Концепция проектирования на основе расчётов предоставляет широкий спектр преимуществ, которые помогают организациям реализовывать бизнес-цели и ускорять инновации. Однако в то время, как одни компании достигают больших успехов благодаря реализации этой концепции, другим не удаётся использовать её в полной мере.

 

Инфографика о проектировании на основе расчётов

И такую ситуацию легко понять. Часто считается, что внедрить компьютерное моделирование и расчёты в процесс проектирования очень непросто, поскольку тут необходимы специальные знания и координация в целом ряде областей.

Действительно, без соответствующего уровня поддержки и подходящих программных продуктов выполнять расчёты в процессе проектирования может быть весьма затруднительно. Однако новые технологии позволяют решить эти проблемы и создают все условия для внедрения компьютерного моделирования и расчётов в процесс проектирования.

Давайте рассмотрим четыре основных фактора, которые влияют на внедрение проектирования на основе расчётов.

1. Знакомство с численными методами

При использовании традиционных программных продуктов инженерам нужно было понимать заложенные в них расчётные методы, чтобы правильно выполнить расчёт.

Начать работу в Ansys Discovery Live очень просто: достаточно выбрать один из 5 вариантов расчёта (теплопередача, потоки жидкости и газа, прочность, модальный расчёт или электромагнетизм)

Например, результаты, полученные методом конечных элементов (МКЭ) и методом конечных разностей (МКР), будут отличаться. Хотя оба эти метода являются численными методами решения дифференциальных уравнений, описывающих физические явления, они используют разные допущения, упрощения и методологии.

Недостаток знаний в области численных методов может привести к неправильному выбору метода расчёта. Более того, не понимая разницу между численными методами, вы не сможете правильно интерпретировать полученные результаты.
Неправильные результаты или интерпретации могут, в свою очередь, привести к негативным последствиям. В лучшем случае, вы впустую потратите время на неправильные расчёты. Но что ещё хуже, ошибки могут закрасться в сам процесс проектирования, что приведёт к нарушению сроков или требований проекта, и, в конечном итоге, к убыткам для организации.

К счастью, технологии не стоят на месте, и последние разработки компании Ansys позволяют снизить эти риски. Новые алгоритмы расчётов позволяют автоматически выбирать наиболее подходящий решатель или численный метод на основе расчётной модели. Таким образом, вы теперь можете создавать модели и выполнять точные расчёты, даже не разбираясь в основах численных методов.

2. Навыки и методы работы в CAD

Компьютерное моделирование и расчёты выполняются, в первую очередь, с целью определения правильных решений в процессе проектирования.

При изменении геометрии в Ansys Discovery Live модель автоматически обновляется

Вместо функции финальной проверки и подтверждения работоспособности продукта, расчёты все чаще используются для изменения исходной геометрии. В связи с этим инженерам необходима возможность простого редактирования геометрии, чтобы выполнять проектные итерации и исследовать новые проектные решения в единой виртуальной среде. Проблема заключается в том, что традиционный подход к построению и изменению геометрии основан на параметрическом моделировании, что делает геометрию слишком чувствительной к изменениям.

Например, чтобы расчётная модель оставалась работоспособной, некоторые её элементы (используемые для задания граничных условий) не должны изменяться. Не зная об этом, вы можете ненароком изменить их при перестроении геометрии, тем самым нарушив работу расчётной модели. На обнаружение и решение таких проблем могут уходить часы.

Исследование разных проектных решений не должно приводить к нарушению работы модели. Теперь эту проблему можно решить благодаря последним разработкам, которые объединяют прямое геометрическое моделирование (direct modeling) и расчёт в единый процесс. Прямое моделирование позволяет задавать необходимую форму геометрии, не нарушая при этом работу расчётной модели.

Кроме того, прямое моделирование предоставляет и другие преимущества – например, скорость и гибкость в работе, обусловленную тем, что теперь инженерам не нужно разбираться во всех внутренних нюансах построения геометрической модели.

3. Пользовательские интерфейсы

В основу программ, которые выполняют расчёты, заложена очень сложная математика. Чтобы смоделировать реальную работу системы, необходимо задать нагрузки, закрепления и прочие свойства модели. Для их адекватного задания инженеры должны в достаточной мере овладеть доступными инструментами пользовательского интерфейса.

Чтобы выполнить расчёт внутреннего потока в Ansys Discovery Live, достаточно просто задать вход и выход потока, и запустить расчёт

Однако в последнее время поставщики программного обеспечения уделяют особое внимание простоте использования своих продуктов, которые благодаря интуитивно понятному пользовательскому интерфейсу позволяют инженерам легко создавать расчётные модели.

Ещё одной из последних тенденций является организация функционала в пользовательском интерфейсе в несколько уровней. Это предоставляет пользователю возможность постепенного ознакомления с инструментарием, начиная с наиболее часто используемых операций, расположенных на первом уровне, и продвигаясь к более сложным операциям и расширенным функциональным возможностям.

Возможность автоматического построения расчётной сетки значительно упрощает работу с CAE программами. Она позволяет строить высококачественные конечно-элементные сетки для получения точных результатов. Приложение также может выполнять ряд последовательных расчётов с постепенным увеличением плотности сетки, отслеживая отклик конструкции до тех пор, пока он не стабилизируется, что будет означать достижение достаточной плотности сетки для данной расчётной модели.

Некоторые программные продукты и вовсе избавляют пользователей от этапа работы с сеткой. В этом случае достаточно просто задать геометрию и запустить расчёт. Это даёт возможность сосредоточиться на поиске оптимальной конструкции путём непосредственной работы и экспериментов с геометрией без отвлечения на расчётную сетку.

Объединение пользовательских интерфейсов программ для геометрического моделирования (CAD) и инженерных расчётов (CAE) также существенно сократило порог вхождения в CAE для новых пользователей. Инженеры смогли проводить расчёты, не изучая полного спектра возможностей расчётных программ. Упрощение пользовательского интерфейса позволяет использовать компьютерное моделирование и расчёты чаще, и при этом начинать его применение на более ранних этапах проектирования.

4. Знание физики процессов имеет ключевое значение

Никакое программное обеспечение не заменит инженерные знания

Чтобы использовать проектирование на основе расчётов в полной мере, ни в коем случае нельзя пренебрегать знаниями, опытом и обучением инженеров. Для того, чтобы правильно интерпретировать полученные результаты расчётов, необходимы глубокие знания ряда инженерных дисциплин. Не имея таких знаний, вы можете запросто принять неправильное проектное решение, поскольку:

• не знаете, что означают полученные результаты компьютерного моделирования;
• не заметили ошибок в исходных данных и предпосылках, которые привели к неправильным результатам.

Хотя многие и возлагают большие надежды на искусственный интеллект и машинное обучение как способ дополнить знания работников, маловероятно, что робот сможет полностью заменить инженерный опыт человека.

Таким образом, несмотря на то, что сегодняшние CAE-программы позволяют выполнять расчёты, не задумываясь о правильности выбора численного метода, редактировать геометрию, не боясь нарушить работу расчётной модели, а также предоставляет интуитивно понятный пользовательский интерфейс, глубокие инженерные знания физики процессов остаются незаменимыми. При этом внедрение правильного программного обеспечения позволяет сконцентрироваться именно на проблеме инженерных знаний, приняв на работу новых сотрудников соответствующей квалификации либо организовав обучение имеющихся специалистов.

Если вы хотите узнать больше о проектировании на основе расчётов в режиме реального времени, ознакомьтесь с отчётом «The Four Benefits of Simulation-Driven Design», а также инфографикой «The Value of Simulation-Driven Design» (на английском языке). А что будет, несомненно, ещё полезнее – вы можете скачать бесплатную пробную версию Ansys Discovery Live и начать своё знакомство с будущим компьютерного моделирования уже сегодня!

Любое и все названия, логотипы и слоганы бренда, продуктов и услуг компании ANSYS, Inc., такие как Ansys и Ansys Discovery Live, являются зарегистрированными торговыми марками компании ANSYS, Inc. или её дочерних компаний на территории США или в других странах.

Все изображения и видео, полученные при помощи программного продукта Ansys Discovery Live, предоставлены компанией Ansys.

Компания Софт Инжиниринг Групп предлагает Вашему вниманию ознакомиться с обзором линейки программных продуктов ANSYS Discovery.

Не забываем подписываться на страницы чтобы получать оперативно информацию https://www.facebook.com/softenukraine и быть в курсе запланированных вебинаров https://www.webinar.soften.com.ua

Нам важно получить от вас обратную связь – это поможет нам лучше подготавливать материалы. Оставляйте свои комментарии, вопросы и предложения под статьей или напишите на E-mail: info@soften.com.ua

Источник: www.ansys.com
Автор: Chad Jackson
Об авторе: Чад Джексон (Chad Jackson) – главный аналитик компании Lifecycle Insights.