Cyfrowa rewolucja przemysłowa

 

Trójwymiarowe projektowanie na ekranie komputera systematycznie wypiera płaskie rysunki. Przeniesienie z dwóch w trzy wymiary to jednak nie koniec, lecz dopiero początek rewolucji w projektowaniu przemysłowym. Zmierza ona w kierunku przesunięcia do komputera kolejnego etapu procesu projektowego – tworzenia prototypów. Koncepcja ta, zwana cyfrowym prototypowaniem, umożliwia stworzenie i przetestowanie prototypu w wirtualnym środowisku na długo wcześniej, zanim powstanie rzeczywisty model.

 

Firmy, które postawiły na cyfrowe prototypowanie i modelowanie, wykonują o połowę mniej prototypów, są w stanie przygotować gotowy produkt o 58 dni szybciej, a koszty produkcji mają niższe o 48 procent – wynika z badań amerykańskiej Aberdeen Group.

 

Andrzej Poćwierz menedżer rozwiązań dla przemysłu, Autodesk

 

Samo modelowanie czy nawet skomplikowane obliczenia wytrzymałościowe, które wykonamy za pomocą komputera, to jednak za mało, by mówić o komputerowym prototypie. Innowacyjne technologie polegają na wprowadzeniu jednego modelu cyfrowego dla wszystkich etapów tworzenia produktu, od koncepcji po w pełni trójwymiarowy i – co ważne – funkcjonalny model. Poz­wala on na współpracę wszystkich specjalistów biorących udział w tworzeniu produktu, od stylistów poprzez inżynierów mechaników i elektryków po pracowników odpowiadających za testy i przygotowanie produkcji. Takie podejście pozwala na sprawdzenie funkcjonalności czy wyglądu gotowego produktu i dopasowanie oraz przetestowanie wytrzymałości poszczególnych jego elementów. W cyfrowym środowisku testowym możemy już badać działanie każdej części lub instalacji (elektrycznej, hydraulicznej, mechanicznej) oraz to, jak wpływają one na siebie nawzajem.

 

Przy takim innowacyjnym podejściu tworzenie nowego produktu zaczyna się od stylistów, którzy przekształcają swoją wizję czy nawet jej wstępny szkic w trójwymiarowy model. W przeciwieństwie jednak do tradycyjnej ścieżki projektowej ich rola na tym etapie się nie kończy. Mogą oni bowiem uczestniczyć w tworzeniu projektu konstrukcji, co wcześniej było domeną inżynierów. Ci ostatni zaś dzięki odpowiednim aplikacjom koncentrują się na tworzeniu projektu urządzenia, nie zaś na żmudnym, geometrycznym odwzorowaniu zamysłu stylistów. To zadanie przejmuje za nich komputer z odpowiednim oprogramowaniem. Na tym etapie pozwala ono między innymi sprawdzić konstrukcyjne założenia projektu i wspomaga niezbędne obliczenia, na przykład związane z wytrzymałością.

 

Taka metoda pracy ma jeszcze jedną zaletę: styliści i konstruktorzy nie muszą ograniczać się do jednej wersji konstrukcji czy jednego rozwiązania technicznego. Tworząc poszczególne elementy urządzenia w formie cyfrowych modeli, mogą łatwo sprawdzić różnorodne koncepcje i wybrać najwłaściwszą. W ten sposób etap projektowania i konstrukcji płynnie przechodzi w fazę testów.

 

Trójwymiarowa i dynamiczna symulacja oraz wizualizacja ułatwia zbadanie potencjalnych zagrożeń wynikających z błędów konstrukcji. W wirtualnym środowisku prototyp zostaje poddany obciążeniom takim jak w rzeczywistości. Pozwala to projektantom na modyfikację produktu w zależności od wyników testów, ale co ważniejsze, daje okazję do wyeliminowania błędów jeszcze de facto na etapie projektowania. To zaś jest niezwykle cenne z punktu widzenia konkurencyjności – oznacza oszczędność czasu, materiałów i pieniędzy. Nabiera to tym większego znaczenia, gdy zdamy sobie sprawę, że niemal co druga firma badana przez Aberdeen Group dokonuje zmian konstrukcyjnych i projektowych dopiero na etapie testów.

 

Cyfrowy prototyp nie byłby pełny, gdyby nie pozwalał na sprawdzenie i dopracowanie wyglądu tworzonych produktów. Niezależnie więc od dokładnego odwzorowania technicznego nowoczesne narzędzia pozwalają precyzyjnie dobrać materiały, i to nie tylko biorąc pod uwagę ich parametry fizyczne, ale także wygląd i na przykład odbijanie światła.

 

Taki model jest skutecznym narzędziem w kontaktach z klientem, który nie musi orientować się w zawiłościach rysunków technicznych. – Mając cyfrowy model, zdecydowanie łatwiej zaprezentować produkt stoczniom i armatorom, a także dostosować go do ich indywidualnych potrzeb – ocenia Bo­gusław Śmietanka, kierownik działu projektowo-konstrukcyjnego w firmie MacGREGOR, produkującej wyposażenie dla statków. 

 

Gdy model przejdzie wszystkie testy i spełni oczekiwania producenta, wykonywany jest jego prototyp fizyczny – choćby w celu zdobycia wymaganych prawem homologacji i przejścia niezależnych testów. Dzieje się to na o wiele bardziej zaawansowanym etapie tworzenia produktu niż w przypadku producentów, którzy nie korzystają z najnowocześniejszych narzędzi.

 

Korzyści wynikające z cyfrowego prototypowania to nie tylko wspomniane wcześniej oszczędności osiągnięte dzięki tworzeniu mniejszej liczby makiet czy prototypów. Są jednak najbardziej spektakularne.

 

Dla firm często ważniejsza jest jednak przewaga nad konkurencją. W wielu przypadkach mierzona jest ona szybszym wprowadzeniem na rynek nowego produktu lub rozwiązania technologicznego. Aż 65 proc. przedsiębiorstw badanych przez Aberdeen Group wymieniło ten czynnik jako najważniejszy element presji rynkowej. Tworzenie komputerowych modeli i prototypów, testowanie i poprawianie ich na ekranie komputera oraz stała współpraca projektantów z konstruktorami pozwala zaoszczędzić nawet trzy miesiące pracy. W kilku badanych przez Amerykanów firmach cykl produkcyjny skrócono z dziewięciu miesięcy do mniej niż pół roku.

 

Dzięki rozwiązaniom do trójwymiarowego projektowania zarówno projektanci, konstruktorzy, jak i producenci mają coś więcej niż tylko „trzeci wymiar”. Cyfrowy projekt staje się realnym prototypem.  

 

Andrzej Poćwierz