Produkte virtuell zu entwickeln bietet viele Vorteile. Ohne aufwendige Experimente lassen sich mit Hilfe von Simulationstools Produktionsprozesse und Produkteigenschaften optimieren. Die eingesetzten Simulationstools sind meistens aber nur schwer miteinander kombinierbar. Gemeinsam mit dreißig Partnern forscht Fraunhofer SCAI deshalb daran, die Probleme bei der Übergabe der Daten von einem Tool auf das nächste zu minimieren. Im Projekt »Virtual Material Modelling in Manufacturing« (VMAP) soll dafür ein offener Schnittstellen-Standard entwickelt werden.

Herr Wolf, warum ist es für Ingenieurinnen und Ingenieure problematisch, bei der Produktentwicklung mehrere Software-Tools zu verwenden?

Bei Anwendungen im Virtual Engineering gibt es häufig Kommunikationsprobleme zwischen Simulationstools. Die Ergebnisdateien der einzelnen Programme sind nicht miteinander kompatibel. Eine Software, die beispielsweise das Verhalten von Verbundwerkstoffen beim Biegen oder Erwärmen simuliert, berücksichtigt jede Faser eines Werkstücks. Das ist wichtig, da Lage und Dehnung der Fasern dessen Verhalten im Fertigungsprozess beeinflussen. Ein anderes Softwaretool, das etwa die Stabilität des fertigen Bauteils im Verbund mit anderen Teilen simuliert, rechnet aber nicht mit Informationen über Fasern, sondern betrachtet das Teil als Ganzes. Damit dieses Softwaretool arbeiten kann, muss die erste Software dem zweiten Tool Parameter zur Stabilität des Werkstücks übermitteln. Diese Informationen müssen also übertragen und dann umgewandelt werden.

Was macht diese Umwandlung so schwierig?

Die Umwandlung ist aufwendig, da es kein einheitliches Übergabeprotokoll oder Datenformat zwischen Simulationstools gibt – die Ergebnisdateien werden meistens in nicht offenen oder unvollständig dokumentierten und herstellereigenen Formaten abgelegt. Neunzig Prozent des Umwandlungsaufwands kommen dadurch zustande, dass man zum Beispiel eine Größe »5« hat und nicht weiß, wofür diese Fünf steht. Deshalb entwickeln wir im Projekt VMAP einen Standard. Wie wichtig eine Standardisierung ist, wird bereits bei banalen Sachen deutlich: Wenn die Ecken eines Rechtecks nummeriert werden sollen, kann an unterschiedlichen Ecken begonnen werden. Das kann zu Kommunikationsschwierigkeiten führen. Durch ein standardisiertes Datenprotokoll, in dem dies festgelegt wird, ist der Informationsaustausch zwischen den Softwaretools viel einfacher. Dann können aus dem Datenprotokoll die benötigen Informationen ermittelt und so umgewandelt werden, dass die nächste Software damit arbeiten kann. Natürlich geht es bei der Schnittstellenproblematik um weit mehr als nur falsch nummerierte Ecken.

Schematische Darstellung der Prozesse für den Demonstrator auf der Hannover Messe Bild: Fraunhofer SCAI

Wie kommt es, dass es kein einheitliches Datenprotokoll gibt?

Die Software-Hersteller versuchen natürlich, ihren individuellen Kommunikationsstandard und ihre Schnittstellen auf dem Markt durchzusetzen. Das ist ein berechtigter Versuch, hat aber Schnittstellenprobleme im Workflow zur Folge. Von einer Standarisierung würden sowohl die produzierende Industrie und deren Entwurfsabteilungen als auch Software-Anbieter und IT-Dienstleiter profitieren. Wir streben einen offenen, also für alle öffentlich zugänglichen, Standard an. Die Unternehmen können auf diesem Standard aufbauen. Leider ist es in diesem Bereich ein gewaltiger Schritt vom Erkennen des Problems bis zu seiner Lösung. Allerdings steigt der Druck zur Überwindung der Schnittstellenproblematik immer mehr.

Wofür benötigen Sie die Unterstützung der Software-Hersteller?

Wir brauchen die Bereitschaft der Hersteller, zumindest die Kernparameter offen zu legen. Nur so können wir ein Datenprotokoll entwickeln. Um dies zu erreichen, erhöhen wir gemeinsam mit der Automobilindustrie den Handlungsdruck auf die Hersteller.

Wird die Umwandlung von Informationen auch in Zukunft nötig sein?

Da die Anforderungen an die Simulationstools sehr unterschiedlich sind, wird eine Umwandlung der Daten nach wie vor nötig sein. Durch die Standardisierung wird der Aufwand aber wesentlich geringer. Aktuell werden die Daten noch manuell angepasst, langfristig soll dies automatisch ablaufen.

Sie konzentrieren sich im VMAP-Projekt auf Schnittstellen zur Übertragung virtueller Materialinformation und betrachten dabei konkrete Anwendungsfälle.

Mit Hilfe der Anwendungsfälle wollen wir die Vorteile einer Standardisierung veranschaulichen. Auf der Hannover Messe haben wir einen Demonstrator vorgestellt: Für ein Unternehmen, das blasgeformte doppelwandige Gefahrstoffbehälter entwickelt und dafür mit mehreren Simulationstools arbeitet, haben wir die Umwandlungssoftware für den virtuellen Workflow entwickelt. Damit können wir den Effizienzgewinn demonstrieren. In weiteren Anwendungsfällen betrachten wir unter anderem Schnittstellen für das virtuelle Materialdesign von Behältern, Rasierern und Verbundwerkstoffen für Leichtfahrzeuge sowie die Luft- und Raumfahrt.

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Interviewpartner
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Klaus Wolf
  • Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
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