Erklärung

Eine Simulation (= Schein oder eine Täuschung) ist eine preiswerte, flexible und ungefährliche Maßnahme, die zur Visualisieren und Untersuchung virtueller Situationen (noch nicht existent/nicht miterlebt/nicht in Realität zu beobachten, da zu schnell/zu langsam/zu komplex/...) angewendet wird.

Simulationen dienen zudem der einzig möglichen Analyse von Vorgängen mit irreversiblen Nebeneffekten (medizinische Aspekte, Brände, atomare Katastrophen,...). Simulationen können sich auf tatsächliche physikalische Phänomene und Experimente beziehen (z.B. Crash Test, Windkanal,...) und stellen häufig vereinfachte Abbilder der Wirklichkeit dar.

Unter Simulation wird heutzutage meist die computergestützte Visualisierung verstanden.

In der Produktgestaltung werden Simulationen angewendet, um Produkteigenschaften virtuell zu testen (z.B. zur Berechnung und Optimierung von Produktfunktionen und Herstellungsprozessen): In viele CAD-Programmen ist Berechnungssoftware implementiert (FEM, Strömungssimulation, Simulation von Oberflächenstetigkeiten, Simulation der Fließgeschwindigkeit und -richtung in Spritzgusswerkzeugen, Simulation zur virtuellen Inbetriebnahme, Wärmeverteilung Schaltungssimulationen,...), um vorausschauend kritische Schwachstellen zu analysieren.

Zudem werden Simulationen gerenderter Produkte genutzt, um diese Kunden oder Anwendern vorzustellen, um Explosionsansichten des Innenlebens offenzulegen oder, um Ideen zu präsentieren/kommunizieren/erlebbar zu machen. Das Abbilden räumlicher Umgebungen, beispielsweise in der Architektur/Innenarchitektur, erlaubt es das zukünftige „Original“ auf virtuelle Weise zu erleben (=Raumsimulation).

Weitere Felder, in denen Simulationen angewendet werden, sind:

  • Berechnungen visualisieren (Physikalische/chemische Phänomene, biologische Abläufe, Meteorologie)
  • Aus- und Weiterbildung (Kontakt mit Gefahrensituationen wie z.B. Bränden/Extremsituationen. Unternehmensplanspiele, medizinische Aufgaben)
  • Simulation in Spielen (Flugsimulation, Rennsimulation, Wirtschaftssimulation,...)
  • ...

Ziel

Der Einsatz modernster Simulations- und Berechnungsverfahren in der Produktentwicklung ermöglicht die Verkürzung von Entwicklungszeiten und dient der Vermeidung von Fehlinvestitionen.

Anhand von Raum-Simulationen (auch Automobil-Innenräume) können gestalterische, ergonomische, aber auch konstruktive Entscheidungen begutachtet wie auch beurteilt werden.

Montage-Simulationen dienen der Kontrolle und Korrektur vorhandener Konstruktionsdaten und Arbeitsabläufe. Ebenso können Produktionslayouts interaktiv überprüft werden, manuelle Fertigungsschritte lassen sich in Bezug auf Sichtbarkeit, Erreichbarkeit und Arbeitsbelastung überprüfen und anpassen.


Vorgehen

Um eine Simulation zu entwickeln, muss ein digitales Modell erstellt werden, auf das Faktoren und Parameter angewendet werden können, die dem Analysezweck/der Aufgabenerfüllung dienen.

Ist die Simulation dazu gedacht unterschiedliche Gegebenheiten zu visualisieren, muss das Modell mit Rohdaten gefüttert werden können.

Das Modell simuliert und reproduziert auf Basis dieser Daten eine bestimmte Situation, die im Nachhinein analysiert werden muss, um beispielsweise das zugrundeliegende Produkt, das Werkzeug oder die Räumlichkeit optimieren zu können.

In Rekursionsionsschleifen werden Parameter (häufig automatisiert) immer weiter optimiert und getestet um zu einem gewünschten Endergebnis zu gelangen.

Tipp

Die oftmals hohe Komplexität simulierter Modelle stellt bezüglich der Modellierungs- und Programmiertechnik, den Anforderungen der Richtigkeit und Genauigkeit, sowie im Bezug auf gewünschte Ausführungsgeschwindigkeit, eine große Herausforderung dar.

Quellen

www. Wikipedia.de

HTW Dresden
http://www.vs.inf.ethz.ch/publ/papers/Mod_Sim.pdf

Literaturverzeichnis:
Eindimensionale Finite Elemente, Markus Merke, Springer Verlag 2010
Finite Elemente Modelle der Statik und Festigkeitslehre, Klaus Schier, Springer Verlag 2011
Finite Elemente Methode Rechner gestützte Einführung, Peter Steinke, Springer Verlag 2007

Beispiele