™ als auch mit COMSOL Compiler™ bereitgestellt.

Die Apps ermöglichen dem Design-Team den Zugriff auf technische Analysetools, so dass es sich bereits in der Konzeptphase aktiv an der Validierung neuer Designs beteiligen und so viel effizienter mit den CAE-Experten zusammenarbeiten kann. Das minimiert wiederum die Iterationen, die erforderlich sind, um zu einem robusten Design zu gelangen, und verschafft dem CAE-Team Zeit, sich anderen Projekten zu widmen.

Die Vorteile der Simulations-Apps

Das M&M-Team hat festgestellt, dass die Verwendung von Apps die Bewertung und Fertigstellung von Konzepten erheblich erleichtert. Mit Apps können die Konstrukteure verschiedene Entwürfe selbst ausprobieren und sie anhand festgelegter Kriterien objektiv einstufen. Die parametrische Natur der Apps bietet Komfort und Flexibilität für eine schnelle Bewertung verschiedener Designoptionen, was im Vergleich zu einer detaillierten 3D-Analyse eine kürzere Entwicklungszeit ermöglicht.

Die Apps bringen besonders viele Vorteile, wenn sich das Design in der Konzeptphase befindet, da zu diesem Zeitpunkt noch keine Abhängigkeit von der CAD-Verfügbarkeit besteht. Zuvor war der Prozess durch die Bereitstellung des Design-Layouts durch das CAD-Team begrenzt, was die Durchlaufzeit weiter erhöhte. Seit der Einführung von Apps kann viel schneller mit der Designbewertung begonnen werden. Apps werden dabei als Startpunkt verwendet, wenn kein detailliertes CAD verfügbar ist. Mehrere Ideen werden bewertet und das CAD wird nur für Designs erstellt, die in die engere Auswahl kommen.

In der App Chassis Concept Design ist zum Beispiel eine schnellere Auswertung wichtiger Kennzahlen wie der Grundfrequenz von Vibrationen sowie der Biege- und Torsionssteifigkeit möglich, während die NVH-Analyse durchgeführt wird. Die Nutzer der App müssen keine Randbedingungen und Netze manuell hinzufügen – die App erledigt das automatisch für sie. Dies führt dazu, dass für denselben Designzyklus eine größere Anzahl von Konzepten bewertet werden kann.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Visualisierung der Konzepte. Im früheren Prozess verwendeten die Konstrukteure zeitaufwändige Tools oder sie waren auf andere Teams angewiesen, um die Auswirkungen ihrer Änderungen auf das resultierende Design sehen zu können, was es wiederum erschwerte, intuitive Änderungen vorzuschlagen. Die Verwendung von Apps ermöglicht es den Konstrukteuren, verschiedene Entwürfe zu visualisieren und die Auswirkungen von Änderungen wichtiger Parameter auf das Design zu beobachten. Dadurch können die M&M-Teams fundiertere Entscheidungen über die Realisierbarkeit eines Designkonzepts treffen. Dies wird in der App Stabilizer Bar deutlich, mit der eine vereinfachte Modalanalyse zur schnellen Bewertung verschiedener Designkonzepte durchgeführt werden kann.

Darüber hinaus haben die benutzerfreundlichen Oberflächen der Simulations-Apps dazu beigetragen, dass sie bei M&M gut angenommen wurden. Der Designprozess ist für die beteiligten Teams leicht zugänglich, da die Apps mithilfe von COMSOL Server™ von den Webbrowsern auf persönlichen Computern aus gestartet werden können. Das Postprocessing und das Teilen der Ergebnisse über integrierte Berichtsfunktionalitäten erleichtern zudem die Zusammenarbeit zwischen den Teams.

Die Apps werden außerdem mithilfe von COMSOL Compiler™ in eigenständige ausführbare Dateien konvertiert, was die Verfügbarkeit der Apps verbessert, da Nutzer die Simulation auch ohne eine Lizenz für COMSOL Multiphysics® oder COMSOL Server™ ausführen können.

Optimierung der Produktentwicklung

Der größte Vorteil, den das M&M-Team nach der Einführung von Apps beobachtete, ist dass die Anzahl der Iterationen bis zu einem endgültigen Design sich drastisch reduziert hat, da die frühen Designs, die durch die Verwendung der Apps entstehen, viel näher bei den gewünschten Ergebnissen liegen. Das Frontloading der Designbewertung bedeutet, dass dem CAE-Team mehr reifere Designs zur Finalisierung vorgelegt werden, die bereits die Minimalanforderungen erfüllen. Selbst entscheidende Projekte wie die Gewichtsreduktion und die Entwicklung von Komponenten mit einem bestimmten Zielgewicht können von den Design-Teams aus der Konzeptphase getragen werden.

Mehr durch den modifizierten Prozess generierte Konzeptdesigns führen wiederum zu einer schnelleren Fertigstellung der Designs, die schließlich sowohl Zeit als auch Kosten spart. Das Design-Team hat jetzt die Werkzeuge zur Verfügung, um die vorgeschlagenen Designs zu bewerten und innovative Entwürfe für aktuelle und zukünftige Projekte zu schaffen. Dies hat bereits mehr Innovationen durch verschiedene Teams ermöglicht.

Ein Blick auf die Zukunft

Der Einsatz kompilierter Apps hat die Simulation bei M&M demokratisiert. Nach der erfolgreichen Einführung von Simulations-Apps für das Design verschiedener Fahrzeugkomponenten plant das M&M-Team, in den kommenden Jahren auf dieser Dynamik aufzubauen. Zu den Plänen gehören mehr Lastfälle und Metriken in die bestehenden Apps zu integrieren, um eine optimale Bewertung der Konzeptdesigns zu ermöglichen. Darüber hinaus sollen in den Apps strengere Designziele berücksichtigt werden, so dass das resultierende Design dem erwarteten Enddesign näherkommt. Das Einbeziehen relevanter Optimierungsparameter wird die Effizienz der Apps weiter verbessern.