CAE – Moderne Entwicklungen auf Rechnerbasis generieren

CAE stellt technische Entwicklungen und Betriebsabläufe auf eine computergestützte Grundlage, die mit einer hohen Effizienz und kreativen Lösungsmöglichkeiten punktet.

Wie würde man heute im Maschinenbau oder in der Medizintechnik ohne CAE zurechtkommen? Stellen Sie sich die Fahrzeugentwicklung ohne Computerberechnungen oder Computersimulationen vor! Oder wie könnte man Statikurteile ohne Simulationen zuverlässig abgeben? Sie sehen schon: Ohne moderne Technik würde die Entwicklung der modernen Industrie buchstäblich auf dem Trockenen liegen. In fast allen Prozessen stecken computergestützte Entwicklungen, die manuell oder mental alleine nicht oder nur mit großem zeitlichen und personellen Aufwand zu bewältigen gewesen wäre. CAE ist das Kürzel, dass in unserem Leben schon vieles möglich gemacht hat und noch machen wird. Hier erfahren Sie, was CAE genau ist, welchen Ausprägungen es bietet, wo die Anwendungsgebiete und die Vorteile liegen.

Inhaltsverzeichnis

Für eine erste Orientierung finden Sie hier ein Inhaltsverzeichnis für den nachfolgenden Beitrag. Sollte Sie etwas ganz Bestimmtes interessieren, können Sie in Folge einfach zum jeweiligen Punkt springen. Für Neulinge auf dem CAE-Gebiet empfiehlt sich das Lesen des kompletten Beitrags in chronologischer Reihenfolge.

CAE in der kurzen Definition

CAE: viele Teile eines spannenden Ganzen

CAD: perfekte Konstruktion durch virtuelle Digitalisierung
CAM: professionelle Unterstützung für den CNC-Bereich
CAPE: Fertigungen computergestützt simulieren
CAQ: Qualität auf Rechnerbasis sichern
CFD: Strömung und Thermik visualisieren und simulieren
DMU: Bau auf solide Grundlage stellen
Design for Six Sigma: Fehlerstatistik im Fokus
Elektroniksimulationen (Schaltungssimulation): wichtig für Sicherheit und Funktionalität
FEM: Mechanik im Blick
MKS: Mehrkörpersimulation in Profiqualität

Vorteile vom CAE im kompakten Überblick

Ausblick: immer neue Innovationen mit CAE

CAE in der kurzen Definition

Für einen besseren Überblick erfahren Sie zunächst, wie CAE exakt definiert ist. CAE ist ein Begriff aus der Technik. Er ist die Abkürzung für Computer Aided Engineering. Beschrieben werden also technische Prozesse und Entwicklungen, die auf Computerunterstützung fußen, also digital verwirklicht werden. Da in der Industrie kaum Abläufe ohne technische Unterstützung funktionieren, ist CAE für Unternehmen aller Größen und Branchen ebenso relevant, wie für Forschung und Lehre. Die IT-Branche ist mit allen anderen Bereichen umfassend verknüpft. Die Spezialisierung auf den IT-Bereich ebenso wie auf das jeweils geforderte Aufgabenspektrum in einem Unternehmen oder der gesamten Branche ist Grundlage für lösungsorientiertes CAE. Sie ahnen an dieser Stelle vielleicht bereits, dass CAE viele Berufe zu einem spannenden Feld von abwechslungsreichen Aufgaben macht. Die Einsatzfelder sind vielfältig und durch technische Innovationen werden es immer mehr!

CAE: viele Teile eines spannenden Ganzen

Das Computer Aided Engineering hat viele Teilgebiete. Es sind schillernde Facetten, die die Vielfalt der computergestützten Dynamik zeigen, die moderne (Computer-)Technik mit sich bringt. Um die Möglichkeiten von CAE zu verdeutlichen, finden Sie hier eine Menge Ausprägungen des Computer Aided Engineering. Zehn repräsentative Beispiele für CAE wurden ausgewählt und diese der Übersichtlichkeit halber in alphabetischer Reihenfolge für Sie präsentiert.

CAD: perfekte Konstruktion durch virtuelle Digitalisierung
CAM: professionelle Unterstützung für den CNC-Bereich
CAPE: Fertigungen computergestützt simulieren
CAQ: Qualität auf Rechnerbasis sichern
CFD: Strömung und Thermik visualisieren und simulieren
DMU: Zusammenbauten virtuell beurteilen
Design for Six Sigma: Fehlerstatistik im Fokus
Elektroniksimulationen: wichtig für Sicherheit und Funktionalität
FEM: Bauteilfestigkeiten und Haltbarkeit
MKS: Mehrkörpersimulation in Profiqualität

CAD: perfekte Konstruktion durch virtuelle Digitalisierung

CAD ist die Abkürzung für Computer Aided Design. Wann immer in der modernen Industrie etwas konstruiert werden soll, kann das Gebilde erst einmal via CAD mit hoher Aussagekraft visualisiert werden. Geometrische 3D-Modelle entstehen am Computer und in der Praxis werde die Gebilde erst dann realisiert, wenn die computergestützte Bearbeitung vollendet ist. Mit CAD besteht die Möglichkeit Geräte, Maschinen, Bekleidung oder Autos in 2D oder 3D so zu simulieren und zu modellieren, damit sie dem jeweiligen Bedarf exakt entsprechen. Nach präzisem Modellieren kann der Ausdruck am 3D-Drukcer erfolgen, um einen besseren Blick auf das Ganze zu ermöglichen. Das erspart Prototypen in der Fertigung, die dem Anspruch nicht genügen und immer wieder verworfen werden müssen.

CAM: professionelle Unterstützung für den CNC-Bereich

Im CNC-Bereich werden Werkzeuge und Maschinen mithilfe eines sogenannten NC-Codes gesteuert. CNC ist daher das Kürzel für den Begriff Computerized Numerical Control. Im CAM-Bereich kann dieser Code unabhängig von der Maschine bereits vorab erstellt werden, was die Arbeitseffizienz in diesem Bereich oft deutlich erhöht. Fehlerquellen sind dadurch ebenfalls kaum mehr möglich. CAM findet beispielsweise Einsatzmöglichkeiten, wenn es um die Herstellung von Zahnkronen geht, die maßgeschneidert für den Patienten im Labor angefertigt werden. Zahnärzte können diese Leistung den Patienten durch die Computerunterstützung in kurzem Zeitraum bieten. Einen guten Überblick über CEREC finden Sie hier.

CAPE: Fertigungen computergestützt simulieren

Eine Fertigung im Unternehmen muss effizient sein. Das bedeutet, sie soll bestmöglich geringe Kosten verursachen, wenig Personalaufwand verursachen und im Sinne der Kunden so rasch wie möglich erfolgen. Stillstand in der Produktion kann sich ein Unternehmen ebenfalls nicht leisten, da dieser meist mit hohen Kosten verbunden ist. Die Fertigung ist daher im Idealfall vorab zu simulieren, um Schwachstellen und Fehlerquellen gleich im Vorfeld auszuschalten und Betriebsabläufe in der Herstellung von Anfang an auf eine solide Grundlage zu stellen. CAPE ist hier ein wichtiger Faktor in den Teilgebieten des CAE: Computer Aided Process Engineering hilft, die Fertigung zu optimieren.

CAQ: Qualität auf Rechnerbasis sichern

Qualitätssicherung ist in allen betrieblichen Prozessen ein Muss, wenn effiziente Abläufe gewährleistet sein sollen. CAQ ist hier die Lösung, die die CAE-Familie im Angebot hat. CAQ bedeutet Computer Aided Qualitiy Assurance. Hier wird das Qualitätsmanagement eines Unternehmens von der Planung über die Realisierung bis zur Kontrolle durch die rechnergestützte Digitalisierung begleitet. Kleinste Mängel können frühzeitig erkannt und natürlich auch behoben werden. Das hat eine ganze Reihe von überzeugenden Vorteilen wie zum Beispiel:

Fertigungseffizienz
Kostenersparnis
Imagegewinn
Kundenzufriedenheit
Senkung der Reklamationsquote
Stillstandszeiten im Betriebsprozess werden vermieden

Durch die IT-gestützte Qualitätssicherung haben zudem alle Zugriffsberechtigten die Möglichkeit, gleichzeitig auf relevanten Daten im System zurückzugreifen.

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CFD: Strömung und Thermik visualisieren und simulieren

Ein spannendes Feld von CAE ist CFD, die numerische Strömungsmechanik. Mathematisch komplizierte Berechnungen auf physikalischer Grundlage werden hier mithilfe Computational Fluid Dynamcis (CFD) gelöst. Anwendungsgebiete sind zum Beispiel die Flugzeugindustrie, wo Strömungen der Luft Bauteile der Modelle ganz entscheidend beeinflussen. Wer sich für CFD näher interessiert, findet hier umfassende Information. Zusammenfassend kann für die vielfältigen Einsatzfelder aber festgehalten werden, dass Versuche im Wind- oder Wasserkanal um einiges teurer sind als Berechnungen, die auf Basis von Computerprogrammen erfolgen. So ist CFD nicht nur für Präzision ein wichtiger Faktor, sondern auch dann, wenn es um Kosten- und Zeitersparnis geht.

DMU: Zusammenbauten virtuell beurteilen

DMU ist das Kürzel für Digital Mock-up. Hier geht es um Untersuchungen, die Maschinenbauprojekte in unterschiedlichen Spezifikationen betreffen. Zum Beispiel ist es wichtig zu prüfen, ob ein Teil, dass im Kundenauftrag gefertigt werden soll, auch hinsichtlich der Machbarkeit in der technischen Umsetzung entspricht, oder ob für eine erfolgreiche Fertigung noch Änderungen in der Konzeption vorgenommen werden müssen. Auch Untersuchungen zu Ein- und Ausbau sind in der Palette der Anwendungen für das Mock-up auf digitaler Basis integriert. Solche Untersuchungen haben alle einen gemeinsamen Nenner: Fehlerentwicklungen in der Fertigung und Prototypen, die anschließend nicht nutzbar sind, schon im Vorfeld auf professionelle Art und Weise zu vermeiden.

Design for Six Sigma: Fehlerstatistik im Fokus

Design für Six Sigma ist eine zielführende Methode, wenn es um statistische Simulationen für Fehlererfassung geht. Ziel der Methode, die auch unter dem Kürzel DfSS geläufig ist, ist es, Produktionabläufe und andere Prozessabläufe fehlerfrei oder zumindest fehlerarm zu gestalten. Auch hier, wie bei vielen anderen CAE-Methoden auch, ist die computergestützte Basis Grundlage für effizientes Arbeiten, dass Aufwand in finanzieller und zeitlicher Hinsicht ebenso minimiert wie Personalaufwand. Dies ist in vielen Geschäftsmodellen das A und O für gewinnorientierte Abläufe. Auch Dienstleistungen können mit diesen Methoden auf Fehler beurteilt werden, sodass damit auch die Dienstleistungsqualität gesteigert werden kann. So ist Design for Six Sigma wichtiger Faktor im Qualitätsmanagement eines Unternehmens.

Elektroniksimulationen (Schaltungssimulation): wichtig für Sicherheit und Funktionalität

In kaum einem anderen Bereich ist Computer Aided Engineering so eng mit Sicherheit verknüpft wie bei den Elektoniksimulationen. Der Grund liegt auf der Hand: Nur elektronische Prozesse ohne Fehlerquellen und Störungen können sicher funktionieren. Dies in Natura auszuprobieren, wäre oft gefährlich und fahrlässig. Computersimulationen helfen, Sicherheit in diesem Zusammenhang schon im Vorfeld zu gewährleisten. Das Gleiche gilt auch für die Funktionalität von kompletten maschinellen Anlagen oder deren Bauteilen. Hier können elektronische Prozesse ebenfalls vorab simuliert und Fehler vorab entdeckt und ausgebessert werden, ehe Störungen in realen Prozessen auftauchen und vielleicht hohe Kosten verursachen.

FEM: Bauteilfestigkeiten und Haltbarkeit

Mechanik als Thema der Physik ist ein wichtiger Faktor im CAE-Bereich. Hier ist FEM, die Finite-Elemente-Methode, das Teilgebiet, das mechanische Beanspruchung mithilfe computergestützter Prozesse untersucht und wichtige Erkenntnisse hinsichtlich der Dimensionierung von Bauteilen und ganzen Baugruppen, aber auch für die Fertigung liefert. So können die Festigkeit von Materialien und aus ihnen hergestellten Bauteilen oder Produkten vorab simuliert und gegebenenfalls auch korrigiert werden. Dies ist im Automotive-Sektor zum Beispiel besonders wichtig, weil die Verformung von Bauteilen mit der Sicherheit der Insassen von Fahrzeugen in einem signifikanten Zusammenhang steht. Aufprallsituationen können hier mit der FEM simuliert werden und wichtige Hinweise auf die Konzeption von Bauteilen an und in Autos liefern.

MKS: Mehrkörpersimulation in Profiqualität

Mehrkörpersimulation ist oft dann wichtig, wenn es komplex wird. Zum Beispiel, wenn die Fahrwerke von Autos einer genauen Prüfung unterzogen werden und das Zusammenspiel einzelner Bauteile im Fokus der Untersuchungen stehen sollen. Abläufe, die charakteristisch für ein Fahrzeug sind, werden dann computerunterstützt simuliert und auf Haltbarkeit, Sicherheit und Effizienz beurteilt. So können schon im Vorfeld des Erstellens eines physischen Prototyps erkannte Schwachstellen eliminiert und das Design optimiert werden. Das verkürzt die Time-to-Market, senkt die Kosten und kann wichtiger Faktor in Bezug auf Kundenakquise sowie auch langfristige Kundenbindung an ein Unternehmen sein. Mehrkörpersystem kommen in vielen Branchen zum Einsatz, so dass MKS wichtiger Faktor im CAE-Bereich ist.

Vorteile vom CAE im kompakten Überblick

CAE bringt eine Fülle von Vorteilen mit sich, die überwältigend ist und sich auf alle Bereich der Industrie erstreckt. Von Fertigungsstraßen bis zum Qualitätsmanagement, von Planung bis Prozessevaluierung reicht die Palette an Maßnahmen, die auf dem Weg des Computer Aided Engineering mit hoher Effizienz begleitet werden kann. Hier in kompakter Form die wichtigsten Vorteile, die CAE den einzelnen Unternehmen liefern kann:

1. Effizienz von Berechnungen, die manuell einen riesigen Aufwand bedeuten würden
2. Sicherheit durch Vorabsimulation von Bauteilen oder Produkten
3. Funktionalitätsüberprüfung für Prototypen mit Serientauglichkeit
4. Versicherungsrechtliche Bestimmungen und Normen im Vorfeld durch IT-gestützte Berechnungen absichern
5. Physikalische Prozesse wie Strömung und Widerstand simulieren anstatt in Wind- oder Wasserkanal kostenintensiv zu testen
6. Qualitätsmanagement für hohe Ansprüche im Unternehmen
7. Objektivierbare Ergebnisse durch Computermessungen und unbegrenzte Teilbarkeit durch Digitalisierung
8. Zugriffsmöglichkeit für Berechtigte im Sinne von Teamarbeit und Arbeitseffizienz parallel gestalten
9. Wissenschaftliche Untersuchungen in Forschung und Lehre möglich
10. Rückgriff auf bereits erfolgte Untersuchungen mit digitalem Charakter jederzeit möglich

Die Vorteile von CAE sind quasi grenzenlos. Sicher gibt es auch in Ihrem Unternehmen Vorzüge, wegen derer Sie leistungsstarkes CAE mit der Vielfalt an Methoden nicht mehr missen möchten.

Ausblick: immer neue Innovationen mit CAE

Während dieser Beitrag geschrieben wird, ist CAE schon wieder auf dem Vormarsch. Ideen und Inspirationen mit Schöpfergeist machen immer wieder neue Anwendungen und Programme nötig, um in die Tat umgesetzt zu werden. Ganze Berufszweige entstehen durch die IT-gestützte Hilfe, die Erfindungen zur Serienreife bringt und Prozesse effizient und sicher gestalten lässt. In Unternehmen aller Branchen und Größen ist Computer Aided Engineering zum wichtigen Faktor geworden. Da es immer neue Entwicklungen und Innovationen gibt, wird der Stellenwert von CAE nicht stagnieren, im Gegenteil: Er wird immer weiter steigen. Der Erfindergeist ist ungebrochen und computergestützte Prozesse als Faktor von Produkt- und Prozessentwicklung haben eine hohe Relevanz.

Hinzu kommt das Qualitätsmanagement, dass mithilfe IT-gestützter Prozesse rasch und effizient abläuft und Fehlerquellen auf ein Minimum reduziert. QM ist wichtig. Für die Effizienz der Produktion. Für Kundenzufriedenheit und damit Kundenbindung. Für Mitarbeiterzufriedenheit und für vieles mehr. Somit erfasst CAE alle betrieblichen Teilbereiche mit hoher Wichtigkeit und jeden Tag kommen neue Programme hinzu, die diese Palette erweitern.

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