Numerische Simulation, modellbasierte Software, digitaler Zwilling

Simulationsspezialist CADFEM zeigt auf der embedded world wie auch kleine und mittelständische Unternehmen die ANSYS-Lösungen für Simulation und Embedded-Software nutzen können. Adressiert werden die Entwicklung von Elektronikprodukten allgemein sowie prädiktive Wartung (Digitaler Zwilling) und modellbasierter Embedded-Software.

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SECO Northern Europe

CADFEM Germany GmbH

Mit ANSYS-Simulationslösungen für die Elektronikentwicklung (Bild 1) lassen sich sowohl EMV-Probleme vermeiden als auch die Power- und Signalintegrität sicherstellen. Aufwendige Redesigns in einer späten Entwicklungsphase können minimiert werden, wenn frühzeitig auf eine korrekte Auslegung von Designregeln und deren Umsetzung geachtet wird.

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Des Weiteren können viele EMV-Effekte durch geschickte Vermeidung von Resonanzen im Versorgungsnetzwerk unterdrückt werden. ANSYS SIwave ermöglicht eine gezielte Kontrolle von Resonanzen, Impedanz- und Übersprechverhalten auf Leiterplatten vor Produktionsdatenerstellung. Bei auftretenden Resonanzen können noch während der Bauteilplatzierung Gegenmaßnahmen ergriffen und deren Wirksamkeit überprüft werden.

Embedded Software in Industrieprodukten

Über die Simulation hinaus ist CADFEM auch ein Partner, wenn es um die modellbasierte Entwicklung von Embedded-Software in Industrieprodukten mit ANSYS SCADE geht (Bild 2). Die Wertschöpfung industriell genutzter Maschinen verschiebt sich immer mehr in den Bereich von „intelligenter“ Elektronik, so dass die eingebettete Software einen immer größeren Anteil an Entwicklungsaufwand einnimmt.

Speziell Aufgaben wie eindeutige Spezifikation, Software-Dokumentation, Tests und Validierung werden sehr oft unterschätzt und führen zu Problemen in der konkreten Umsetzung oder zu Verzögerungen kurz vor Projektende.

Herausstechendes Merkmal von ANSYS SCADE ist der Fokus auf effiziente Programmierung bei Beibehaltung von höchster Softwarequalität. Mehrere Bausteine spielen zusammen, um den Entwicklungsprozess gleichzeitig agil und doch hochwertig zu halten.

SCADE unterstützt die modellbasierte Entwicklung mit Trennung von Hardware-abhängigen Teilen der Software und der eigentlich Applikation. Dadurch entsteht eine klar strukturierte Architektur, bei der die Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit von großen Teilen der Embedded Software gewährleistet wird.

Prädiktive Wartung mit dem Digitalen Zwilling

Außerdem zeigt CADFEM wie sich Simulation im Betrieb und einem Digitalen Zwilling eine zustandsorientierte Wartung durchführen lässt (Bild 3). Statt vorbeugender Wartung – dem Austausch von Anlagenteilen nach erfahrungsbasierten oder gemittelten Lastdaten – wird in der prädiktiven Wartung der tatsächlich vorliegende Anlagenzustand zur Bewertung herangezogen.

Neben den Kostenvorteilen einer prädiktiven Wartung ergibt sich aus den Felddaten auch ein erheblicher Erkenntnisgewinn. Wenn über die Zeit deutlich wird, dass Anlagen in bestimmen Nutzungsszenarien bestimmte Schwachstellen oder Reserven aufweisen, können daraus Informationen abgeleitet werden, um in der Produktentwicklung eine Anpassung der nächsten Produktgeneration zu erleichtern.

Um die anfallenden Sensordaten in geeigneter Weise an den Digitalen Zwilling zu übergeben, kann lokale Intelligenz (Embedded Software & Edge/Fog Computing) die Sensordaten aufbereiten und über das Internet an eine zentrale Plattform übermitteln.

Diese IoT-Plattform kann individuell entwickelt oder als Standardlösung von etablierten Anbietern wie Parametric Technology (Thingworx), General Electric (Predix) oder Amazon (AWS) bereitgestellt werden. Ihre Aufgabe ist das Aufrechterhalten der Konnektivität zum physischen Produkt, das Auslösen der Simulation mit den aktuellen Lastdaten, die Verarbeitung der Simulationsergebnisse und die Bereitstellung der virtuellen Sensordaten für Wartungsingenieure sowie darauf aufbauenden Big Data Analysen.

Sensordaten speisen leistungsfähiges Simulationsmodell

An einem realen Beispiel wird gezeigt, wie anhand der im laufenden Betrieb anfallenden Sensordaten ein leistungsfähiges Simulationsmodell gespeist wird, das die relevanten Eigenschaften zur Bewertung der Anlage widerspiegelt. Essenziell sind dabei die Aspekte Berechnungsgeschwindigkeit und Realitätstreue.

Auf Basis der industriebewährten FEM- und CFD-Löser von ANSYS werden sogenannte Verhaltensmodelle (Reduced Order Models, ROMs) abgeleitet, die das Verhalten einzelner Produktkomponenten ausschließlich an relevanten Punkten abbilden. Dadurch lassen sich extrem schnell berechenbare Modelle generieren, die auf genauen Simulationsmodellen von erfahrenen Simulationsspezialisten basieren.

Die Kombination mehrerer solcher Verhaltensmodelle zusammen mit der Embedded Software aus ANSYS SCADE ermöglicht auch sehr komplexes Produktverhalten zuverlässig abzubilden. Weitere Informationen finden Sie unter www.cadfem.de. CADFEM können Sie treffen auf der embedded world in Nürnberg vom 27. Februar bis 1. März 2018 in Halle 4, Stand 4-446.

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