Optimierungen

Zwischen dem ersten Entwurf und dem endgültigen Design eines Produktes erfolgen oft mehrere Optimierungsschritte. Ebenso werden bestehende Produkte optimert, z.B. um Kosten zu reduzieren oder geänderte Lasten zu ertragen. Bei der Konstruktion eines Bauteiles ist eine möglichst homogene Werkstoffausnutzung bei minimaler Werkstoffmenge ein Ziel. Optimierungen können z.B: aus den folgenden Gründen durchgeführt werden:

• Reduktion von Materialkosten oder Gewicht
• Eliminierung von (potentiellen) Schwachstellen
• Ermittlung alternativer Geometrien und Lösungsansätzen bei gleicher oder besserer Funktion
• u.v.m.

Hierfür stehen uns verschiedene Vorgehensweisen und spezielle Softwarepakete zur Verfügung. Die Definition der Parameter einer Optimierung, die Interpretation der Ergebnisse und die Umsetzung der Optimierungsergebnisse in eine fertigbare und fertigungsgerechte Konstruktion erfordern eine große Erfahrung des Anwenders. Wir sind auf die Verwendung modernster Softwarepakete spezialisiert und haben vielfältige, langjährige Erfahrung in der Optimierung von Bauteilen und Baugruppen.

Variantenstudien

Die einfachste Form einer Optimierung stellen die Variantenstudien dar. Es werden mehrere Varianten eines Bauteils oder einer Baugruppe rechnerisch untersucht und die Simulationsergebnisse miteinander verglichen. Dieses Vorgehen bietet sich z.B. an, wenn mehrere Konstruktionsprinzipien verglichen oder lokale Geometrievariationen untersucht werden sollen. Die Modelle werden meist vergleichend bewertet, so dass eine einfache Bewertung der Varianten ermöglicht wird.

Topologieoptimierung

Eine Topologieoptimierung wird verwendet, um eine Idee für eine Konstruktion mit idealer Materialausnutzung zu bekommen. Hierfür wird zunächst der zur Verfügung stehende Bauraum definiert. Dieser Bauraum wird dann in feste und variable, d.h. durch den Optimierungsalgorithmus änderbare, Bereiche unterteilt. Es werden die Lasten und das Optimierungsziel samt Nebenbedingungen definiert. Der Optimierungsalgorithmus ändert nun in jedem Iterationsschritt den variablen Bereicht und überprüft dabei die Zielgröße und die Nebenbedingungen. Vereinfacht erklärt wird an hoch belasteteten Stellen mehr Material angebracht, an niedrig belasteten Bereichen wird dafür Material entfernt. Es können auch Fertigungsrestriktionen definiert werden, wie z.B. Mindest- und Maximalwanddicken, Entformungsrichtungen oder Symmetrien.

Als Ergebnis einer Topologieoptimierung liegt ein Designvorschlag vor, der jedoch in einem nachfolgenden Schritt fertigungsgerecht im CAD umgesetzt werden muss.

Sickenoptimierung

Eine Sickenoptimierung dient zur steifigkeits- und schwingungsoptimierten Optimierung von flächigen Strukturen. Durch den Einsatz von Optimierungsalgorithmen wird ein Sickenbild erstellt, welches die Steifigkeit maximiert. Es können Fertigungsrestriktionen, wie z.B. Sickenbreite oder Sickenhöhe angegeben werden.

Parameteroptimierung

Bei einer Parameteroptimierung wird die parametrische Modellierung der 3D-CAD-Modelle ausgenutzt. Es werden einzelne Parameter/Maße variiert und die Veränderung der Zielgröße betrachtet. Die optimale Parameterkombination wird ermittelt, bei der sich das beste Ergebnisse einstellt (z.B. geringste Masse bei zulässigen Spannungen). Sind mehrere Parameter variable, so können auch statistische Verfahren wie z.B. Design of Experiments (DoE) verwendet werden, um den Einfluß von einzelnen Parametern und Parameterkombinationen auf die Zielgrößen zu ermitteln. Parameteroptimierungen werden auch für Toleranzuntersuchungen verwendet, um die Robustheit eines Systems zu bewerten.