Simulation auf dem digitalen Reißbrett

CAD-Hersteller wie Autodesk, UGS oder Dassault Systèmes kaufen kleine Simulationsfirmen auf und integrieren deren Software in ihre Produkte. In der CAD-Darstellung wird deshalb künftig immer mehr echte Physik stecken, berichtet Technology Review in seiner aktuellen Ausgabe (seit dem 17.4. am Kiosk oder online portokostenfrei zu bestellen): Kinematik, Verformung, Blechbearbeitung und Schweißen, deren Vorwegnahme früher eine eigene Supercomputersimulation erfordert hätte, werden heute hinter der Oberfläche des digitalen Reißbretts mitgerechnet. Das macht es attraktiv für neue Anwender. Der Vizepräsident von Dassault Systèmes, Philippe Forestier, hat bereits den "nächsten großen Markt" ausgemacht: die Architektur.

Wie weit Simulationen schon heute den Produktionsalltag verändern können, zeigt der Flugzeughersteller Dassault. Als im Juni 2005 die erste Falcon 7X bei der Flugzeugschau in Le Bourget abhob, stieg ein Jet in den Himmel, der vorher bloß virtuell existierte. 27 Unternehmen aus sieben Ländern hatten ihn aus 40000 Einzelteilen als 3D-Modell zusammengefügt. Abmessungen, physikalische Parameter, Planung der Fertigungsanlage, sogar die ersten Flüge der Testpiloten – alles fand digital statt. Den Jungfernfalken von Le Bourget führte man auch gleich den Behörden zur Zulassung vor.

Zu viel Präzision kann aber auch stören. "Zwei Autos sind niemals völlig identisch", sagt Andreas Burblies vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen. Neuerdings sorgen Entwicklungsingenieure deshalb selbst für Streuung, indem sie die Ausgangsparameter leicht verändern. Dadurch werden die in der Wirklichkeit auftretenden Schwankungen, etwa in den Blechdicken, besser abgebildet. Dieses Computer Aided Robust Design (CAROD) ist ein aktuelles Thema in der Simulationsgemeinde – und wohl auch einer der kommenden Ressourcenfresser. "Wer Statistik betreiben will, der muss ein Auto statt einem eben hundert Mal simulieren", sagt Burblies.

Nicht nur das macht Simulation schwierig: "Bei einem Festkörper kann man vom Verhalten weniger Atome auch auf das Verhalten auf Makro- Ebene schließen", erklärt Kurt Kremer, Chef des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung, "aber bei der weichen Materie haben wir große Variationen von Längen- und Zeitskalen.“ Bei einem Makromolekül etwa seien die einzelnen Atome ebenso wichtig für den Charakter des Stoffs wie die Struktur der tausendfach größeren Gesamtkette. "Das erste können wir mit Kenntnissen der Polymerchemie beschreiben, das zweite mit theoretischer Physik", erklärt Kremer. Quantitativ verwertbare Ergebnisse liefert die Simulation nur, wenn sie beide Größen- und Zeitskalen berücksichtigt. "Multiskalensimulation" sei deshalb mittlerweile ein "richtiges Buzzword" geworden. (wst)