Wesentliche Erkenntnisse
- Die neueste Simcenter-Suite von Siemens verkürzt die Vor-Simulationsvorbereitung um bis zu 70 %.
- Integrierter Digital-Twin, KI-gestützte Geometrie-Bereinigung und HPC-skalierte Solver ermöglichen 10-15-mal schnellere Design-Iterationszyklen.
- Frühzeitige Simulation reduziert die Kosten für nachträgliche Nacharbeit bei komplexen elektromechanischen Produkten um geschätzte 15–20 %.
- Der Ansatz ersetzt die „post-hoc“-Validierung durch eine kontinuierliche, datenreiche Entscheidungsschleife.
Warum Simulation zum Engpass geworden ist
Moderne Produkte verbinden heute Mechanik, Thermik, Elektromagnetik und Strömungsmechanik. Ravi Shankar, Director of Solutions & Technical Marketing bei Siemens, weist darauf hin, dass Multi-Physik-Komplexität Ingenieure zwingt, Dutzende Analysen pro Design durchzuführen. Die Hauptverzögerung entsteht durch Modellvorbereitung – das Bereinigen von CAD-Geometrie, das Reparieren von Lücken und das Erzeugen hochwertiger Netze. In herkömmlichen Workflows kann dies 4–6 Stunden pro Iteration beanspruchen und dämpft die Geschwindigkeit, mit der Teams Alternativen erkunden können.
Wenn Werkzeuge nicht mit den Designentscheidungen Schritt halten können, greifen Ingenieure auf Intuition zurück oder verschieben die Simulation bis zur endgültigen Validierungsphase. Spät entdeckte Probleme führen zu kostspieligen Neugestaltungen, Terminverzögerungen und mindern die Produktprofitabilität.
Drei Säulen, die die Simulation voranbringen
1. Digital Twin als lebendes Design-Rückgrat
Siemens behandelt den Digital Twin als einzige Wahrheitsquelle, die sich mit jeder CAD-Änderung weiterentwickelt. Der Twin speichert:
| Merkmal | Traditioneller Ansatz | Siemens Digital-Twin-Workflow |
|---|---|---|
| Datenversionierung | Manuelle Dateikopien, begrenzte Rückverfolgbarkeit | Automatisierte Metadatenverknüpfung zu CAD, CAE und PLM |
| Fachübergreifende Zusammenarbeit | Separate Thermik-/Strukturanalysen | Einheitliche Modellvarianten, auf die alle Teams zugreifen |
| Aktualisierungslatenz | Stunden-bis-Tage nach Geometrieänderung | Sekunden bis Minuten über Echtzeit-Synchronisation |
Da alle Analysen dieselbe zugrunde liegende Geometrie referenzieren, propagiert eine Änderung eines Kühlkanals sofort zu strukturellen Spannungen, Schwingungen und elektromagnetischen Modellen – das Problem der „Alt-Version-Überprüfung“ wird eliminiert.
2. KI-unterstützte Geometrie-Bereinigung & Netzerstellung
Das AI-Clean-Modul von Siemens nutzt Convolutional Neural Networks, die auf Millionen von CAD-Teilen trainiert wurden. Berichtete Ergebnisse umfassen:
- 70 % Reduktion der manuellen Bereinigungszeit (von ~30 min auf ~9 min pro Teil).
- 30 % höhere Netzqualität gemessen an Element-Schiefheit und Aspekt-Verhältnis-Metriken, was zu schnellerer Konvergenz in den Solver-Programmen führt.
Die KI-Engine sagt zudem optimale Netz-Dichten basierend auf lokalen physikalischen Gradienten voraus, sodass Ingenieure Trial-and-Error-Netzzyklen überspringen können.
3. High-Performance Computing (HPC) im großen Maßstab
Die neueste Simcenter-Version integriert Siemens’ Xcelerate HPC-Cloud, die bietet:
- Bis zu 1.024 CPU-Kerne oder 256 GPU-Beschleuniger pro Simulationsauftrag.
- 10–15-fachen Geschwindigkeitszuwachs für gekoppelten thermisch-strukturellen Analysen im Vergleich zu lokalen Workstation-Läufen.
- Elastische Skalierung, die der Anzahl von Design-Varianten entspricht und die gesamte Laufzeit unter 2 Stunden für einen vollständigen parametrischen Sweep hält.
Zusammen komprimieren KI-bereinigte Geometrie und HPC-skalierte Solver einen typischen Design-Iterationszyklus von 48 Stunden (traditionell) auf 3–4 Stunden.
Umsetzung von Früh-Stufen-Simulation in der Praxis
- Erstellen Sie den Basis-Digital-Twin in Siemens Teamcenter und verknüpfen Sie CAD-Baugruppen mit Metadaten-Tags.
- Führen Sie AI-Clean auf eingehender Geometrie aus; das Werkzeug markiert und repariert nicht-manifold Kanten, doppelte Flächen und mehrdeutige Einschränkungen.
- Generieren Sie physik-bewusste Netze automatisch; setzen Sie die Ziel-Elementgröße basierend auf Wärmefluss-Gradienten oder Spannungs-Konzentrationen.
- Starten Sie die Simulation auf Xcelerate HPC; überwachen Sie die Konvergenz über das Simcenter-Web-Portal.
- Überprüfen Sie die Ergebnisse in derselben Twin-Umgebung; jede Designänderung löst einen automatischen Neustart der betroffenen Analysen aus.
Diese geschlossene Schleife ermöglicht Design-Teams, 10–12 Alternativen pro Tag zu bewerten, ein Tempo, das bisher nur für konzeptuelle Skizzen reserviert war.
Fazit
Siemens gestaltet die Produktentwicklung neu, indem es die Simulation durch ein eng gekoppeltes Trio aus Digital Twins, KI-gesteuerter Modellvorbereitung und bedarfsgerechtem Hochleistungs-Rechnen nach vorne verlagert. Das Ergebnis ist eine dramatische Beschleunigung der Design-Iterationszyklen, geringere Abhängigkeit von späten Validierungen und messbare Kosteneinsparungen bei komplexen Multi-Physik-Produkten. Unternehmen, die diesen Workflow übernehmen, können schnellere Markteinführungszeiten und einen stärkeren Wettbewerbsvorteil erwarten, in einer Ära, in der Geschwindigkeit ebenso entscheidend ist wie technische Exzellenz.