Konstrukce a simulace jsou dvě fáze vývoje produktu, které často probíhají odděleně. Není to však ideální řešení, protože dochází jak k časovým, tak finančním ztrátám.
Návrh komplexních strojů dnes zpravidla probíhá následovně: Inženýr navrhne produkt v CAD softwaru. Aby návrh byl co nejlepší, testuje funkčnost dílu nebo stroje v analytickém a simulačním programu. Díky tomu odpadá nutnost vyrábět drahé prototypy, neboť simulací lze zjistit rychleji, jestli daná konstrukce vyhovuje nebo ne. Z nedávné ankety, realizované mezi více než 500 vývojáři, vyšlo najevo, že počítačové simulace jsou ve srovnání s manuálními výpočty a fyzickými prototypy výrazně lepší co se týče dosažené kvality, obratu, výrobních nákladů a termínů pro výrobu.
Výše uvedené je však pouze polovinou pravdy. Kolik času totiž vývojáři ušetří na fyzických testech, tolik jej obvykle připadne na přípravu CAD dat pro simulaci. Pokud totiž nedojde k úplnému a správnému přenosu dat, jsou výsledky dané simulace velmi omezené. Konstruktéři pak musí data v simulačním softwaru opravovat manuálně nebo vytvářejí celou konstrukci úplně znovu.
KLÍČEM JE SPOLUPRÁCE
Jaké jsou tedy příčiny často neefektivní spolupráce s ostatními nástroji? Dobrým příkladem mohou být simulace proudění kapalin nebo tepla. Simulace proudění tekutin (Computational Fluid Dynamics – CFD) je dnes valnou většinou konstruktérů považována za standardní metodu, která stojí na osvědčených matematických základech. Metoda CFD slouží mimo jiné k vizualizaci komplexních jevů proudění. Původně pochází z aerodynamiky, která se zabývá obtékáním automobilů nebo nosných ploch okolním vzduchem. Tato metoda se však také hodí při aplikaci na přenos tepla, např. na chladicích tělesech v elektronických přístrojích.
Uživatelé CFD softwaru říkají, že jim příprava dat často zabere celé dny, v případě simulací komplexních proudění i dva týdny. Přestože běžný CFD software převezme možná 80 procent CAD dat správně, zůstává stále dost prostoru pro nepřesnosti, které je nutné opravit manuálně, aby uživatel získal smysluplné výsledky. Někteří vývojáři dokonce v CFD programu sestavují geometrii úplně znovu, což je časově velmi náročné a vede to k nesmyslné duplicitní práci.
DALŠÍ OMEZENÍ BĚŽNÝCH CFD PROGRAMŮ
Mnozí vývojáři doporučují, aby se v případě komplexní geometrie z konstrukčního návrhu vyřadily určité detaily (zjednodušování). Pak však vyvstává otázka, do jaké míry bude daná simulace odpovídat pozdější skutečnosti.
Důležitým aspektem simulací CFD je kvalita spojení pevných těles, které je často nutné manuálně opravovat. Ideálně by však něco takového mělo probíhat automaticky, a to tak, že by na důležitých místech, např. na hraničních vrstvách, měly být provedeny jemnější výpočty a na nekritických místech naopak hrubější.
Ani ten nejlepší konstruktér nenavrhne perfektní konstrukci hned napoprvé. Po vytvoření simulace je třeba CAD model dále upravovat nebo propočítat více variant. Když se však celé kolečko únavných manuálních úprav rozjede nanovo, znamená to pro uživatele obrovský nával práce.
PROPOJENÍ NA VYŠŠÍ ÚROVNI
Řešením je využívat jeden z nejvýkonnějších 3D CAD programů, který má k dispozici obsáhlé portfolio analytických nástrojů. SOLIDWORKS Flow Simulation tvoří jeden z několika modulů v portfoliu produktů SOLIDWORKS Simulation. Pomáhá kupříkladu strojařům, aby nemuseli provádět konstrukční změny v posledních fázích projektu, aby dokázali uvést produkty na trh rychleji a také, aby mohli experimentovat s novými konstrukcemi, které třeba snižují celkovou hmotnost, často bez použití prototypů. Na vytvořených modelech rychle zjistí, jestli daná konstrukce funguje, která varianta je nejlepší a jakou bude mít životnost.
MEZI MODULY SOFTWARU SOLIDWORKS SIMULATION DÁLE PATŘÍ:
- SOLIDWORKS Motion testuje kinematiku celých konstrukčních skupin s ohledem na působení břemen a dává informace o tom, zda jsou všechny pohyby prováděny správně a jestli například nedochází ke kolizi jednotlivých dílů
- SOLIDWORKS Plastics simuluje průtok roztaveného plastu během vstřikování, ukazuje, jestli a jak se daný díl při ochlazování smrští a umožňuje rychle měnit materiál i geometrii
- SOLIDWORKS Sustainability se používá k posouzení vlivů na životní prostředí v reálném čase v průběhu celého životního cyklu konstrukce a pomáhá ji upravit tak, aby splňovala cíle dlouhodobé udržitelnosti
- SOLIDWORKS Simulation Premium umožňuje nelineární a dynamické pevnostní analýzy, např. k vyhodnocení velkých deformací, vibrací nebo plasticity.
VIRTUÁLNÍ ZKOUŠKA
Všechny tyto moduly navíc navzájem výborně spolupracují. Díky tomu může např. vývojář prostřednictvím simulace proudění vypočítat teplotní rozložení na elektronické desce. Následně nasimuluje, jaké mechanické napětí přitom vzniká a nakonec tuto desku podrobí virtuálnímu vibračnímu testu. Tyto kroky může nasimulovat u všech variant, aniž by během toho musel pokaždé znovu nahrávat konstrukční data. U větších projektů je pak velmi důležité, aby si mohli kolegové vyměňovat konstrukční data výsledků z analýz nejen mezi sebou, ale také s externími dodavateli. Jen tak se mohou firmy rozrůstat a najít nové příležitosti na trhu.