Design Of Experiment

• Design Of Experiment - návrh experimentu

Technika DOE, která využívá přístupu japonského odborníka Dr. Taguchiho, je velmi efektivním nástrojem pro zlepšování jakosti produktu a redukci nákladů. Nejvhodnější oblast pro použití této techniky je právě výzkum a vývoj a dále pak testování a validace. Tato technika je v poslední době velmi využívána například i předními výrobci automobilů, jako je Ford, GM a VW.

DOE umožňuje řešení složitých a komplexních úloh, kdy je konečný výsledek ovlivňován velkým počtem faktorů. Proto je nutné provést rozsáhlou analýzu pomocí nástroje, který je schopen ji pojmout celou. Cílem je nalézt kritické faktory, jejich optimalizaci, minimalizaci variability a v závěru vytvořit tzv. robustní model, v němž jsou charakteristiky odolné vůči působení vnějších přirozených vlivů. Nejedná se však jen o čistě statistické metody, ale o provázání analytických technik se statistickými.

Z hlediska předvývojových etap mohou být pomocí technik DOE zkoumány konstrukční a výrobní technické alternativy řešení s ohledem na jejich vzájemnou interakci a ovlivňování. Hlavním důvodem je predikce chování systému v budoucnosti a odhalení možností jeho zlepšení. Aplikací DOE v této fázi můžeme předcházet kvalitativním problémům při konečné výrobě, a tak opět snižovat náklady. Metodika může být samozřejmě použita v každé fázi plánování a přípravy vývoje produktu, procesu a vlastní sériové produkce.

Metodika DOE patří k nástrojům, které vyžadují skutečně precizní přípravu před samotnou realizací experimentu. Nejprve je nutné úlohu analyzovat, stanovit si přesně zadání a připravit základní vstupy pro samotné plánování experimentů. Čas vložený do přípravy je však snadno získán zpět, protože se díky této přípravě provádí jen skutečně nezbytné experimenty.

CFD - Computational Fluid Dynamic

• Computational - využití matematiky s výpočetní technikou
• Fluid Dynamics - dynamika částic, které jsou navzájem v pohybu

CFD je výpočetní technologie, která umožňuje pozorovat dynamiku proudících částic. Použitím CFD je možno vytvářet virtuální výpočetní modely, které reprezentují obecné systémy nebo zařízení, a díky nimž je možno předpovídat chování tekutin se všemi jejich zákonitostmi jako jsou víry, mezní vrstvy apod. CFD programy poskytují výkonný prvek pro simulaci proudění kapalin a plynů, přenosu teploty či hmoty, interakce mezi pevnou a vzdušnou částí úlohy a mechanického vlnění. Použitím CFD analýzy můžeme vytvořit virtuální prototyp systému nebo procesu, který lze sledovat v časovém sledu a následně analyzovat odezvu chování na různé podněty. Použitý CFD program nabízí uživateli nepřeberné množství výstupů ve formě dat či grafického znázornění, ze kterého lze snadno zjistit chování namodelované soustavy.

FEM - Finite Element Method

• Finite Element Method - Metoda konečných prvků

Metoda konečných prvků je numerická metoda sloužící k simulaci průběhů napětí, deformací, vlastních frekvencí, proudění tepla, elektromagnetismu atd. na vytvořeném fyzikálním modelu. Její princip spočívá v diskretizaci spojitého kontinua do určitého (konečného) počtu prvků, přičemž zjišťované parametry jsou určovány v jednotlivých uzlových bodech. FEM je užíváno především pro kontrolu již navržených zařízení, nebo pro stanovení kritického (nejnamáhanějšího) místa konstrukce. Ačkoliv jsou principy této metody známy již delší dobu, k jejímu masovému využívání došlo až díky rozvoji moderní výpočetní techniky.

Obecný postup simulací CFD a FEM

Postup celého modelování je vždy rozdělen minimálně do tří fází. První zahrnuje Preprocesing úlohy, tj. přípravu modelu (příprava geometrie a výpočtové sítě modelu, definice fyzikálního a materiálového modelu, určení okrajových podmínek atd.), druhá samotný výpočet (Solver) a poslední pak Postprocesing, tj. zobrazení, vyhodnocení a interpretaci výsledků.

Preprocessing

Většina používaných programů umí načíst již vytvořenou CAD-ovskou geometrii. Dále pak přichází na řadu nástroje, které umožňují zjednodušit nepodstatné detaily modelu, které zbytečně zvyšují nároky na výpočetní techniku a pro samotnou analýzu jsou zanedbatelné. Na hotovou geometrii modelu je posléze aplikována povrchová a objemová síť (mesh), která respektuje konkrétní požadavky numerické simulace.

Výpočet (Solver)

CFD program provede na základě výpočtové sítě a nastavených okrajových podmínek požadovaný výpočet a výsledky uloží do souborů, které slouží k dalšímu zpracování.

• vícefázové proudění
• reakce látek
• posun a deformace těles navozeny tlakovým zatížením
• turbuletní modely
• radiace, konvekce, kondukce
• akustika, šíření mechanického vlnění

Postprocessing

Jedná se o závěrečný krok celé analýzy, kdy je na základě vypočtených hodnot, obrázků nebo animací provedena jejich interpretace. Správná interpretace jednotlivých výsledků je velmi důležitá a vyžaduje zkušeného odborníka, který je na základě svých zkušeností a odborných znalostí schopen provést jejich korektní analýzu.

K Postprocesingu je možné zpravidla využít jak nástrojů samotného výpočtového programu, tak i specializovaných softwarů, které většinou nabízí mnohem širší možnosti.

Optimalizace

Jedná se o hledání nejlepších možných řešení na základě vhodných účelových funkcí v prostoru určeném sadou omezení.

Základem pro jakoukoliv optimalizaci je parametrický model, který umožňuje rychlou změnou parametrů modifikovat model řešeného dílu. Nejprve je nutno definovat cílovou funkci a stanovit omezující podmínky. Pro automatické řízení samotného optimalizačního procesu je v dnešní době k dispozici řada komerčních systémů. Tyto programy již v sobě zpravidla zahrnují velké množství optimalizačních algoritmů, tj. klasické gradientní, genetické metody, DOE, jejich kombinace, aproximační funkce a celou řadu dalších nástrojů. Obecně se optimalizační programy snaží nalézt extrém (min/max) definované cílové funkce, a to změnou daných parametrů při zachování omezujících podmínek. V případě 3D tvarových optimalizací je vhodné používat metody, které vyžadují co nejmenší počet výpočetních cyklů.

• RSM/DOE (Response Surface Method)
• Gradientní metody
• Evoluční metody
• NN (Neural Network)

• MACK (Multivariate Adaptive Crossvalidating Kriging)
• FBM (Falling Ball Method)

V současnosti se stále více prosazuje i rozdílný přístup, který umožňuje zachování topologie původní sítě a tvarová změna oblasti se provádí přímo posuvem uzlů jednotlivých elementů, tzv. morphingem výpočetní sítě. Představitelem této technologie jsou například produkty SCULPTOR a ANSA.

CAE - Computer Aided Engineering

• Computer Aided Engineering - Systémy pro podporu inženýrských činností

CAE je počítačová analýza součástí, mechanismů a strojů. Zahrnuje simulace, ověřování a optimalizaci výrobků a jejich výroby. Nástroje CAE jsou v dnešní době již poměrně běžnou součástí procesu vývoje a konstrukce a stávají se důležitým zdrojem informací potřebných pro kvalifikované rozhodování při vývoji nových výrobků a při plánování jejich výroby.

• Výpočet napětí součástí a sestav pomocí FEA (Finite Element Analysis)
• Analýza proudění a prostupu tepla pomocí nástrojů CFD (Computational Fuid Dynamics)
• Kinematika
• Simulace mechaniky (MES, Mechanical Systems)
• Modelování chování (BMX, Behavioral Modeling Extension)
• Analytické nástroje pro simulování výrobních procesů jako je odlévání, tváření nebo lisování

Projektové řízení

Projektové řízení (Project Management) představuje způsob rozplánování a realizaci složitých, zpravidla jednorázových akcí, které je potřeba uskutečnit v požadovaném termínu s plánovanými náklady tak, aby se dosáhlo stanovených cílů. Stručně můžeme řízení projektů charakterizovat jako snahu o maximálně účinné a efektivní vedení projektu.

Řízení projektů využívá pro zvýšení pravděpodobnosti úspěchu projektu celou řadu metod, které představují ověřené a popsané postupy, řešící jednotlivé fáze projektu, jako je například zahájení projektu, analýza rizik, změnová řízení.

FMEA - Failure Mode and Effect Analysis

• Failure Mode and Effect Analysis - Analýza možných vad a jejich příčin

FMEA je metoda, jejímž použitím je možno zabránit, popřípadě zmírnit rizika, která vznikají při vývoji a výrobě výrobku. Její smysl spočívá v identifikaci možných rizik vzhledem k významu pravděpodobnosti jejich odhalení.

• vyhledávání a ohodnocení možných vad výrobku nebo procesu a jejich důsledků
• identifikování kroků k zabránění nebo omezení podmínek pro vznik možných vad
• dokumentování procesu