Visualisatietool Fraunhofer maakt productontwikkeling transparant

Productontwikkeling wordt steeds veeleisender. Kwaliteitseisen worden steeds hoger en bovendien moeten ontwerpers rekening houden met criteria als duurzaamheid en energie-efficiëntie. Visualisatiesoftware biedt de mogelijkheid om de complexe interactie tussen alle verschillende parameters en kenmerken van het geplande product bloot te leggen. Voor dit doel hebben Fraunhofer-onderzoekers een interactieve tool ontwikkeld die een betrouwbare basis biedt voor het nemen van geïnformeerde beslissingen over de ontwerpalternatieven van een product.

Alexander Pil
13 januari

Datavisualisatie is een megatrend geworden. Het gaat om meer dan alleen het gebruik van visuele representaties om getallen te illustreren – de visualisatie geeft een overzicht, markeert structuren en legt verbanden bloot. Gezien de exponentiële groei van gegevenshoeveelheden in alle sectoren – of het nu gaat om het bedrijfsleven, de industrie, de detailhandel of de transportsector – kan de stroom aan gegevens niet langer worden beheerst zonder visualisatie.

Hoewel de visualisatiesoftware van Fraunhofer specifiek is ontwikkeld voor het ontwerp van een elektromotor, kan deze ook worden gebruikt om bijna elk ander complex systeem of project te optimaliseren. Beeld: Fraunhofer IGD/Linz Center of Mechatronics

Het Fraunhofer Institute for Computer Graphics Research IGD in Darmstadt heeft een visualisatietoepassing ontwikkeld. De belangrijkste focus ligt op productontwerp; de ontwikkeling van producten waarin alle variabele kenmerken of prestatie-indicatoren worden berekend en uitgebalanceerd. Samen met het Linz Center of Mechatronics (LCM) in Oostenrijk pasten de Fraunhofer-onderzoekers dit project specifiek toe op de ontwikkeling van elektromotoren. De onderzoekpartner uit Linz genereerde de technische data en voerde op basis daarvan de wiskundige simulatie van alle productparameters uit.

Alle productparameters in één interactieve visualisatie

De visuele weergave gemaakt door de Fraunhofer-software omvat alle criteria die relevant zijn voor de ontwikkeling van de motor. Denk aan grootte, gewicht, motorvermogen, koppel, verbruik, kosten, efficiëntie en temperatuur. Doorgaans worden maximaal tien verschillende criteria tegelijkertijd in acht genomen.

De visualisatie geeft de interacties van individuele parameters weer in de vorm van lijngrafieken en toont in het bijzonder wat er gebeurt als een waarde wordt gewijzigd. Het veranderen van een waarde botst vaak met een eis voor een andere waarde. Als bijvoorbeeld het gewenste motorvermogen wordt verhoogd, nemen ook de kosten toe.

De visualisatie is zeker niet statisch. De ontwikkelaar kan de waarde van elke parameter continu wijzigen door een schuifregelaar te verplaatsen, waardoor ongewenste waarden, zoals buitensporige kosten, worden geëlimineerd. De software laat in realtime zien hoe dit de andere criteria beïnvloedt. Op deze manier is het mogelijk om wat-als-scenario’s te doorlopen voor de verschillende ontwerpalternatieven.

Hoewel dit op het eerste gezicht misschien triviaal lijkt, is de interactie van de parameters zeer complex. ‘Door negen of tien parameters op te nemen, ontstaan al snel honderden verschillende ontwerpalternatieven’, legt Lena Cibulski van Fraunhofer IGD uit. Ze werkt op de afdeling Information Visualization and Visual Analytics van het instituut en leidt dit project.

‘Het komt neer op nuances’

De visualisatie ondersteunt niet alleen ontwikkelaars en engineers tijdens hun dagelijkse werk, maar kan ook een grote hulp zijn bij presentaties aan de klanten of directieleden van het bedrijf. Ze zien de beschikbare opties in één oogopslag en verkennen alle mogelijke ontwerpalternatieven op een begrijpelijke manier. ‘Er is niet één beste oplossing’, zegt Cibulski. Er zijn slechts een aantal beschikbare opties, elk met verschillende kenmerken en prestatie-indicatoren die de verantwoordelijke besluitvormers moeten afwegen. Dit resulteert in een product met functies en prestatiekenmerken die zorgvuldig in balans zijn en het best mogelijke compromis vertegenwoordigen.

De visualisatiesoftware toont honderden ontwerpalternatieven als lijnen. Meestal worden maximaal tien optimalisatiecriteria tegelijkertijd in acht genomen. Beeld: Fraunhofer IGD

De tool is niet bedoeld om de expertise van een ervaren ingenieur te vervangen. In plaats daarvan helpt het hen hun kennis en ervaring zo efficiënt mogelijk te benutten. Ze kunnen de software bijvoorbeeld gebruiken om onconventionele ideeën rechtstreeks op het scherm uit te proberen. ‘Het komt vaak neer op nuances. Een kleine verandering in een bepaalde waarde, ook al is het alleen de wanddikte van het materiaal op een bepaalde locatie, kan onvoorspelbare effecten hebben op andere parameters’, legt Cibulski uit. Zo maakt de visualisatietool ook verborgen relaties zichtbaar. Bovendien helpen simulaties op het scherm ontwerpfouten te elimineren en risico’s te minimaliseren.

De softwareapplicatie die is ontwikkeld door Cibulski en haar team bij Fraunhofer IGD, is niet afhankelijk van het simulatiemodel van het Linz Center of Mechatronics. In principe kan elk simulatiemodel worden gebruikt voor visualisatie. Het geselecteerde model bepaalt de te vergelijken opties en berekent hun waarden voor de gewenste productparameters. De resulterende oplossingskandidaten kunnen vervolgens in de Fraunhofer-applicatie worden geïmporteerd en met elkaar worden vergeleken.