Von Lochkarten zu Virtuellen Zwillingen: Die Entwicklung von Advanced Simulation Technologies und das Vermächtnis der Innovation

In den 1970er Jahren war der Beginn der computergestützten Simulation bei AVL durch CAE-Berechnungen und die ersten Anwendungen der Finite-Elemente-Methode (FEM) gekennzeichnet. Die ersten Berechnungen wurden 1977 mit der Software ASKA an der Forschungseinrichtung Fa IKOSS in Stuttgart durchgeführt. Dr. Gotthard Rainer - der 1978 zur AVL kam - spielte eine wichtige Rolle bei der computergestützten Simulation in der Motorenentwicklung der AVL. „Damals gab es bei AVL bereits CAE-Berechnungen und erste Anwendungen der Finite-Elemente-Methode (FEM)“, erinnert sich Dr. Rainer an eine Zeit, in der die Erstellung der Eingabedaten noch mühsam mit Lochkarten erfolgte. Trotz der Belastung durch analoge Prozesse wurde damit der Grundstein für die Simulationssoftware gelegt, die den Prozess der Fahrzeugentwicklung erfolgreich verändert hat.

In den frühen 1980er Jahren wurde das interaktive Rechnen eingeführt. Beispiele für diese Entwicklung sind die Installation einer TEKTRONIX 4014-Grafik-Workstation bei AVL, die an den UNIVAC-Rechner der Technischen Universität Graz angeschlossen wurde, und die Einrichtung eines VAX-11/780-Rechners im Jahr 1981. Es standen zur Verfügung: GPR, CAD/CAE für die Hardware, und PRIME, UNIVAC, VAX als Simulationssoftware. Es war nun möglich, eine neue Computergeneration über Terminals mit kleinen alphanumerischen Bildschirmen zu bedienen, anstatt unzählige Stunden mit dem manuellen Eintippen von Lochkarten zu verbringen. Neue Supercomputer wie CONVEX oder CRAY erweiterten die Möglichkeiten der Simulation erheblich.

Im selben Jahr begannen die Ingenieure von AST mit der Entwicklung von AVL FIRE™ und AVL EXCITE™. Die Arbeit an FIRE hatte ursprünglich Mitte der 1980er Jahre begonnen, und seine Entwicklung wurde 1989 im Rahmen eines gemeinsamen Forschungskonsortiums fortgesetzt. Bereits 1991 wurde die erste FIRE-Lizenz an Honda verkauft. Kurz darauf, 1993, wurde FIRE auf den Markt gebracht. Die Freigabe markierte einen bedeutenden Erfolg und begann die Präsenz von AST auf dem Markt für Softwarelösungen zu etablieren.

AST erinnert sich noch an die 90er Jahre, als Software noch auf Magnetbändern ausgeliefert wurde. Abgesehen von FIRE gab es 1996 noch keine wirklich marktfähige Software. Das sollte sich bald ändern. Die Entwicklung von AVL CRUISE ™ begann 1995 in einer Partnerschaft mit der deutschen Automobilindustrie und wurde kurz darauf auf den Markt gebracht.

Bis zum Jahr 1996 waren die Softwareprodukte und -angebote aus verschiedenen Abteilungen der AVL gereift und hatten einen Markt gefunden. Professor Helmut List hatte das Potenzial der Simulationssoftware erkannt, die unabhängig voneinander in verschiedenen Abteilungen entwickelt worden war. Er hatte die Idee, alle Simulationsprodukte der AVL in einer Geschäftseinheit zusammenzufassen, die Entwicklung, Vertrieb und Service umfasst. 

Ziel war es, die bis dahin vor allem intern genutzten Simulationssoftwareprodukte auch externen Anwendern anzubieten, um die ohnehin schon sehr präzisen physikalischen Modelle weiter zu verfeinern. Die Idee versprach, ein profitables Geschäftsmodell zu werden.

Das Produkt ging dem Projekt voraus: Jahrelange Praxiserfahrung und Know-how ebneten den Weg zum Erfolg. Advanced Simulation Technologies war nicht mehr nur eine Idee, sondern entwickelte sich schließlich unter der Leitung von Dr. Rainer zu einem eigenständigen Geschäftsbereich. 

Wichtige Triebfedern für die Gründung des Geschäftsbereichs AST waren die zunehmenden Anwendungen und die Relevanz von strömungsmechanischen Berechnungen mit FIRE und motordynamischen Berechnungen mit EXCITE. Sie wurden durch die neue Rechnergeneration wirtschaftlich. Insbesondere die Software zur Simulation von Verbrennungsprozessen wurde von den Anwendern hervorragend angenommen.

Dr. Rainer bezeichnet diese Kombination von Verbesserungen als „den Beginn der Demokratisierung der Nutzung anspruchsvoller Simulationssoftware“.
Zu Beginn des neuen Jahrtausends war auch das Entwicklungsprojekt CRUISE zur Berechnung von Fahrleistung und Kraftstoffverbrauch startklar. EXCITE wurde zum Marktführer für Motordynamiksimulation. 

Parallel zur Produktentwicklung baute AST seine Präsenz weltweit aus. Es wurden Niederlassungen in Slowenien, Kroatien, Japan, Korea, den USA, China, Deutschland, Indien und Russland gegründet. Ein Schlüsselfaktor für diesen Erfolg war das Wachstum des Asiengeschäfts. Vor allem Japan, das bis heute die größte Tochtergesellschaft von AST ist, war von Anfang an simulationsorientiert und entwickelte sich schnell zu einem der stärksten Märkte. Das Portfolio erweiterte sich um Gesamtfahrzeugsimulation, E-Mobilität, ADAS/AD und Simulation as a Service, alles integriert in einer benutzerfreundlichen Oberfläche. Die Expansion ging weiter, beginnend in Europa mit der Gründung von Berechnungs- und Servicebüros in Maribor und Zagreb im Mai 1996.

Die Softwarekomponenten für Mechanik, Strömung, Thermodynamik und Einspritzsysteme wurden strategisch zusammengeführt, um die Möglichkeiten für immer anspruchsvollere Motoren und Fahrzeuge in einem sich schnell entwickelnden Markt zu fördern. Mit dem Einstieg in die echtzeitfähige Systemsimulation ab etwa 2008 wurde die Anwendung weiter in den Prüfstandsbereich ausgedehnt.

Durch die aktive Einbeziehung von Kundenfeedback konnte die Software optimiert und die Benutzerfreundlichkeit deutlich erhöht werden. Damit war der strategische Fokus für den Geschäftsbereich AST gesetzt, der bis 2018 von Dr. Gotthard Rainer geleitet wird.

Roland Wanker, seit 2019 am Ruder, sieht eine Zukunft, in der die Simulation durch KI eine zentrale Rolle spielt. Der Virtuelle Zwilling ist zu einem zentralen Element in allen Entwicklungsphasen geworden, wobei auch die künstliche Intelligenz eine immer wichtigere Rolle spielt. Beide Fortschritte stehen im Einklang mit dem Markenkern, der auf Genauigkeit, Einfachheit, Effizienz und Robustheit setzt.

Während sich bei AST vieles verändert und weiterentwickelt hat, haben sich die Kernprinzipien der Benutzerfreundlichkeit, der Modellierung und der numerischen Steuerung nicht geändert. Viele Dinge sind heute komplexer, aber auch effizienter, und durch den allgemeinen technologischen Fortschritt können heute Hunderte von Menschen an einer einzigen Version zusammenarbeiten.

„Früher hatten die Kunden Experten, die sich tief in die Struktur einer Software eingearbeitet haben. Heute hingegen müssen Softwareprodukte immer benutzerfreundlicher und intuitiver zu bedienen sein. Ein Quantensprung in Richtung Integration und Benutzerfreundlichkeit wurde durch die vollständige Integration aller Produkte in eine gemeinsame Benutzeroberfläche erreicht“, sagt Roland Wanker. 

Die Simulation spielt zwar in der Automobilindustrie eine entscheidende Rolle, da sie Zeit- und Kostendruck abbaut, doch ihr Nutzen geht weit über diese Branche hinaus. Branchen wie die Luftfahrt, das verarbeitende Gewerbe und das Gesundheitswesen nutzen die Simulation für Innovationen und zur Lösung komplexer Herausforderungen.

Für die Zukunft prognostiziert Roland Wanker einen noch grundlegenderen Wandel als mit dem Aufkommen des Internets. Die Entwicklung in der Automobilbranche steht unter enormem Zeit- und Kostendruck. Angesichts dieser Treiber wird die Simulation unverzichtbar. Erweitert durch KI wird sie alle Entwicklungsphasen dominieren, mit dem Virtuellen Zwilling als Kernstück. Der Virtuelle Zwilling schafft Werte, bevor es überhaupt ein Produkt gibt“, so Roland Wanker, und ist damit Innovationstreiber und Katalysator in der Branche.

Komplexe Simulationen (z.B. in der Mehrkörperdynamik) könnten schon bald mit KI-Unterstützung aufgebaut und ausgewertet werden - mit entsprechenden Empfehlungen für Designverbesserungen. Eine der zentralen Herausforderungen der Zukunft wird es sein, eine führende Rolle im Zusammenhang mit KI und ihrer Rolle beim Vorantreiben der Simulation zu übernehmen.