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Simulation

Simulation ist nicht nur etwas für „Große“

| Autor/ Redakteur: Andreas Wierse / Stefanie Michel

Wer in der Produktentwicklung ohne Simulationstechniken zurechtkommen muss, steht heute auf verlorenem Posten: Denn die Effizienz entscheidet mehr denn je über die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU) müssen sich auf die Materie einlassen. Hürden können sie mit der richtigen Unterstützung schneller als gedacht umschiffen.

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Simulationen ermöglichen interessante Einblicke und spielen in vielen Produktentwicklungsprozessen eine wichtige Rolle.
( Bild: HLRS/Dr. Emmanuel Reynaud )

Um im Entwicklungsprozess wettbewerbsfähig zu bleiben, muss die Produktentwicklung vor allem eines sein: effizient. Simulationstechniken sind entsprechend gefragt. Mit ihnen lassen sich physikalische Eigenschaften wie Temperatur, Geschwindigkeit, Druck oder Verformung am Computer simulieren. Im Vergleich zur realen Variante bereitet es wenig Aufwand, Experimente beliebig oft zu beeinflussen, zu wiederholen und zu vergleichen. Offene Fragen – beispielsweise zum Verhalten einer ganzen Anlage, zur Veränderung einzelner Komponenten oder einem veränderten Materialfluss – können Unternehmen so bereits im Vorfeld klären. Das erspart ihnen zeitraubende Nachbesserungen, die schnell zu kostspieligen Verzögerungen führen.

Großunternehmen sind in der Simulationswelt schon lange unterwegs. Simulierte Crash-Tests oder Strömungssimulationen gehören hier zu den Paradebeispielen. Der Mittelstand ist in diesem Bereich noch zurückhaltender. Meist liegt es daran, dass KMU die Anforderungen für den Einsatz der Techniken nicht erfüllen können. Diese erfordern große Rechnerkapazitäten und müssen gegebenenfalls sogar in eigenen Rechenzentren betrieben werden. Dafür sind Investitionen nötig, die solche Unternehmen oft nicht stemmen können; ganz abgesehen davon, dass es ihnen in vielen Fällen am notwendigen technischen Know-how mangelt. Das heißt: Viele Firmen möchten zwar von Simulationstechnien profitieren, wissen aber nicht, wie sie es anpacken sollen.

Hilfestellung für Simulationsneulinge

Hilfestellung gibt die Sicos BW GmbH aus Stuttgart. Sie wurde im Sommer 2011 vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Stuttgart gegründet, um Unternehmen – speziell KMU – in den Bereichen Simulation und Höchstleistungsrechnen sowie Big und Smart Data zu beraten. Da es bei seiner Tätigkeit von den beiden Gesellschaftern und dem Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg (MWK) unterstützt wird, arbeitet das Unternehmen neutral und kostenfrei. Simulationsanwender aus ganz Deutschland, die sich für das Höchstleistungsrechnen interessieren, erhalten bei Sicos BW alle notwendigen Informationen über Anwendungsmöglichkeiten und Werkzeuge. Die Simulationsexperten helfen, eine funktionsfähige Arbeitskonstellation einzurichten – dazu zählt auch der Zugang zu den Höchstleistungsrechnern. Das Ziel: Die Unternehmen sollen in der Lage sein, Simulationen auf dem Höchstleistungsrechner letztendlich eigenständig oder mit passenden Partnern aus dem Kooperationsnetzwerk von Sicos BW in den Produktentwicklungsprozess einzubinden.

Neben großen Höchstleistungsrechenzentren, die ihre Rechnerkapazitäten zu für KMU attraktiven und rein nutzungsbasierten Preisen anbieten, gibt es mittlerweile zahlreiche weitere Kooperationspartner. Dazu zählen Forschungsinstitute, Softwarehersteller und Dienstleister sowie spezielle, branchenorientierte Simulationszentren, die Zugang zu entsprechenden Simulationstechniken verschaffen. Auf Landes- und auf Bundesebene finden sich darüber hinaus unterschiedliche Förderprogramme, die auch finanzielle Zuschüsse geben. Mit „Fortissimo“ existiert außerdem ein EU-Projekt, bei dem es darum geht, eine Web-basierte Plattform aufzubauen. Diese soll es KMU erleichtern, Höchstleistungsrechner für ihre Simulationen zu nutzen und so ihre Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern. In diesem Angebotsdschungel hilft Sicos BW, den Überblick zu behalten und eine passende Konstellation zu finden.

Dass es auch für KMU funktionieren kann, zeigen Mittelständler wie Optima Pharma. Das Unternehmen mit rund 550 Mitarbeitern ist seit mehr als 25 Jahren Spezialist in der Entwicklung, dem Design und Bau von Maschinen und Anlagen im Bereich aseptischer bis steriler Abfülltechnik für die Human- und Veterinärmedizin. Die Kunden von Optima Pharma haben hohe Qualitätsansprüche.

Erfolgsbeispiele zeigen den Weg

Deswegen verwendet das international tätige Unternehmen mit Hauptsitz in Schwäbisch Hall zunehmend Simulations- und Visualisierungstechnologien. Es macht so zum Beispiel die Luftströmungen in den Reinraumanlagen als wesentlichen Qualitätsfaktor sichtbar (Vermeidung von Schwebstoffen und Verunreinigungen) und optimiert sie. Der Mittelständler minimiert damit das Risiko von Fehlplanungen, beschleunigt den Prozess der Planung sowie Inbetriebnahme und erreicht Kosteneinsparungen.

Auch die Stuttgarter Recom Services GmbH kommt ohne Höchstleistungsrechnen meist nicht aus. Das Unternehmen widmet sich seit 1999 rechnergestützten Studien zur Problemanalyse sowie der Design- und Prozessoptimierung industrieller Feuerungen. Jeder Brennstoffwechsel, jede Anlagenmodernisierung, jegliche Modifikation des Gesamtprozesses bringt technische Risiken mit sich, die den sicheren Anlagenbetrieb gefährden und die Betriebskosten in die Höhe schnellen lassen können. Mithilfe einer speziell von Recom für industrielle Feuerungen entworfenen 3D-Simulationssoftware bildet das Unternehmen die Verbrennungs- und Schadstoffbildungsvorgänge des Anlagenprozesses in der virtuellen Realität ab – ohne dass es zu Auswirkungen auf den laufenden realen Betrieb kommt.

Mit Simulation Prozesse besser verstehen

Drittes Beispiel: die Kooperation der Fellbacher Lauer & Weiss GmbH und der Lasersystemtechnik Bollinger & Ohr UG aus Korb. Das gemeinsame Ziel der beiden Mittelständler war es, mithilfe von Simulationstechnik die Qualität der Schweißvorgänge für kritische Elemente im Produktionsprozess zu verbessern. Die Unternehmen analysierten im Rahmen eines Experiments den Schweißprozess eines Heizelements, das in einer Verpackungsanlage für das Verschweißen von Folien erforderlich ist, und optimierten ihn mithilfe von Simulationen. Hierzu wollten sie wissen, wie sich die Wärmeverteilung und der Verzug des Heizelements während des Schweißprozesses auf seine Dauerfestigkeit auswirken. Denn das herkömmliche Vorgehen bei der Auslegung eines Heizelements ist sehr aufwendig: Es muss eine ganze Reihe von Versuchsträgern für die Analyse aufgeschnitten und nachträglich untersucht werden. Die Analyse liefert dann zwar ein Ergebnis, gibt aber keinen Einblick in den Schweißprozess und keine Antwort auf die Frage, warum dieser nicht optimal lief. Ein Simulationsmodell schuf hier Abhilfe. Es erlaubte ein besseres Verständnis der Prozesse und lieferte Erkenntnisse, die zu einer Kostenreduzierung führten.

Erfolgsbeispiele wie diese zeigen, dass es sich auch für KMU lohnt, die Einstiegshürden zu überwinden und Simulationstechniken einzusetzen. Dank der Zeit- und Kostenersparnisse, die diese mit sich bringen, positionieren sie sich am Markt wettbewerbsfähig und zukunftssicher.

* Dr. Andreas Wierse ist Geschäftsführer bei der Sicos BW GmbH in 70569 Stuttgart

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