Der Realität so nah wie möglich
Superrechner simulieren Produkte und Herstellungsverfahren in Minuten. Im Projekt Computer Aided Robust Design CAROD entwickeln Fraunhofer-Forscher eine neue Software, die die Qualität der virtuellen Komponenten deutlich verbessert.
Jede Felge hat eine andere örtliche Materialverteilung. Diese Variationen können jetzt auch in der Bauteilsimulation berücksichtigt werden.
© Fraunhofer IFAM / Fraunhofer LBF
Lastwagen touren im Monat tausende von Kilometern durch Europa, bringen Orangen aus Griechenland nach Skandinavien, liefern Gemüse aus Spanien in deutsche Großmarkthallen und sammeln Milch aus der Region in zentralen Molkereien. Damit Reifen, Felgen und andere Bauteile die vielen Kilometer ohne Panne überstehen, werden Prototypen von den Herstellern in Prüfständen auf ihre Lebensdauer getestet. Durch Störungen, etwa dem Verschleiß von Lagern oder Sensoren, kann der gesamte Test - der oft mehrere Wochen dauert - unbrauchbar werden. Im Projekt Computer Aided Robust Design CAROD erarbeiten Forscher aus sieben Fraunhofer-Instituten Methoden, mit denen sich solche Störungen vorab simulieren lassen. Mit den Ergebnissen entwickeln sie robuste Prüfstände für Lebensdauertests.
"Heute findet die Entwicklung und der Test von Prototypen - seien es komplette Autos oder einzelne Bauteile - weitgehend im Rechner statt", sagt Andreas Burblies, Sprecher der Fraunhofer-Allianz "Numerische Simulation". Doch die Simulation entspricht nur eingeschränkt der Realität. "Es gibt in der Regel keine Bauteile oder Herstellungsprozesse, in denen alle Produkt- oder Prozesseigenschaften identisch sind. Aber die Entwickler erhalten immer dieselben Simulationsergebnisse, wenn sie gleiche Parameter eingeben." Hier setzen die Forscher mit Computer Aided Robust Design an. Ziel ist es eine Software zu entwickeln, mit deren Hilfe man die realen Abweichungen in die Simulationsrechnungen einbringen kann. So werden etwa mechatronische Systeme, Crashtests oder Laserbearbeitungsverfahren noch unempfindlicher gegenüber Fehlern und Variationen.
Eine Basis der Technologie ist die Taguchi-Methode. Der Japaner Genichi Taguchi entwickelte ein Verfahren, das Produkte, Prozesse und Systeme unempfindlich gegenüber Störeinflüssen macht. Es wird bereits im Qualitätsmanagement angewendet, mit dem die Industrie eine optimale Produktqualität erzielt. Die Aufgabe von CAROD liegt darin, bereits beim virtuellen Design Störungen, Variationen und Ausfälle zu berücksichtigen, um die Qualität zu verbessern. "Wir wollen mit unseren Simulationen den natürlichen Fertigungsbedingungen so nahe wie möglich kommen", sagt Dr. Tanja Clees, Projektleiterin am Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschatliches Rechnen SCAI in Sankt Augustin. Noch stehen die Experten mit der neuen Simulationssoftware am Anfang, sie sind aber zuversichtlich, in kurzer Zeit gute Ergebnisse zu erzielen. Auf der Hannover-Messe vom 21. bis 25. April ist CAROD in Halle 17, Stand D60 zu sehen.
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