Численное моделирование — это математическая форма представления физического или других видов поведения, которая основана на определенных гипотезах и упрощающих предположениях.
Введение
В настоящее время многие производители ощущают реальную потребность в сокращении сроков выпуска продукции на рынок. Возможности компьютерного численного моделирования способны предоставить возможность проверить большее количество версий конструкции за меньшее время. Эти методы зарекомендовали себя как эффективная альтернатива испытаниям физических опытных образцов. Организации стремятся расширить область использования методов численного моделирования путем внедрения их на самых ранних стадиях процесса проектирования изделия.
В течение процесса разработки организации стараются как можно более оперативно сформировать конструкторский проект, по которому в дальнейшем будут изготовлены опытные образцы. А затем эти образцы необходимо испытать и оценить с точки зрения соответствия изделия требуемым характеристикам. В итоге в проект может быть внесено большое количество коррективов, а ошибки конструкторов зачастую не могут быть выявлены вплоть до испытаний опытных образцов. Это, как правило, ведет к отставанию от графика проектных работ, значительному увеличению себестоимости, несоответствию изделий ожиданиям рынка и требованиям бизнеса, что, с другой стороны, может привести к увеличению рисков неудовлетворенности со стороны заказчиков или даже отзыва готовых изделий.
Довольно часто проектировщики и расчетчики действуют фактически независимо друг от друга. Иногда это объяснялось тем фактом, что расчетчиков привлекали к работе только тогда, когда на испытаниях случались поломки, или, когда они должны были выполнить окончательные расчеты на стадии утверждения конструкции перед выпуском изделия на рынок. Даже при осуществлении численного моделирования на более ранних стадиях специалисты должны работать с множеством специальных и не связанных друг с другом систем. При этом могут возникнуть избыточные данные и непроизводительные процессы, что в конечном счете может привести к росту временных затрат на выполнение расчетов.
Численное моделирование
Численное моделирование и виртуальные испытания не способны в полной мере стать заменой реальным опытным образцам и испытаниям, однако они могут значительно сократить количество изготавливаемых образцов. Помимо этого, сопоставление итогов реального испытания с расчетными данными предоставляет дополнительную возможность проверки проектных решений.
Естественно, испытания опытных образцов способны выявить необходимость выполнения некоторых изменений в конструкции изделия, но количество дорогостоящих и требующих длительного временного периода, для того чтобы реализовать эти изменения, может быть сокращено на порядок. Кроме того, существенно снижаются риски отзыва готовых изделий. Таким образом, конструкция в гораздо большей степени будет отвечать набору технических и экономических требований, чем в случае действий по старому принципу, а именно, «спроектировать — рассчитать — изготовить — испытать».
В течение большого периода времени численное моделирование часто могло не успеть за графиком проектирования изделия. Иногда расчетные итоговые результаты получались слишком поздно, что означало их бесполезность. Это вызывало заметное разочарование, нерациональное использование и неразбериху, связанную с системами инженерного анализа (CAE). Согласно отчетам консорциума AutoSim, из всего времени, которое необходимо инженерам для исполнения расчета системы или подсистемы изделия, восемьдесят процентов времени затрачивается на формирование модели.
Для того чтобы ускорить этот процесс, необходимо согласовывать все этапы процесса численного моделирования. Целью является достижение такого уровня, когда численное моделирование станет исполняться синхронно с конструированием, иногда даже управляя им, а результаты расчетов станут оказывать влияние на каждое принимаемое проектное решение. То есть, требуется подготовить расчетные модели (к примеру, конечно-элементные) с точностью, необходимой на данном этапе проектирования.
Реализованная в системе автоматизированного проектирования NX компании Siemens PLM Software уникальная интегрированная среда проектирования и инженерного анализа способна сократить время, которое затрачивается на подготовку расчетных моделей, и может позволить существенно быстрее осуществить цикл «проектирование — расчет» и быстрее вывести высококачественное изделие на рынок.
Сегодня в процессе подготовки производства может использоваться обширный спектр программных средств. Конструкторам предоставлено большое количество CADсистем, а для расчетчиков создан целый набор CAEприложений, в том числе таких, которые поддерживают параллельные расчеты разных физических явлений, электромагнетизма, газогидродинамики, прочностные расчеты способом конечных элементов, анализ усталостной прочности и разрушений, акустическое прогнозирование и оптимизацию конструкций.
При выполнении проектных работ на базе численного моделирования, специалисты могут получить доступ к мощнейшим средствам редактирования геометрии, к примеру, к инструментальному набору прямого моделирования и размерного проектирования. Новейшим достижением в данной сфере является уникальная синхронная технология, которая объединяет скорость и гибкость прямого моделирования с наличием точности размерного проектирования.
Этот мощный набор инструментов способен позволить инженерам и расчетчикам легко выполнять редактирование модели и получить требуемую для численного моделирования идеализированную геометрическую форму, не дожидаясь, пока эту задачу осуществят конструкторы, то есть, можно быстро реагировать на модификации в конструкции, а также предложить возможные коррективы, основываясь на результатах расчетов.
