Chytrý produkt

Požadavky kladené na současné výrobky byly ještě před několika lety těžko představitelné. V současnosti je požadováno, aby se výrobek přizpůsobil jak potřebám uživatele, tak se uměl adaptovat na změnu prostředí, ve kterém je provozovaný, a to vše za dodržení přísných emisních a bezpečnostních předpisů. Nejvýraznější je tento trend v energetice založené na technologii obnovitelných zdrojů, v automobilovém a leteckém průmyslu. Stále častěji tu mluvíme o inteligentním – chytrém výrobku Smart Products, který se vyznačuje náročným designem a stále sofistikovanější konstrukcí s využíváním zabudované elektroniky a nových materiálů. Při konstrukci těchto výrobků se bez komplexního virtuálního modelování jednotlivých komponent a uzlů neobejdeme. Navíc potřebujeme vytvořit takový model, který by nám umožnil simulaci chování celého systému.
 
Simulace komplexních systémů, jakými jsou třeba automobily s hybridním pohonem, dopravní letadla nebo parky větrných elektráren, vyžadují od výpočetních analýz zcela nové postupy. Jedná se zejména o:
  • automatizaci fáze přípravy velkých modelů (geometrie a výpočetní sítě),
  • zavedení nových fyzikálních modelů (vícefázové proudění, vodní film, kondenzace, akustika, atd.),
  • přesné a rychlé řešiče umožňující zpracování modelů až na několika desítkách tisíc procesorů,
  • vývoj nových programových prostředků, které umožňují propojení CFD, FEA, ELMAG a dalších modelů jednotlivých komponent do systému a následně i simulaci chování celého systému za provozu včetně jeho aktivního řízení (společnost ANSYS nabízí pro tento účel unikátní systém ANSYS Simplorer).

    Obrazky/24.png
    Ukázka simulace komplexního systému hybridního automobilu

    Významným nástrojem pro modelování systémů a jejich návrh je tzv. System Engineering umožňující rychlé a robustní propojení rozdílných výpočetních analýz a jejich vzájemné ovlivňování nazývané multifyzikální coupling. V praxi může jít například o tlakové pole vzniklé intenzivním prouděním, které deformuje tvar membrány a to zpětně ovlivňuje proudové pole a průtok kolem membrány. Obdobně působením intenzivního elektromagnetického pole statoru elektromotoru dochází k tepelným ztrátám, zahřátí kovových částí, jejich deformaci a opětovně ke změně intenzity magnetického pole.

    Obrazky/25.png
    Využití multifyzikálních simulací při analýze chování elektromotoru


    Ideální integrované prostředí pro multifyzikální coupling různých typů analýz představuje  ANSYS Workbench.
     
    Vynikajícím příkladem simulace komplexního systému s využití multifyzikálních analýz pomocí tzv. Systém Engineering nástroje je konstrukce vozů F1.  Nové  stále přísnější předpisy snižující objem motorů F1 nutí výrobce k rekuperaci nejenom energie při brzdění monopostu, ale i z výfukových plynů v turbodmychadle, a její zpětné využití v přídavném elektropohonu. Ten se používá pro vyrovnání úbytku krouticího momentu způsobeného snížením objemu motoru. Návrh a řízení takto sofistikovaných zařízení v kontextu aerodynamického chování vozu není možné bez zapojení simulačních prostředků.
    V sezóně 2012 byly programy společnosti ANSYS, Inc. využívány ve 4 ze 6-ti nejlepších stájí F1 včetně stáje  Red Bull – Renault, která je trojnásobným šampionem. V sezóně 2013 společnost ANSYS společně s touto stájí oslavuje i její 4. úspěch.

    Obrazky/26.png
    Využití multifyzikálních simulací při aerodynamické analýze vozů F1


    Nathan Sykes, vedoucí skupiny analýz CFD a FEA společnosti Red Bull-Renault říká: „ Účinnost, spolehlivost a přesnost výsledků, které dostáváme z programů ANSYS nám dovoluje stále méně spoléhat na finančně náročný a časově zdlouhavý experiment a více využívat simulace. Při zavádění nových systémů rekuperace energie je návrh takových produktů bez výpočetních analýz prakticky nemožný“. Slova čtyřnásobného šampiona závodů F1 dokreslují současnou situaci ve špičkové automobilové technice, kde bez intenzivního využití prostředků virtuálního prototypování nelze v konkurenčním prostředí uspět.

    Obrazky/27.png
    Ukázka složitosti zadního aerodynamického balíku vozu F1