Simulationsautomatisierung für Ventilkörper und KI-Einsatz bei GEMÜ
Alexander Kunz 03.12.2024
Erhöhte Effizienz in der Produktentwicklung durch Simulationsautomatisierung
Marco Wissinger von GEMÜ berichtet über automatisierte Verarbeitung von CAD-Daten zur Simulation der Tragfestigkeit sowie den Einsatz von KI mit Daten aus Simulationen und der Versuchsabteilung, um schneller bessere Produkte zu erhalten.
Herr Wissinger, welches Thema steht bei Ihnen aktuell im Zentrum Ihrer Tätigkeit?
Neben dem Alltagsgeschäft kümmere ich mich bei GEMÜ aktuell sehr stark um den Themenbereich der Simulationsautomatisierung. Wie sehen hier sehr viel Potenzial, um die gesamte Produktentwicklung effizienter zu gestalten. Aber auch die Künstliche Intelligenz ist ein Thema, dem ich mich neuerdings verstärkt widme, und das bei uns in Zukunft an Bedeutung gewinnen wird.
Über welches aktuelle Projekt zur Simulationsautomatisierung können Sie uns einige Details berichten?
Zurzeit arbeiten wir an einem Projekt zu Tragfestigkeitsnachweisen für unsere Ventile gemäß der Druckgeräte-Richtlinie. Da unsere Ventile drucktragende Teile sind, müssen wir die dementsprechende Festigkeit nachweisen, was auch mit Simulationen erfolgen kann.
Das gilt sowohl für die im Angebot vorhandenen Ventile, für die uns ein relativ großer Datenpool an CAD-Daten zur Verfügung steht, der über die Jahre hinweg entstanden ist, als auch für Neuentwicklungen mit den entsprechenden CAD-Konstruktionen.
Ziel des Automatisierungsprojektes ist es, den jeweiligen Festigkeitsnachweis mit der Simulationssoftware Ansys vollständig automatisiert auf Basis der CAD-Daten zu erbringen. Dazu haben wir uns den Simulationsspezialisten CADFEM mit ins Boot geholt. Mir war es wichtig, dass ich von Experten mit entsprechenden Erfahrungen bei der Simulationsautomatisierung lernen kann, um auch zukünftige Projekte effizient zu meistern. Denn die Simulationsautomatisierung ist für uns definitiv ein Zukunftsthema.
Die Phasen im Projektverlauf | © GEMÜ
Wo liegen die großen Herausforderungen?
Um die Tragfestigkeitsnachweise für die Ventile mit automatisierten Simulationen zu erstellen, müssen die entsprechenden CAD-Daten – mehrere tausend Geometrien – für die automatisierte Verarbeitung zur Verfügung stehen. Dies zu erreichen, war die schwierigste Herausforderung bei diesem Projekt. Die Sicherstellung der erforderlichen Datenqualität beziehungsweise das Zusammenzutragen der Daten, die wir benötigen, um eine entsprechende Simulationsautomatisierung durchführen zu können, war aufwendig und nicht immer einfach.
GEMÜ hat viel Arbeit in das Projekt investiert, um relativ triviale Simulationen automatisiert durchzuführen. Hat sich der Aufwand gelohnt?
Natürlich könnten die Nachweise auch manuell erfolgen. Aber zum einen ist auch bei uns im Unternehmen der Simulationsexperte ein rares Gut. Zum anderen ist der Nachweis eine sich wiederholende Arbeit, bei dem immer der gleiche Workflow durchlaufen werden muss. Da wir stets auch auf die Mitarbeiterzufriedenheit achten und das keinem zumuten wollen, hat sich die Simulationsautomatisierung angeboten. Unabhängig davon, dass sich damit erhebliche Zeit- und Kostenvorteile erzielen lassen.
Außerdem liegt mir das auch selbst am Herzen, weil ich Simulationsingenieur bin und nicht täglich die gleichen Klicks machen möchte. Also verfolge ich die Devise: was sinnvoll automatisierbar ist, sollte auch automatisiert werden. Dann können sich die Experten auf die spannenden Fälle konzentrieren und neue Anwendungsfelder erkunden.
Ich verfolge die Devise: was sinnvoll automatisierbar ist, sollte auch automatisiert werden. Dann können sich die Experten auf die spannenden Fälle konzentrieren und neue Anwendungsfelder erkunden.
Welche Voraussetzungen sind notwendig, um einen erfolgreichen Projektverlauf zu unterstützen?
Dazu sollten schon im Vorfeld mögliche Stolpersteine identifiziert und entfernt werden. Eine gute Vorbereitung des Projektes sorgt für einen sauberen Projektstart. Auf jeden Fall ist ganz klar zu formulieren, wie das Ziel erreichbar ist. Intern muss jeder Beteiligte abgeholt werden, damit er konkret weiß wo es hingehen soll und welchen Beitrag von ihm erwartet wird.
Das gleiche gilt natürlich auch für externe Projektpartner. Sie müssen frühzeitig informiert und eingebunden werden. Eine intensive Kommunikation und regelmäßige Abstimmung sind maßgeblicher für eine gute Zusammenarbeit und ganz entscheidende Erfolgsfaktoren. Hier kann ich CADFEM aufgrund meiner Projekterfahrungen eine vorbildliche Vorbereitung und Durchführung bescheinigen.
Bleibt das Automatisierungsergebnis nur im Bereich der Simulationsexperten oder soll der Anwenderkreis auch ausgeweitet werden?
Zunächst wird der Prozess mal bei uns eingefahren. Da schauen wir, wie die Beteiligten mit diesem Workflow umgehen und ihn nutzen. Aber mittelfristig – wenn der gesamte Prozess intern zu genüge getestet wurde – wollen wir ihn auf jeden Fall in ein größeres Framework gießen. Dann können wir die Simulationsautomatisierung beispielsweise in Form von einem einfachen Frontend auch Leuten zur Verfügung stellen, die keine Simulationsexperten sind.
Ist auch geplant, den Kunden entsprechende Tools zur Verfügung zu stellen?
Ja, das können wir uns auch vorstellen, aber das kommt natürlich auf die Art der Simulationsautomatisierung an. Mit der Verfügbarkeit für unsere Kunden wären wir in der Lage, ihnen zusätzlich zu unserer Ventil-Hardware einen Mehrwert in Form eines digitalen Services zu liefern. Der große Vorteil wäre, dass der Kunde dadurch die von ihm gewünschten Informationen direkt erhält, ohne sich an den GEMÜ-Außendienst zu wenden. Aber das ist bisher noch Zukunftsmusik.
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Das Thema KI war lange Zeit Zukunftsmusik, ist jetzt aber in der Gegenwart angekommen. Sind Sie in diesem Bereich auch aktiv?
Wir sehen KI als einen aktuellen Mega-Trend, den wir im gesamten Unternehmen aus den verschiedensten Blickwinkeln betrachten. Wir erkunden, welche Vorteile er für uns und unsere Kunden mit sich bringen könnte. Im Bereich der Simulation machen wir hier zunächst mal ein Proof of Concept der Technologie und schauen uns an, ob die Tools die Versprechungen, die gegeben wurden, letztendlich auch wirklich halten. Momentan sind wir in der Anbahnung eines Projektes, das dann auch zeitnah umgesetzt wird.
Wo genau sehen Sie denn die Vorteile des Einsatzes von KI im Bereich der Simulation von Ventilkörpern?
Der große Vorteil ist eben, dass wir nicht nur auf Simulationsdaten beschränkt sind, sondern auf jeden Fall auch experimentelle Daten mitverarbeiten können. Aus beiden Bereichen liegen schon vielfältige Informationen vor, die wir als Datenquellen anzapfen, um mit den entsprechenden Machine Learning Algorithmen unsere Wissensbasis zu vergrößern. Das erleichtert es uns, gezielter entsprechende Aussagen treffen zu können. Unsere Ventile und Antriebe werden immer komplexer. Da ist es wichtig, weiterhin die Zusammenhänge zu verstehen, und vor allem auch effizient zu verstehen, das heißt auch mit einem geringen Trainingsdatensatz zurechtzukommen.
CADFEM bietet ja auch entsprechende Lösungen an, bei denen schon mit einer geringen Anzahl an Simulationstrainingsdaten und leistungsfähigen Machine-Learning-Algorithmen aussagekräftige Ergebnisse lieferbar sind. Wir sind gespannt, wie das bei uns funktionieren wird und freuen uns schon auf die Ergebnisse.
Schauen Sie sich jetzt das vollständige Interview mit Marco Wissinger auf unserem YouTube-Kanal an!