среда, 11 декабря 2013 г.

Autodesk Simulation на ранних стадиях проектирования.Часть 2. Место CAE в процессе проектирования

Вторая часть публикации по докладу "Преимущества Autodesk Simulation на ранних стадиях проектирования", на конференции "Autodesk Simulation – инновационные технологии инженерного анализа", 17 октября 2013.  Сегодня речь пойдет о месте инженерного анализа в процессе проектирования, о том как CAE пакеты такие как  Autodesk Simulation используются у нас и за рубежом.... и почему таr ;)
Первая часть тут, остальные тут (1234)

Сегодня пойдет речь о том какое место CAE занимает в отечественном процессе проектирования. Почему так? Как правильно? Всегда ли и всем ли CAE нужен? И ряд других вопросов.
Начнем с заглавной картинки. На ней в левой части представлен типовой процесс проектирования начиная от идеи и заканчивая этапом эксплуатации, а в правой более подробно расписан этап опытно конструкторских работ.

Что тут можно сказать? Традиционно у нас инженерный анализ с помощью  CAE программ в процессе проектирования находится где-то в районе "Испытаний". Т.е. ни о каком использовании CAE начиная с ранних этапов речь не идет. 
Более того, если присмотреться, то CAE на диаграмме размещена не непосредственно на этапе испытаний, а как бы сбоку от него. В чем причина такого авторского "пренебрежения"? Особенно с учетом того факта, что автор доклада позиционируется как "расчетчик".
Причина в том, что именно с подобным пренебрежением (причем совсем не обоснованным) к расчетам в CAE программах относится большинство наших проектных организаций. Чаще всего никто никаких расчетов не делает проектируя конструкцию просто по опыту изначально предполагая ее работоспособной. При этом если изделие работает - никто и не пошевелится на счет расчетов, но если изделие не работает как надо, то и тогда... 
То и тогда, его по месту "прямо в цеху" стараются исправить приварив, доклепав, допилив (напильником) до стадии "и так сойдет". Даже в случае обнаружения неработоспособности конструкции, CAE не привлекается ибо на это нет ни времени, ни средств. 

Программы CAE у нас начинают использовать только в том случае, если никак не удается добиться работоспособности или требуемых технических характеристик. Зачастую только в этих случаях начинают использовать высокоинтеллектуальные программы, причем опять же пытаются ограничиться "простыми примочками". 

Еще одним случаем когда CAE у нас используются это, когда есть потребность в создании красивых разноцветных "картинок", которые так нравятся разнооборазному начальству и заказчикам. Иногда для наглядности проекту, а иногда как доказательство высокой технологичности проектной организации и как способ выбивания дополнительных средств на расчеты и повышения "себестоимости" проектирования. Причем "средств и стоимости" не только в финансовом плане, но и в плане времени.

Что еще следует заметить. Так как вопросы использования CAE не стоят в общем ряду с другими вопросами, то и занимаются ими нередко без нужного опыта и без должной ответственности. Тем не менее часто предполагая, что просто нажатия на кнопки - уже достаточно. А что и кто... Тем не менее эти вопросы также достаточно важны и тут можно порекомендовать обратиться к публикациям "Autodesk Simulation. Переделка конструкторской модели в расчетную" и "Проблемы считунов, или пальцем в небо".

Может данная картина выглядит немного гипертрофировано, но она достаточно близка к жизни, если судить из нашего опыта общения с большим количеством отечественных организаций. Но у нас также есть и опыт общения с зарубежными компаниями, который кроме прочего подтверждается многочисленными западными публикациями и исследованиями, утверждающими, что за рубежом к CAE отношение существенно более ответственное.

Дальнейшая информация излагается на базе статей про авиационную отрасль и отчетов американского журнала IndustryWeek.

Большая часть проектов в авиационной отрасли является достаточно длительной. Однако если раньше длительность нередко превышало  десятилетия, то сейчас за счет постоянной необходимости в сокращения сроков и благодаря применению инструментов компьютерного моделирования и пр. длительность проектов сократилась до нескольких лет. Возьмем условный "среднестатистический проект" длительностью в 4е года. Это позволит нам построить графики затрат и значимости проектных решений, относительно этапов проектирования.

Из графика следует, что наиболее ценными являются решения принятые в самом начале. По сути к моменту окончания этапа эскизного проектирования и старта рабочего проектирования принято более 70% судьбоносных решений.

Также следует отметить, что исправление ошибок заложенных на этапе концепции, если они были обнаружены не сразу приводят к катастрофическому увеличению цены на исправление данных ошибок на каждом последующем этапе.
Сами цифры взяты из источника, но судя по их характеру они скорее для описания тенденции и привлечения внимания, чем конкретика. Впрочем подобные цифры по реальным проектам никто никогда и не оглашает. 

Если проанализировать зарубежные публикации, Best Practice, и пр, то видно что в высокотехнологичных отраслях рекомендуют использовать компьютерное моделирование (CAD/CAE) начиная с момента утверждения функциональной структуры. Даже на этапе проработки принципиальной схемы компьютерные расчеты могут позволить избежать большого числа ошибок.
Согласно статистике, которую собирает журнал IndustryWeek в рамках конкурса "IndustryWeek Best Plants" (в открытом доступе были найдены данные только за 2006 и 2007 г.) из всех компаний более 50% используют инженерное программное обеспечение. При этом следует отметить, что чем больше количество сотрудников в компаниях, тем чаще они используют подобное ПО. Если для компаний с количеством сотрудников меньше 100 процент использующих инженерные решения равен 43%, то для крупных компаний с количеством сотрудников более 500 этот процент уже достигает цифры в 64%.
При этом следует отметить и другую особенность - среди наиболее успешных компаний, процент использования инженерного ПО существенно выше. Так среди финалистов "IndustryWeek Best Plants" в 2006 - 96% победителей использовали инженерное ПО. При чем 95% финалистов использовали их не менее трех лет.
В успешных зарубежных компаниях Инженерные расчеты в программном обеспечении типа Autodesk Simulation  занимают существенную долю процесса проектирования. Так на этапе проработки концепции, доля времени которая тратится на расчеты занимает от 25 до 50% всего времени. Во время проектирования данная цифра может быть ниже, но все же является ощутимой - до 25%. На финальных стадиях, на стадиях испытания, доводки, и на стадиях подготовки к производству время использования CAE пакетов уже не превышает 10%. Но это получается за счет того, что основные моменты были решены на предыдущих стадиях.

Если говорить о наших реалиях постсоветского пространства, то за исключением некоторых высокотехнологичных предприятий авиастроения, судостроения и других представителей "хайтека" доля CAE существенно ниже. Она составляет 3, 10, 5 процентов для фаз концепции, проектирования и проработки соответственно. Эти цифры были составлены на базе сравнения нашего опыта работы и общения с зарубежными и отечественными предприятиями. Эти цифры отражают не столько отсталость, сколько реалии нашей жизни, и об этом имеет смысл поговорить отдельно. Здесь же скажу, что подобное происходит из-за наличия возможности и необходимости выполнения расчетов по упрощенным, стандартизованным подходам к расчетам.

Что еще следует отметить? Традиционный процесс выполнения расчетов в различных CAE комплексах выглядит как показано на рисунке:
При этом при любом изменении конструкции, необходимо по новой проходить по всем этим пунктам.
В то же время, при использовании интегрированных решений Autodesk Simulation данная схема нуждается в корректировке. Дело в том, что при использовании Autodesk Simulation в сочетании с параметрическими CAD системами, например Autodesk Inventor, за счет наличия ассоциативной (притом двухсторонней в случае инвентора) связи, при многих изменениях в конструкции нет необходимости вручную повторять всю цепочку, так как нагрузки, закрепления, сетка уже была создана и автоматически пересоздастся для новой версии конструкции, и по сути остается только  провести оценку результатов полученных на базе автоматического расчета подготовленной заранее задачи. Естественно, что в случае принципиальных изменений в конструкции подобное, увы, не срабатывает, но в рамках проектирования гораздо чаще нужно подбирать рациональные значения конструкционным параметрам, чем полностью менять конструкцию.


Таким образом, для предприятий, компаний и различных организаций России, Украины, и других стран постсоветского пространства, наибольшую эффективность CAE может дать тогда, когда его использование не прихоть, а насущная необходимость. Следует отметить, что без CAE не обойтись, если:
  • Не существует стандартов и методик (отсутствуют данные)
  • Отличаются условия работы
  • Не удается сделать конструкцию работоспособной
  • Жесткие требования к техническим характеристикам
  • High-Tech


Васильев Антон, для adsk.tmm-sapr.org