gesponsertCAE-Softwaretools Effizienz im Engineering freisetzen

Im CAE-Bereich bleibt das Thema Interoperabilität eine Hürde für viele Design- und Konstruktionsabläufe. Andres Rodriguez-Villa, Direktor für CAE bei Tech Soft 3D zeichnet den Weg zum „Heiligen Gral“ nahtlosen Datenaustauschs.

In der heutigen schnelllebigen Engineering-Landschaft spielt das computergestützte Engineering (CAE) eine zentrale Rolle bei Konstruktion, Simulation und Analyse von immer komplexeren Systemen.

 Unternehmen verwenden eine Vielzahl von CAE-Softwaretools, um technische Probleme zu lösen. Dabei sind verlustfreie Kommunikation und nahtloser Datenaustausch zwischen diesen Tools von entscheidender Bedeutung. 

Das liegt daran, dass jede fehlgeschlagene Dateiübertragung, jede Netz- und/oder Geometriediskrepanz oder jede Lücke in den Implementierungsdetails der zugrundeliegenden physikalischen Modellierung komplexe Hindernisse für den Entwicklungsprozess darstellen. 

Seit den 1980er Jahren hat sich das Angebot an CAE-Software vervielfacht. Dadurch steht heute eine Vielzahl spezialisierter Tools für unterschiedliche technische Bereiche wie etwa Strukturanalyse, numerische Strömungsmechanik, Elektromagnetik und Materialumformung zur Verfügung. 

Innovation schuf so ein einfaches, aber kostspieliges Problem mit inkompatiblen Datenformaten und -strukturen.

Einschränkungen bei der Datenübertragung

Angesichts der Vielfalt der Datenformate und der technischen Zwänge, die sich aus den Unterschieden der zugrundeliegenden mathematischen Kerne ergeben, ist es nicht verwunderlich, dass das Verschieben von Daten zwischen Solvern mehr als nur eine Unannehmlichkeit darstellt. Viele Situationen erfordern besondere Sorgfalt und Datenbearbeitung. 

In einigen Fällen können sogar einfache Unterschiede der Merkmale Probleme verursachen. Wenn ein Solver ein bestimmtes Materialmodell nicht unterstützt oder eine Randbedingung auf spezielle Weise festlegt, so muss dies eigens geregelt werden. 

Verschiedene CAE- und CAD-Anwendungen verwenden trotz der damit verbundenen Einschränkungen proprietäre Dateiformate. 

Dies macht den nahtlosen Datenaustausch zwischen Paketen zu einem mühsamen und fehleranfälligen Prozess. Dennoch machen die Unternehmen so weiter, ohne sich jemals um echte Interoperabilität zu bemühen.

Geometrische Modelle führen dabei am häufigsten zu Unterschieden zwischen den verschiedenen Solvern. Oft weichen die numerischen Schemata voneinander ab, was zu Diskrepanzen bei der zugrundeliegenden Diskretisierung der Geometrie und der physikalischen Gleichungen führen kann. Wenn diese grundlegenden Unterschiede bestehen, wird ein Datentransfer unterschiedliche Netze und/oder unterschiedliche Ergebnisabbildungen und -ordnungen umfassen.

Das Streben nach CAE-Interoperabilität

Der "Heilige Gral" der Interoperabilität besteht einfach darin, Daten in einem einzigen, allumfassenden Standardformat lesen und schreiben zu können. Eine Alternative ist die Entwicklung und Pflege von leistungsfähigen Konvertern für die zuverlässige, sich ständig weiterentwickelnden Formate. 

Im Laufe der Jahre haben mehrere Initiativen einen wichtigen Beitrag zur CAE-Interoperabilität geleistet. Heute gibt es mehr als nur ein paar Formate, die sich bemühen, "universell" oder zumindest neutral zu sein. 

Die meisten dieser Formate wurden von einzelnen Anbietern entwickelt und gefördert. Das universelle Format (.unv) von SDRC/Siemens, die neutralen Formate von FEMAP und PATRAN sowie das neutrale FEM-Format (.fnf) von PTC Creo passen erfüllen alle diese Anforderung. Wenn wir die Kriterien auf den CAD- und CAE-Austausch ausweiten, tauchen weitere Formate auf, wie IGES, STEP, MPGS, VRML, JT (später JT Open), U3D (später 3D PDF) und andere. 

Trotz bester Absichten haben die einzelnen Bemühungen nur dazu geführt, dass die Landschaft noch unübersichtlicher wurde und die Liste proprietärer Formate sich weiter verlängert.

Wir sind weit entfernt von jenem perfekten Zustand, in dem CAE-Daten nahtlos von einem Solver zum anderen fließen. Daraus ergibt sich die Frage, ob und wie so etwas überhaupt möglich wäre.

Die offensichtliche Lösung wäre ein kollektiver Ansatz. Die jüngste dieser gemeinsamen Bemühungen ist das VMAP-Konsortium unter der Leitung der deutschen Fraunhofer-Gesellschaft für angewandte Forschung. Zwar umgeht diese Idee die Probleme, die durch individuelle Bemühungen entstehen, schuf jedoch nur ein weiteres Dateiformat auf einer ohnehin schon sehr langen Liste. 

Wir sind weit entfernt von jenem perfekten Zustand, in dem CAE-Daten nahtlos von einem Solver zum anderen fließen. Daraus ergibt sich die Frage, ob und wie so etwas überhaupt möglich wäre. Schließlich würde jeder Anbieter gerne den Standard vorgeben. Gleichzeitig ist niemand bereit, seinen eigenen aufzugeben.

Zudem können wir uns nicht von alten Dateien und Formaten befreien. Auf den Servern jeder Organisation befinden sich riesige Datenmengen, die als Referenz und für künftige Anwendungen wie das maschinelle Lernen benötigt werden. Dieses Durcheinander widersprüchlicher Interessen bedeutet eine recht düstere Aussicht für unseren Traum von Interoperabilität. 

Die Entwicklung von Interoperabilitätswerkzeugen - Konvertern, SDKs - als Überbrückung bis zur Verwirklichung besagten Traums ist eine mühsame, zeitraubende Aufgabe. Sie endet nie, da die Formate ständig weiterentwickelt und aktualisiert werden.

Hilfe bei der Datenverarbeitung

Angesichts der geschilderten düsteren Aussichten und der Tatsache, dass der Heilige Gral unerreichbar scheint, stellt sich die Frage: Wie gehen die Entwickler von CAE-Software heute mit dem Problem um, und was ist ihr Plan für morgen? 

Der erste Schritt ist einfach: das Problem eingrenzen. Dies geschieht durch eine Beschränkung der Format, die eine Anwendung zu einem bestimmten Zeitpunkt importieren und exportieren muss.

 Von hier aus wird die Implementierung von Viewern im Allgemeinen intern vorgenommen. Bei offenen Formaten - also solchen, für die bereits Spezifikationen veröffentlicht wurden - ist dies machbar. Bei proprietären Formaten werden die Dinge jedoch komplizierter. 

Der nächste Schritt zur Lösung ist die intelligente Nutzung von Drittanbieter-Apps, die Ihnen das bieten, was Sie brauchen. 

Wenn Sie viel Zeit und Geld in die Peripherie Ihrer CAE-Anwendung investieren, ist das nicht die beste Nutzung Ihrer Ressourcen. Die Integration einer speziell vorgesehenen Komponente eines Drittanbieters kann Ihnen die Bandbreite an Import-/Exportoptionen bieten, die Sie benötigen, ohne dass Sie zu viel Aufwand betreiben müssen. 

Diese Tools sind sicherlich einen Blick wert, wenn Sie Entwicklungsressourcen einsparen wollen. So reduzieren sich Entwicklungszeiten, Schulungsanforderungen und Debugging-Aufwand. Das Resultat sind schnellere Markteinführungszeiten und umfassendere Produkte. 

Schließlich handelt es sich um computergestütztes - und nicht computerbeschränktes - Engineering.

Über den Autor

Andres Rodriguez-Villa kam 2020 nach der Übernahme von Ceetron zu Tech Soft 3D, einem der weltweit führenden Anbieter von SDKs für Engineering-Software.
Mit über 20 Jahren Erfahrung im CAE-Bereich zeichnet er nun für die CAE-Produktpalette des Unternehmens verantwortlich.