Simulering är kärnan i konstruktionsarbetet

Gästkrönikör i VF.se
Jan Larsson, Siemens PLM

I traditionell produktutveckling används analys och framtagning av fysiska prototyper för att bekräfta en konstruktions egenskaper. Men om man då upptäcker konstruktionsfel i ett sent skede är det lätt att utvecklingen drar över tiden, att kostnaden skenar iväg och att produkten hamnar fel på marknaden. I många fall arbetar konstruktörerna och analytikerna nästan helt självständigt. Även om simulering införs tidigare i arbetet så använder konstruktörerna ofta disparata, specialiserade och sinsemellan oberoende verktyg, vilket skapar överflödiga arbetsflöden och data som hämmar utvecklingen.

Enligt en rapport från Au­toSim Consortium uppgår 80 procent av konstruktörernas arbete med simulering av system eller subsys­tem till att generera modellen. För en snabbare process krävs att alla steg i simuleringen är samordnade. Målet är att synkronisera simuleringen med konstruktionsarbetet, där man i vissa fall styr konstruktionsarbetet så att varje designbeslut föregås av en simuleringsanalys. Då krävs att si­muleringsmodellerna, till exempel finita elementmodeller, matchar de olika designfaserna in i minsta detalj.
I en simuleringsdriven process måste konstruktörerna ha tillgång till kraftfulla geometriska editeringsverktyg, som direktmodellering och dimensionsdriven design. Nu finns också synkron teknologi, där direktmodelleringens snabbhet och flexibilitet kombineras med den exakta kontrollen hos dimensionsdriven design. Dessa kraftfulla hjälpmedel gör det enkelt editera i konstruktionen och direkt uppnå en ideal geometri utan tidskrävande mellanled. Konstruktörerna kan agera snabbare på ändringar i designen och föreslå ändringar baserade på simuleringsresultat.
I den synkrona teknologin kan all konstruktionsdata enkelt delas av alla inblandade, vilket bidrar till ett mer tillförlitligt beslutsunderlag. Analytiker kan via en central databas köra grundläggande simuleringar och införa förbättringar i en modells geometri. Det här ger högre synkronisering och tillit mellan konstruktörer och analytiker som kan genomföra designförändringar utan en komplex och tidsödande ”fram-och-tillbaka-process”.
Genom att införa en simuleringsdriven approach redan i kon­cept­stadiet kan produktutvecklare återanvända befintliga modeller och geometrier. De kan också utforska alternativa konstruktioner, hitta brister i designen och optimera prestanda innan en fysisk prototyp eller detaljerad konstruktion tas fram. På så sätt bidrar simulering till att viktiga beslut kan grundas på funktionalitet, geometri och materialegenskaper tidigt i konstruktionsarbetet.

En förändring av kulturen. Att införa en simuleringsdriven designprocess innebär ofta en stor kulturförändring. I tillägg till ny teknik så innebär det också en förändring av både process och attityd hos konstruktörer och analytiker. Detta kan innebära omorganisation av arbetsgrupperna och att en del invanda vanor förändras. Medarbetare som har för vana att ”hål­la” på data länge, i syfte att inhämta så mycket underlag som möjligt innan designändringar införs, måste uppmuntras att släppa ifrån sig preliminär information i ett tidigt skede. Varje grupp som jobbar med konstruktionen måste också förstå de andra gruppernas behov.
Detta simultana och samordnade utvecklingsarbete, där 3D-modeller, data och resultat delas så att alla i realtid kan se en geometrisk modell, skapar ett arbetsflöde där fler avdelningar kan värdera, godkänna eller rata konstruktioner. En annan fördel med synkrona och centralt styrda utvecklingsprocesser är att transparensen i processerna ökar och att det blir lättare att anpassa utvecklingsarbetet till interna eller lokala regler och föreskrifter.

Simulering vägleder när olika produktegenskaper som t ex slitstyrka, kostnad och vikt ska avvägas. Simulering har också en avgörande betydelse för innovationskraften när nya idéer ska granskas, testas och förfinas innan de implementeras. I många fall utvärderas hundratals koncept innan man övergår i det mer ingående konstruktionsarbetet. Förr i tiden innebar detta fysiska test, vilket av praktiska skäl ofta innebar att bara ett fåtal konstruktionsalternativ blev testade och att utvecklingsarbetet gick långsamt. Men teknikens framsteg och införandet av en centraliserad designprocess ökar experimentmöjligheten, vilket är en kritisk egenskap för innovationsförmågan.
Budskapet är tydligt – när simulering blir en bärande del i designprocessen får konstruktörer bättre förutsättningar att förstå, förutsäga och förbättra produktegenskaper. Ett större antal designkoncept kan också utvärderas, vilket minskar kostnaderna för att ta fram kostbara fysiska prototyper. Samtidigt ger det bättre underbyggda beslut i olika skeden av produktutvecklingen.