Budoucnost CAD systémů

Tags: CAD | Dassault | Technologie | vize

Budoucí decentralizovaně propojená výroba postupně, ale zároveň velmi významně, změní nástroje CAD. Konstruktéři budou muset do budoucna svá data otevřít i jiným oddělením firmy, obchodním partnerům a koncovým zákazníkům. Pokud šlo dříve o to navrhovat konstrukce analogicky jako při práci u kreslícího prkna, nyní se stává CAD stále více hybnou silou komplexních vývojových procesů, u kterých dochází ke sloučení nástrojů CAD a managementu produktových dat. Dalším pilířem takovéhoto komplexního procesu je simulace. Aby se zkrátila doba vývoje, musí návrh už na obrazovce prokázat, že později v praxi splní všechny nároky. Za tímto účelem se při aplikaci simulace využívají konstrukční údaje z programu CAD. Stisknutím tlačítka simulace vypočítá, zda fyzikální vlastnosti, jako je pevnost nebo tepelná vodivost, zajistí bezpečný provoz.

Skloubení konstrukce a simulace

Ján Gajdoš

V současné době skoro žádný výrobek nejde do výroby, aniž by byla pomocí simulace předem ověřena jeho kompletní funkčnost. Simulace budou v budoucnu stále důležitějším a pro malé podniky i dostupnějším stavebním kamenem kompletního virtuálního procesu vývoje výrobku. Simulační metody vděčí svému vzestupu razantně zvýšeným výkonům počítačů a paralelizaci algoritmů pro počítače s vícejádrovými procesory. Zejména selhání materiálu může být dnes velmi přesně modelováno. Doba výpočtu modelů, speciálně těch velmi velkých, se však téměř vůbec nezměnila. I dnes je měřítkem výpočet „přes noc“. Pouze výsledky mají větší vypovídací schopnost než před několika lety, protože je při stejné době trvání výpočtu možná výrazně větší přesnost detailů. Ta změnila také důležitost simulací ve firmách. Pokud dříve sloužila pouze k matematickému zajištění údajů získaných experimentální cestou nebo ke zkoumání nastalých problémových případů, dnes se simulace používají již v dřívější fázi vývoje výrobku.

Obzvláště zřetelné to je na příkladu automobilového crashtestu. Dříve se desítkami aut najíždělo proti zdi, aby mohlo být posouzeno chování karoserie nebo zádržných systémů. Pak vstoupily do hry realistické simulace, které vizuálně modelovaly reálné chování montážních dílů pomocí metody konečných prvků s vysokou prognostickou kvalitou. Během posledních let se tyto výpočty staly tak přesnými, že někteří výrobci automobilů od fyzických crashtestů ve vývojové fázi upouští. To šetří tuny zničených aut a tím i enormní náklady. Navíc se tak výrazně zrychluje proces vývoje. Malé změny na karoserii, které musely být dříve pracně upravovány, vyžadují dnes ve virtuálním vývoji produktů pouze několik málo kliknutí myší a jen pár hodin výpočetní doby, aby mohla být vypočtena variace nárazů. Dalším příkladem mohou být sedadla automobilů, která mají i desítky motorků pro jejich nastavování. Ty se v provozu zahřívají tak, že musí být chlazeny pomocí větráků. Díky simulaci proudění vzduchu může být sedadlo přestavěno tak, že větráky nebudou nutné. Stačí pouze zmáčknout tlačítko a konstrukce je změněna, proběhne simulace a další přizpůsobení, a to až do té doby, dokud není dosaženo požadovaných fyzikálních vlastností a nevznikne konstrukce, která je vhodná pro výrobu.

Integrace CADu, managementu dat a simulace tedy Inženýrství 3.0, přináší mnoho výhod. Především konsoliduje data a urychluje vývojový cyklus. Přesto se tohoto způsobu mnoho firem stále zbytečně obává. Třetina firem se spokojí pouze se samotným CADem. Zříkají se simulace a jsou tedy odkázány na drahé prototypy v případě, že má být přezkoušena funkčnost výrobku. Správa dat přitom často probíhá ručně, schází správa verzí a často dochází k nejasnostem, který soubor je nejaktuálnější.

Komplexní Systems Engineering

Součástí možné transformace je tzv. Model Based Systems Engineering (MBSE), který nabývá stále většího významu pro vývoj komplexních a inteligentních systémů. Pod pojmem „model“ zde není myšlen pouze optický design, který je navržen pomocí programu CAD, nýbrž také mechanické, elektrotechnické a softwarové aspekty. Model zahrnuje všechny požadavky a specifikace pro pozdější produkt a koordinuje celý životní cyklus produktu, včetně testů kvality a požadavků na recyklaci.

Inženýrství 4.0

Inženýrství 4.0 jde ještě dál. Spojuje systémové inženýrství s poznatkem, že vývojové procesy musí být nejen technicky, ale i organizačně otevřené – a to jak v rámci firmy, tak mimo ni. V rámci firmy z toho důvodu, že je zde stále ještě silně rozšířené tradiční chápání jednotlivých oddělení. Příkladem může být to, že jsou v mnoha firmách návrhy CAD k technické dokumentaci stále ještě ofocovány z obrazovky. Přitom existují programy, které toto zajistí automaticky díky přímému propojení s CAD modelem.

Takových provázaností systémů je stále více, neboť u nových konceptů mohou dodavatelé a zákazníci do procesu kdykoliv zasáhnout, například za účelem individualizace produktu. Příkladem může být výrobce návěsů pro tahače, který může nabízet svým zákazníkům možnost individuální konfigurace tahačů. Principem je, že se tato konfigurace automaticky přenáší do údajů v CADu.

Hranice firem se boří

Firmy budoucnosti budou muset mít lepší vlastní organizaci a přitom umožňovat vysokou míru individualizace výrobků. K tomu musí být propojené a flexibilní, šetrně hospodařit se zdroji a využívat narůstající přísun dat. Vývoj a výroba produktů proto vyžaduje nové formy IT podpory. Místo jednotlivých systémů PLM je potřeba mít platformu, která propojuje veškeré toky informací a aplikace. Rozhodující je intenzivnější integrace. Různé obory jako vývoj výrobků, plánování výroby a správa zařízení se musí dál sjednocovat a využitelná data a zkušenosti odborníků by měly být k dispozici v celé společnosti. To umožňuje centrální platforma, ke které mohou všichni pracovníci kdykoli odkudkoli přistupovat. Kromě aplikací PLM a všeobecného systému PDM by měla poskytovat také aplikace pro vyhledávání, vyhodnocování dat a komunikaci. Důležité jsou navíc 3D vizualizace a simulace, které umožňují pochopení komplexních souvislostí nezávisle na jednotlivých jazycích a odděleních.

Značným vývojem prochází i dodavatelská strana. Díky zavedení nových obchodních procesů, jako je například Broker management, mohou konstruktéři poskytnout kolegům na straně dodavatele ad-hoc přístup k údajům. Konstruktér dodavatele si může tato data prohlédnout a přímo ve svém prostředí vyrobit díl, který má později dodat, nebo může poskytnout komentáře, pokud některý návrh nepokládá za vhodný. Tím proniká otevřená inovace i do CAD systému.

Cloud přichází

Dnes již v mnohých firmách probíhá diskuze o možnostech práce v cloudu. Zajímavou otázkou je, jaký vliv bude mít jeho využití na výpočet. Pravděpodobně dojde k rozdělení společností na dvě skupiny. Firmy s velmi vysokým podílem simulací ve vývoji a odpovídajícími hardwarovými zdroji upřednostní spíše „interní cloud“, aby ochránily své citlivé údaje. Firmy s menším rozsahem simulací půjdou spíše směrem „externího cloudu“, aby mohly využít výhody flexibilního použití bez vlastních hardwarových zdrojů. Tak se výrazně omezí překážky pro vstup firem do světa simulace. Rovněž je možné předpokládat, že vizualizace výsledků simulace bude v budoucnu větší mírou probíhat na mobilních koncových přístrojích, jako například na tabletech. Naopak sestavení celkových modelů bude z důvodů velikosti displejů probíhat v dohledné budoucnosti stále spíše na běžném stacionárním hardwaru.

Autor článku je obchodním ředitelem pro region Euro East ve společnosti Dassault Systèmes.