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Simulationen spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung und Optimierung von Maschinen. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn neue Maschinen konstruiert werden oder bestehende Anlagen aufgrund regulatorischer Änderungen oder Optimierungsmaßnahmen angepasst werden müssen. Durch Simulationen lassen sich physikalische Prozesse detailliert analysieren. Optimierungspotenziale können frühzeitig erkannt und Innovationen gezielt vorangetrieben werden. Sie setzen genau dort an, wo es darauf ankommt, fundierte Entscheidungen bereits in der frühen Entwicklungsphase zu treffen.
Simulationen begleiten den Engineering-Prozess. Sie sind idealerweise zwischen der Mock-up-Phase und dem iFAT aktiv eingebunden. So lassen sich kritische Aspekte frühzeitig identifizieren und gezielt überprüfen. Traditionelle Testmethoden wie physische Rauchgastests oder aufwendige Messungen an Prototypen sind oft zeitintensiv und kostspielig. Zudem sind sie nicht immer frühzeitig und zuverlässig reproduzierbar. Simulationen hingegen ermöglichen es, verschiedene Szenarien virtuell durchzuspielen. Physikalische Eigenschaften werden präzise berechnet. Anpassungen können frühzeitig vorgenommen werden – noch bevor eine Maschine gebaut oder umgerüstet wird. Dies bietet enorme Vorteile für Kunden. Durch die frühzeitige Identifikation von Optimierungspotenzialen werden teure Nachrüstungen oder unnötige Verzögerungen vermieden.
Unsere Maschinen sind bereits auf einem sehr hohen Optimierungsniveau. Deshalb fokussieren wir uns auf Details. Schon kleinste Anpassungen können große positive Auswirkungen auf das Gesamtergebnis haben. Wir betrachten immer die Wechselwirkungen. Wie beeinflusst ein Bauteil benachbarte Komponenten? Diese Zusammenhänge analysieren wir gezielt in der Simulation, um Optimierungspotenziale zu identifizieren
In der Pharmaindustrie sind Simulationen besonders wichtig. Sie schützen sensible Produkte vor möglichen Kontaminationen oder Qualitätsbeeinträchtigungen. Dort, wo Produkte mit Maschinenteilen oder unsterilen Luftströmen in Kontakt kommen, können Simulationen problematische Strömungsverhältnisse frühzeitig aufdecken. Dies vermeidet teure Nachbesserungen und Produktionsausfälle in späteren Phasen. So werden höchste Standards in der Produktion gewährleistet.
Simulationen begleiten bei Optima jede Neuentwicklung, jeden Umbau und jede Optimierung. Mit maßgeschneiderten Analysen liefern sie den Konstrukteuren wertvolle Einblicke. Mit Methoden wie Festigkeitsanalysen, H2O2-Simulationen und Airflow-Analysen lassen sich mechanische Belastungen, Dekontaminationsprozesse und Luftströmungen präzise berechnen und gezielt verbessern. Dies ermöglicht es, Maschinen effizienter, nachhaltiger und sicherer zu gestalten.
Ein entscheidender Vorteil der Simulationen ist ihre Fähigkeit, das Unsichtbare sichtbar zu machen. Luftströmungen innerhalb von Maschinen, die genaue Verteilung von Wasserstoffperoxid während eines Dekontaminationsprozesses oder die Temperaturverteilung in einer Produktionsanlage – all diese Faktoren beeinflussen die Qualität und Sicherheit von Produkten. Doch sie sind mit bloßem Auge nicht erkennbar. Simulationen ermöglichen es, diese Prozesse zu visualisieren und gezielt zu steuern. So kann die Leistung der Maschinen maximiert und die Anforderungen der Kunden erfüllt werden.
Optima setzt auf eine leistungsstarke Open-Source-Software, die auf Höchstleistungsrechnern der Universität Stuttgart betrieben wird. So können detaillierte und präzise Simulationen durchgeführt werden. Zur Validierung dieser Modelle arbeitet Optima eng mit der Universität Wuppertal zusammen. Hier werden echte Strömungsdaten durch Verfahren wie die Particle Image Velocimetry (PIV) erhoben, um die Simulationen an reale Messwerte anzugleichen und sicherzustellen, dass sie die tatsächlichen Bedingungen präzise abbilden.
Das Potenzial von Simulationen ist noch lange nicht ausgeschöpft. Ziel ist es, die Methoden kontinuierlich weiterzuentwickeln und die Möglichkeiten der Technologie auszubauen. Simulationen sind weit mehr als ein Werkzeug zur Fehleranalyse – sie sind ein entscheidender Innovationstreiber.
Autor
Bernd Horlacher
Team Leader Process & Flow Simulation bei Optima Pharma
