Produktentwicklung mit dem Digital Twin

In der Produktentwicklungsphase muss der Konstrukteur viele Entscheidungen treffen. Hier kann die Simulation Sicherheit geben, indem Konstruktionsänderungen getestet und Analysen durchgeführt werden. Dies ist mit entsprechenden Werkzeugen auch kostengünstiger als der Bau von Prototypen. Zudem spart Simultaneous Engineering wertvolle Zeit. Sehr wertvoll ist auch die Erhaltung von Fachwissen, das direkt mit dem Modell verknüpft werden kann.

Sie wollen die Produktentwicklung beschleunigen, Qualität verbessern und Kosten senken? Dann lassen Sie sich von unseren Experten zu den Möglichkeiten des Digital Twin beraten oder erfahren Sie unten mehr zu den einzelnen Handlungsfeldern.

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Mit Simulation Prototypen einsparen

Bevor ein Produkt tatsächlich hergestellt wird und in Serie geht, muss sichergestellt sein, dass alles wie geplant funktioniert. Dieser Simulations- und Analyseprozess kann bereits sehr früh in der Konstruktionsphase beginnen.

Simulation und Analyse ist die Methode, um die Auswirkungen und das Verhalten von Bauteilen, Baugruppen und Mechanismen in der realen Welt vorherzusagen. Denn wer weiß, wie sich ein Bauteil unter realen Bedingungen verhält, kann auch besser konstruieren. Vor allem aber kann die Herstellung teurer physischer Prototypen reduziert und gleichzeitig die Stabilität, Zuverlässigkeit und Sicherheit der Produkte verbessert werden. Alle Verbesserungen fließen in den Digital Twin zurück.

Zu den Simulationswerkzeugen gehören unter anderem Lösungen für die Struktur-, Wärme- und Schwingungsanalyse mit umfassenden Funktionen für die Finite-Elemente-Analyse. So können Sie die Leistung Ihrer virtuellen 3D-Prototypen analysieren und validieren.

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Passende Lösungen

Der Digital Twin ist ein Konzept, das je nach Anwendung und Bedarf mit verschiedenen Softwarelösungen und Methoden umgesetzt wird. Hier sehen Sie Lösungen, die zu diesem Handlungsfeld passen:

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Mit Simulation Konstruktionsänderungen testen

Im Produktentwicklungsprozess müssen noch viele spezifische Kennwerte optimiert und Änderungen berücksichtigt werden. Dies führt zu einer Vielzahl von Varianten und Entscheidungen, die getroffen werden müssen. Gleichzeitig kosten Änderungen, Schleifen und Iterationen Zeit und verzögern die Fertigstellung des Produktes.

Eine Lösung, um Zeit zu sparen und mit den richtigen Entscheidungen zum perfekten Produkt zu gelangen, ist die frühzeitige Integration von Simulation und Analyse in den Konstruktionsprozess. Entsprechende Tools können direkt in die 3D-CAD-Software integriert werden und liefern dem Konstrukteur schnell Ergebnisse. Wie sich Ihre Konstruktion unter realen Bedingungen verhält, bleibt damit nicht mehr dem Zufall überlassen. Sie können schnell neue Iterationen entwickeln, beliebig viele Konstruktionsänderungen vornehmen und sicher sein, die bestmöglichen Entscheidungen zu treffen.

Wenn Ingenieure die Simulation in ihre Arbeitsabläufe integrieren können sie bei der Produktentwicklung effizienter arbeiten. Die Zusammenführung von Konstruktion und Analyse reduziert Anzahl von Iterationen und Schleifen und das Produkt ist schneller marktreif.

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Statische und dynamische Analyse mit Simulation

Die statische Simulation untersucht das Verhalten des Produkts oder des Systems in einem stabilen Zustand. Dabei werden die Kräfte, Spannungen und Verformungen berechnet, die auf das System wirken, wenn es sich nicht bewegt. Im Unterschied dazu betrachtet die dynamische Simulation das Verhalten des Produkts oder des Systems in Bewegung und unter Veränderung von Umgebungsbedingungen. So steht man bei der Simulation größerer mechanischer Systeme, wie von Prüfständen oder kompletten Fahrzeugen, vor der Problematik, nicht nur das Zusammenwirken von sehr vielen beweglichen Bauteilen, sondern auch das Verhalten von komplexen Kraftelementen oder sensorgestützten, aktiv rückkoppelnden Steuerelementen sinnvoll zu modellieren.

Mit einer geeigneten Simulationssoftware, die idealerweise direkt in die Entwicklungsumgebung integriert ist, ist das möglich. Der Digital Twin liefert hierfür sorgfältige geprüfte Eingangsdaten mit geeigneter Komplexität. Diese und die Modellierung des Systems tragen dazu bei, Fehler und Ungenauigkeiten in den Ergebnissen der Simulation zu vermeiden. Simulation sollte integraler Bestandteil der Produktentwicklung sein.

Der Nutzen von Simulation ist vielfältig:

  • Das Verhaltens des Systems genauer vorhersagen und damit fundierte Entscheidungen treffen.
  • Risiken und Gefahren frühzeitig identifizieren und bereits in der Produktentwicklung minimieren.
  • Durch das Testen verschiedener Designoptionen ohne physische Tests und Prototypenentwicklung bessere Produkte entwickeln.
  • Ressourcen wie Energie und Materialien effektiver zu nutzen, indem verschiedene Szenarien simuliert und optimiert werden.

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Simultaneous Engineering

Stellen Sie sich vor, das Produkt fast ist fertig konstruiert, kann aber nicht hergestellt werden, weil erst in der darauffolgenden Phase ein Fehler entdeckt wird. Nützlich wäre nun, wenn man Fehler schneller zu erkennen und rechtzeitig zu beheben könnte, bevor sie in einer späteren Phase hohe Kosten verursachen. Eine Methode hierfür ist das Simultaneous Engineering, bei dem sich traditionell nacheinander ablaufende Arbeitsschritte zeitlich überlappen dürfen. Dies kann im einzelnen Arbeitsschritt zu Mehraufwand führen, da nicht mit dem endgültigen Informationsstand gearbeitet wird, spart aber in der Summe Zeit und hilft, mögliche Fehler frühzeitig zu erkennen.

Die traditionell streng getrennten, nacheinander ablaufenden Schritte Produktentwicklung und Produktionsplanung können parallel ablaufen, sobald Vorabversionen des Produkts erstellt sind. Während beide Abteilungen in ihrem Bereich weiterarbeiten, findet ein ständiger Informationsaustausch statt. Änderungen und Optimierungen fließen kontinuierlich in die Konstruktion ein. Im Mittelpunkt steht der Digital Twin, der eine kollaborative Zusammenarbeit ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise im Zusammenspiel mit dem Digital Twin ist neben der Zeitersparnis und dem frühzeitigen Erkennen von Fehlern, dass die Produktionsmöglichkeiten und -kosten bereits geprüft und die Produktionsmittel teilweise geplant sind, wenn das Produkt fertig entwickelt ist.

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Bestandswissen mit Modell verbinden

Zur vollständigen technischen Beschreibung eines Bauteils gehören neben der reinen Geometrie eine Vielzahl weiterer Informationen, wie z.B. Form- und Lagetoleranzen, Oberflächenbehandlungen, Oberflächenbeschaffenheiten sowie Fertigungsinformationen. Diese Informationen wurden bisher in einer 2D-Zeichnung des Bauteils hinterlegt. Damit waren sie aber nicht maschinenlesbar und für Folgeprozesse nicht nutzbar. Die ISO-GPS-Normung ändert dies nun.

Mit dem Ansatz der modellbasierten Definition (MBD) zur Erstellung von 3D-Modellen wird das Modell, also der Digital Twin, zur Quellautorität. Es enthält zuverlässig alle Daten, die zur Definition eines Produkts benötigt werden. Definierte Eigenschaften von Oberflächen sind direkt im Modell enthalten und maschinenlesbar. Sie können sowohl nachgelagert von Zulieferern als auch organisationsübergreifend innerhalb eines Unternehmens genutzt werden.

Die Methodik bietet im Zusammenspiel mit dem Digital Twin viele Vorteile:

  • Mit vorhandenen und maschinenlesbaren Daten können messtechnische Prüfungen von mehreren Tagen auf wenige Stunden verkürzt werden.
  • In Toleranzanalysesystemen entfällt die aufwändige und fehleranfällige Dateneingabe fast vollständig.
  • Funktion und Qualität von Produkten können vorhergesagt werden.
  • Weitere Tools unterstützen den Anwender bei der korrekten Anwendung von Form- und Lagetoleranzen.

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Der Digital Twin ist ein Konzept, das je nach Anwendung und Bedarf mit verschiedenen Softwarelösungen und Methoden umgesetzt wird. Hier sehen Sie Lösungen, die zu diesem Handlungsfeld passen:

  • GPS/MBD/MBSE

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