"Der Trend geht auch im Automobilbau dahin, immer komplexere Karosseriebauteile in weniger Fertigungsschritten zu produzieren." So begründet Bernd Griesbach, verantwortlich für die Technologie der Abteilung Werkzeugplanung, warum die computergestützte Fertigungssimulation bei Audi ständig an Bedeutung gewinnt. Früher wurden für das Seitenteil eines PKWs mindestens drei geformte Bleche zusammengeschweißt, heute pressen es die Automobilbauer aus einem Rohling.
Simulieren statt probieren
Das Ausgangsmaterial, Aluminium- oder Stahlbleche zwischen 0,7 und 1,8 Millimetern Dicke, dehnt sich bei der Umformung aus und droht bei nicht fachgerechter Ausführung an besonders belasteten Stellen zu reißen oder Falten zu werfen. Früher schätzten erfahrene Werkzeugbauer diesen Vorgang ab und entschieden, ob die geplante Pressung erfolgreich sein würde oder nicht. Gelang der Ansatz nicht, wurde mit dem Material weiterexperimentiert. Heute simulieren die Ingenieure die Umformung am Computer und folgen damit einem Leitsatz der Ingolstädter Werkzeugbauer: "Vordenken ist besser als nacharbeiten."
Pro Bauteil fallen mehrere hundert Simulationen an, bevor das Presswerkzeug angefertigt wird. Die Daten für die Simulation liefern die Methodenplaner beziehungsweise -konstrukteure, die mit dem CAD/CAM-Programm "Catia" von Dassault Systèmes arbeiten. Für die Simulation selbst benutzen die Audi-Ingenieure hauptsächlich zwei Programme: "Pam-Stamp" von der französischen ESI Group sowie "Autoform", das von der schweizerischen Autoform Engineering GmbH, einer Ausgründung aus der ETH Zürich, vertrieben wird und dessen Entwicklung Audi maßgeblich mit vorangetrieben hat. "Die Vorteile von Autoform sind die Praxisnähe, die einfache Bedienung und vor allem die Schnelligkeit", beschreibt Griesbach das Produkt, das laut Hersteller in Deutschland einen Marktanteil von 70 Prozent hat. Die Vorzüge der Software gehen allerdings teilweise zu Lasten der Genauigkeit in der Berechnung. Da spielt Pam-Stamp seine Stärken aus, das aufwändigere plastomechanische und numerische Ansätze der Finite-Elemente-Methode (FEM) verwendet, dabei aber länger rechnet und schwieriger zu bedienen ist.
Die langen Rechenzeiten waren auch der Grund dafür, dass Audi in ein neues Rechnersystem für die Simulationsaufgaben im Werkzeugbau investiert hat. Im Mai dieses Jahres löste IBMs Unix-System Regatta eine "Origin 2000" von SGI ab. Obwohl beide Maschinen mit acht Prozessoren bestückt sind, reduzierte sich nach Einführung des IBM-Systems die Berechnungszeit erheblich: "Einige Pam-Stamp-Simulationen, für die der SGI-Rechner vier Tage gebraucht hat, erledigt die Regatta jetzt in zwölf Stunden; mit Autoform können wir einen Seitenwandrahmen in drei Stunden simulieren", beschreibt Griesbach den Zeitgewinn. Hauptnutznießer ist die Werkzeugplanungsabteilung: Der neue Server berechnet an einem Tag mehrere Varianten mit Autoform oder arbeitet über Nacht und wartet am nächsten Morgen mit einem Ergebnis auf.
Benötigt: Die schnellste CPU
Den Zeitvorteil begründen die Audi-Manager vor allem mit der hohen Rechenleistung der Power-4-CPU, die aus einem Doppelprozessorkern besteht. "Das Programm Autoform ist leider noch nicht mehrprozessorfähig", beklagt Griesbach eine Schwäche dieser Simulationssoftware. Deshalb war es erforderlich, den Rechner mit der schnellsten Einzel-CPU anzuschaffen. Audi entschied sich für die Regatta-Variante, deren Prozessoren mit 1,1 Gigahertz getaktet sind. Die Chips der High-Performance-Computing-(HPC-)Variante mit einer Taktrate von 1,3 Gigahertz waren geprüft, aber für zu kostspielig befunden worden.
Jeder Datensatz eines Simulationsdurchlaufs umfasst bis zu 2 GB. Für die Berechnungen mit dem genau arbeitenden Pamp-Stam-Programm benötigt das Team die volle Rechenpower der Regatta - trotz der SMP-Fähigkeit dieses Programms. Die Maschine ist deshalb nicht partitioniert und mit 16 GB Hauptspeicher ausgestattet. Griesbach und das 30-köpfige Methodenteam simulieren damit 70 bis 80 Werkzeuge pro Jahr. Bei 150 bis 200 Simulationen je Werkstück fallen große Datenbestände an, die im Bandarchiv des Audi-Rechenzentrums verwahrt werden. Wilhelm Dobler, Teamleiter CA-Technik im Werkzeugbau, hat zur Verwaltung der rund 3 TB Simulationsdaten die Software "Documentum" vom gleichnamigen Hersteller angeschafft, die unter Unix arbeitet.
Zuständig für den Support des Regatta-Betriebssystems (AIX 5.1) und der dort eingesetzten Programme ist Manfred Schilcher, Leiter CAD/CAM Systemservice und Systemplanung beim Automobilhersteller. Für die Hardwarewartung verlässt sich Schilcher auf den IBM-Service, der bei einem Defekt innerhalb von vier Stunden reagieren muss. Big Blue unterhält dazu eine Niederlassung nicht weit vom Audi-Werk. Schilcher war im Mai dieses Jahres auch verantwortlich für den Umstieg von SGI auf IBM. Sein Fazit: "Keine Probleme." Fünf Arbeitstage dauerte die Installation von AIX 5.1 und der benötigten Applikationen sowie das Tuning.