Simulation – Tests im Rechner

Mit Flugsimulatoren begann das Zeitalter der Virtualität: riskante Testflüge – ohne Schaden für Mensch und Maschine. Die Simulation verbreitete sich schnell in Produktion und Logistik um Zeit und Kosten einzusparen. Heute ist sie eine Schlüsseltechnologie, die auf vielen Gebieten neue Dimensionen eröffnet.

»Die Computersimulation wird die Arbeitsweise in Planung, Forschung und Entwicklung drastisch verändern«, prophezeit Prof. Helmut Neunzert vom Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Schon jetzt konzipieren Fabrikplaner ihre Produktionsanlagen im Computer, testen Konstrukteure das Crashverhalten von Fahrzeugteilen, ermitteln Werkstoff-Entwickler die Auswirkungen der Bauteilbeanspruchung und optimieren Logistiker den Materialfluss. Seit Simulation das Verhalten von Materialien, Produkten oder Prozessen realitätsnah und zuverlässig im Rechner nachahmen kann, wird sie zur risikolosen Erfahrung vor der Investition und eleganten Alternative zu aufwendigen und zeitraubenden Testreihen. Simulation macht komplexe Prozesse überschaubar und Unsichtbares sichtbar.

Entscheidend für den Durchbruch der Simulationstechnik sind die Fortschritte von Computerleistung und mathematischen Verfahren. »Aufgaben werden lösbar, die vor zehn Jahren noch als unlösbar galten, und die Rechenzeiten reduzieren sich von Tagen und Stunden auf Sekunden und Zehntelsekunden«, betont Prof. Ulrich Trottenberg, Leiter des GMD-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI. Früher zweifelten viele Praktiker an der Zuverlässigkeit der bunten Computerbilder. Doch inzwischen gelingt es immer besser, die Wirklichkeit mit ausreichender Genauigkeit im Rechner abzubilden und eine virtuelle Welt zu schaffen, die nicht nur täuschend echt aussieht, sondern sich auch so verhält. Benötigt werden dafür unterschiedliche Kompetenzen: Die Mathematiker und Informatiker auf der einen Seite und die Fachspezialisten auf der anderen Seite, denn sie kennen das zu Modellierende.

Die Fraunhofer-Gesellschaft bietet ein ideales Feld für das Verknüpfen dieser Kompetenzen, die Optimierung und Verifizierung von Simulation. Seit Jahren gibt es zahlreiche Kooperationen: den Fraunhofer Themenverbund »Simulation in der Prozess- und Produktentwicklung«, das Fraunhofer Demonstrationszentrum SIMTOP, das BMBF-Kompetenzzentrum SIMBAU, Fraunhofer FAST (ehemals SIMPROLOG) und das Fraunhofer Demonstrationszentrum ViPro2. Eine Verbreiterung und Vertiefung der Thematik findet zur Zeit mit der Einbindung der GMD-Aktivitäten statt. Mit dem neuen Fraunhofer-Institut ITWM und dem GMD-SCAI werden die mathematischen Kompetenzen erheblich gestärkt. Weitere GMD-Institute ergänzen das grundlegende Wissen.

Gemeinsam könnte es GMD und Fraunhofer-Instituten gelingen, die hervorragende Position Deutschlands in der Simulation auszubauen. Nötig ist es, das Know-how zu bündeln und den Transfer in die Anwendung zu beschleunigen. Das Netz der Fraunhofer-Institute ist die ideale Plattform dafür. Denn es stellt nicht nur das benötigte fachspezifische Know-how zur Verfügung, sondern eröffnet auch eingespielte Verbindungen zu den unterschiedlichen Branchen.

Die Beispiele reichen von der Fabriksimulation über Bauteiloptimierung und Moleküldesign bis Training in Medizin und Anlagentechnik. Besonders weit entwickelt ist die Simulationstechnik im Fahrzeugbau: Voraussetzung für Bauteilsimulationen sind mathematische Werkstoffmodelle zur Beschreibung der Verformung und des Versagens. Wie sicher sind beispielsweise neue Leichtbaukonstruktionen? Gemeinsam mit VW überprüften die Simulationsexperten das Crashverhalten einer neuen Leichtbautür für den VW-Polo, die aus einer druckgegossenen Magnesium-Innentür und einem Aluminium-Außenblech besteht. Gemeinsam mit BMW entwickeln sie Simulationsprogramme für Abgassysteme von Kraftfahrzeugen. Ziel ist, Verformung und Rissbildung unter den komplexen thermomechanischen Beanspruchungen, die in Abgassystemen herrschen, zu simulieren – und so teure Bauteilversuche einzusparen. Viele Anwendungen belegen, dass von Simulation auch kleinen und mittleren Unternehmen und sogar das Handwerk profitieren kann. Ein weiterer Vorteil der Simulationstechnik: Mitarbeiter können bereits in der Planungs- und Bauphase mit dem Training beginnen. Simulation ist den realen Maschinen sogar überlegen, wenn es um die Übung von Fehler- und Notfallsituationen geht. Denn Simulation eröffnet den Vorgriff auf die Zukunft – ein mächtiges Werkzeug zum Vermeiden kostspieliger oder gar lebensgefährlicher Irrtümer.

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

• http://www.fraunhofer.de/german/press/pi/index.html