Das wesentliche Merkmal eines virtuellen Produktes ist es, dass damit das Verhalten des Produktes in seiner Gesamtheit simuliert werden kann. Dies bedeutet, dass mehrere physikalische Eigenschaften abgebildet sind wie zum Beispiel mechanische, elektrische, elektronische oder logische (Software!) Eigenschaften. Auf dieser Grundlage lässt sich dann das gesamte Produktverhalten simulieren (Bild). [Ande-03]
Unter dem Begriff Simulation versteht man die Nachbildung eines dynamischen Systems in einem Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind (VDI-Richtlinie 3633). Die Simulation als Verfahren zur Untersuchung dynamischer Systeme trägt dazu bei, die virtuelle Produktentwicklung zu vervollständigen. Durch den Einsatz der Simulation ist man in der Lage, in einer sehr frühen Planungsphase Aussagen über das Verhalten des Produktes, über die Ergebnisse des einzusetzenden Fertigungsverfahrens oder über die Durchführbarkeit eines geplanten Fertigungsablaufes zu machen. So können frühzeitig Probleme und Fehler erkannt werden, die sich in einer späteren Planungsphase nur zeit- und kostenintensiv beheben lassen. Darüber hinaus können Einsparungen beim Prototypenbau sowohl bei der Produktentwicklung als auch bei der Planung kompletter Produktionsanlagen erzielt werden. [SpKr-97]
Die steigenden Rechnerleistungen in den letzten Jahren haben dazu geführt, dass auch komplexe physikalisch-mathematische Methoden für die Durchführung von Experimenten mit dem Rechner eingesetzt werden können. Eine echtzeitnahe graphisch-dynamische Simulation ist die Voraussetzung für Simulationssysteme, bei denen der Anwender die Möglichkeit zum interaktiven Eingreifen besitzen soll. [SpKr-97]
Im Rahmen der Produktentwicklung lässt sich die Simulation beispielsweise zur Untersuchung des kinematischen und dynamischen Verhaltens von technischen Baugruppen heranziehen, die in Form von physikalischen Mehrkörpersystemen (siehe nächstes Kapitel) beschrieben sind. Bewegungen der Körper werden Modellhaft nachgebildet. Kräfte und Momente sowie Beschleunigungen und Geschwindigkeiten können aus laufend aktualisierten Diagrammen entnommen werden. Andere Systeme sind in der Lage, eine Simulation des Strömungsverhaltens, des Schwingungsverhaltens oder des Crash-Verhaltens von Automobilkarosserien durchzuführen. In der Fertigungsplanung wird die Simulation zur Verifikation von geplanten Fertigungsabläufen genutzt. Hier eingesetzte Simulationssysteme führen häufig eine Bewegungssimulation aus, die auf einer Nachbildung des Steuerverhaltens des jeweiligen Fertigungssystems aufsetzt, wie beispielsweise einer CNC-Werkzeugmaschine oder eines Roboters. Durch eine vollständige Abbildung des Planungsszenarios auf dem Bildschirm kann der Planer in einer echtzeitnahen Simulation den Fertigungsablauf verfolgen und korrigierend eingreifen. [SpKr-97]
Simulationsmodelle basieren in der Regel unmittelbar auf den im 3D-CAD-System erstellten Geometriedaten. Vielfach sind 3D-Simulationssysteme bereits integraler Bestandteil moderner CAD-Systeme. Mit geeigneten Schnittstellen zwischen dem Simulationssystem und gängigen 3D-CAD-Systemen kann eine Durchgängigkeit der Prozesskette sichergestellt werden. [SpKr-97]
In den folgenden Unterkapiteln Simulation von Mehrkörpersystemen bis Strömungsberechnung werden drei Verfahren vorgestellt, welche in der Praxis häufig zum Simulieren von Produktverhalten beziehungsweise zum Analysieren von Produkteigenschafen eingesetzt werden. Ferner wird in Kapitel Virtuelle Realität in der Produktentwicklung darauf eingegangen, welche Vorteile die Virtuelle Realität in Verbindung mit diesen Verfahren herbeiführt.