Siemens PLM Software LMS Imagine.Lab™ Komplexität der Entwicklung sicher beherrschen siemens.com/plm/lms LMS Imagine.Lab Komplexität der Entwicklung sicher beherrschen In den meisten Industrieprodukten kommen aufgrund des zunehmenden Drucks, ein ständig steigendes Leistungsniveau erreichen zu müssen, integrierte Steuerungen zum Einsatz. Sie berücksichtigen das multiphysikalische, dynamische Verhalten und ergeben zusammen mit den Industrieprodukten ein mechatronisches System mit deutlich höherem Komplexitätsgrad. Somit wird der Einsatz von Systemsimulationssoftware zu einem Muss. Der zwangsläufige Zusammenhang zwischen den Entwicklungszyklen für Mechanik und Steuerung führt zu einer tiefgreifenden Umformung der Prozesse und schließlich zu der neuen Herausforderung, die Wissensgebiete in der Entwicklung zu vernetzen. Wie können Ingenieure eine Balance der einzelnen Leistungsmerkmale der Produkte herstellen? Und wie können Ingenieure eine optimierte Designarchitektur entwickeln, lange bevor teure und zeitaufwändige Prototypentests durchgeführt werden, und wie lassen sich Modelle mit anderen Entwicklungsbereichen teilen? Um diese Fragestellungen zu beantworten, wurde die Simulationsplattform LMS Imagine.Lab™ für mechatronische Systeme entwickelt. Zur Erfüllung der Anforderungen an die modellbasierte Systementwicklung können Ingenieure Modelle ihrer individuellen Produkte mit LMS Imagine. Lab erstellen. LMS Imagine.Lab wurde mit dem Ziel entwickelt, in einer benutzerfreundlichen Umgebung die Komplexität klar und einfach darzustellen. Als Ergebnis lassen sich die Zykluszeiten und die Entwicklungskosten deutlich verringern. Es entstehen Produkte, die die Kunden emotional ansprechen. 2 Das richtige Produkt entwickeln • Analysieren Sie viele Designoptionen in kürzester Zeit. • Erzielen Sie die Balance zwischen den einzelnen Leistungsmerkmalen entsprechend den markencharakteristischen Eigenschaften • Erreichen Sie das optimale Design und reduzieren Sie physische Prototypentests auf das absolut erforderliche Maß Beschleunigen Sie den Entwicklungsprozess • Optimieren Sie komplexe mechatronische Systeme von Anfang an • Vermeiden Sie umfangreiche Softwareprogrammierung und Wartung in Ihrem Hause • Verringern Sie den Zeitaufwand für physische Tests erheblich Anwendungen für PKW und Nutzfahrzeuge • Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs • Reduzierung der Schadstoffemissionen • Fahrzeugenergiemanagement • Komfort im Fahrgastraum • Sicherheit • Fahrverhalten • Fahrkomfort und Handling • • • • [1] Fahrzeug • Konventionelle Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge • Abgasanlage • Thermodynamische Systeme im Motorraum • Fahrgastkomfort und Klimatisierung • Elektrisches Netzwerk • Fahrzeugdynamik [2] Antriebsstrang • Zwei Massen Schwungrad • Drehmomentführung • Drehschwingungsanalyse [3] Verbrennungsmotor • Motorsteuerungen • Ladungswechsel • Verbrennung • Motorkühlung, Schmierung • Kraftstoffeinspritzung und variabler Ventiltrieb [4] Fahrzeug-Systemdynamik • Bremsen • Lenkung • Fahrwerk und Stabilisierung [5] Getriebe • Manuell • Automatisch • Stufenlos • Doppelkupplung • Hybridarchitekturen Antriebsstrangdynamik Fahrzeugleistung Integration von Steuerungen Integration von Subsystemen 3 Die innovative Simulationsplattform für die mechatronische Systementwicklung Dank den neuesten Weiterentwicklungen in LMS Imagine.Lab sind die LMS™ Lösungen die erste Wahl für die modellbasierte Systementwicklung. Mit seiner Ausrichtung auf die mechatronische Simulation bietet die Plattform LMS Imagine. Lab einen offenen Entwicklungsansatz, um die Kundenforderungen und die Produktfunktionen anhand physikalischer Modelle zu validieren. Die Plattform besteht aus drei Modulen: der Software LMS Imagine.Lab Amesim™, LMS Imagine.Lab Sysdm™ und LMS Imagine.Lab System Synthesis™ LMS Imagine.Lab Amesim Die Softwareumgebung für die mechatronische Systemmodellierung, Simulation und Analyse multidisziplinärer Modelle. • Sie erstellen multidisziplinäre Modelle, indem Sie einfach vordefinierte und validierte Komponenten aus verschiedenen Bibliotheken zusammensetzen. Dadurch entfällt eine zeitaufwendige Programmierung. • Sie können eine Vielzahl an Entwurfsoptionen analysieren, indem Sie die Komponenten anpassen und die charakteristischen Produkteigenschaften ins Gleichgewicht bringen. • Setzen Sie die Systemsimulation bereits in den frühen Phasen des Entwicklungszyklus ein. LMS Imagine.Lab Sysdm Die Lösung zur Organisation und Verwaltung mechatronischer Modelldaten. • Steigerung der Effizienz durch Modellwiederverwendung und erweiterte Suchmöglichkeiten • Rechtegestützte Kollaboration unterschiedlicher Abteilungen • Speichern und Organisieren mechatronischer Modelldaten innerhalb eines Lebenszyklus LMS Imagine.Lab System Synthesis Das Softwaretool zur Unterstützung von Konfigurationsmanagement, Systemintegration und Architekturvalidierung • Entwicklung komplexer Systemkonfigurationen • Erstellung von Produktarchitekturen auf Basis der Leistungsanforderungen Mechatronische Simulation Plattform LMS Imagine.Lab Physikalische Regelstrecke 4 Funktions- und Softwareentwicklung LMS Imagine.Lab Amesim LMS Imagine.Lab Sysdm LMS Imagine.Lab System Synthesis 5 LMS Imagine.Lab Amesim Das Werkzeug für die physikalische Simulation mechatronischer Systeme LMS Imagine.Lab Amesim vereinfacht mit seiner benutzerfreundlichen Simulationsplattform die multiphysikalische Integration. Anwender verbinden mehrere, validierte Komponenten miteinander und können somit die dynamische Systemleistung ganz einfach und präzise vorhersagen. Dank großer Spezialbibliotheken in LMS Imagine.Lab Amesim entfällt das aufwändige Programmieren. Die applikationsspezifische Simulation ermöglicht es den Anwendern, eine Vielzahl an Subsystemen in verschiedenen physikalischen Bereichen zu bewerten. 6 So können Entwicklungsteams die Produkteigenschaften sorgfältig entsprechend den verschiedenen markencharakteristischen Eigenschaften ausbalancieren und ein optimiertes Design erzielen, noch bevor teure und zeitaufwändige Prototypentests dürchgeführt werden. Da die Systemsimulation in LMS Imagine.Lab Amesim bereits sehr früh im Entwicklungszyklus erfolgt, können Anwender bei Produktneuentwicklungen ihren Fokus auf die erfolgskritischen Entwicklungsfunktionen legen. 7 Eine offene und produktive Entwicklungsumgebung Simulation und Analyse multidisziplinärer Systeme Mit LMS Imagine.Lab Amesim können Anwender die Leistungsmerkmale von mechatronischen Systemen schon ab den frühen Entwicklungsphasen analysieren. Durch die Konzentration auf die physikalischen Bereiche entfällt die zeitaufwändige Programmierung. Jedes Modell enthält Grundkonstruktionselemente, die sich kombinieren lassen und anschließend jede Funktion der Komponente oder des Systems beschreiben. Intuitive grafische Benutzeroberfläche • Anwenderfreundliche Modellierungsumgebung • Nahtlose Verbindung zwischen multidisziplinären, validierten und vordefinierten Komponenten • Anzeige des Systems während des Simulationsprozesses • Verschiedene Anpassungsund Skripttools Beeindruckende Rechenleistung • Robuste Ausführung nichtlinearer dynamischer Systeme • Moderne Simulationsverfahren • Dynamische Auswahl der Berechnungsmethoden • Diskrete Partitionierung, Parallelberechnung und Co-Simulation 8 Leistungsstarke Analysewerkzeuge • Fast-Fourier-Transformation • Vielfältige Diagrammdarstellungen, 2D- und 3D-Postprocessing • Linearanaylse: Eigenwerte, Schwingungsformen, Stabilitätsanalyse und Übertragungsfunktionen • Externe Analyse durch Skripte und durch API Funktionen Offene Plattform • Effiziente Integration in Software von Drittanbietern für SiL, MiL, HiL, Prozessintegration und Designoptimierung • Allgemeine Co-Simulationsschnittstelle zur Kopplung an dynamische 3D-Simulationsumgebungen • Plattformkompatibilität mit Modelica Physikalische Bibliotheken 4500 Komponenten in mehreren physikalischen Bereichen Mit LMS Amesim ist die Analyse der funktionellen Leistung von mechatronischen Systemen eine Sache von wenigen Mausklicks. LMS Imagine.Lab Amesim enthält eine Auswahl an physikalischen und appliktionsorientierten Bibliotheken mit vordefinierten und validierten Komponenten aus verschiedenen physikalischen Bereichen. Die Komponenten in den Bibliotheken basieren auf der analytischen Darstellung physikalischer Phänomene. Die Komponenten besitzen unterschiedliche physikalische Anschlüsse mit mehreren Eingangs- und Augsgangsgrößen, die es ermöglichen, multidisziplinäre Systeme auf Grundlage des Energieaustauschs aufzubauen. Fluide • Hydraulik, Hydraulik-Komponenten-Design • Hydraulischer Widerstand, Füllung • Pneumatik, Pneumatik-Komponenten-Design • Gasmischungen, feuchte Luft Verbrennungsmotoren • IFP-Fahrsimulation, IFP-Motoren • IFP-Abgastrakt • IFP C3D, CFD-1D Thermodynamik • Thermik, Thermohydraulik • Thermohydraulisches Komponentendesign • Kühlung, Klimatisierung • Zweiphasenströmung Elektrik • Elektrische Grundelemente, Elektromechanik • Elektrische Motoren und Generatoren • Elektrostatische Wandlung • Fahrzeugelektrik, Elektrochemie • Akkumulatoren Schritt 1: Erstellung Ihres multiphysikalischen Systems – Auswahl der Komponenten aus Bibliotheken mit mehr als 4500 Elementen. Steuerungen • Signale und Steuerung • Motorsignalerzeuger Mechanik • 1D-Mechanik, planare mechanische Elemente • Getriebeelemente, Nocken • Import von Finiten Elementen • Fahrzeugdynamik • 3D-Mechanik Schritt 2: Einstellung der Systemdetaillierung – Auswahl des geeigneten Berechnungsmodells hinsichtlich Simulationsziel und . verfügbarer Parameter Schritt 3: Die geeignete Simulation starten – Festlegung von Ausführungsparametern und Analysemethoden. Schritt 4: Analyse der Ergebnisse – der Zugriff auf verschiedene spezielle Analysetools ermöglicht die Bewertung von Systemverhalten und -leistung. 9 LMS Imagine.Lab Sysdm Die Lösung zur Verwaltung von Modellen und Daten Die modellbasierte Systementwicklung erfordert Modelle auf Systemebene, um die Gesamtleistung und das Verhalten neuer, intelligenter Produkte mit einem komplexen Zusammenspiel von Mechanik, Hydraulik, Pneumatik, Wärmeübertragung und elektrischen bzw. elektronischen Phänomenen zu simulieren. Dazu ist die Zusammenarbeit vieler Ingenieurabteilungen erforderlich, die jeweils Modelle für Komponenten auf Subsystem- und Systemebene entwickeln. Zudem werden die Modelle als virtuelle Regelstrecke zur Beschleunigung der modellbasierten Steuerungsentwicklung für integrierte Software verwendet. Diese Zusammenarbeit muss sich sogar auf die Zulieferer erstrecken, die immer mehr Verantwortung bei der Innovation 10 und Entwicklung des Gesamtprodukts übernehmen. Der steigende Grad an „Intelligenz“ mechatronischer Systeme ist der Antrieb zur schnellen Anpassung an die modellbasierte Systementwicklung. Die sich daraus ergebende Komplexität ist zusammen mit der Globalisierung der Geschäftstätigkeit ein zwingender Grund für kollaborative Lösungen, die die weltweit verteilte Entwicklung mechatronischer Systeme erfordern. 11 LMS Imagine.Lab Sysdm Verwaltung mechatronischer Modelldaten von der Auslegung der Mechanik- bis zur Steuerungsentwicklung LMS Imagine.Lab ist die Lösung zur Verwaltung von Systemmodellen, Bibliotheken und Architekturen, die mit LMS Imagine.Lab Amesim und anderen Systemsimulations- Tools erstellt wurden. Sie unterstützt den gruppenorientierten und modellbasierten Systementwicklungsansatz. Daten und Modelle zur Systemsimulation lassen sich in von Anwendern definierten Strukturen organisieren, was die Ablage und die Suchfunktion erleichtert. Mit dem „Versions“-Management lässt sich der gesamte zeitliche Verlauf der Entwicklung der Systemmodelle während den Phasen im V-Prozess erfassen. Konzeptentwicklung Autorenwerkzeuge für Modelle rientiert peno rupdelle g , o ilt rte sm i Veerung nt u rienla e t o S en ta pp m gruGesa , t l ei er Veret lle d Mod ge e rt Systementwurf Damit können mehrere Varianten eines Systemmodells in den verschiedenen Entwicklungsphasen verfügbar gemacht werden. Eine rollenbasierte Zugriffssteuerung garantiert die Umsetzung verschiedener Workflows unter den Arbeitsgruppen. Insgesamt können Anwender mit LMS Imagine. Lab Sysdm die Produktivität im Systemsimulationsprozess steigern. Tests und Validierung Detailentwicklung Systemdaten 12 Funktions- und Softwareentwicklung Organisation von Systemmodellen in benutzerdefinierten Strukturen • Der Ansatz für die hierarchische Verwaltung von Systemmodellen und den entsprechenden Daten wie Parametersätze, Skripte und Experimente als virtuelle Elemente und Sammlungen zur Unterstützung der modellbasierten Entwicklung • Klassifizierung und Anzeige von Systemmodellen und Daten je nach vordefinierten Metadaten • Ablage und intuitive Suchfunktionen von Systemmodellen und -daten Rollenbasierte Zugriffssteuerung für die Modellentwicklung mit mehreren Anwendern • Festlegung von Anwenderberechtigungen für Systemmodelle und -daten auf Grundlage von Rolle, Funktion und Verantwortlichkeit • Rollenbasierte Anzeige- und Zugriffsberechtigungen für das Modell (je nach dem konkreten Profil des Anwenders) • Ausarbeitung von Prozessen für die effiziente Zusammenarbeit. Dazu gehören das Einchecken und Auschecken von Modellen, die Validierung und das Hochladen neuer Versionen, Zusammenschluss zum Aktualisieren von Modellen und Daten usw. Gemeinsame Nutzung von Steuerungs-, Anlagen- und Systementwurf über Gruppenbereiche hinweg • Versionskontrollfunktionen für das Management des Modelllebenszyklus • Variantenmanagement zur Verwaltung mehreren Versionen von Komponenten-, Subsystem- und Gesamtsystemmodellen, unterschiedlich detaillierten Funktionen zur Verwendung in unterschiedlichen Produktentwicklungsphasen oder zu unterschiedlichen Simulationszwecken. Effektivere Nutzung von Ressourcen und Know-how zur Verbesserung der Arbeit bei der Systementwicklung • Offene Umgebung zur Verwaltung von Modellen wie zum Beispiel LMS Imagine.Lab Amesim, Simulink und anderen Systemsimulationstools • „Konfiguration der Arbeitsumgebung ist individuell am Arbeitsplatz möglich • Integrierter Sysdm Client in LMS Imagine.Lab Amesim 13 LMS Imagine.Lab System Synthesis Das Tool für Konfigurationsmanagement, Systemintegration und Architekturmanagement LMS Imagine.Lab System Synthesis ist die Plattform zur Konfiguration und Integration von physikalischenund Steuerungsmodellen in eine logische Ansicht des Gesamtsystems zu Simulationszwecken. Damit können Systemarchitekten eine logische Ansicht erstellen, diese konfigurieren und anschließend die verschiedenen Modelle integrieren, wie dies zur Systemsimulation erforderlich ist. 14 Heute erfolgt der Systementwicklung nach einem Top-Down-Prinzip: Die Produktvorgaben definieren Anforderungen und Funktionen, die in mechanische und steuerungstechnische Architekturen aufgegleidert werden, welche sich dann wiederum simulieren lassen. LMS System Synthesis unterstützt die Erstellung von Modellkonfigurationen, die auf Systemmodellen basieren. 15 LMS Imagine.Lab System Synthesis Konfigurationsmanagement, Systemintegration und Architekturvalidierung Mit LMS Imagine.Lab System Synthesis können Systemingenieure und Systemarchitekten nahtlos am konzeptionellen Design arbeiten, indem sie Systemarchitekturen und Konfigurationen erstellen und anschließend simulieren. Dies erfolgt unter Verwendung von Modellen und Daten, die aus MultiAuthoring-Anwendungen wie LMS Imagine.Lab Amesim, der Simulink®Umgebung oder anderen Programmen stammen. Die Software unterstützt die Arbeit der Systemintegration in einem architekturorientierten Entwicklungsansatz. LMS Imagine.Lab Systems Synthesis ist eine offene, toolneutrale Umgebung zur Unterstützung der architekturorientierten Entwicklung mechatronischer Systeme und zur Validerung der Kundenanforderungen zu einer frühen Entwicklungsphase. Dieser Entwicklungsansatz verfolgt das Top-Down-Prinzip und beginnt mit der Erstellung oder dem Import von toolneutralen Architekturmodellen, setzt sich mit deren Konfiguration mit physikalischen- oder Steuerungsmodellen und Bibliotheken (aus LMS Amesim, der Simulink-Umgebung, C-Code oder anderen) fort und führt zur (Co-) Simulation auf Ziel-Solverplattformen. LMS Imagine.Lab Systems Synthesis übernimmt die Tätigkeit der Systemmodellierung, indem es sich auf die Architekturerstellung mit dem richtigen Satz von Schnittstellendefinitionen zur Unterstützung verschiedener nachgelagerter Simulationen konzentriert. LMS Imagine.Lab Amesim Simulink Modelica Motorenspezialist Getriebespezialist Kühlsystemspezialist Spezialist für Systeme mit flüssigen Medien Erstellen Steuerungsspezialist C-Code ... LMS Imagine.Lab Sysdm Verwalten LMS Imagine.Lab System Synthesis Verwenden Systemarchitekt 16 Systemanalyst Fahrzeugintegration Import einer Systemarchitektur • Import von Referenz-Architekturmodellen, die in LMS Imagine.Lab Amesim und Simulink erstellt oder im Format SysML definiert wurden • Speicherung der Referenzarchitektur in einem toolneutralen Format • Zusätzliche Metainformationen über die Architektur wie Anforderungen, Testfälle und Anwendungsfälle Konfiguration der Systemarchitektur • Die Systemarchitektur wird durch die Wiederverwendung von Bibliotheken und Modellen konfiguriert, die auf dem zentralen LMS Sysdm-Server gespeichert sind. • Während der Konfiguration kann der Anwender Submodelle aus LMS Amesim-Bibliotheken, Simulink-Bibliotheken und Modelle zur Co-Simulation auswählen. • Jede Änderung an der Referenzarchitektur kann auf alle Konfigurationen übertragen werden und unterliegt einer Versionskontrolle. Erstellung ausführbarer Systeme • Konfiguration zur Erstellung eines ausführbaren Systems, das dann im jeweiligen Simulationstool geöffnet wird • Erstellung eines Simulationslaufes verschiedener Konfigurationen • Anhängen eines Postprocessing Skriptes zur direkten Auswertungen eines Simulationslaufes mit unterschiedlichen Konfigurationen • Vergleich der Konfigurationen zur Gegenüberstellung von Architekturentscheidungen • Erstellung von Konfigurationsberichten im HTML-Format Ausführung der Systemsimulationen • Auswahl des Simulations-Parametersatzes und Ausführung des Simulationslaufes für die stapelweise Ausführung • Der Simulationsstatus wird am Ende der Simulation für jede Konfiguration beschrieben 17 Stimmen unserer begeisterten Kunden „Der Einsatz von LMS Amesim führte zu einem Zeitgewinn von 10 Prozent im Auslegungsprozess, der zu einem zweistelligen Prozentsatz bei der Kosteneinsparung führen kann.“ Thierry Bourdon Technischer Leiter Powertrain Engineering Group Continental „Renault hat LMS Amesim als Standardtool für die multiphysikalische Simulation im gesamten SteuerungsEntwicklungsprozess eingeführt. LMS Amesim ist die gemeinsame Sprache aller Ingenieure über die Regionen und Abteilungsgrenzen hinweg und verschlankt die Entwicklung.“ Vincent Talon Simulationsmanager Renault „Die Zukunft liegt im modellbasierten Systementwicklung. Simulation ist der Weg voran. Damit können wir so viele Einspritzsystemarchitekturen wie möglich mit unterschiedlichen Parametern und Testbedingungen untersuchen. LMS Amesim ist für uns das ideale Tool. Da wir Modelle sowohl intern als auch mit den Kunden von Delphi austauschen können, erfüllt LMS Amesim unsere Bedürfnisse sehr gut.“ Vincent Pichon Manager für die Simulation elektromagnetischer Einspritzventile Delphi Technical R&D Center 18 „Wir haben LMS Amesim ausgewählt, weil es als der Standard und Marktführer für die hydraulische Systemsimulation in der Automobilbranche gilt.“ Dr. Jost Weber Advanced Diesel Engineering Denso „Die Einführung der Systemplattform LMS Amesim gab uns Gelegenheit dazu, modernste Klimatisierungstechnologien mit neuen Wärmeübertragungsmedien zu erforschen, die den heutigen, aber auch den zukünftigen Energieerfordernissen entsprechen.“ Junichiro Hara Stellvertretender Geschäftsführer Calsonic Kansei „Ohne LMS Amesim wäre es weit schwieriger gewesen, unsere aktuellen Herausforderungen in der Auslegung anzugehen. Mit einem Ansatz auf Basis von Versuch und Irrtum wäre die Zeit für das physikalische Testen einfach zu lang gewesen.“ Eric Le Dantec Experte für Antriebsstrangmodellierung und -simulation PSA Peugeot Citroën 19 Über Siemens PLM Software Siemens PLM Software, eine Business Unit der SiemensDivision Digital Factory, ist ein führender, weltweit tätiger Anbieter von Product Lifecycle Management (PLM)-Software und zugehörigen Dienstleistungen mit 9 Millionen lizenzierten Anwendern und mehr als 77.000 Kunden in aller Welt. Siemens PLM Software mit Hauptsitz in Plano, Texas, unterstützt zahlreiche Unternehmen dabei, die Prozesse im Produktlebenszyklus von der Planung und Entwicklung bis hin zur Fertigung und dem Support zu optimieren, um so bessere Produkte zu produzieren. Unsere Vision von HD-PLM ist es, jedem Beteiligten in der Produktentstehung die für ihn relevanten Informationen im richtigen Kontext zur Verfügung zu stellen, damit intelligentere Entscheidungen getroffen werden können. Weitere Informationen über die Produkte und Leistungen von Siemens PLM Software unter www.siemens.com/plm. Hauptsitz Granite Park One 5800 Granite Parkway Suite 600 Plano, TX 75024 USA +1 972 987 3000 Amerika 5755 New King Court Troy, MI 48098 USA +1 248 952 5664 Europa Researchpark Haasrode 1237 Interleuvenlaan 68 3001 Leuven Belgium +32 16 384 200 Asien-Pazifik Suites 4301-4302, 43/F AIA Kowloon Tower, Landmark East 100 How Ming Street Kwun Tong, Kowloon Hong Kong +852 2230 3308 © 2015 Siemens Product Lifecycle Management Software Inc., Siemens und das Siemens-Logo sind eingetragene Marken der Siemens AG. LMS, LMS Imagine.Lab, LMS Imagine.Lab Amesim, LMS Virtual.Lab, LMS Samtech, LMS Samtech Caesam, LMS Samtech Samcef, LMS Test.Lab, LMS Soundbrush, LMS Smart und LMS SCADAS sind eingetragene Marken der LMS International N.V. oder ihrer Konzerngesellschaften. Alle anderen Marken, eingetragenen Marken oder Dienstleistungsmarken sind Eigentum der jeweiligen Inhaber. 42427-X28 3/14 B
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