Strona 1 z 2
Rola optymalizacji w komputerowym wspomaganiu projektowania
|
Symulacje komputerowe są przeważnie wykorzystywane w celu dogłębnego oszacowania zachowania się konstrukcji, przy określonych wymiarach geometrycznych, warunkach brzegowych i własnościach materiałowych. Projektując nowy lub modyfikując istniejący produkt, znalezienie odpowiedniego rozwiązania konstrukcyjnego, spełniającego coraz wyższe wymagania inżynierskie, wymaga wielu kompromisów. Nieraz uzyskanie zadowalającego rozwiązania oznacza nużące i czasochłonne przeprowadzenie wielu analiz tego samego produktu. Jedną z częściej spotykanych sytuacji jest takie projektowanie podzespołów urządzeń, aby przy jak najmniejszej masie oferowały największą możliwą wytrzymałość lub trwałość. Tego typu czasochłonne prace bywają chlebem powszednim w pracy konstruktora.
Często z powodu dużego nakładu pracy (przygotowanie analizy i badanie wyników) korzyści płynące z zastosowania oprogramowania MES są o wiele mniejsze niż powinny. Większość inżynierów wykorzystuje tylko cześć z możliwości oferowanych przez oprogramowanie, skupiając się na analizie stanu istniejącego lub przebadaniu kilku wariantów, bez użycia oprogramowania do automatycznej optymalizacji konstrukcji. Jednym z takich programów jest ANSYS DesignXplorer. Pozwala on nie tylko wykonywać analizy parametryczne uwzględniające zmienność danych wejściowych, ale co bardzo ważne, w prosty i czytelny sposób prezentuje ogrom uzyskiwanych informacji, takich jak wpływ poszczególnych parametrów na zachowanie się projektowanej konstrukcji.
Często z powodu dużego nakładu pracy (przygotowanie analizy i badanie wyników) korzyści płynące z zastosowania oprogramowania MES są o wiele mniejsze niż powinny. Większość inżynierów wykorzystuje tylko cześć z możliwości oferowanych przez oprogramowanie, skupiając się na analizie stanu istniejącego lub przebadaniu kilku wariantów, bez użycia oprogramowania do automatycznej optymalizacji konstrukcji. Jednym z takich programów jest ANSYS DesignXplorer. Pozwala on nie tylko wykonywać analizy parametryczne uwzględniające zmienność danych wejściowych, ale co bardzo ważne, w prosty i czytelny sposób prezentuje ogrom uzyskiwanych informacji, takich jak wpływ poszczególnych parametrów na zachowanie się projektowanej konstrukcji.
Analizy w ANSYS DesignXplorer
Konstruktor, projektując produkt, często zastanawia się jaki wpływ na zachowanie się konstrukcji miałoby wprowadzenie pewnych określonych zmian, np.: zastosowanie innego wymiaru geometrycznego czy materiału. Często rozważania prowadzone są na zasadzie sprawdzenia określonej liczby wariantów - przypadków. Symulacje tego typu w ANSYS DesignXplorer noszą nazwę analiz "What-if?". Pozwalają uzyskać odpowiedź na pytania typu "co by było gdyby?", np.: Co się stanie jeżeli nastąpi zmiana obciążenia o +/- 10%? Które parametry tak naprawdę mają znaczący wpływ na zachowanie układu?. Analizy "What-if?" stanowią najprostszy typ analiz parametrycznych dostępnych w ANSYS DesignXplorer. W analizach tych należy ręcznie zdefiniować punkty projektowe, czyli: określić ile symulacji ma zostać wykonanych, zdefiniować dane wejściowe, wyjściowe i przypisać określone wartości parametrom w analizie. Proces ten można częściowo zautomatyzować, na przykład poprzez wczytywanie danych z arkuszy MS Excel. Po przeliczeniu zdefiniowanych punktów projektowych można przejść do analizy wyników. Podstawową metodą wizualizacji wyników jest wyświetlanie wykresów 2D, obrazujących zależności pomiędzy parametrami wejściowymi a wyjściowymi.
Rys. 2 Na powyższym wykresie kompromisu (trade-off) czerwonym konturem zakreślono granicę przestrzeni projektowej. Wszystkie osiągalne rozwiązania znajdują się w tym obszarze. |
Pełna wersja modułu ANSYS DesignXplorer, poza badaniem "What-if" pozwala na przeprowadzenie rozbudowanych analiz parametrycznych, probabilistycznych i pełnej optymalizacji. ANSYS DesignXplorer w celu dokładnego określenia zależności pomiędzy zmiennymi projektowymi a zachowaniem się konstrukcji, łączy technikę zbierania informacji zwaną Design of Experminets - DOE z metodą badania i wyznaczania zależności pomiędzy parametrami zwaną powierzchnią odpowiedzi (Response Surface). Tok postępowania w analizie jest dość prosty. Gdy w odpowiedniej liczbie punktów projektowych znane są dokładne zależności pomiędzy parametrami wejściowymi a wyjściowymi, można w przybliżeniu oszacować te relacje dla całej przestrzeni projektowej. Zwiększanie liczby punktów projektowych (wykonanie dodatkowych analiz) zwiększa dokładność powierzchni odpowiedzi. Uzyskane zależności pomiędzy parametrami można przedstawić w prosty i czytelny sposób za pomocą wykresów: liniowych 2D, powierzchniowych 3D lub czułości. Taka jasna prezentacja wyników pozwala bez trudu zrozumieć zachowanie konstrukcji i określić zmiany jakie należy wprowadzić aby układ spełniał zadane kryteria.
Prezentacja danych
Odpowiednia reprezentacja i interpretacja danych wynikowych jest bardzo ważnym elementem całego procesu projektowego. Ma ona znaczny wpływ na korzyści płynące ze stosowania analiz parametrycznych. Kolorowe wykresy 2D i 3D w prosty do zrozumienia sposób przedstawiają ogromne ilości danych, które w przypadku innej ich prezentacji utrudniłyby szybkie i poprawne podjęcie decyzji. Niewątpliwie każdemu przyjdzie z dużo większą łatwością odczytać i zinterpretować wykres, aniżeli przeanalizować wydruk zawierający wiele tysięcy liczb.
Spośród wszystkich dostępnych wizualizacji wyników, najłatwiejsze w zrozumieniu są proste wykresy 2D zawierające do czterech parametrów. Wykresy czułości (kołowe lub słupkowe) dostarczają natychmiastowo informacji na temat wagi każdej zmiennej, czyli wielkości jej wpływu na zachowanie konstrukcji w odniesieniu do określonego bazowego punktu projektowego (rys. 3). Podejście to umożliwia inżynierowi zidentyfikować kluczowe parametry oraz wskazuje obszary na które należy zwrócić szczególną uwagę.
Spośród wszystkich dostępnych wizualizacji wyników, najłatwiejsze w zrozumieniu są proste wykresy 2D zawierające do czterech parametrów. Wykresy czułości (kołowe lub słupkowe) dostarczają natychmiastowo informacji na temat wagi każdej zmiennej, czyli wielkości jej wpływu na zachowanie konstrukcji w odniesieniu do określonego bazowego punktu projektowego (rys. 3). Podejście to umożliwia inżynierowi zidentyfikować kluczowe parametry oraz wskazuje obszary na które należy zwrócić szczególną uwagę.
- Poprzedni artykuł
- Następny artykuł »»