In dieser Folge spricht Dr. Phillip Oberdorfer von Comsol über Multiphysik-Simulation, also die gleichzeitige Simulation mehrerer physikalischer Effekte. So lassen sich in der Produktentwicklung optimierte Lösungen finden, physische Prototypen reduzieren, die Time-to-Market verkürzen und Entwicklungskosten senken. Im Gespräch erklärt Phillip, wie das funktioniert, welche Anwendungen es gibt und wie Simulations-Apps und neuronale Netze Simulation in die Breite bringen.
Das wichtigste aus der Folge
In der Realität wirken physikalische Effekte nie isoliert: Erwärmt sich eine Strömung, ändern sich Dichte und Viskosität. Multiphysik-Simulation bildet solche Wechselwirkungen ab, etwa zwischen Strömung, Wärme, Struktur, Akustik und Elektromagnetik. Damit entsteht ein genaueres Abbild der Realität, als es Einzelphysik-Simulationen liefern.
Strategische Kernthemen & Engineering Hebel
- Keine Blackbox: Nutzer:innen können vorgefertigte Physik nutzen oder die zugrunde liegenden partiellen Differentialgleichungen öffnen und anpassen. Das ist besonders für Forschung und neue Fragestellungen wichtig.
- Anwendungen quer durch die Industrie: Lautsprecher, Lasersysteme, Elektromotoren, die Fahrzeug-Innenraumakustik bei Harman und sogar das Tickgeräusch von Luxusuhren. Stark gefragt ist die Batterieentwicklung, etwa ein Twin-Batterie-Konzept von IAV mit zwei thermisch gekoppelten Zellchemien.
- Mehr sehen als im Versuch: Simulation macht Ladungsverteilungen, Temperaturfelder, Reaktionsraten, Feldstärken und Schalldruckpegel im Inneren eines Produkts sichtbar. Optimierungsalgorithmen finden darauf aufbauend die bestmögliche Konfiguration.
- Qualität der Eingaben entscheidet: Benötigt werden eine aufbereitete CAD-Geometrie, Materialdaten als temperaturabhängige Funktionen, passende Rand- und Gebietsbedingungen, ein geeignetes Netz und der richtige Löser. Die meisten Modelle rechnen auf normalen Workstations in etwa einer halben Stunde, die Spanne reicht von 10 Sekunden bis 10 Tage.
- Skalieren mit Cloud, GPU und Model Manager: Parameterstudien mit z. B. 70.000 Rechnungen laufen parallel in der Cloud. GPU-Unterstützung ist neu, die meisten Simulationen laufen weiter auf CPUs. Der Model Manager verwaltet Simulationsmodelle wie eine Datenbank und speichert Daten ohne Redundanz.
- KI und Simulations-Apps: Ein integrierter Chatbot mit Zugriff auf die Dokumentation hilft beim Modellaufbau. Neuronale Netze, trainiert auf Simulationsergebnissen, liefern Ergebnisse sofort und eignen sich für digitale Zwillinge. Mit dem Application Builder entstehen in 5 bis 10 Minuten Apps, die auch Kolleg:innen ohne Simulationserfahrung nutzen können.
Fazit
Multiphysik-Simulation beschleunigt die Entwicklung, spart Prototypen und vertieft das Produktverständnis, ersetzt aber weder Erfahrung noch Experiment. Modelle sind nur so gut wie ihre Annahmen und Eingaben. Den größten Hebel haben Unternehmen, die Simulations-Apps von Anfang an mitdenken und so wenige Expert:innen für viele Abteilungen wirksam machen.
Häufige Fragen
Was ist Multiphysik-Simulation? Die gleichzeitige Simulation mehrerer physikalischer Effekte, die sich gegenseitig beeinflussen, zum Beispiel Strömung und Wärme oder Struktur und Fluid. Sie bildet die Realität genauer ab als die Simulation einzelner Effekte.
Wie genau sind Simulationsergebnisse im Vergleich zur Realität? Mit validen Materialdaten und richtigen Annahmen werden sehr hohe Genauigkeiten erreicht. Wie genau es sein muss, hängt von der Frage ab: Beim Luftwiderstand eines Fahrzeugs können 3 bis 4 % Abweichung völlig ausreichen.
Welche Hardware braucht man für Multiphysik-Simulation? Die meisten Modelle laufen auf normalen Workstations. Sehr komplexe, stark gekoppelte Modelle brauchen einen Cluster, große Parameterstudien laufen parallel in der Cloud.
Kann Simulation physische Prototypen ersetzen? Sie kann deren Zahl deutlich reduzieren, weil schon der erste Prototyp sehr gut sein kann. Ersetzen kann sie Prototypen, Experimente und Erfahrung aber nicht.
Was ist eine Simulations-App? Eine Oberfläche über einem fertigen Simulationsmodell, in der nur festgelegte Parameter geändert werden. So können auch Kolleg:innen ohne Simulationserfahrung rechnen. Mit dem Application Builder ist eine einfache App in 5 bis 10 Minuten erstellt und läuft als eigenständige Datei unter Windows, Linux und macOS.
Shownotes
Kontakt Phillip: https://www.linkedin.com/in/phillip-oberdorfer-49105893/
Comsol: https://www.comsol.com/
Eine Folge des Product Engineering Podcast: www.productengineeringpodcast.de
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