Nu există nicio îndoială: simularea a parcurs un drum lung de la începuturile sale. Timp de decenii, analiza a fost exclusiv domeniul experților analiști. Au dezvoltat modele de tip mesh realizate cu atenție pentru a evalua doar cele mai critice aplicații, cum ar fi crash test-urile auto sau tensiunea într-un conector filetat. Miza a fost imensă. Precizia era primordială. Efortul semnificativ investit în aceste simulări a meritat.
Întorcându-ne la zilele noastre, constatăm că multe lucruri s-au schimbat în ceea ce privește simularea. Mesh-urile automatizate pot produce modele de simulare robuste și de înaltă calitate. Solverii pe bază de cloud pot da rezultate în câteva minute. Interfețele mai ușor de utilizat fac analiza disponibilă practic pentru oricine. Și, deși acest progres tehnologic este de necontestat, multe companii fac eforturi mari pentru a găsi soluții de a integra analiza în procesele lor de dezvoltare.
Astăzi, se pun multe întrebări importante referitoare la analize:
- Cât de precise ar trebui să fie analizele? Ar trebui să fie întotdeauna cât mai precise posibil?
- Ce efect are simularea asupra prototipării? O elimină? O reduce?
- Rezultatele analizelor iau locul experienței în luarea deciziilor?
- Unde anume mai poate fi utilizată simularea în dezvoltare? Simularea se folosește doar pentru verificare și validare?
Scopul acestui articol este acela de a răspunde la toate întrebările de mai sus și nu numai. Pe parcurs, vă vom oferi inclusiv detalii despre modul în care instrumentele SOLIDWORKS Simulation susțin aceste eforturi. Rolul analizei în dezvoltare s-a schimbat și s-a extins. Analiza poate oferi valoare în cu totul alte părți ale procesului de dezvoltare decât cele pe care vi le imaginați. Citiți mai departe pentru a afla mai mult.
NEVOIA DE PRECIZIE A SIMULĂRII VARIAZĂ
Cât de precisă trebuie să fie o simulare? Pentru mulți, răspunsul la această întrebare produce teamă și confuzie. Dacă luați o decizie bazată pe o analiză care nu este suficient de precisă, sunteți sortiți eșecului la un moment dat, în timpul procesului de dezvoltare. Drept urmare, mulți revin la poziția conservatoare: simulările trebuie să fie întotdeauna foarte precise. Acest lucru setează o ștachetă imposibil de trecut în utilizarea analizei. Pentru unii, soluțiile de analiză ce conțin orice urmă de incertitudine reprezintă un risc. Pentru alții, a evalua acuratețea unei soluții este ceva apăsător și, drept rezultat, evită în totalitate utilizarea acesteia. Adevărul este că nevoia de precizie a simulării variază de la o etapă la alta, în timpul procesului de dezvoltare.
La începutul proiectării conceptului, inginerii folosesc simulările pentru a compara performanța diferitelor idei de design, aproape la fel ca în orice studiu comercial. Aceste simulări sunt adesea modele extrem de simplificate, cu sarcini generice, care nu seamănă cu condițiile detaliate ale proiectului. De ce? Scopul este acela de a descoperi din timp comportamentul de bază al fiecărui concept, chiar și atunci când nu se cunosc încă detaliile finale ale operațiunii. Inginerii folosesc aceste analize pentru a obține o perspectivă asupra fezabilității și potențialului de inovație ale fiecărei idei, selectând în cele din urmă una ce urmează a fi trimisă mai departe pentru proiectare detaliată. Rețineți că nu este vorba de o verificare finală a designului; este o primă evaluare simplă. Astfel de modele vor fi rafinate și testate digital în profunzime, în proiectarea detaliată și nu numai. Drept rezultat, costul inexactității aici este unul foarte mic.
În proiectarea detaliată, nevoile inginerilor se schimbă. În acest stadiu, aceștia folosesc simulările pentru a evidenția impactul deciziilor specifice în rafinarea unui design. Acest proces include selectarea calității potrivite a materialului, determinarea grosimii pereților sau selectarea componentelor de serie. Aceste modele de simulare reprezintă doar aproximativ mediul final de operare al proiectului. Scopul acestor analize este încă direcțional; rezultatele aici sunt comparative și nu absolute. Simulările și testele mai formale vor surprinde defectele de proiectare mai târziu. Costul inexactității aici este mic.
Nevoia de precizie a simulării crește semnificativ în ceea ce privește verificarea și validarea digitală. În acest moment al dezvoltării, inginerii și analiștii efectuează o verificare finală și formală a performanței unui design înainte de a trece la prototipare și testare, unde se cheltuiesc foarte mulți bani pentru a construi ceva fizic. Ideea este de a identifica și aborda problemele de proiectare în acest stadiu, pentru a evita erorile costisitoare ale prototipului fizic. Costul inexactității aici este moderat.
Realitatea este că nevoia de precizie a analizei crește pe măsură ce avansați de la proiectarea conceptului până la verificarea și validarea digitală, corespunzător riscului sarcinii. Începe de jos și se termină sus.
DE REȚINUT DESPRE SIMULARE ȘI PRECIZIE:
- Necesitatea preciziei simulării variază în funcție de etapa de dezvoltare a produsului. La început, precizia poate fi scăzută. Mai târziu, simularea trebuie să ofere rezultate de înaltă fidelitate.
- Simularea nu înlocuiește prototiparea, dar o poate reduce. Simularea are o aplicație naturală și în testare, de asemenea.
- Simularea nu înlocuiește experiența; o augmentează. Inginerii pot lua decizii mai bune atunci când au mai multe informații despre performanța unui design.
SIMULAREA NU ÎNLOCUIEȘTE PROTOTIPAREA
Se poate înlocui prototiparea cu simularea?
Nu. Să fie foarte clar, companiile nu ar trebui sub nicio formă să se aștepte ca simularea să înlocuiască complet prototiparea. Fiecare produs trebuie testat fizic pentru a verifica și valida îndeplinirea cerințelor, conformitatea cu constrângerile și performanța prin comparație cu intenția inginerului. Acest lucru nu se poate realiza doar prin simulare. Punct.
Poate simularea să reducă numărul de prototipuri fizice?
Da. Absolut. Utilizarea simulării în verificare și validare permite inginerilor și analiștilor să verifice digital performanța produsului înainte de a construi un prototip. Aceste simulări extrem de precise surprind cele mai multe defecte de proiectare înainte de a se cheltui bani pe materiale și echipamente.
Mai mult, analizele pot dezvălui posibilități secundare și terțiare de eșec. Inginerii pot simula modificările și reface analizele, verificând dacă noile modele trec efectiv testul. Acest lucru contrastează puternic cu abordarea bazată pe testare fizică, care necesită multe iterații ale prototipurilor pentru a descoperi un defect, se efectuează o analiză a cauzei principale a problemei care a cauzat eroarea, apoi se fac modificări ale proiectului, iar în final se construiește un nou prototip fizic. Diferența este destul de simplă: una se bazează pe abordări digitale, în timp ce cealaltă se bazează pe abordări fizice.
Există, totuși, implicații semnificative ale acestei diferențe pentru companii. Studiul Cloud Adoption, realizat de Lifecycle Insights, a constatat că o singură rundă de prototipare și testare costă, în medie, 46.720 USD și durează 30 de zile pentru a fi finalizată. Rezultatele studiului arată că respondenții au avut în medie 2,6 runde de prototipare și testare per proiect. Acest lucru însumează 121.472 USD și 78 de zile per proiect. Evident, aceste valori vor varia de la o industrie la alta și de la o companie la alta.
Cu toate acestea, acesta este un domeniu în care simularea poate avea un impact semnificativ, atât în ceea ce privește respectarea termenelor de finalizare a proiectelor, cât și a reducerii costurilor acestora. Adevărul este că companiile nu vor elimina prototiparea fizică și testarea în favoarea simulării. Acesta este un pas-cheie în procesul de dezvoltare. Cu toate acestea, prin utilizarea simulării, companiile pot reduce dramatic costurile și timpul alocat prototipării și testării. Mai exact, simularea necesită aplicarea unei analize extrem de precise în verificare și validare, un pas ce se realizează imediat înainte de prototipare și testare.
SIMULAREA NU ÎNLOCUIEȘTE EXPERIENȚA
Poate simularea să înlocuiască experiența în luarea deciziilor?
Nu. Aceasta este o altă concepție greșită despre simulare. Nicio companie nu ar trebui să utilizeze rezultatele simulării pentru a trece peste experiența unui inginer în luarea unei decizii de proiectare. Inginerii sunt cei care iau aceste decizii în final. Simularea nu înlocuiește experiența inginerească.
Cu toate acestea, există câteva moduri în care simularea îi ajută pe ingineri să ia decizii de proiectare mai bune. În primul rând, rezultatele analizelor augmentează experiența unui inginer. În timpul procesului de dezvoltare, inginerii folosesc surse multe și diferite de informare pentru a-și lua deciziile. Acest lucru include specificații ale materialelor, standarde în industrie, coduri și reglementări, lucrări de referință, publicații de specialitate, brevete și multe altele. Simulările doar vin în completarea acestui set de informații pe care inginerii le folosesc în luarea deciziilor. Astfel, având o perspectivă mai largă asupra lucrurilor, inginerii ajung să ia decizii mai bune.
În al doilea rând, simularea poate valida și chiar extinde experiența unui inginer. De regulă, inginerii știu că uneori nu e bine să proiecteze componente cu anumite caracteristici sau particularități, deoarece nu vor avea succes cu ele la prototipare și testare. Cu toate acestea, este posibil ca ei să nu știe care este motivul pentru care acele piese nu trec testul. O simulare efectuată înainte sau chiar după prototipare și testare poate dezvălui cauza principală a eșecului. Acest lucru permite inginerilor să își autentifice ipotezele. Cu această perspectivă, ei pot îmbunătăți respectiva caracteristică pentru a o face fezabilă, în moduri pe care este posibil să nu le fi luat în considerare anterior. Simularea poate scoate la iveală fizica inginerească din spatele erorii, permițând inginerilor să-și aprofundeze cunoștințele despre comportamentul produselor lor.
Desigur, inginerii au mult de câștigat prin obținerea unei perspective mai bune asupra performanței produsului. Erorile de proiectare, odată trecute dincolo de lansarea proiectului către producție, se transformă în comenzi de modificare. Acestea sunt costisitoare pentru companie, atât în termeni de bani, cât și de timp. Implicații serioase apar și în ceea ce îi privește pe ingineri. Aceste comenzi de modificare sunt perturbatoare atunci când se întorc în biroul inginerului. Acest lucru înseamnă că inginerul trebuie să-și întrerupă lucrul la proiectul curent și să-și dedice timpul comenzilor de modificare. Între timp, termenele-limită rămân pe loc, iar inginerul rămâne din ce în ce mai în urmă cu proiectul aflat în desfășurare.
Simularea vă poate spori capacitatea de a depista potențialele probleme înainte de lansarea proiectului, permițându-vă să evitați complet comenzile de modificare. În fond, simularea este menită să ajute inginerii. Le completează experiența și îi ajută să-și aprofundeze cunoștințele de fizică în proiectele lor. Le permite să elimine runde suplimentare de prototipare și testare, precum și să evite comenzile de modificare. Simularea vine în completarea procesului decizional; nu îl înlocuiește.
SIMULAREA POATE FI DE AJUTOR ÎN TESTARE
Există o corespondență a simulării în prototipare și testare?
Practic, da. O mare parte din valoarea pe care o oferă simularea se concentrează pe reducerea rundelor de prototipare și testare. Totodată, analiza aplicată în testare oferă beneficii mari. Pentru a înțelege cu adevărat impactul pe care simularea îl poate avea, este esențial să ne gândim la proces fără analiză. La sfârșitul ciclului de proiectare, inginerii și alți membri ai echipei construiesc primul prototip. Îl configurează pentru diferite situații de testare. Când unul dintre aceste prototipuri eșuează, aceștia obțin dovezi despre cum, când și unde s-a produs eroarea. Problema care apare, însă, este aceea că nu află de ce prototipul a eșuat. Drept urmare, inginerii trebuie să formuleze o ipoteză în ceea ce privește eroarea respectivă și să facă modificări de proiectare prin care să o rezolve.
Problema și mai mare, desigur, este aceea că inginerii nu știu dacă ipoteza lor este corectă până la următorul test. Când următorul prototip eșuează, ei nici atunci nu știu dacă ipoteza a fost cea greșită sau dacă modificarea de proiectare a fost cea inadecvată. În plus, nu se știe dacă eșecul a fost cauzat de eroarea inițială de proiectare sau de una secundară sau terțiară. Acest proces se repetă până când unul dintre prototipuri trece testarea. Această abordare bazată pe testare, iterativă, cu mize mari, cu risc ridicat este costisitoare.
Vă amintiți când vă spuneam că studiul Cloud Adoption, realizat de Lifecycle Insights, a constatat că o singură rundă de prototipare și testare costă în medie 46.720 USD și durează 30 de zile pentru a fi finalizată. Acest proces se schimbă dramatic odată cu simularea. După eșecul inițial, un inginer sau un analist efectuează o analiză a proiectului curent. Rezultatele relevă nu numai eroarea inițială de proiectare, dar și pe cea secundară și terțiară. Acest lucru confirmă sau infirmă ipoteza inginerului cu privire la eșec.
Înarmat cu informații, inginerul poate face modificări de design care să rezolve prima eroare și orice alte defecte de proiectare. Drept urmare, există o probabilitate mult mai mare de a trece cu brio o a doua rundă de prototipare și testare. Rețineți că această schimbare în proces nu necesită utilizarea simulării în niciun moment, înainte de testare.
Mulți cred că simularea este ceva ce are loc cu mult înainte de testare. Și totuși, ea poate fi de mare ajutor în testare. Utilizarea simulării în testare relevă cauza erorii inițiale, precum și pe cea a oricăror erori secundare și terțiare. Acest lucru accelerează rezoluția unui prototip eșuat, fără a utiliza simularea în orice alt punct al proiectării.
3DEXPERIENCE WORKS SIMULATION
La începutul procesului de dezvoltare, cerințele de precizie și complexitate ale simulării pot fi scăzute. Cu toate acestea, ulterior, ambele sunt extrem de necesare. Progresele tehnologice recente permit noi abordări inovatoare ale acestor cerințe. 3DEXPERIENCE WORKS Simulation este un set de soluții bine integrat, bazat pe cloud, care utilizează solverul Abaqus, o soluție cu vechime, precisă și recunoscută în industrie.
3DEXPERIENCE WORKS Simulation stimulează statica structurală, frecvența, deformarea, răspunsul dinamic modal și analiza structural-termică a pieselor și ansamblurilor. Când mesh-ul contează cu adevărat, aceste instrumente oferă comenzi de meshuire avansate și bazate pe reguli, cu o gamă largă de tipuri de elemente solide și shell. În plus, capacitatea 3DEXPERIENCE WORKS Simulation de recunoașterea a caracteristicilor automatizează sarcina prin identificarea automată a găurilor, fileturilor și bilelor.
3DEXPERIENCE WORKS Simulation include, de asemenea, un solver nonlinear care abordează o serie de analize structurale avansate. Furnizează o simulare generală de contact pentru componentele care se ating între ele într-un ansamblu. Acoperă comportamente complexe ale materialelor, cum ar fi plasticitatea metalului, hiperplasticitatea cauciucului, vîscoelasticitatea și cedarea materialului.
Un alt avantaj semnificativ al 3DEXPERIENCE WORKS Simulation constă în integrarea strânsă cu SOLIDWORKS. Modelele SOLIDWORKS pot fi partajate cu ușurință și viceversa. Fiind bazat pe cloud, inginerii îl pot accesa de oriunde printr-un browser și pot partaja modele și rezultate cu orice părți interesate interne sau externe, oferind pur și simplu un link. Caracteristica cloud-based oferă, de asemenea, o flexibilitate în ceea ce privește puterea de calcul. Procesarea multithread oferă randare și vizualizare rapidă a simulărilor de mare amploare.
Combinația dintre SOLIDWORKS Simulation și 3DEXPERIENCE WORKS Simulation oferă un set puternic de instrumente de analiză, permițând inginerilor să utilizeze instrumentele de simulare potrivite pentru lucrările lor.
ÎNDEPLINIREA NORMELOR DE VALIDARE DIN INDUSTRIE
Reperele Dassault Systèmes arată că rezultatele SOLIDWORKS Simulation sunt extrem de precise, încadrându-se în 1% din calculele Ghidului de Validare a Software-ului de Analiză Structurală, așa cum a fost publicat de AFNOR, și în 2% din standardele menținute de NAFEMS. SOLIDWORKS Simulation se integrează perfect cu 3DEXPERIENCE WORKS Simulation, instrumente bazate pe cloud care utilizează solverul Abaqus, o soluție cu vechime, precisă și recunoscută în industrie.
În zilele noastre, simularea are o gamă largă de roluri în procesul de dezvoltare. În proiectarea conceptului, inginerii folosesc analize pentru a evalua fezabilitatea și potențialul de inovare al noilor idei. În timpul proiectării detaliate, le aplică pentru a rafina proiectele și pentru a lua decizii mai bune și mai informate. În ceea ce privește verificarea și validarea, ei utilizează simularea ca o modalitate de a verifica digital performanța produsului. În timpul prototipării și testării, simularea se utilizează pentru a confirma cauza principală a erorilor și pentru a identifica erorile secundare și terțiare. Fiecare utilizare a simulării oferă beneficii separate, independente.
Acuratețea, desigur, este un subiect important de abordat prin simulare. Poate porni de la o fidelitate redusă în designul de concept. Cu toate acestea, necesitatea unor precizii mai mari crește pe măsură ce dezvoltarea progresează. Reperele noastre față de standardul AFNOR arată că SOLIDWORKS Simulation se potrivește îndeaproape cu calculele standard, adesea în limita a 1%.
3DEXPERIENCE WORKS Simulation extinde în mod natural capacitățile SOLIDWORKS Simulation. Cele două se integrează strâns și cu restul platformei 3DEXPERIENCE. Proiectele pot fi transmise cu ușurintă înainte și înapoi. Aceste soluții de simulare oferă funcționalități avansate, variind de la controlul rafinat asupra mesh-ului până la analizele structurale nonlineare și la procesarea bazată pe cloud. Acest lucru este o extensie naturală a SOLIDWORKS Simulation. Simularea este acum o parte-cheie a dezvoltării.
Dassault Systèmes oferă un set puternic, integrat de instrumente, SOLIDWORKS Simulation și 3DEXPERIENCE WORKS Simulation, oricui dorește să fie productiv și determinat cu ajutorul analizelor.
Pentru a descoperi noutățile SOLIDWORKS în domeniul dezvoltării de produs și a afla mai multe despre cum soluțiile integrate de simulare SOLIDWORKS pot veni în ajutorul companiei dvs., vă invităm să vizitați www.3dcadvegra.com.