Внедрение расчетных технологий в проектную практику. AUru2016. Доклад

Стенограмма доклада "Внедрение расчетных технологий в проектную практику." на Autodesk University 2016.

Добрый день, у меня сегодня два доклада. Первый посвящено вопросам внедрения расчетов и CAE программ в проектную практику. То есть этот доклад может быть интересен всем кто уже уверен в том, что надо менять свой процесс проектирования и разработки изделий. Уже уверены в том, что надо использовать CAE, но пока не уверены какой именно CAE, как убедить в этом начальство, что при этом делать и с чего начинать.

На форуме Autodesk есть специальная тема, в которой можно задать вопросы по данному докладу. Там же есть небольшой юмористический стишок на тему содержимого данного доклада, но это если кому интересно. Если у Вас возникнут вопросы по ходу дела – задавайте в чат, если на какие-то вопросы я не успею ответить  в ходе доклада – я постараюсь ответить на них на форуме.

Доклад состоит из трех частей:

В начале я расскажу о том, какие мои предыдущие доклады могут быть Вам интересны (чтобы меньше повторяться) и почему. Также расскажу немного о том, как развивалось CAE за последние года, и потом рассмотрю вопросы, которые связаны с различными целями внедрения, т.е. теми задачами, которые перед собой ставят различные компании и немножко освещу вопросы связанные непосредственно с внедрением (более подробно это будет освещено в дальнейших публикациях позже).

Я постараюсь ответить на основные вопросы, которые возникают чаще всего, и обозначить те вопросы, которые возникают реже, но являются на самом деле не менее важными.

Итак, у меня есть три доклада, которые могут быть Вам интересны. В первую очередь - это «Autodesk Simulation на ранних стадиях проектирования». Он докладывался на двух мероприятиях: на конференции которая была полностью посвящена расчетным программам Autodesk, на  Autodesk University, с небольшими изменениями и в рамках этого  доклада я призывал и призываю всех начинать использовать расчетные программы как можно раньше. Потому что именно это позволяет избежать Вам большого количества ошибок и, даже можно сказать, что  ускорить процесс проектирования. Хотя про ускорение мы тоже поговорим, но чуть позже.

Второй доклад – это «Сравнение облачных и desktop версий…» он немножко устарел, немного поменялись программы, некоторые пропали, появились новые. Но большинство моментов связанных с тем, когда использовать облако, а когда непосредственно десктопные приложения – там освещены и могут быть полезны для Вас.

Ну и последний доклад – это «Компьютерные расчеты в образовательном процессе». Не смотря на то, что доклад посвящен полностью и целиком ВУЗам, как любят говорить маркетологи и менеджеры: «он основан на реальных “кейсах”». Т.е. в рамках этого доклада я убеждал ВУЗы, что надо начинать использовать расчетные технологии, и учить студентов им же как можно раньше потому что именно это и нужно реальным предприятиям. И если с этим немножко «протормозить», то может быть очень и очень больно в последствии (и промышленности и ВУЗам).

Все эти доклады присутствуют в интернете, в видео варианте, в текстовом варианте. Если по ним будут вопросы – милости просим на форум Autodesk, на котором я являюсь одним из активистов, и я постараюсь ответить на все вопросы (по теме) на которые можно.

И теперь, предыстория уже по CAE рынку. Если вспомнить 2005 год, т.е. то, что было чуть олее 10 лет назад, то совокупные доходы «“ королей ” мира САПР»  - Autodesk, Dassault Systemes, UGS[ныне Siemens PLM] и PTC, - составляли тогда около 4.6 млрд. долларов. Это в основном рынок CAD, но в том числе были деньги от CAE’шных и CAM' овских (и других) модулей. Но в целом это считается CAD рынок. Доход только одного Autodesk, который был тогда абсолютным лидером, составлял более 1.5 миллиарда. А полностью весь рынок CAE,со всеми программами, со всеми компаниями, которые были, оценивался в среднем, в жалкие 300 миллионов долларов.

Тогда многие аналитик, можно сказать диванные, как это сейчас называют, делали предсказание как будет развиваться отрасль и почти все давали два заключения:

1.       AutoCAD вымрет как класс, как динозавр

2.       CAE технологии еще долго никому не будут нужны

Что мы имеем на сегодняшний день: AutoCAD живее всех живых (Слава Богу). А CAE технологии….

Они «немножко» подросли и поменяли расклад.

В последние годы CAE рынок начал существенно расти, и на текущий момент по итогам 15 года (об итогах 16 пока говорить рано) если CAD рынок вырос всего в ~1.5 раза c 4.6 до 6 млрд,  то рынок CAEвырос с 300 миллионов до почти 5 миллиардов. И он сейчас составляет 40% от того формата CAD/CAM/CAE, который мы привыкли слышать (как САПР). Даже CAM, который нужен всем предприятиям и без которого ни одно серьезное предприятие не может работать (и с точки зрения начальства и с точки зрения большого числа людей, ибо это производство) – не смотря на это занимает лишь 10% и дает гораздо меньше прибыли, чем CAE.

Если рассмотреть то, как за последнее время росли продажи (и доходы от продаж) в различных отраслях, то рынок CAD практически не растет – он затормозился. Более того последние пару лет темпы роста были даже отрицательными. Рынок CAM – растет гораздо лучше, приблизительно так, как рос рынок CAD в начале 2000х, а рынок CAE он вырос, вырос существенно и продолжает расти.

Почему так? Точно так же в начале 2000х в 2005м был активный процесс перехода с двухмерного проектирования (не совсем корректная фраза, но общий смысл понятен) на 3D. И всех убеждали, что 3D нужно, важно и без него никак. И в этом за 10 лет все убедились (даже в строительстве). И теперь найти новых пользователей и клиентов среди тех кто еще использует 2D (в машиностроении) крайне тяжело.

Так вот сейчас, точно такой же процесс начался с CAE технологиями. Расчеты все больше и больше внедряются в расчетную практику различных предприятий. Более подробно можно посмотреть статистику в докладе «Autodesk Simulation на ранних стадиях проектирования», так как там она приведена (хоть и немного устаревшая).

Ну а сейчас можно сказать, что те ошибки, которые были в 2D и от которых избавляло 3D – уже все научились решать с помощью последнего. Но есть еще очень большое количество ошибок, которые 3D (чистое моделирование геометрии в 3D) не выявляет, просто потому что в нем, по большому счету, нет инструментария для его нахождения и нет как такового процесса проектирования, лишь один из этапов – создание геометрии. В нем (в 3D) нет оценки по различным физическим и механическим критериям, на соответствие тому, как конструкция должна работать и чего бы мы хотели получить.

Почему, не смотря на такой рост, у нас очень многие до сих пор используют стандартные методики «гостовские», которые основаны на (устаревших) эмпирических формулах, а не на более точных технологиях.

Кстати и на западе – тоже самое. Очень многие компании используют «устаревшие» методики расчета.

Это происходит вследствие того что это очень удобно тем кто так работает. Стандартные методики – удобны, привычны, в них есть простые и четкие отчеты. Есть классическая методика, которая не зависит от исполнителя, и, по сути, дав в руки «книжку» по какой-то методике проектирования (каких-то устройств) человеку даже из другой отрасли – можно за короткое время научить его разрабатывать конструкции по этим стандартам. Это конечно небольшое преувеличение, но в целом так оно и есть.

А главное – все такие расчеты делаются быстро и очень быстро автоматизируются.

Именно поэтому можно сказать, что это те плюсы для стандартов, которые и приводят к тому что используются именно они, а не CAE.

А кроме того, есть еще и минусы (CAE технологий и программ), про которые говорят абсолютно все компании, которые принципиально не хотят внедрять CAEи расчеты на их основе.

На текущий момент, особенно на постсоветском пространстве, практически нет стандартов и методик, которые ориентированы на использование программ на основе МКЭ и современных расчетных программ по разным тематикам. Эти расчеты требуют покупки программ, обладающих достаточно высокой стоимостью, покупки «больших» и «мощных» компьютеров, тоже с большой стоимостью. Требуют серьезного обучения пользователей. Ну и главное – это не привычно!

По большому счету – это не только наши проблемы (как уже говорилось). Эти две шуточные картинки опубликованы на канале Instagram от команды Autodesk Simulation и они подтверждают утверждение, что у наших западных коллег – те же самые проблемы. Основная масса компаний отказывается от использования расчетов убеждая себя (в первую очередь) и тем, кто пытается им это продать, что это – не нужно! А также дорого, сложно… и вообще вся та физика и математика на которой делаются все такие расчеты – это какой то чужеродный эльфийский язык, который нужен непонятно кому. Ну а мы, давайте будем и далее говорить на нашем, на родном.

Те же кто хочет внедрять, те кто понимает что все таки нужно внедрять, все равно к процессу внедрения относятся с разных точек зрения.

В первую очередь очень многих интересует процесс получения просто «красивых картинок» с помощью которых можно лучше продавать свою компанию и свои изделия. Даже если изначально эта цель не стоит, очень скоро, после того как отдел маркетинга (ну или Ваше начальство) начинает понимать что картинки по результатам расчетов получаются действительно «классными» и после того как видят, что собственно использование CAE считается признаком высокого класса проектирования и всего остального, то начинают требовать от расчетчиков, чтобы они  давали те самые «красивые картинки».

Кроме того нередко перед нами стоит задача выполнять проекты не только для локальных заказчиков, но также и для глобальных. А в мире есть ряд стандартов, которые четко прописывают, что многие расчеты, особенно те, которые не проектировочные и не предварительные, а проверочные – желательно, а то и необходимо делать с использованием метода конечных элементов, программ газодинамики и всего такого прочего. И там прописано какую создавать сетку, «чего делать», «куда делать» (применительно к конкретным задачам и в достаточно общем виде) и, соответственно, у тех людей, которые хотят получить верификацию по данным стандартам – нет выхода, кроме как использовать эти самые стандарты (а значит и расчеты с помощью CAE программ).

Также есть еще рад других «поводов» и «целей», они приведены на слайде и сейчас более подробно о некоторых из них.

Проблема состоит в том что есть «правильные» «картинки» и «красивые» «картинки», к сожалению это часто не одно и то же. Очень часто правильные картинки, те которые действительно физичны, которые расчетчик получает в ходе своей работы – они скучные, они не «красивые». В любом случае, даже если они правильные  их надо как-то дорабатывать до того чтобы они были «сипатичненькими», «продающими», «рекламирующими». Есть красивые картинки, очень красивые картинки, но они рассчитаны на тех, кто ничего не понимает в расчетах. Они просто цветастые, приятные, радуют глаз и показывают что все хорошо, но только для людей, которые ничего не понимают в отрасли. А тем кого интересуют одновременно и праивльные и красивые картинки  нужно найти баланс между двумя этими вещами и попасть в маленькую процедуру, в которую попасть бывает достаточно сложно.

Собственно про международные стандарты. На слайде показаны выдержки из стандартов верификационного общества DNV GL, и как Вы видите здесь приведены изображения, как необходимо делать сетку, как нужно мельчить, какой размер устанавливать (там это описано более подробно не только на изображениях) при проектировании различных судостроительных конструкций и элементов конструкций стоящих в прибережных водах (офшоре).

К чему приводит отсутствие стандартов? Отсутствие стандартов ВСЕГДА приводит к тому, что  итоговое изделие получается недостаточно качественным. Потому что каждый делает по своему, не договариваясь друг с другом, и можно получить совсем не то чего хотелось бы.  Кроме того, даже когда стандарты есть, это не всегда решает проблемы. У нас есть замечательные стандарты, но они устарели. И они не всегда соответствуют тем реалиям, которые нужны сейчас. Я возьму один пример, который уже рассказывался одной из презентация ранее (Компьютерные расчеты в образовательном процессе), но я думаю что здесь его нужно коротко повторить.

Я расскажу о стандарте, о проектировании зубчатых передач. Замечательный стандарт, который был разработан ~50 лет назад. Не смотря на это он до сих пор замечательно работает. Но проблема в том, что он не рассчитан ни на какие пластики, спец. Сплавы из титана, алюминия и пр. Он ни на что из этого не рассчитан. Он ориентирован на основные марки сталей и некоторые чугуна (которые были те самые 50 лет назад) – все! Если нам нужно сделать зубчатую передачу из другого материала – по стандартным мы этого сделать не можем.

Также, теперь при производстве зубчаток используется не только классическая фрезеровка и «зубодолбежка», но и 3D печать, высокоскоростную обработку, которая имеет особенности, могут выклеить зубчатки из композиционных материалов, или даже не из композитов (углепластик, стекловолокно) а когда сама шестеренка состоит из нескольких деталей с разными свойствами, для того чтобы максимально ее облегчить. И это все по классическому стандарту посчитать не возможно. Если вспомнить о том, что есть различные типы зацепления, профиля и вообще специфические типы передач, то надо сказать что и они являются проблемой для классических стандартов. Если Вам это нужно – у Вас есть проблема. Потому что классический ГОСТ Вам это рассчитать не позволяет. Если Вам нужно спроектировать конструкцию, которая должна быть более совершенной, чем то, что может выдать ГОСТ. Например, она должна быть более легкой, например за счет удаления «лишнего» материала [здравствую генеративный/порождающий дизайн] из корня зуба, Вы вырезаете больше (чем предусмотрено в стандарте) материал, вы делаете тоньше спицы, чем они должны быть. Т.е. Вы пытаетесь сделать максимально облегченную конструкцию с минимальными габаритами и максимальным запасом. И вы натыкаетесь на то, что все эти пункты идут в противоречие ГОСТУ, они в нем не учтены.

 А еще Вам может потребоваться учесть дополнительные различные факторы, как например наличие каких-то локальных разрушений в передаче. 

Часто это (наличие дефектов и локальных разрушений) критично, но иногда конструкция может продолжать работать. Классические госты и это все рассчитать не позволяют. А вот программы, использующие МКЭ, например программные продукты Autodesk: Simulation Mechanical, Nastran In-CAD, просто Nastran -  все это позволяют Вам сделать с высокой точностью и достоверностью (при наличии толкового расчетчика, который знает что делает).

Собственно это и есть то, что хотелось сказать по стандартам и есть они или нет.

Также очень часто перед конструкторами и инженерами ставится задача сделать лучше чем у конкурентов: «Мы хотим все тоже самое, но без крылышек и с перламутровыми пуговицами». И дальше хоть стой, хоть падай. И соответственно, чтобы сделать конструкцию лучше – нужно использовать более современные технологии, чем используют конкуренты.

Ну и собственно, экономия. Очень часто озвучиваются две противоположные точки зрения. Одну из них говорят преимущественно те кто продает софт: расчеты дают существенную экономию по всему: по времени, по ресурсам, по затратам. Другая озвучивается теми, кто начинает внедрять расчетные технологии и оказывается, почти во всех случаях, что «Дядя Вася», с болгаркой и сваркой сделает экспериментальный образец гораздо быстрее, чем специалист сделает весь расчет.  И действительно такое есть в жизни (часто  за дядей Васей с болгаркой не успевают не только расчетчики, но и конструктора с построением только модели объекта). Но есть большое количество конструкций, для которых дядя Вася с болгаркой, к сожалению не поможет. Если у нас большая габаритная конструкция типа моста или ядерного реактора, тут много не переделаешь. Кроме того, проблема состоит в том, что дядя Вася с болгаркой действительно может быстро за несколько дней сделать 20-30 вариантов конструкции, но он это все делает на интуитиве, не понимая, что конкретно происходит с конструкцией. Хотя конечно часто он понимает лучше чем всякая молодежь, которая сидит с расчетными программами (просто потому что он в реальности «испортил металла» больше чем та молодежь видела в жизни). Но, к сожалению, его понимание не всегда достаточно глубоко. Расчетные программы, не смотря на то, что требуют дополнительного времени на работу с ними и проработку конструкции, позволяют уменьшить количество дефектов, различных итераций на изменения и лучше понять, как работает конструкция, что нередко бывает полезно и для дяди Васи с болгаркой и даже дяди Коли со сваркой.

Соответственно, если Вы все-таки решили, что Вам нужно внедрять, то перед Вами стоит ряд вопросов – какой купить программное обеспечение (ПО), какое – аппаратное обеспечение, какие использовать методики для расчетов и что делать с людьми (которые должны будут это считать).

Если говорить о людях. В современных компаниях, которые являются лидерами чистых конструкторов, которые никак не используют CAE – практически нет. Все конструктора в западных компаниях, так или иначе, используют CAE. На ранних этапах, для оценки прикидок и вариантов, для поиска рациональных конструкция и возможных проблемных мест – но используют.

Среди технологов процент совсем другой. Технологи гораздо меньше используют расчеты (хотя и не во всех отраслях производства, в некоторых без CAE – крайне сложно), но все же используют. И тоже самое нужно делать нам. Не обязательно (особенно для небольших компаний) нужно иметь специального выделенного человека, который будет заниматься только расчетами. Для этого можно взять хорошего опытного конструктора, который будет этим заниматься (в параллель). Но необходимо понимать что работа (у расчетчика, конструктора, технолога) чуть-чуть разная. И нужно иметь отработанную методику, только в этом случае конструктор будет хорошо работать и выдавать правильные результаты. 

Эту методику можно разрабатывать собственными силами. Но если Вы не обладаете  достаточным опытом (в той сфере, которой хотите заняться, в расчетах….) это для Вас будет очень дорого и долго. Есть большое количество компаний, которые оказывают консалтинговые услуги. Есть большое число ВУЗов, с сильными кафедрами, на которых очень хорошая подготовка, как студентов, так и собственно научно-исследовательских коллективов. Я говорю не о нас, я говорю о всем СНГ. Есть большое количество действительно сильных коллективов, которые могут Вам помочь с разработкой практически любых методик, которые Вам нужны. Проблема состоит в том, что их нужно найти, потому что бизнес не ищет по научным журналам, а многие исследователи сейчас, к сожалению, публикуются только там и не занимаются самораскруткой в бизнесе. Дальше думайте, что конкретно выгоднее Вам – искать или разрабатывать самостоятельно. В любом случае Вам нужны различные методики. Одни должны быть максимально упрощенными для того, чтобы отметать на простых расчетах 80% неправильных вариантов конструкций. Быстро. Четко. И только на оставшихся 20% использовать уточняющие, еще более уточняющие, каждый раз уточняющие варианты.

Что касается «аппаратного обеспечения». Я не знаю ни одного расчетчика (или даже конструктора), который бы отказался от мощного кластера в собственном распоряжении. Но не всегда есть необходимость в покупки такого оборудования. Большинство расчетов, особенно если это «экспресс» расчеты или проектировочные расчеты – можно выполнять на обычном «персональном» компьютере конструктора. И таких мощностей будет достаточно. Что касается проверочных расчетов, то тут, скорее всего, Вам потребуется достаточно мощный решатель. Его можно купить самостоятельно. И для него самым главным является наличие большого объема памяти. Чем больше памяти – тем лучше. А можно воспользоваться сервисами Autodesk – они предлагают решить задачу любой размерности у себя (у Autodesk) в облаке, за деньги, за которые существенно меньше стоимости компьютера необходимого для таких расчетов. За те деньги, которые вы бы потратили на подобный компьютер в облаке Autodesk можно сделать очень много расчетов. Гораздо больше, чем Вы, скорее всего, сделали бы самостоятельно. Ну а за подробностями – к дилерам и дистрибьюторам.

У компании Autodesk уже большой количество программ, которые могут удовлетворить Ваши потребности в расчетах. И в рамках нескольких других докладов секции «Машиностроение» это освещалось более подробно (и список программ и их функционал). Поэтому я не буду на них подробно в рамках доклада останавливаться, а перейду к тому что можно получить с расчетов.

Компьютерные расчеты – не панацея. Но они могут помочь Вам сделать Ваши конструкции лучше, немного сэкономить на времени и затратах за счет меньшего количества переделок, но потратиться все таки придется. И в первую очередь придется потратиться не на «софт» и «железо», а на людей, потому что люди должны понимать что они делают.

Все.

Васильев Антон, для adsk.tmm-sapr.org