Simulace – snadná cesta k úsporám času a nákladů

Návrháři a konstruktéři ze všech výrobních segmentů, od strojírenské výroby po produkci spotřebního zboží, činí důležitá rozhodnutí každý den. Jaká musí být tloušťka materiálu, aby vydržel provozní tlak? Kolik výztuží je potřeba k bezpečné přepravě nákladu? Bude běžná ocel dostatečně odolná po dobu předpokládané životnosti produktu? Odpovědi na tyto otázky mohou poskytnout fyzické prototypy a komplexní testování, což je příliš nákladné a časově náročné. Takže jak jinak mohou pracovníci v oblasti návrhu a konstrukce získat odpovědi na položené otázky? Nejlepší způsob je proces simulace. Nejenže poskytne kvalitní podklady pro správná rozhodnutí, ale také je rámci celého konstrukčního procesu umožní učinit mnohem dříve. Ještě před několika lety byly softwarové simulační nástroje typu FEA (analýza konečných prvků) k dispozici pouze několika expertům, zejména v automobilovém a leteckém průmyslu. Naštěstí jsou dnes simulační softwarová řešení snadno dostupná a použitelná, takže jejich výhod může využít takřka každý návrhář či konstruktér. ZVOLIT SPRAVNOU VARIANTU Během každého návrhového procesu je třeba zvažovat celou řadu faktorů. Komponenty mohou být vyrobeny z různých materiálů, například z kovu či plastů, a volba optimálního materiálu se může stát kritickým faktorem. Vedle finančních nákladů, hmotnosti a ekologických aspektů může důležité kritérium výběru představovat například také tloušťka materiálu. Je běžnou praxí, že se při výběru tloušťky materiálu konstruktéři spoléhají na svoji zkušenost, „zkoušku palcem“ či kalkulace vyčtené z konstrukčních příruček. Výsledkem je pak přemíra opatrnosti a naddimenzované množství materiálu, což nevyhnutelně znamená plýtvání materiálem a prodražování výroby. S využitím softwaru typu FEA mají návrháři a konstruktéři k dispozici nástroj ke snadnému studování různých variant, predikování funkčnosti navržených produktů a jejich optimalizaci. 3D FEA model představuje skutečný digitální prototyp nabízející všechny druhy počítačového testování, který je rychlejší a levnější než fyzický prototyp. Konstruktérům umožňuje identifikovat potenciální chyby již ve fázi, kdy je ještě snadné návrh modifikovat. Identifikace a oprava potenciálních konstrukčních chyb přináší vyšší spolehlivost a spokojenost zákazníků. 3D FEA model navíc pomáhá tvořit produkty lehčí a šetřit tak daný materiál. Digitální prototypy tímto způsobem redukují náklady a zlepšují kvalitu produktů. VYBĚR MATERIALU Kritickým prvkem softwarového řešení pro simulaci s pomocí FEA je podpora širokého spektra materiálů, což je nezbytným předpokladem pro pochopení toho, jak se budou produkty chovat v reálném světě. Bez ohledu na to, s jakými materiály je v návrhu počítáno (od kovových po gumové součásti), jsou data o materiálu životně důležitá pro přesnost konstrukční simulace – umožňují konstruktérům a návrhářům porozumět chování produktu, případně jeho selhání. Ještě v dnešní době některé firmy váhají s integrací konstrukční simulace do návrhových procesů, protože se např. obávají počátečních nákladů a složitého zaškolení svých týmů. Simulační nástroje pro vyhodnocování a optimalizaci jsou dnes začleněny do portfolia řešení Autodesk pro digitální prototypování a jsou dostupné prostřednictvím jednoduchého rozhraní. Simulační nástroje umožňují konstruktérům začít se základními analýzami a poté provádět pokročilé simulacemi, jako jsou např. dynamické simulace nebo simulace proudění. PŘINOSY DIGITALNI SIMULACE Největší přínos simulačního softwaru spočívá v možnosti předpovídat chování produktu za reálných podmínek, aniž by bylo nutné vytvářet nákladné, časově náročné fyzické prototypy nebo čekat na výsledky externích firem. Simulační softwarové nástroje jsou integrovány do řešení Autodesk pro tvorbu digitálních prototypů a jsou praktické, cenově dostupné a dovolují provádět simulace v rámci integrovaných návrhových procesů a tím maximalizují přínosy z tvorby digitálních prototypů. PŘIKLAD ZAKAZNIKA: VALIANT Jedním ze zákazníků, kteří úspěšně využívají software pro digitální simulace, je společnost Valiant. Valiant navrhuje a produkuje výrobní zařízení pro zákazníky v nejrůznějších segmentech – od automobilového až po letecký průmysl. Společnost Valiant byla při vývoji nových zákaznických řešení omezována rychlostí spolupráce s externími firmami, zodpovědnými za externí testy klíčových komponent. Tento způsob práce byl pro firmu Valiant pomalý, nepružný a finančně velice náročný. Z tohoto důvodu se rozhodla implementovat řešení na platformě Algor Simulation s cílem zpracovávat klíčové analýzy interně, převzít plnou zodpovědnost nad realizovanými projekty a tím eliminovat jejich chybovost a zkrátit dobu návrhového cyklu. Společnost Valiant ověřila tento koncept v praxi při nedávné realizaci projektu pro leteckého výrobce Boeing. V rámci tohoto projektu využila software Autodesk Inventor a Autodesk Algor Simulation pro efektivnější navrhování a konstrukci přenosného nakladače. Z původního návrhu vyplývalo, že bude potřeba osmi teleskopických hydraulických válců, každý o zdvihu 40 000 kg. S pomocí Inventoru byli konstruktéři schopni navrhnout a sdružit teleskopické válce do tří sekcí namísto obvyklých čtyř, což umožnilo zvýšit zdvihovou kapacitu a přitom snížit náklady. Pokročilé funkcionality analýzy konečných prvků v řešení Algor Simulation poté pomohly minimalizovat hmotnost navrženého zařízení a přitom splnit požadavky zákazníka na jeho výkonnost. Martin Peňáz, obchodní manažer strojírenských řešení Autodesk v ČR