Integratives Virtuelles Prototyping
Auf dem Weg zu kohärenter Technologie
Design und Entwicklung haben sich in den vergangenen Jahrzehnten dramatisch verändert, insbesondere durch die Computerisierung und Automation. Vor allem die letzten Jahre zeigen einen klaren Trend zur Virtualisierung und zu verteiltem Design, Erprobung und Produktion. Somit verschmilzt unser Planet zu einer einzigen globalen Fabrik, in welcher mittels virtuellem Prototyping entwickelt wird. Dabei kommt der Integration – physikalischer, zeitlicher und konzeptioneller Natur – eine große Bedeutung in vielerlei Hinsicht zu. Unsere Vision beinhaltet die Probleme und Lösungskonzepte, die diese Aspekte der Technologie in ein neues Zeitalter führen sollen.
Integratives virtuelles Prototyping – Interaktion statt Versuch und Irrtum
Die Vision eines vollständig integrativen virtuellen Prototypings wird durch zwei Hauptaspekte charakterisiert: die Integration für tieferen Einblick und gesteigerte Effizienzen sowie die Integration für Nachhaltigkeit und Interoperabilität. Sie vereint bisher getrennte Entwicklungs- und Betriebsphasen mittels neuer Umgebungen, von universeller Simulationsinfrastruktur bis zu Produktion, Betrieb und Recycling. Dabei hilft sie, die virtuelle und physische Welt zusammenzubringen und schafft somit eine Basis für eine neue Ära.
Key ingredient 1: Integrative Umgebungen
- Integrative Umgebungen – von
immersiven Displays bis zum
Gesamtworkflow – unterstützen effektives
Design und Kontrolle.
Heterogene Entwicklung behindert Fortschritt
Traditionelle Entwicklungszyklen bestehen aus isolierten und sequenziellen Design-, Simulations- und Visualisierungsphasen. Diese Schritte finden typischerweise in heterogenen Umgebungen statt, was zu zusätzlichen Komplikationen führt.
Effektive Umgebungen
Forscher in SimTech entwickeln effektive Workflow-Konzepte und -Umgebungen für ein integriertes und interaktives Prototyping. Diese ermöglichen eine unmittelbare Steuerung und unterstützen somit die menschliche Wahrnehmung sowie das Erlangen von Designerfahrung.
Key ingredient 2: Integrative Simulation
- Integrierte Simulation und Design bieten
unmittelbares Feedback und Einsicht
und unterstützen intuitive Entwicklung.
Redundanz und Inkompatibilität
Heutige Forschung und Entwicklung wird durch inkohärente und inkompatible Simulationstechnologie behindert, was wiederholte Remodellierung und Konvertierung erfordert.
Hin zu modularer Simulationstechnologie
In SimTech entwickeln wir eine verteilte Software-Infrastruktur, welche Multiphysik- und Mehrskalen-Simulation unterstützt und gleichzeitig Simulation, Workflow und Visualisierung vereinheitlicht. Dies erhöht die Gesamtintegration, Effizienz und Wiederverwendbarkeit.
(Forschungsfelder A, B, C, D, E, F)
Key ingredient 3: Integrative Visualisierung
- Finite-time Visualisierungstechniken
bieten Einsicht in Echtzeit und eine Basis
für gerichtetes Design in zeitabhängigen
Kontexten.
Isolierte Analyse verschleiert Phänomene und Wechselbeziehungen
Virtuelles Prototyping erfordert eine Echtzeitanalyse, die unmittelbare Einsichten in komplexe und große Daten bietet. Traditionelle Visualisierung wird offline (nach der Simulation) durchgeführt und bietet nur eingeschränkte Möglichkeiten zur interaktiven Analyse von isolierten Mechanismen.
Enthülle das Unsichtbare
SimTech entwickelt Echtzeit-Visualisierungstechniken für komplexe zeitabhängige Daten. Merkmalsextraktion leitet die Aufmerksamkeit auf relevante Einzelheiten und bietet eine Basis für weitere Analysen.
Key ingredient 4: Integrative Produktion
- Die Integration der Produktion in die
Prototyping-Umgebung manifestiert
Nebenbedingungen und führt somit
zu kostentransparenter und
integrativer Entwicklung.
Heterogene Produktion ist schwierig zu koordinieren
Simulationstechnologie hat sich in der Produktionsplanung bisher auf Teilkomponenten von Maschinen und Fabriken konzentriert. Dies führt zu verteilter und inhomogener Produktion, was hohe Initialkosten erzeugt und die Überwachung während des Betriebs erschwert.
Hin zu simultaner Produktion
Indem die Produktion eng in den Entwicklungszyklus integriert wird, strebt SimTech Fortschritte in Effizienz und Umweltfreundlichkeit an. Dies liefert die Grundlage für eine hochflexible Produktion mittels Echtzeit-Rekonfiguration.
Key ingredient 5: Integrativer Betrieb
- Das Einbringen von Simulations-
technologiein den Betrieb von
Produkten verbessert Überwachung,
Regelung und zukünftiges Design.
(Bild: ADAC)
Entkoppelte Design- und Betriebsphasen
Betrieb und Recycling sind typischerweise klar von Design, Simulation und Produktion getrennt. Expliziter Transfer von Wissen und Daten zwischen diesen Bereichen verursacht hohe Kosten und beeinträchtigt die Effizienz.
Zusammenführung
SimTech erforscht die Integration von Simulationen und Sensornetzwerken. Wir suchen Lösungen, wie sich die Grenzen zwischen der virtuellen und der physischen Welt sowie zwischen Entwicklung und Betrieb aufheben lassen. Dies kann, in Kombination mit unserer Forschung auf dem Gebiet des computerstützten Materialdesigns, zu selbstkonfigurierender und ganzheitlicher Technologie führen.
Demonstrator: Integratives Prototyping von Strömungsmaschinen
Wir demonstrieren integratives virtuelles Prototyping auf dem Gebiet der numerischen Strömungssimulation. Flüssigkeitsströmung folgt nichtlinearen Gesetzen und ist oft in hohem Maße zeitabhängig. Sie beeinflusst weite Bereiche der Technologie, insbesondere das Transportwesen. Weil sie zudem vom Betriebspunkt einer Anlage abhängt, ist eine traditionelle Entwicklung mittels aufeinanderfolgender Design- und Experimentphasen mühsam und vergleichsweise ineffektiv. Wir veranschaulichen den Nutzen von simultanem Design, Simulation und Visualisierung mittels Merkmalsextraktion. Wir zeigen, dass insbesondere finite-time Methoden einen intuitiven und effektiven Zugang zur Komplexität zeitabhängiger Strömungsinteraktion bieten.
Direkt zum Demonstrator der Vision "Virtuelles Prototyping"
Beiträge zur Vision "Virtuelles Prototyping"