Parameteroptimierung

Die meisten Konstruktionen lassen sich auf einen Satz von wesentlichen Parametern reduzieren, die für gewöhnlich aber nicht ideal gewählt sind. Die Aufgabe der Parameteroptimierung ist es deshalb, die Kombination an Variablen zu finden, bei der die Zielanforderung am besten erfüllt wird. Als Optimierungsalgorithmus kommt meist ein klassisches Verfahren zum Einsatz. Für die Umsetzung in der FEM- oder CFD Simulation ist es neben der Wahl des Algorithmus vor allem wichtig, in welchem System der Parameter definiert worden ist. Handelt es sich beispielsweise um eine Material- oder Elementeigenschaft, so kann die Modifikation direkt im Berechnungsmodell stattfinden. Bezieht sich der Parameter hingegen direkt auf die Geometrie, wie zum Beispiel einen Radius, ist meist der Schritt zurück ins CAD-Modell notwendig.

Insbesondere dieser Schritt zurück ins CAD-Modell kann aber erhebliche Schwierigkeiten nach sich ziehen. Es ist dabei durchaus möglich, dass der Parametersatz, den der Optimierungsalgorithmus gewählt hat, im CAD-System zu einer ungültigen, nicht regenierbaren Geometrie führt. Der Optimierer kann aber nicht unterscheiden, ob es sich dabei um eine Parameterkombination handelt, die auch in der Realität nicht darstellbar ist, also einer unzulässigen Lösung entspricht, oder ob der Fehler durch eine ungünstige Geometriebeschreibung zustande gekommen ist. Der Konstrukteur oder Berechnungsingenieur, der das CAD-Modell aufbaut, muss sich also schon im Vorfeld Gedanken dazu machen, wie er ein im Designraum möglichst robustes Modell erzeugt. Aber auch wenn die Geometrie mit den neuen Parametern problemlos regeneriert werden kann, ist ein Versagen der automatisierten Vernetzung ein weiteres realistisches Szenario, das den Optimierungsablauf behindern kann.

Trotz aller Sorgfalt lassen sich diese Situationen nicht immer vermeiden. Insbesondere mit zunehmender Komplexität der Geometrie nehmen diese Fälle zu. Dies gilt insbesondere für die Konturbeschreibung auf Basis von Freiformflächen. Ausserdem steigt der Zeitaufwand, um von einem neuen Parametersatz zum fertigen Simulationsmodell zu kommen. Vor diesem Hintergrund haben sich andere netzbasierte Verfahren wie das Morphing etabliert, die eine nachträgliche Parametrierung eines Netzes zulassen. Auf diese Weise kann der Umweg über das CAD-System entfallen. Dafür sind hierbei andere Nachteile in Kauf zu nehmen. Zum einen ist es nur bedingt möglich, Designparameter, wie man sie im CAD findet, 1:1 abzubilden und zum anderen bedarf es eines zusätzlichen manuellen Aufwands zur Erzeugung des Morphingmodells.