Der Prototypenbau ist, auch in Zeiten des Rapid Prototyping mit modernen Verfahren, zumeist finanziell und zeitlich sehr aufwändig und damit ein auschlaggebender Einflussfaktor für die Entwicklungskosten von Produkten, Maschinen und Anlagen. Darüber hinaus ist die Nutzung von Prototypen für Messungen in vielen Industriebereichen gar nicht ohne weiteres möglich, da

• extreme physikalische Zustände - zum Beispiel extrem hohe oder niedrige Temperaturbereiche - Messungen unmöglich machen,
• die geometrischen Dimensionen oder die Komplexität eines Designs (zum Beispiel Kraftwerksarmaturen, Fabrikanlagen, Gebäude, Sondermaschinenbau) den Bau von Prototypen unmöglich bzw. unwirtschaftlich machen,
• sich Materialien eines Designs nicht durch transparente Ersatzstoffe ersetzen lassen und damit der Einblick in funktionsbestimmende Prozesse verwehrt bleibt,
• Umwelteinflüsse (z.B. Erdbeben, Wettereinflüsse) sich nicht ohne weiteres im Versuch nachstellen lassen.

Doch eigentlich haben Sie Ihren Protoypen ja bereits, nämlich als virtuellen Prototypen in Ihrem CAD-Programm. Durch die direkte Anbindung an alle gängigen CAD-Programme ist Ihr virtueller Prototyp meist nur wenige Mausklicks von einem Simulationsmodell entfernt, so dass Sie mit dem virtuellen Prototypen die Funktionalität und die Schwachstellen bereits untersuchen können, bevor ein realer Prototyp vorliegt. Mit Hilfe von simulationsbasierter Entwicklung lassen sich also Zeit und finanzieller Aufwand einsparen. Darüber hinaus verfügen Sie mit Hilfe der numerischen Simulation über eine einzigartige Analysevielfalt für Ihre Testreihen, da Sie bereits am Rechner Material-, Betriebs- und Geometrieparameter beliebig variieren können.

Produktverbesserungen resultieren häufig aus der Erfahrung des Entwicklers und dem Prinzip "Versuch und Irrtum". Versucht werden in der Regel aber nur Varianten, die der Entwickler für hinreichend aussichtsreich hält, da Kosten für jeden Prototyp und für jede Messung anfallen.

Die numerische Simulation liefert räumlich und zeitlich hochaufgelöste Detailinformationen und erlaubt durch Prozessvisualisierung ein eingehendes Prozessverständnis. Auf diesem Wissen aufbauend können mögliche Designänderungen zielgerichtet erfolgen und ein Optimum an z.B. Funktionalität, Materialeinsparung, Unabhängigkeit von Herstellungstoleranzen usw. erreicht werden. Alle Varianten, die offensichtlich nicht zum gewünschten Ziel führen können, brauchen so gar nicht erst mit Prototypen getestet werden.

Darüber hinaus kann der Computer virtuelle Protypen, einmal für die Simulation aufbereitet, eigenständig variieren und durchprobieren, je nach Simulationsaufwand wenige bis zu tausende Varianten über Nacht. Der Entwickler legt noch fest, welche Parameter in welchen Grenzen variiert werden sollen, den Rest übernimmt der Computer. Am nächsten Tag können Sie sich dann alle gerechneten Varianten eingehend betrachten, oder Sie geben ein Optimierungsziel an und erhalten automatisch das beste Design!

Alle bisher genannten Punkte führen bereits zu Kostenreduktionen und kürzeren Entwicklungszeiten, da mit Hilfe simulationsbasierter Entwicklung zielgerichtet nur noch erfolgversprechende Varianten untersucht werden sowie mittels virtuellem Prototyping lästige Wartezeiten für Prototypenbau und Versuch entfallen. Aber in der modernen, simulationsbasierten Produktentwicklung kommt ein wichtiger Punkt hinzu:

Durch die benutzerfreundlichen Oberflächen unserer Softwarelösungen und die nahezu vollständige Automatisierbarkeit von vielen Arbeitsschritten zu festen Prozessketten kann nahezu jeder Ihrer Entwicklungsingenieure alles an einem Modell simulieren. Damit ist nicht gemeint, dass Sie Ihr Entwicklerteam reduzieren sollten, sondern folgendes: Wenn Ihr jeweiliger Experte die Simulation oder seinen Teilbereich der Simulation aufgesetzt und ausgewertet hat, dann könnte z.B. der Konstrukteur an den CAD-Daten etwas ändern und dann die vom Experten vordefinierte Simulation selbst durchführen lassen und auch selbst bewerten, was vorher nur dem jeweiligen Experten oblag. Der Konstrukteur erkennt so zum Beispiel sofort die Auswirkungen seiner Designänderung auf das strömungstechnische Verhalten eines Produktes.

Dieser abteilungsübergreifende, interdisziplinäre Ansatz beschleunigt eine Produktentwicklung enorm, da Kommunikationsaufwand für die interne Abstimmung entfällt. Darüber hinaus fördert diese Vorgehensweise den Know-How-Transfer zwischen verschiedenen Experten und Abteilungen.

Die Methode der simulationsbasierten Produktentwicklung wird immer weiter entwickelt:

• Systemsimulation statt Komponentensimulation: Bisher werden häufig nur einzelne Bauteile oder Komponenten simuliert, doch sind diese immer Teil eines Systems. Zukünftig wird dieses gesamte System in seinem Verhalten simuliert, und die einzelnen Bauteile können hierin mit unterschiedlichstem Detallierungsgrad berücksichtigt werden.
   
• Multiphysik statt einzelner Effekte: Ein Motor kann z.B. elektromagnetisch, strukturmechanisch oder strömungsmechanisch untersucht werden. Diese physikalischen Bereiche werden heute meist getrennt von unterschiedlichen Entwicklern untersucht, obwohl die Bereiche stark miteinander wechselwirken. Zukünftig werden alle Simulationen zusammengefasst und gekoppelt und jeder Nutzer kann alle Simulationen auf neue Designvarianten ausführen lassen.
   
• Automatisierte Optimierung statt manueller Variation: Moderne Computer können immer mehr Varianten in immer kürzerer Zeit rechnen, und moderne Algorithmen können mit immer weniger Varianten zu optimalen Designs kommen, so dass die automatisierte Produktoptimierung zukünftig eine immer größere Rolle spielen wird.
   
• Robustes Design statt einfacher Optimierung: Ein Produkt mag für den Betriebspunkt optimal entwickelt worden sein, doch was passiert, wenn die Fertigungstoleranzen größer sind als erwartet oder die Betriebspunkte leicht variieren? Ist das Design dann immer noch gut? Beim robusten Designprozess werden solche Toleranzen berücksichtigt, damit Ihr Produkt auch hält was Sie versprechen.