hirdetés
hirdetés

A színfalak mögött

Szimuláció a mindennapi eszközökben

A digitális gyártás része a szimuláció, ezek segítségével optimalizálhatók a gyártási folyamatok. A modellezés, termékkialakítás többnyire virtuálisan zajlik, és a mindennapi tárgyaink előállításában is szerephez jut.

hirdetés

Ma már szimulációt számos helyen alkalmaznak, gondoljunk akár az általunk használt mindennapi tárgyakra, szolgáltatásokra vagy bonyolult rendszerfolyamatokra. Legyen szó akár egy egyszerű hangsugárzóról vagy futócipőről, a termékek előállításának szerves része a modellezés, amely ma már főként digitálisan valósul meg. „Felfedezni valamit annyit tesz, mint látni, amit mindenki lát, és közben arra gondolni, amire még senki.” A Szent-Györgyi Alberttől származó gondolatot akár a szimuláció lényegi tartalmának a megfogalmazására is használhatjuk. Sok mindennapi használatú tárgy előállításakor, mint az autó, a cipő, a hangszóró és bizonyos szakmák betanításakor, mint a repülőgép-vezetés vagy a légiforgalmi irányítás, szimulációt használnak. A cél minden esetben a hatékonyság, használhatóság növelése, biztonsági megfontolás vagy a gyártási költségek optimalizálása.

A törésteszt előtt

A járműipari gyártási folyamatok modellezése és optimalizálása különösen nagy szerepet kapott az elmúlt évtizedekben, hiszen a piaci mozgás hektikus volt, és a termékek élet- és innovációs ciklusa is jócskán lerövidült, így fontossá vált nemcsak az autókra, alkatrészekre, rendszerekre, de a gyártásra vonatkozó szimuláció is. A gyártósor-szimuláció nemcsak az anyagáramlást, a megmunkálást és a szerelést veszi figyelembe, de a munkahelyek ergonómiáját is, a megmunkálási folyamatok szimulációja pedig segít az optimális szerszámgépek kiválasztásában.

A CAx azon számítógépes technológiák tág fogalmát jelenti, amelyek támogatják a tervezést, az elemzést és termék előállítását. A számítógépes technológiák összekapcsolása alkotja a CAx-rendszert, melynek során számos ponton szimulációval dolgoznak. Már a CAD- (computer aided design/drawing) tervezés során megkezdődik a szimuláció, majd a formatervezés (CAPP – computer aided process planning), a gyártás (CAM – computer aided manufacturing), a minőség-ellenőrzés (CAQC – computer aided quality control), a termelésvezérlés (CAPPS, computer aided production planning and scheduling) és szállítás (CAST – computer aided storage and transportation) során is folytatódik. A CAx-rendszerek integrációjának fontos alkalmazása a digitális prototípusok létrehozása, amely az összes olyan adatot magában foglalja, ami a terméktervezés során keletkezett. Az így létrejött digitális modell megtestesíti a termék minden tulajdonságát, és lehetővé teszi a tesztelést, optimalizálást. Gyakorlatilag a digitális prototípus szimulálja a majd létrejövő terméket, amelyen így sokféle szimuláció hajtható végre: kinematikai és szilárdsági szimuláció, statikus és dinamikus véges elemes szimulációk, folyadékdinamika-alapú szimuláció, formatervezett felületek reflexióanalízise, ergonómiai tesztek, de olyan szimuláció is van – pl. fotórealisztikus megjelenítés –, amely a gyártásra közvetlenül nincs hatással, de marketingtevékenységhez felhasználható. A digitális prototípus a valós termék számítógépes definíciója, mely tartalmaz minden azzal kapcsolatos dokumentumot, jellemzőt és struktúrát, így nem kell azt a valóságban előállítani, a virtuális térben is lehetőség van módosításokra, ellenőrzésekre, így jelentősen csökkennek a fejlesztési költségek.

Szimuláció a kényelem, biztonság, gazdaságosság érdekében

Nem csupán a gyártás optimalizálását, így a gazdaságosságot segítik a szimulációs rendszerek, de biztonságosabb és kényelmesebben használható termékek, szolgáltatások jönnek létre a segítségükkel. Nem is gondolnánk, hogy egy egyszerű használati tárgy, mint amilyen a cipő, milyen bonyolult szimulációs tervezés során jön létre. A futócipő tervezésekor biomechanikai és anyagismereti információk mellett egy speciális szimulációs szoftver tudására is szükség van. Ez abban segít, hogy a lehető legtökéletesebben illeszkedő, stabil edzőcipőt kapjunk, amely nemcsak tartja a lábat, de a talajfogás során keletkező mechanikai stresszt is csökkenti, amelyet a lábunknak el kell viselnie futáskor. Az akár hónapokig tartó tesztidőszakot csökkentette le a szimulációs szoftverek használata, hiszen míg eddig a régi modellek továbbfejlesztése, az új verziók tesztelése után kapott visszajelzéseket követően tudtak csak átalakításokat végezni, ami hetekig is eltartott, ma a termékfejlesztéssel egy időben, folyamatosan nézik, hogy egy ezer kilométeres futás milyen hatással van a cipőre és a testre. Amikor az Adidas kifejlesztette a ForMotion futócipőjét, a legfőbb újítások a sarokrészben lévő szabadon elmozduló poliamidlemezek, rugók és gumiütközők voltak. A fejlesztőmérnökök, miután előállították a 3D-s terveket, importálták a szimulációs szoftverbe a dizájnt korlátozó feltételeket, az anyagjellemzőket, majd kiegészítették a fizikai paraméterekkel (súly, gyorsaság, súrlódás), és elindítottak különböző paraméterekkel ellátott szimulációkat.

Ezt követően a tervezés végső fázisában a mérnökök a digitális prototípuson keresztül akár fel is szeletelhetik a cipőt, hogy megnézzék, a mozgás során milyen feszültségek, súrlódások keletkeztek a lábbeliben. Természetesen a méretbeli különbségeket is be kell tudni építeni a cipőkbe, ezért a cipőterveket úgy alakítják át, hogy minden méretben és az ezekhez kapcsolódó átlagos súllyal is optimális használatot biztosítsanak. Ezzel a kialakítással elérték, hogy talajfogáskor a különböző mértékű és irányú erőhatásokat csökkentsék, és megelőzhessék a klasszikus futósérüléseket, mint az Achilles-ín vagy a sípcsonti ínhüvelygyulladás, az elmozduló betétek pedig a térdet védik, hiszen korrigálja az esetleg helytelen lábtartást, mint például annak a pronáló – befelé forduló lábfej – mozgását.

Szimuláció az akusztikában

Stressz oldására, szorongás csökkentésére már az 1970-es évek óta használják a zene erejét terápiás kezelésekben. Nem nehéz következtetni – talán sokan tapasztalták is már –, hogy a túl hangos zene, a rossz akusztika miatt kialakuló hangok hatására feszültség keletkezik az emberben, ami akár a fejfájásig is fajulhat. Ha kényelmes életteret szeretnénk kialakítani magunk körül, akkor otthonunk berendezésekor figyelemmel kell lennünk a bútorokon túl arra is, hogy az audioeszközeink úgy adják ki a hangokat, a térbe úgy illeszkedjenek, hogy az ne legyen zavaró, feszültségkeltő. Az optimális hangzás érdekében egy egyedi hangsugárzó készítése során számos szimulációt kell elvégezni. Novothny Ákos, a Bizsók Hangsugárzó Manufaktúra fejlesztőmérnöke mutatta be egy hangfal elkészítése során szóba jöhető szimulációkat. „Mivel olyan hangsugárzókat készítünk, amelyek eltávolodnak a megszokott doboz formától, minden termék során egyedi kialakításra van szükség, ezeknek az optimális beállítását teszik lehetővé a szimulációk. Már a tervezés legelején szimulációval indul a munkám. Először felmérjük az igényeket, hogy adott térben hol lehet elhelyezni a hangfalakat, milyen akusztikai hatást akarunk elérni. Modellezhetjük az elhelyezés alapján egy egyszerű szimulációval, hogy hol lesz a térben a mély hangokat kioltó erősödés, megvizsgálhatjuk, hogy hol jöhetnek létre állóhullámok, hogy a későbbi rezonanciát elkerülhessük. A szimuláció a doboz formájának kialakulását megelőzően indul el, akkor látszik, hogy a kiválasztott hangszóró a készített dobozban hogyan fog viselkedni. A program kiszámolja, és görbéken megjeleníti a különböző paraméterek alapján, hogy milyen lesz a mély hang tartománya. A számítások befejezését követően pontosan meg lehet határozni, hogy hány literes, nyitott, zárt vagy reflexdobozt készítsünk-e. Ekkor még nincsenek különleges formák, csak az egyszerű téglatest doboz. Amikor a forma is megszületik, aminek végeredményeként a hangsugárzó előlapja is kialakul, egy újabb szimulációs mérés alapján meg lehet tervezni a hangváltókat. Mindezt úgy kell elképzelni, mint egy közlekedési rendőrt forgalomirányítás közben, csak itt az autók helyett a mély- és magas frekvenciákat irányítjuk a megfelelő hangszóró felé.”

Paksi szimulátor
Pakson a négy reaktorra jut egy szimulációs terem, amelyet az 1979-es Pennsylvaniai atombaleset hívott életre. Annak eredményeképpen Carter elnök kinevezett egy 12 főből álló bizottságot, amelynek tagja volt Kemény G. János, az Eötvös Társulat tiszteletbeli tagja, a Dartmouth College (USA) emeritus professzora, aki a Fizikai Szemle 1992/4. számában számol be a Three Mile Island tanulságairól. Ebben írja, hogy akkoriban még nem számoltak azzal, hogy egy atomreaktorban egyszerre több dolog is elromolhat, így az operátorok mindig csak egyetlen hiba kijavítására voltak képesek. Az 1979. áprilisi katasztrófa előtt azonban egyszerre három dolog is meghibásodott. A Carter elnök által kinevezett csapat fél év alatt hozott létre egy olyan szimulátort, amely alkalmas volt követni ilyen és ehhez hasonló eseménysorokat, így a továbbiakban fel lehetett készülni a meghibásodásokra is. A Three Mile Island és Csernobil felhívta a figyelmet arra: az operátorok felkészültségét minden lehetséges eshetőségre biztosítani kell, hogy emberi hibából a lehető legkevesebb rendszert vagy működést veszélyeztető esemény jöjjön létre. Magyarország és a világ nukleáris biztonsága is úgy kívánta meg, hogy Pakson a négy blokkot irányító termen kívül létrehozzanak egy ötödik irányító központot is, ahol az atomerőművet vezető szakemberek a várható összes eseményre fel tudjanak készülni – létrehoztak egy korszerű, számítógépes szimulátort, amelyet a Nokia készített el, akkor 5 millió dollárért, magyar szakértők bevonásával.
Trapp Henci
a szerző cikkei

hirdetés
Ha hozzá kíván szólni, jelentkezzen be!
 
hirdetés
hirdetés
hirdetés
hirdetés