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Liebherr: Ansys als Baustein der Vision 4.0

Simulation ohne Grenzen

An vielen Liebherr-Standorten sind Simulationen mit Ansys selbstverständlich. Tendenz steigend - denn mit der Vision 4.0 schlüpft Ansys neben Microsoft und PTC in eine strategische Rolle bei der Liebherr-Firmengruppe. Wolfgang Mansk, Head of PLM-Services, und seine Mitarbeiterin Dr. Ling Li skizzieren diese Vision, ihre Umsetzung und die Rolle von CADFEM.

Digitalisierung, Globalisierung, Big Data

Die Vision 4.0 hat es in sich. Sie steht für die Zukunft des Product Lifecycle Managements (PLM) der Liebherr-Firmengruppe und integriert aktuelle Herausforderungen der Industrie: Digitale Transformation, globaler Wettbewerb, Big Data und – ohnehin Teil der Liebherr-DNA – maximale Kundenorientierung. Und alles vor dem Hintergrund eines international agierenden, diversifizierten Familienunternehmens, das mit seiner mittelständisch geprägten Standortlandschaft unterschiedlichste Märkte und Kunden bedient.

Aber der Reihe nach.
Hans Liebherr hat sein Unternehmen 1949 in Kirchdorf an der Iller gegründet, das erste Produkt ist der von ihm persönlich erfundene mobile Turmdrehkran. Zügig sind weitere Sparten und Standorte im In- und Ausland hinzugekommen.

Das Erfolgsrezept ist überall dasselbe:

  • Qualität
  • Innovation
  • Kundennähe

Die Standorte liegen nicht zufällig unweit ihrer Märkte. Und die große Autonomie der Segmente ist eine bewusste Entscheidung, denn sie hilft, dass alle Kunden einzigartige Produkte und Serviceleistungen erhalten.

140
Gesellschaften
auf allen Kontinenten bilden zusammen die Liebherr-Gruppe (2020).
47.925
Menschen
sind bei der Liebherr-Gruppe beschäftigt (2020).
10,341
Milliarden Euro
hat die Liebherr-Gruppe im Jahr 2020 umgesetzt.

Liebherr, Ansys, CADFEM: Gemeinsam erfolgreich

Viele Standorte nutzen dafür in der Entwicklung Simulationstechnologien. Mancherorts, zum Beispiel in Ehingen oder bei Liebherr-Aerospace im Allgäu, ist Ansys unter fachlicher Begleitung von CADFEM schon seit über 30 Jahren gesetzt.

Wie kam es dazu? Einfache Antwort: Versuche mit Prototypen riesiger Krane oder komplexer Systeme sind praktisch unmöglich – akkurate numerische Simulationen zur Absicherung von Stabilität, Traglast und Funktion verlässliche Alternativen. Zudem erlauben sie Einblicke in kleinste Details der Konstruktion und sind so oft der Schlüssel für das was Liebherr-Produkte in der Wahrnehmung der Kunden besonders macht.

An manchen Liebherr-Standorten wird Ansys unter fachlicher Begleitung von CADFEM schon seit über 35 Jahren eingesetzt.

PLM: Synergien nutzen, Bedarfe erfüllen

Wolfgang Mansk kennt sich mit Simulationen aus, denn er hat sie als Ingenieur bei Liebherr selbst jahrelang eingesetzt. Auch mit anderen IT-Systemen für die Produktentwicklung – beispielsweise CAD, Datenbanken oder ERP – ist er bestens vertraut. Heute leitet er den zentralen Bereich PLM-Services und ist mit seinem Team unter anderem zuständig, Rahmenverträge mit strategischen Partnern zu verhandeln.

Eine große Aufgabe: Einerseits müssen sie den unterschiedlichen Bedarfen der selbständig agierenden Standorte auf der ganzen Welt Rechnung tragen. Andererseits müssen Liebherr-weit Synergien identifiziert, Standards geschaffen und die Partnerlösungen optimal in die Gesamtstrategie eingebettet werden. Was uns wieder zur Vision 4.0 bringt.

Was genau ist die Vision 4.0?

PLM bedeutet, sämtliche Informationen rund um ein Produkt im Laufe von dessen Lebenszyklus dynamisch zu erfassen, zu integrieren und auszuwerten. Methoden, Prozesse und Werkzeuge müssen bereitgestellt werden, damit aus einem genauen datenbasierten Verständnis von Kundenbedürfnissen Produkte und Dienstleistungen entstehen, die zu einer maximalen Kundenzufriedenheit führen.

Hier setzt die Vision 4.0 bei Liebherr an, die den Digitalen Zwilling ins Zentrum des PLM stellt. „Unser Ziel ist es, die Standardisierung der Entwicklungswerkzeuge voranzutreiben, damit wir auf der Nutzungsebene einen äußerst realistischen Digitalen Zwilling zur Steigerung der Wertschöpfung erreichen“, fasst Wolfgang Mansk zusammen. 

Simulationsdaten sind für die Umsetzung im Gesamtkontext ein kleiner, aber wichtiger Baustein. Vor allem wenn man bedenkt, wie und wohin sich die Simulationstechnologie gerade rasant entwickelt. Die Möglichkeiten der klassischen Anwendungsgebiete wie Mechanik und Strömung wachsen kontinuierlich. Hinzu kommen viele neue Themen – System- und Prozesssimulation, Model-based Systems Engineering, Simulation von Licht oder Werkstoffverhalten im Nanobereich – und damit lauter Informationen, die beitragen, den Digitalen Zwilling weiter anzureichern.

Je mehr und je intensiver simuliert wird, desto präziser entspricht das Datenmodell dem realen Produkt (und wird mehr und mehr zu dessen „eineiigem Zwilling“). Ein immenser Vorteil im Hinblick auf Innovation und Agilität – gut für Liebherr, ideal für Liebherr-Kunden.

Die strategischen Partner: Microsoft, PTC, Ansys

Die lange und erfolgreiche gemeinsame Historie mit Ansys, vor allem aber die Überzeugung, dass Ansys wie kein anderer Anbieter das Thema Simulation durchdringt, d.h. immer neue Anwendungsgebiete aufgreift und integriert, haben dazu geführt, dass Ansys für Liebherr zum strategischen Partner geworden ist. Als einer von Dreien: Die anderen sind Microsoft und PTC. Wolfgang Mansk erklärt: „Eine solche Partnerschaft ist auf Dauer angelegt. Der Anfangsinvest, nicht nur für die Software und die Ausbildung der Experten, ist schließlich mit erheblichen Kosten verbunden.“

Dr. Ling Li hat den besten Überblick über die Simulation bei Liebherr. Zu ihren Kernaufgaben im PLM-Team gehört es sicherzustellen, dass die eingesetzten Lösungen und Methoden kontinuierlich optimiert und erweitert werden.

„Wir unterstützen unsere Ingenieure und Ingenieurinnen rund um den Globus unter anderem bei Software-Evaluierungen und beim Know-how-Transfer und arbeiten sehr eng mit unserem Ansys-Partner CADFEM zusammen“, fasst Ling Li kurz zusammen. „Dabei habe ich CADFEM als sehr kundenzentriertes und lösungsorientiertes Unternehmen kennengelernt. Besonders gefällt mir der partnerschaftliche Umgang miteinander“.

Dr. Li Ling<br />Liebherr
Dr. Li Ling
Liebherr

Bei der Zusammenarbeit mit CADFEM gefällt mir besonders der partnerschaftliche Umgang miteinander.

Keine Software-Engpässe dank zentralem Lizenzpool

Das Bekenntnis zur Simulation und zu Ansys spiegelt sich in einem mehrjährigen Rahmenvertrag mit Ansys und CADFEM wider. Ein solcher Meilenstein ist bei einer diversifizierten Firmengruppe wie Liebherr nur mit einer zentralen koordinierenden Stelle möglich. Wolfgang Mansk ist mit dem Ergebnis sehr zufrieden: „Die Zentralisierung der  Ansys Lizenzen ist in ihrer Wirkung nicht hoch genug einzuschätzen“.

Software-Engpässe gehören der Vergangenheit an. Die großen, simulationserfahrenen Standorte können ihre Anwendungen unkompliziert intensivieren, eventuelle Hürden für neue Einsatzgebiete, z.B.  ausgereizte Software-Budgets, sind gefallen. Bei den jungen und stark wachsenden Standorten im In- und Ausland lag und liegt der Fokus auf dem Ausbau der Fertigungskapazitäten, damit Kunden schnellstmöglich produktiv werden können. Daher waren die finanziellen Möglichkeiten für Entwicklungswerkzeuge an diesen Standorten begrenzt. Der zentrale Lizenzpool eröffnet ihnen neue Spielräume, die auch genutzt werden, wie Wolfgang Mansk bestätigt: „Wir nehmen wahr, dass an allen Standorten Expertise aufgebaut wird und auch neue Simulations-Themen ausprobiert werden.“

Wir nehmen wahr, dass an allen Standorten Expertise aufgebaut wird und auch neue Simulations-Themen ausprobiert werden.

Wolfgang Mansk, Leiter PLM Innovation Services, Liebherr

Unkomplizierte Weiterbildung dank CADFEM Seminar-Flatrate

Hier zeigt die andere Rahmenvereinbarung Wirkung: die Liebherr-weit gültige Seminar-Flatrate beim Ansys-Spezialisten CADFEM. Sie wird rege genutzt – von Einsteigern in die Simulation genauso wie von erfahrenen Anwendern, die sich neue Einsatzbereiche erschließen. „Wir haben hoch motivierte Ingenieure, die sich weiterbilden wollen“, betont Wolfgang Mansk. „Mit der Ausweitung des Simulationseinsatzes wird sich auch die Expertise der Ingenieure immer weiter ausdifferenzieren und dafür ist die entsprechende Weiterbildung erforderlich. Mit der Seminar-Flatrate erhalten alle Interessierten einen sehr einfachen und dauerhaften Zugang zu neuem Wissen.“

Ling Li ergänzt: „Eine solche Seminar-Flatrate ist nur in Verbindung mit einer guten Partnerschaft realisierbar, so wie wir sie mit CADFEM haben. Da die CADFEM Dozenten als ausgewiesene und akzeptierte Experten teilweise seit Jahrzehnten bekannt sind, erhalten wir auch bezogen auf die Qualität der Schulungen nur sehr gute Beurteilungen.“ Die Flatrate schließt auch das wachsende Angebot an mehrsprachigen eLearning-Formaten mit ein. Bei den Liebherr-Ingenieuren kommt diese zeitgemäße flexible Form der Weiterbildung gut an, denn sie selbst bestimmen über Ort, Zeitpunkt und Tempo des Lernens. 

Dr. Li Ling
Liebherr

Eine solche Seminar-Flatrate ist nur in Verbindung mit einer guten Partnerschaft realisierbar, so wie wir sie mit CADFEM haben.

Simulation mit Ansys bei Liebherr heute und morgen

Unterschiedliche Anwendungen der Strukturmechanik gehören seit Jahrzehnten zum Repertoire der Liebherr-Ingenieure. Das ist naheliegend bei Produkten wie Kranen und anderen Baumaschinen. Schon immer wurden dabei Daten gesammelt und systematisch wiederverwertet – etwa in hauseigenen Ansys-Applikationen, die mit Erfahrungswerten gespeist schon früh automatisiert die Vorauslegung beschleunigt haben. Auch für die detaillierte Gestaltung, die Überprüfung sicherheitskritischer Bereiche und die Schadensanalyse gehören strukturmechanische Simulationen mit Ansys Mechanical zum Alltag der Berechnungsingenieure.

Aber welches sind die Anwendungsfelder, die neu aufgegriffen wurden und werden?

Strömungsanalysen

Strömungsanalysen haben in den letzten beiden Jahren stark zugenommen. Ergebnisse der CFD (Computational Fluid Dynamics) waren auch schon davor wichtig, die Analysen wurden aber meist an externe Dienstleister vergeben. Mit der neuen Vereinbarung sind Softwarelizenzen und Know-how jetzt inhouse verfügbar. Das macht unabhängig und flexibel. Zudem wurde das Einsatzspektrum massiv verbreitert: Hydraulik, Fließverhalten und Aerodynamik, aber auch die Klimatisierung in Fahrerkabinen werden jetzt mit Ansys Fluent analysiert und verbessert. Und die digitalen Zwillinge der Produkte mit neuen, selbst generierten Daten gefüttert.

Sogar die Klimatisierung in Fahrerkabinen wird per Strömungssimulation vorab analysiert und für unterschiedliche Witterungsszenarien optimiert. Die Maschinenführer freuen sich.

kinematischer und verfahrenstechnischer Simulationen

Denkt man an Vorgänge wie Erdbewegungen oder Mischtechnik, fällt es nicht schwer, das enorme Potenzial kinematischer und verfahrenstechnischer Simulationen bei Liebherr zu erkennen. Präzise Analysen statt Bauchgefühl. Bei der Evaluierung der entsprechenden Simulationswerkzeuge, Ansys Motion (Mehrkörper-Simulation) und Rocky DEM (Partikel-Simulation) wird wieder der große Vorteil einer koordinierenden Stelle deutlich:

Das Interesse mehrerer Standorte nahm Ling Li zum Anlass, gemeinsam mit den Spezialisten von CADFEM entsprechende Schulungen und einen Technologietag zu organisieren. „So stehen wir von Anfang an mit unseren Anwendern im Austausch und erfahren, wie die Lösung in unserem Sinne weiterentwickelt werden sollte, um zukünftig noch mehr Nutzen daraus zu ziehen“, erklärt sie.

Live-Simulation

Live-Simulation mit Ansys Discovery und mit Creo Simulation Live (CSL), der integrierten Ansys-Lösung von PTC, hat eine Sonderstellung: Hier geht es nicht um eine weitere physikalische Disziplin, sondern um die Nutzung der Simulation durch einen ganz neuen Anwenderkreis: dem der Konstrukteure.

Dabei waren die Liebherr-Entwickler im elsässischen Colmar die Vorreiter. „Wir haben mit CADFEM und den Kollegen aus dem Elsass Workshops zur Live-Simulation an anderen Standorten organisiert“, berichtet Dr. Ling Li. „So konnten wir zeigen, wie Entwicklungsprozesse anhand von verkürzten Simulations- und Änderungsschleifen optimiert werden und wie Live-Simulation in frühen Phasen der Entwicklung beim Konzept und Entwurf wertvolle Dienste leistet.“  

Live-Simulation in frühen Phasen der Entwicklung beim Konzept und Entwurf leistet wertvolle Dienste.

Dr. Ling Li, PLM Innovation Services, Liebherr
Embedded Software

Ein völlig anderer Einsatzbereich sind die Safety- oder Mission-Critical Softwareapplikationen, so genannte Embedded Software. Sie unterliegen strengen Zertifizierungs- und Zulassungsbestimmungen. Systematische Fehler müssen nachweislich ausgeschlossen werden, was den Aufwand für Prozess, Entwicklung und Verifikation erheblich erhöht, aber mit der Software Ansys SCADE erleichtert wird. Bei Liebherr erstellen standortübergreifend mehr als 100 Anwender mit Ansys SCADE entsprechende Embedded Software. Auch hier haben alle Beteiligten von Workshops und einem technischen Erfahrungsaustausch profitiert.

 

Dies sind nur vier Beispiele. Andere Initiativen betreffen weitere Themen, etwa die Simulation beim 3D Druck, aber auch Elektronik-, Akustik- oder Lichtsimulationen. Alle basieren auf Lösungen von Ansys, was ihre Kopplung und Zusammenführung in einem harmonisierten Datenmodell erleichtert.

Liebherr IT Services GmbH
www.liebherr.com

Autor: Thomas Löffler, Alexander Kunz
Bilder: © Liebherr
Veröffentlicht: Juni 2022

Kontakt CADFEM

Enterprise Account Manager