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21.11.1980

Computer Aided Engineering macht Ingenieure produktiver:Prototyp aus dem Grafik-Prozessor

Als kürzlich Applicon, Hersteller von Systemen zur grafischen Datenverarbeitung, und die Structural Dynamics Research Corporation (SDRC) , Anbieter von Software für Computer Aided Engineering {CAE), Details ihrer künftigen Zusammenarbeit bekanntgaben (CW 43 vom 24.10. 1980, Seite 41), rückte automatisch die Frage in den Vordergrund: Was ist CAE eigentlich und inwiefern unterscheidet sich diese Computer-Anwendung vom "herkömmlichen" CAD, sprich Computer Aided Design?

Auch wenn allenthalben vom "unaufhaltsamen Vordringen der Computer" geredet wird - Tatsache ist, daß bei der Entwicklung, Musterfertigung und Endabnahme neuer Produkte heute noch überwiegend Methoden angewendet werden, die schon ein Jahrhundert auf dem Buckel haben: Erst werden Konstruktionszeichnungen angefertigt und vermaßt (meist noch manuell), dann baut man in mühevoller "Handarbeit" einen Prototyp und testet ihn anschließend in einer Serie teurer und apparateaufwendiger Analyse- und Prüf-Prozeduren, wobei - mitunter in Tausenden von Arbeitsstunden- alle denkbaren Einsatzbedingungen simuliert werden müssen. Weist der Prototyp dabei Schwächen auf, beginnt die ganze Plackerei von vorn und frißt erneut immense Geldbeträge - und wertvolle Zeit.

Spielraum für Konstrukteure und Entwickler

Hier setzt nun CAE mit dem Ziel ein, alle sinnvoll erscheinenden Alternativ-Versionen eines neuen Produktes vom Computer durchspielen zu lassen. Die "Finite-Elemente-Methode" und ausgereifte Analyse-Verfahren kommen dabei- anders als beim CAD - schon in den Anfangsstadien der Produktentwicklung zum Einsatz, wobei mit der System-Simulierung eines kompletten Enderzeugnisses begonnen wird.

Die Anfangsdarstellungen dieser Simulationen leiten sich aus der Analyse und Erprobung ähnlicher Produkte ab, deren Verhalten man bereits kennt; Werkzeug dazu sind beispielsweise aus der SDRC-Bibliothek - Softwarepakete für Tests von Produkten aus dem Maschinen- und

Gerätebau. Als Basis der ersten Computer-Produkt-Simulationen dient eine grobe Ausgangsgeometrie, die aus bereits vorhandenen Daten abgeleitet werden kann. Die folgenden Produktvarianten werden dann alle als vollständige Systeme in mathematischen Modellen erfaßt. Dabei läßt das CAE-System dem Produkt-Entwickler und dem Konstrukteur genügend Spielraum, auch veränderte oder gar revolutionär neue Konzeptionen zu behandeln.

Alternativen werden durchgerechnet

Hat der Konstrukteur sich mit Hilfe des CAE-Computers zu ersten akzeptablen Produktentwürfen vorgearbeitet, so werden vom Computer weitere Konstruktionsdaten für Einzelteile und Baugruppen aus System-Modellen abgeleitet, die in der Computer-Simulation auch extremen Umweltbedingungen standgehalten haben. Gleichfalls aus Computer-Modellen errechnet das CAE-System Belastungsdaten, die die Berührungsflächen und Verbindungsstellen von Bauteilen und Baugruppen einer komplexen Struktur betreffen.

Hat der CAE-Konstrukteur aus den Systemmodellen die Belastungsdaten und die Spezifikationen der Komponenten ermittelt, geht er zur Konstruktion der Einzelteile über. Dabei erhält jeder einzelne Teile-Konstrukteur vom Computersystem genaue funktionelle Spezifikationen und Belastungsdaten vorgegeben, anhand derer er seine Arbeit beginnt.

Jeder dabei entstehende neue Konstruktionsvorschlag für ein Einzelteil wird im CAE-System wiederum einem modellartigen Auswerte- und Entscheidungsprozeß unterworfen, bei dem man zwischen den vorgegebenen Teile-Anforderungen und anderen Faktoren wie Form, Werkstoff, Kosten etc. nach optimalen Kompromissen suchen kann. Führt dieser Prozeß zu Änderungen im Entwurf, so werden diese umgehend in die entsprechenden Systemmodelle eingegeben; die Beanspruchungs- und die betrieblichen Leistungsdaten des entsprechenden Bauteils werden also fortlaufend aktualisiert und präzisiert.

Aus all diesen Computer-Entwurfsprozessen resultiert schließlich eine Konstruktion, die - so jedenfalls sagen Applicon und SDRC- das (optimierte) Endergebnis mehrerer hundert oder gar tausend möglicher Entwurfs-Varianten darstellt. Erst an diesem Punkt geht man nun endlich an die Herstellung eines Prototyps - nicht, wie beim konventionellen Vorgehen, um das Verhalten einer Neukonstruktion erstmals feststellen zu können, sondern um dessen zuvor errechnetes Verhalten (meist) nur noch zu bestätigen.

30 Prozent Produktivitätszuwachs

Per Saldo kommen Unternehmen beim Einsatz von CAE also mit weniger Prototypen als früher aus, betont Jason R. Lemon, Vorsitzender der SDRC; in Zahlen umgerechnet bedeute die Einführung von CAER-Systemen Zeit- und Kostenersparnisse, die einer gut dreißigprozentigen Produktivitätssteigerung gleichkäme.

CAE-Software von SDRC, kombiniert mit CAD-Systemen von Aplicon - da stellt sich natürlich nach der Hardware-Konfiguration, auf der die hier nach ihrer Arbeitsweise skizzierten Softwarepakete laufen. Applicon arbeitet mit einem Doppel-Prozessor-System, bei dem eine PDP-11 von Digital Equipment ausgebaut auf bis zu 208 K8 Hauptspeicher, die Ein- und Ausgabesteuerung sowie die Verwaltung der Datenbank übernimmt. Als Schnittstelle zwischen dem Benutzer des Systems und der Applicon-Hardware dient ein speziell für CAD- und CAM-Anwendungen von Applicon entwickelter 32 Bit-Grafikprozessor mit maximal 192 KB Hauptspeicher. Dieser Prozessor, ernennt sich "Graphic 32", verarbeitet

die Benutzerbefehle und generiert die Grafikdaten.

Die Doppel-Prozessor-Konfiguration hat laut Applicon vor allem den Vorteil, daß die PDP-11 voll auf die Optimierung des Systemdurchsatzes hinarbeitet, während der "Graphics 32"um so schneller mit dem Benutzer in Interaktion treten kann.

Als Speicher dienen Magnetplatten von 200 MB Kapazität, auf denen die Anwender-Datenbank, das Betriebsystem und die Applicon-Grafik-Software archiviert sind. Die Massenspeicher-Kapazität kann mit drei weiteren Laufwerken auf 800 MB erhöht werden; jedes dieser Laufwerke kann dann im Online-Betrieb mehrere tausend komplette Konstruktionszeichnungen bereithalten. Eine Magnetbandeinheit ermöglicht das Laden der Software, die Archivierung der Grafikdaten und Konstuktionszeichungen bereithalten. Ein Magnetbandeinheit das Laden der Software, die Archivierung der Grafikdaten und Konstruktionszeichnungen sowie die Kommunikation mit offline arbeitenden Peripherie-

Einheiten, also einer ganzen Reihe von Plottern, Druckern, DFÜ-Einrichtungen und anderen mehr.

Egon Schmidt ist freier Wirtschaftsjournalist in München.