Simulation Dank technischer Simulationen erfolgreich auf der Zielgeraden

Autor / Redakteur: Nach Unterlagen von ANSYS / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

In der Automobilentwicklung werden Simulationen immer wichtiger – das weiß keiner besser als Andrea Pontremoli, CEO und General Manager von Dallara Automobili, der uns seine Erfolgsrezepte verrät.

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Der Fahrsimulator, den Unternehmensgründer Gian Paolo Dallara hier inspiziert, bringt einem Fahrer zunächst bei, wie ein bestimmtes Fahrzeug gefahren werden muss und macht ihn anschließend mit den Nuancen einer bestimmten Rennstrecke vertraut
Der Fahrsimulator, den Unternehmensgründer Gian Paolo Dallara hier inspiziert, bringt einem Fahrer zunächst bei, wie ein bestimmtes Fahrzeug gefahren werden muss und macht ihn anschließend mit den Nuancen einer bestimmten Rennstrecke vertraut
(Bild: ANSYS)

Fast an jedem Wochenende gewinnt ein Fahrzeug von Dallara Automobili ein Rennen oder stellt einen neuen Streckenrekord auf. Das Unternehmen erzielt rund 40% seines Umsatzes mit Beratungsleistungen für die berühmten Namen im „Supercar“-Bereich, unter anderem Ferrari, Lamborghini, Maserati, Audi, Bugatti, Toyota, Alfa Romeo und viele andere. Andrea Pontremoli, CEO und General Manager von Dallara Automobili, erläutert in unserem Interview, wie das Unternehmen die technische Simulation einsetzt, um Kosten zu sparen und die Leistungsfähigkeit der Fahrzeuge deutlich zu steigern.

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Dallara Automobili hat sich einen Namen als Innovator in der Automobilindustrie gemacht. Das Unternehmen ist für seine Rennwagen bekannt, aber das macht nur die Hälfte Ihres Geschäftes aus. Wie sieht die heutige Dallara Automobili aus?

Unsere Geschäftstätigkeit umfasst drei Bereiche. Der erste ist die Konstruktion von Fahrzeugen aus Karbonfaser-Verbundstoffen, was unsere Spezialität ist. Der zweite Bereich ist die Aerodynamik, und der dritte ist die Simulation der Fahrzeugdynamik. Wie man sich denken kann, wird bei der Konstruktion mit Karbonfaser-Verbundstoffen die Simulation in großem Umfang für die Strukturanalyse eingesetzt. Ich denke, in diesem Bereich haben wir ein sehr gutes Niveau erreicht, besonders im Hinblick auf Kollisionen, die oft sehr komplex zu reproduzieren sind.

Bei der Aerodynamik haben wir zwei hochmoderne Windkanäle für Fahrzeuge in 60 Prozent der Originalgröße. Außerdem nutzen wir hochentwickelte CFD-Möglichkeiten. CFD steht für Computational Fluid Dynamics. So setzen wir beispielsweise zahlreiche Supercomputer in Kombination mit CFD-Tools ein, unter anderem ANSYS Fluent, das wir heute als Hauptlösung verwenden.

Der dritte Bereich – die eigentliche Fahrzeugsimulation – steht in engem Zusammenhang mit den anderen beiden Aspekten. Wir haben gerade einen einzigartigen Fahrsimulator gebaut, der es dem Fahrer zunächst beibringt, wie ein bestimmtes Fahrzeug gefahren werden muss und ihn anschließend mit den Nuancen einer bestimmten Rennstrecke vertraut macht – Aspekte, die er vielleicht sonst nicht weiß oder noch üben muss.

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CFD und was sich dahinter verbirgt

CFD (Computational Fluid Dynamics) lässt sich mit „numerische Strömungsmechanik“ übersetzen. Dabei handelt es sich um eine etablierte Methode der Strömungsmechanik zum approximativen Lösen vonm strömungsmechanischen Problemen mithilfe von numerischen Methoden. Die dabei verwendeten Modellgleichungen sind in den meisten Fällen Navier-Stokes-Gleichungen, Euler-Gleichungen oder Potenzialgleichungen.

Viele Probleme wie die Berechnung des Widerstandsbeiwerts führen schnell zu nichtlinearen Problemen, die nur in Spezialfällen exakt lösbar sind. In solchen Fällen sind CFD-Tools wie sie ANSYS anbietet eine kostengünstige Alternative zu Windkanal-Versuchen.

Der Fahrsimulator von Dallara ermöglicht nicht nur das Üben auf einer Ducati oder in einem Ferrari, sondern auch Testfahrten in einem virtuellen Fahrzeug – das heißt, in einem Fahrzeug, das noch gar nicht gebaut worden ist. Ist das so richtig?

Exakt. Technisch manövriert der Fahrer über mathematische Modelle, die aus aerodynamischen, strukturbezogenen und fahrzeugdynamischen Simulationen stammen. Dies ist, glaube ich, die neue Frontlinie der Innovation im Automobilbereich. Wir setzen den Simulator ein, um die Entwicklungskosten eines Fahrzeugs zu senken und um einige Innovationen zu testen, die heute aus Kostengründen noch nicht realisierbar sind. Dieser Simulator hat eine Menge Innovationen unterstützt, da man extravagante Ideen zu sehr geringen Kosten ausprobieren kann.

Der Simulator ist der ultimative Schmelztiegel für Informationen, die aus den drei Hauptsimulationsgebieten stammen, und der „Spezial-Datengenerator“, der dieselben Bereiche wiederum mit Daten versorgt. Manchmal ist es extrem schwierig oder sogar unmöglich, alle Eingangsdaten zu erfassen, die man für eine gute und zuverlässige Simulation braucht, wenn das Fahrzeug noch gar nicht existiert. Mit dem Fahrsimulator kann ein echter Fahrer die physikalischen Engineering-Daten liefern – beispielsweise Belastungen an einzelnen Bauteilen oder aber Beschleunigungen – noch bevor das erste Teil für dieses bestimmte Fahrzeug hergestellt wurde.

Loten Sie für die Innovation die Grenzen dessen aus, was herkömmliche CFD und andere Simulationssoftware leisten können?

Im Simulationsbereich haben wir zahlreiche Möglichkeiten zur Auswahl, besonders bei der Aerodynamik. Wir haben uns für ANSYS Fluent entschieden, da wir es für das fortschrittlichste Tool halten. Damit können wir alle nötigen Simulationen fahren und verfügen auch über eine ordentliche Anbindung an die Strukturanalyse. Diese Verbindung ist für die Innovation heute sehr wichtig, um Dinge sowohl einzeln als auch auf der Systemebene betrachten zu können. Es spielt nicht nur eine Rolle, ob man über eine gute Software für eine bestimmte Aufgabe verfügt, sondern auch, ob man die Ergebnisse, sowie auch die Eingangsgrößen mit diesem Tool verknüpfen kann. Die Offenheit eines Tools ist für uns sehr wichtig, und Fluent handhabt diese Verbindungen sehr gut.

Ein Automobil ist ein äußerst komplexes System, dessen Konstruktion eine Reihe von Abgleichen mit verschiedenen technischen Disziplinen erfordert. Wie bekommen Sie dies als CEO in den Griff?

Im Grunde genommen geht dies konkret über eine technische Betrachtung auf der Systemebene. Normalerweise ist der Prozess ein Kampf zwischen drei verschiedenen Leuten: dem Leiter der Konstruktion als Verantwortlichem für die konstruktive Gestaltung, dem Aerodynamik-Spezialisten und dem Fahrzeugdynamik-Ingenieur.

Die Fahrzeugdynamik-Abteilung will ein möglichst flaches Fahrzeug, um den Schwerpunkt niedrig zu halten. Die Aerodynamik wollen den Heckflügel sehr hoch, um ungünstige Luftströmungen an der Karosserie entlang zu verhindern und das Fahrzeug schneller zu machen. Und der Strukturgestalter sagt dann: „Ich weiß nicht, wie ich den Heckflügel am Fahrzeug anbringen soll.“ Manchmal geraten sich diese Leute persönlich in die Wolle, weil sie alle sehr gut auf ihrem jeweiligen Gebiet sind.

Die Software hilft uns, die Fakten zu diskutieren, statt „aus dem Bauch heraus“ zu reagieren. Ich versuche, alle diese Elemente miteinander zu verknüpfen, um die Ergebnisse zu sehen. Um einen guten Rennwagen zu erhalten, reicht es nicht aus, für alle Bestandteile die beste Lösung zu finden, sondern man muss auch den besten Kompromiss auf der Systemebene finden. Und dies kann technisch sehr schwierig zu realisieren sein.

CFD und andere Simulationstools scheinen für Dallara eine Menge Vorteile zu bringen. Wie bestimmen Sie Ihren Return on Investment aus diesen Lösungen?

Letztendlich setzt man Simulationstools ein, um die Entwicklungskosten niedrig zu halten und die Performance des Fahrzeugs zu verbessern. Diese beiden einfachen Dinge behalten wir im Auge. Ohne Simulation kann es Jahre dauern, bis die Entwicklungskosten wieder hereingeholt werden. Aber Unternehmen brauchen eine sofortige Rendite. Performance steht im Zusammenhang mit Kosten, Punkt. So haben wir uns beispielsweise bei dem letzten Fahrzeug, das wir entwickelt haben, die Vorgabe gesetzt, die Kosten um 40 Prozent zu senken und die Performance zu verbessern. Diese Kostensenkung konnten wir nur durch Simulation erreichen. Auf normalem Wege (durch Bauen und Testen) kann man das niemals schaffen. Man könnte vielleicht die Kosten um 5 Prozent senken, aber Sie erhalten nie 40 Prozent Kostensenkung bei besserer Performance.

Für ein global tätiges Fahrzeugunternehmen ist Dallara mit nur 200 Mitarbeitern relativ klein. Wie setzen Sie die Innovation ein, um sich gegen die größeren Player im Markt zu behaupten?

Meiner Meinung nach umfasst Innovation zwei Dinge: zum einen Einzigartigkeit und zum anderen Offenheit. Um einzigartig zu sein, müssen Sie offen sein. Dies scheint ein Widerspruch zu sein, stimmt aber.

Vor einigen Jahren befragte IBM 750 Unternehmer in Organisationen verschiedener Größen und in verschiedenen Branchen in aller Welt danach, woher sie ihre innovativen Ideen erhalten. Die Befragten gaben an, dass nur 30 Prozent der innovativen Ideen von Mitarbeitern stammten. Etwa 70 Prozent kamen von außerhalb des Unternehmens, hauptsächlich von Kunden, an zweiter Stelle von Lieferanten und an dritter Stelle von Hochschulen und Forschungsinstituten. Darum ist ein innovatives Unternehmen offen. Die Information muss durch das Unternehmen hindurchfließen. Gleichzeitig müssen Sie jedoch auch über die Fähigkeit verfügen, diese Einzigartigkeit in den Markt umzusetzen. Wenn Sie in der heutigen globalen Welt nur ein Mitläufer sind, besonders als kleines Unternehmen, werden Sie nicht überleben. Sie müssen sagen können: „Ich bin der Einzige, der dies machen kann. Ich bin der Einzige, der diese Performance zu diesen Kosten realisieren kann.“

Die erfolgreichsten Unternehmen auf der Welt können diese Botschaft der Einzigartigkeit kommunizieren, was eine Menge Arbeit erfordert. Ein Großteil dieser Arbeit wird nicht im Unternehmen erledigt, sondern durch ein Netzwerk. Man benötigt Software, die in der Lage ist, alle diese Dinge miteinander zu verknüpfen, sodass man Informationen und nicht nur Daten gemeinsam nutzen kann.

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