hirdetés
hirdetés

A fizikai és virtuális világok találkozása

A kutatástól és fejlesztéstől kezdve a tervezésen át a gyártásig a termékek, létesítmények, rendszerek és folyamatok ma már gyakran a virtuális világban nyerik el végső formájukat. A gazdaság digitális átalakuláson megy keresztül, melynek egyik hajtóerejét a mind nagyobb teljesítményű szimulációs technológiák adják. 

hirdetés

A digitális technológiák hatása az üzleti modelleket, az értékláncokat és a szervezetek felépítését sem hagyja érintetlenül, mindent átható erejük a gazdaság meghatározó tényezőjévé vált. Különösen látványos módon szemléltetik ezt a tervezés során alkalmazott virtuális tesztek, a szimulációk – mutatott rá a Siemens kutatással és innovációval foglalkozó magazinja a témát körüljáró összeállításában (Bringing Reality to the Virtual World, Pictures of the Future, The Magazine for Research and Innovation).

Szembeszökő előnyökkel bírnak ugyanis a szimulációk a fizikai valóságban végzett tesztekkel összehasonlítva. Költséges prototípusok építése helyett a vállalatok a szimulációs szoftverek segítségével könnyen és gyorsan olyan virtuális modelleket hozhatnak létre, amelyeken a munka korai szakaszában kiszűrhetik a tervezés hibáit, és – a különböző környezeti hatások mellett az emberi tényezőt is figyelembe véve – részletes, valósághű képet alkothatnak arról is, hogy a leendő termék miként fog viselkedni a rendeltetésszerű vagy attól eltérő használat, valamint a karbantartás során. Nemcsak pénzt takarít meg a szimuláció ezáltal a szervezeteknek, hanem jobb minőségű, biztonságosabb és fenntarthatóbb termékek tervezését teszi lehetővé, amelyek rövidebb átfutással kerülhetnek piacra.

Szilárd testek a kibertérben

Az ezredfordulót követően a CAD/CAE (computer-aided design/computer-aided engineering) szoftverek szállítói sokat tettek azért, hogy hagyományos elemző eszközeiket a tervezőmérnökök is könnyebben használhassák. A munkafolyamatokon azonban, amelyek a tervezést és a tesztelést elkülönítették egymástól, ez még sokáig mit sem változtatott.

Sok szervezet napjainkban is határozottan különválasztja a munka két kulcsfontosságú szakaszát, figyelmen kívül hagyva az összekapcsolásukból fakadó, eléggé nyilvánvaló előnyöket. A tervek ellenőrzése, a prototípusok tesztelése ugyanis a tervezés elválaszthatatlan részét alkotja. A terméktervezés nem tekinthető lineáris folyamatnak, sokkal inkább kísérletezések, döntések, tesztelések és módosítások sorozatának. Minél sűrűbben és közvetlenebb módon győződhetnek meg a terméktervezők arról, hogy az ötleteik alapján formát öltő termék miként viselkedik a gyakorlatban, annál kevesebb hibát vétenek, és gyorsabban dolgozhatnak.

A fizikai prototípusok építése és tesztelése azonban túlzottan időigényes és költséges ahhoz, hogy a tervezőmérnökök folyamatosan próbáknak vethessék alá ötleteiket és megoldásaikat.

Égető szükség mutatkozott ezért egy olyan eszközre, amely szinte azonnal ellenőrizni tudja a terv minden változtatását, és jelzi, ha a mérnök elgondolása rossz útra, további, potenciális hibák irányába tereli a folyamatot. Ez az eszköz a számítógépes szimuláció, amely egy valós, fizikai világban létező tárgy, rendszer vagy folyamat viselkedését képes bemutatni digitális környezetben, számítások által. A mérnöki szoftvercsomagok – többek között az AutoCAD, a PTC Creo, a Siemens PLM és a Dassault Systèmeshez tartozó SolidWorks – szimulációs modulokat is tartalmaznak. A SolidWorks Simulation például strukturális, áramlástani és mechanikus elemzésekhez, tesztekhez is kínál eszközöket, amelyekkel a tervezőmérnökök folyamatosan ellenőrizhetik pl. a készülő termék anyagának viselkedését, belső és külső lég-, illetve folyadékáramlásra adott válaszát, valamint a mozgás, működés közben rá ható erőket is.

Siemens PLM: a Sierra Nevada Corporation Dream Chaser űrhajójának modellje
Siemens PLM: a Sierra Nevada Corporation Dream Chaser űrhajójának modellje

Elegendő ehhez elkészíteni, parametrizálni a tervezőprogramban a termék szilárd modelljét, és az máris tetszés szerinti körülményeket szimuláló teszteknek vethető alá, amelyek úgyszólván semmibe se kerülnek. A tervezőmérnökök így sokkal több kérdést tehetnek fel, és a teszteredmények alapján sokkal teljesebb képet kaphatnak a készülő termék tulajdonságairól, amelyeket összetett követelményrendszernek – gyártási költségekkel, állóképességgel, biztonsággal és fenntarthatósággal kapcsolatos elvárásoknak – megfelelően finomhangolhatnak. A szimulációnak köszönhetően a gyártók maguk mögött hagyhatják az elég jó termékek tervezését (amelyeknél a prototípus-tesztelés költségét a kockázatok tolerálható szintjével kellett egyensúlyba hozniuk), és továbbléphetnek a kiválóság felé.

Az Aberdeen Group felmérése szerint, amelyet a mérnöki analízissel és szimulációval foglalkozó közösség szakmai szervezete, a NAFEMS támogatásával készített, megállapította, hogy a szimulációs eszközöket a területükön legjobbnak számító gyártók mindegyike közvetlenül a terméktervezés szakaszában használja, míg a tőlük lemaradó versenytársak körében ez az arány csupán 75 százalék. A tervezést végigkísérő szimulációs tesztek rendkívül kedvezően hatnak a vezető gyártók nyereségességére, mivel jelentősen csökkentik a terméktervezés átfutási idejét és költségeit is.

Számokban mérhető előnyök

Harmincnál több német, osztrák és szlovén kutatóintézet, illetve vállalat vett részt két éve a European Advanced PartSim projektben, hogy fejlett szimulációs technológiák segítségével javítsa a komplex alkatrészek előállítását a műanyagiparban, a terméktervezéstől kezdve a tömeggyártásig. A projekt tapasztalatait összegző esettanulmányok szerint a folyamatok digitalizálása és a szimulációs tesztek kiterjedt alkalmazása 10-50 százalékkal csökkenti a fröccsöntött alkatrészek tervezési költségeit, és az átfutási időt is 40 százalékkal lerövidíti.

Szimulációk persze nagy méretű és összetett gépek, szerkezetek digitális modelljein is végezhetők. A Siemens Tecnomatix néven például a PLM- (Product Lifecycle Management) szoftverek átfogó portfólióját kínálja kimondottan a gyártóipar szereplőinek, amelyekkel egész gyárak tervezhetők a készülő termékekre optimalizált gyártósorokkal, épületekkel és folyamatokkal. Hasonló módon a szimulációs eszközöket is felvonultató szoftvercsomag a változások kezelését is megkönnyíti, mivel a vállalatok a gyártósorok átalakítását vagy bővítését is a legapróbb részletekig megtervezhetik úgy, hogy közben nem zavarják a gyártás menetét.

A Siemens által végzett elemzések szerint a Tecnomatix eszközöket használó vállalatok 3-6 százalékkal csökkentették induló beruházásaik költségét, míg az új gyártósorokra körülbelül ötödével költöttek kevesebbet. A szimulációs szoftver segítségével megtervezett gyártósorok 20 százalékkal hatékonyabbnak bizonyultak, mint elődeik. A digitalizált és optimalizált folyamatoknak köszönhetően a vállalatok akár 60 százalékkal is csökkenteni tudták raktárkészletüket, és hasonló arányban rövidült a gyártás átfutási ideje is. A szimulációval támogatott tervezés a karbantartás terén is meghálálta magát a költségek 30 százalékos csökkentésével.

SolidWorks Simulation modul a szoftvercég 3D CAD integrált programcsomagjában
SolidWorks Simulation modul a szoftvercég 3D CAD integrált programcsomagjában

Mérnök a felhőben

Nem meglepő a meggyőző számadatok láttán, hogy a virtuális modellek és a rajtuk végzett, szimulációs tesztek egy ideje már nélkülözhetetlenek az autó- és az építőiparban, a hajó- és repülőgépgyártásban, valamint az űrkutatásban, és mind szélesebb körben alkalmazzák őket olyan területeken is, mint a gépgyártás, a várostervezés, az épületüzemeltetés, a közlekedésirányítás és a katasztrófaelhárítás, a tudományos kutatásról nem is szólva.

A gyárautomatizálással foglalkozó magdeburgi Fraunhofer Institute for Factory Operation and Automation (IFF) meghatározása szerint a digitális mérnöki tervezés eszközei és módszerei egységes támogatást adnak az ipari folyamatokhoz, amely átível a termékek teljes életciklusán, beleértve a tervezés során előállt CAD-adatokból létrehozott digitális modelleket és a rajtuk végzett, számítógépes szimulációs teszteket is. A virtuális térben zajló mérnöki munka a munkafolyamatokat is átformálja. Miután minden munkacsoport ugyanannak az integrált szoftvercsomagnak az eszközeit használja, komplex, speciális rendszerek, például ipari robotok tervezésekor az IFF fejlesztői már a munka korai szakaszában hozzáláthatnak a szoftverkód megírásához, amikor a leendő gép még csak digitális modellként létezik.

Fényes jövőt jósolnak a piacelemzők a mérnöki munkát digitálisan átalakító szoftvereknek és szolgáltatásoknak, a Pierre Audoin Consultants szerint 2017-ig évi 11,2 százalékkal fog nőni irántuk a kereslet.

Bár a mérnöki szoftvercsomagok egy munkaállomáson, azaz nagyobb teljesítményű asztali vagy mobil számítógépen futnak, a mind összetettebb szimulációs tesztek iránti igény felveti a kérdést, hogy különösen a kisebb vállalatok, tervezőirodák miként tudják majd biztosítani a szükséges informatikai erőforrásokat. Úgy tűnik, az IT-iparág máris megoldást talált a problémára. A HP ugyanis az Ansys szimulációs szoftvereket bevezető és támogató, német CADFEM-mel közösen felhőszolgáltatást indított. A HP Helion felhőplatformján működő CADFEM Engineering Simulation Cloud olyan nagy teljesítményű és rugalmasan méretezhető CAE-környezetet teremt, amelyben a mérnökök helytől és időtől függetlenül, szokványos PC-ről is elérhetik a fejlett 3D-s vizualizációs és szimulációs eszközöket. 

Kis Endre
a szerző cikkei

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

Kiadónk társoldalai

hirdetés