"Simulation ist heute eine prozessführende Disziplin"

Die Simulation spielt in der Entwicklung von Komponenten, aber auch von Gesamtfahrzeugen eine immer wichtigere Rolle. So können mit ihrer Hilfe Entwicklungsprozesse drastisch verkürzt und somit Kosten eingespart werden. Werner Kropsbauer, Sprecher der Geschäftsführung des Engineering- und Consulting-Dienstleisters MBtech Group, und Horst Dietmar Bardehle, verantwortlich für das Thema Gesamtfahrzeug in der MBtech, beschreiben im Gespräch mit ATZoffhighway den Stellenwert der Simulation in der heutigen Produktentwicklung.

Die Simulation nimmt einen immer wichtigeren Stellenwert bei der Entwicklung neuer Produkte ein. Woran liegt das?
Kropsbauer (rechts im Bild): Wenn man es mal klassisch betrachtet, hat man früher konstruiert, gebaut und dann getestet. Entsprachen die Ergebnisse dann den Vorgaben nicht, konnte man eventuell wieder komplett von vorn anfangen. Mit dem Aufkommen ausreichend validierter Berechnungsmethoden, die in Simulationsprogramme impliziert wurden, und moderner Rechner hat sich dann dieser Entwicklungsprozess entscheidend verändert. Durch die Simulation ist es nun möglich, schon sehr viel früher im Entwicklungsprozess Aussagen über die Funktionalität und damit den Reifegrad des Produkts zu machen.
Bardehle (links im Bild): Letztendlich ist ein Paradigmenwechsel erfolgt. Diente früher die Simulation eher zur Absicherung im Entwicklungsprozess, so ist es mittlerweile eine führende, eine prozessführende Disziplin. Mit ihrer Hilfe ist es überhaupt erst möglich, die knappen Quality Gates der Entwicklungsschritte einzuhalten sowie in einer frühen Phase für die Versuchsingenieure erprobungsfähige Fahrzeuge bereit zu stellen. Hierdurch können in immer kürzeren Entwicklungsschleifen und einem reduzierten Risiko bessere Ergebnisse erzielt werden. Und ich denke, das ist der wesentliche Aspekt. Heutige Entwicklungsprozesse sind teilweise auf Kante genäht und man erwartet die positive Bestätigung eines Entwicklungsschritts. Diese positive Bestätigung ist ohne eine Simulationsbegleitung nicht mehr möglich. Außerdem muss man bedenken, dass wir nicht mehr eine sequenzielle Abarbeitung von Themen haben, sondern immer eine parallele. Das bedeutet, dass man auf der einen Seite das Produkt entwickeln und andererseits die Applikation im Produktionsprozess gewährleisten muss. Es reicht also nicht zu sagen, ich hab jetzt wirklich ein funktionsfähiges Produkt. Sondern in einer frühen Phase muss es auch heißen, dieses Produkt ist abgesichert, und es ist produzierbar.

Der Produktentwickler muss also durch die straffe Projektplanung in kürzester Zeit Ergebnisse liefern. Wie können unter solchen Zeitdruck da noch Innovationen entstehen?
Es ist richtig, dass im Rahmen der Produktentwicklung nur sehr wenig Raum für die systematische Entwicklung von Innovationen besteht. Aus diesem Grund ist es immens wichtig, dass man hierfür gezielt Freiräume schafft. Dies bedeutet eine wichtige Investition in die Zukunft. Wir als Engineering- und Consulting-Dienstleister nutzen intensiv die Freiräume zwischen unterschiedlichen Entwicklungsprojekten, schaffen aber auch gezielt Freiräume, indem wir interne Innovationsworkshops durchführen.
So haben wir beispielsweise die Entwicklung des Reporters realisiert, den wir auf der IAA Nutzfahrzeuge 2010 in Hannover präsentiert haben. Dessen Entwicklung haben wir aus unserem Tagesgeschäft ausgeklammert.

Was war die Motivation, den Reporter, eine Konzeptstudie über einen futurisch anmutenden Pick-up im Maßstab 1:1, zu entwickeln?
Die Motivation lag in der Zielsetzung, unseren aktuellen Kompetenzstand in einem eigenständigen Gesamtfahrzeug aufzuzeigen. Sie finden im Reporter viele Konzepte, die sie derzeit noch nicht auf der Straße sehen. Diese basieren auf intern entwickelten Ideen. Mit dem Fahrzeug haben wir weiterhin die Möglichkeit, unsere internen Entwicklungsprozesse zu optimieren. Auch dies ist für die Behauptung der Position im internationalen Wettbewerb von großer Bedeutung. So haben wir in nur sieben Monaten den Pick-up entwickelt. Dabei wurden eine Reihe von Innovationen realisiert, vom Antrieb mittels Gas- oder Elektromotor, über mehrere Möglichkeiten, das Fahrzeug zu fahren, bis hin zu Solardachmodulen und Leichtbau in der Karosserie. Und die Entwicklung geht weiter. Wir werden beispielsweise auf dem Wiener Motorensymposium einen neuen Antrieb des Reporters zeigen.

Solche Modelle sind sehr kostspielig. Ist auch eine hardwarefreie Entwickelung denkbar?
Es wird immer wieder berichtet, dass die Simulation die Erprobung zunehmend ersetzt. Dies trifft jedoch nur zum Teil zu. Die Simulation ist zwingend auf Erprobungsergebnisse angewiesen. Hierdurch können die Simulationsmodelle verifiziert werden, um somit beispielsweise eine sichere Basis für die Analyse von Varianten zu haben. Für diese Varianten müssen dann nicht mehr vollumfänglich Erprobungsträger aufgebaut werden. Das stellt ein großes Einsparpotenzial dar. Und neben der funktionalen Absicherung der Produkte durch die Simulation können auch die Herstellungs- und Montageprozesse abgesichert werden.

Die Simulation von Fahrzeug-Komponenten ist heute Stand der Technik. Wie sieht es aber mit der Simulation kompletter Fahrzeuge aus?
Auch die Simulation von Gesamtfahrzeugen ist heute Stand der Technik. Zum Beispiel bei der Beurteilung des Crashverhaltens. Hier kann man nicht einfach auf Komponenten verzichten. Die Realität wäre hierbei nicht in der Simulation abgebildet. Auch bei der Durchführung von thermischen Simulationen müssen sämtliche Komponenten abgebildet sein. Der Verzicht auf Wärmequellen oder - senken würde das Ergebnis verfälschen.
Es kommt dabei auch immer darauf an, wie weit man den Elefanten in Portionen schneidet. Es geht letztendlich nicht, dass der digitale Prototyp oder das Gesamtrechnungsmodell alle Perspektiven abdeckt. Letztendlich werden Ersatzmodelle für unterschiedlichste Disziplinen dargestellt. Um ein Beispiel zu nennen: Wenn ich alle Komponenten, die in einem Fahrzeug das Fahrverhalten beeinflussen, auf der Gesamtfahrzeugebene überprüfen möchte, mache ich ein vereinfachtes Ersatzmodell. Hier habe ich dann Feder-Masse-Systeme, die ich zueinander in Korrelation bringe. Als Ergebnis erhält man dann beispielsweise eine Auswertung des Gesamtfahrzeugverhaltens oder des Komfortverhaltens.

Wie genau sind diese vereinfachten Ersatzmodelle?
Hier kann keine generelle Aussage getroffen werden, sondern es kommt letztendlich immer auf den Belastungsfall und die Berechnungsdisziplin an. In einigen Disziplinen sind wir schon sehr nah an der Wirklichkeit. Es gibt aber auch Berechnungsthemen, wo man zunächst mal eine grundsätzlich Go- oder No-go-Entscheidung qualitativ unterstützen kann, ohne im Detail letztendlich ein Resultat zu haben. Schönes Beispiel sind Mehrkörpersimulationen, wo man im Fahrwerksbereich unter anderem das Fahrverhalten in Grenzsituationen eines Fahrzeugs überprüfen kann. Man kann dann grundsätzlich sagen, okay, das Fahrzeug ist fahrsicher oder nicht fahrsicher, hat aber damit noch keine grundsätzliche Aussage über den Gütegrad des Fahrwerks hinsichtlich Festigkeit und Dauerhaltbarkeit. Dies wird in nachgelagerten Simulationsprozessen abgesichert.
Der nächste wichtige Trend geht in die Richtung, nicht nur Berechnungsergebnisse verschiedener Teildisziplinen zusammen zu bringen, sondern Berechnungsergebnisse und Datenmodelle in die Prüfstände hinein und nachher ins Fahrzeug zu übertragen.

Herr Kropsbauer, Herr Bardehle, vielen Dank für das Gespräch.

(Bild: Uli Regenscheit)


Autor(en): Andreas Fuchs

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