Wat is Simulation Driven Design

Simulation Driven Design is een werkwijze, waarbij simulatie van halverwege of op het eind van het ontwerpproces, naar het begin van het ontwerpproces is gebracht. Door in het beginstadium van het ontwerpproces al te simuleren worden wel overwogen keuzes gemaakt. De simulatie stuurt als het ware het ontwerpproces. Overtreffende trap is dat de simulatie software zelf de geometrie voor je creëert.

Vijf voordelen van Simulation Driven Design:

  1. Kortere doorlooptijd
  2. Minder afkeur bij eindvalidatie
  3. kwalitatief betere producten
  4. Verbeterde werkverdeling bij analist
  5. Besparing op materiaal, gewicht en ruimte

Hoe groot deze voordelen zijn verschilt natuurlijk per bedrijf en product. Toch is uit onderzoek gebleken dat er een duidelijke voorsprong is bij bedrijven die Simulation Driven Design hebben geïmplementeerd. Het onderzoek van De Aberdeen Group (Cline 2017) toont bijvoorbeeld aan dat de Best-in-Class ontwerpers die Simulation Driven Design gebruiken hun productontwikkeling met 29% verkort hebben. Bekijk het volledige onderzoeksrapport

Simulation Driven Design: complexiteit ontwerp vs invloed kostprijs

Figuur 1: Complexiteit van het ontwerp versus invloed op kostprijs gedurende het ontwerpproces.

Reguliere werkwijze simulation tijdens ontwerpproces
Simulation Driven Design Werkwijze

Figuur 2: Verschil in werkwijze tussen ‘klassieke’ methode (boven) en Simulation Driven Design (onder).

Effecten Simulation Driven Design

De complexiteit is in het begin van het ontwerpproces laag, waardoor simuleren relatief eenvoudig is. Concepten worden op waarde beoordeeld en probleempunten worden veelal vroegtijdig gevonden. Daardoor is in de detailfase de kans veel kleiner dat een herontwerp nodig is. Figuur 1 illustreert dit gunstige effect van vroegtijdig simuleren.

Implementatie en consequenties

We zien op dit moment nog veel bedrijven die een ontwerp tot in detail uitwerken, voordat ze een simulatie (laten) uitvoeren. Enginia heeft dit jaar ook zelf een onderzoek uit laten voeren naar de toepassing van Simulation Driven Design bij Enginia klanten. Uit dit onderzoek, gedaan aan de Universiteit Twente, kwam naar voren dat het beschikbaar stellen van simulatie software aan de design engineer niet voldoende is. Behalve software beschikbaar stellen is er ook een organisatorische aanpassing van het ontwerpproces nodig.

Wanneer de Design Engineer simulaties gaat doen is er ook specifieke kennis nodig van simulatie technieken, sterkteleer, interpretatie van resultaten en het gebruik van de software zelf. De simulation expert (interne collega of externe consultant) kan hierbij helpen. De rol van de simulation expert verschuift van uitvoerend naar begeleiding (zie ook figuur 2).

Inzet Solid Edge bij Simulation Driven Design

Solid Edge Simulation biedt de Design Engineer functionaliteit om juist in het begin van het ontwerpproces simulaties te doen. Doordat deze FEA oplossing volledig geïntegreerd is in de al vertrouwde Solid Edge omgeving is de inleertijd beperkt.

Volgens Patrick Farrel, Senior Marketing manager Simulation bij Siemens PLM Software, ontwikkeld de software zich in een richting die past bij Simulation Driven Design. De userinterface dient gebruikersvriendelijk te zijn de kennis die nodig is om de tool te bedienen moet zo veel mogelijk beperkt worden. De simulaties hebben alleen waarde als ze juist worden uitgevoerd en daar blijft de simulation expert voor nodig. Deze zal een steeds grotere rol krijgen in het juist instrueren van de design engineers.

Figuur 3: De interface van Solid Edge Simulation. CAD en FEA zijn verweven in hetzelfde 3D model, waardoor een parametrisch simulatie model ontstaat.

Figuur 4: Voorbeeld van Shaft Designer. Afmetingen, oplegpunten en belastingen worden opgegeven en met Calculate wordt de doorbuiging, buigspanning, torsie etc. bepaald.

Simulation in Solid Edge is de meest voor de hand liggende stap om een start te maken met Simulation Driven Design. Toch zijn er in Solid Edge een paar “simulation driven design” functionaliteiten waar nog niet elke design engineer gebruik van maakt.  Denk bijvoorbeeld aan de Engineering Reference met de Shaft Designer voor het ontwerpen van een as inclusief berekeningen. De physical Properties geven volume, oppervlak en massa van onderdelen en in de schetsomgeving kunnen oppervlakte en traagheidsmomenten van vlakken worden bepaald. Door deze functies actief te gebruiken zet je een eerste stap richting Simulation Driven Design

Meer simulatie leidt tot meer innovatie.

Wanneer een organisatie het concept Simulation Driven Design omarmd, geeft dit ook ruimte voor innovatie op andere vlakken. Additive manufacturing (3D printing) heeft vooral voordeel bij complexe vormen. De ontwerpen zijn vaak geoptimaliseerd op sterkte en gewicht. Dit wordt bijvoorbeeld bereikt met optimalisatie van een ontwerp door simulatie.

Met de toenemende kracht van computers in combinatie met slimme automatisering van het simulatie proces, is het goed denkbaar dat we over een paar jaar in Solid Edge een maat aanpassen en live feedback krijgen over het gevolg qua sterkte, massa, vervorming etc.

Door Simulation Driven Design nu op te pakken behoud je de mogelijkheid door te groeien naar nieuwe productiemethodieken en ontwerpprocessen.