Virtuální prototyp

Cílem virtuálního prototypu je nahrazení reálného prototypu nebo výrobku výpočetním simulačním modelem. Virtuální prototyp umožňuje kompletní ověření chování reálného výrobku za provozu bez nutnosti jeho vlastní výroby nebo modelového zařízení. Pro vytvoření virtuálního prototypu se využívají metody matematického modelování. Nejčastěji používané metody pro výpočetní simulace jsou založené na diskretizaci řešené oblasti pomocí metody konečných prvků FEA nebo objemů FVM. Uvedené matematické modely je možné využít pro řešení pevnostních a dynamických analýz, přenosu tepla, dynamiky proudění, akustiky, elektromagnetismu a řady dalších fyzikálních dějů.
Průmyslové využití těchto metod je široké a zahrnující prakticky všechna odvětví lidské činnosti od automobilového, leteckého a kosmického průmyslu, přes stavebnictví, materiálové inženýrství a energetiku až po biomedicínu a mikroelektroniku.
S výpočetními simulacemi se setkáváme při zlepšování aerodynamických vlastností automobilů, zvyšování účinnosti spalovacích motorů, turbín a generátorů, návrhu nosných konstrukcí strojů, ověřování dynamického chování podvozků dopravních prostředků a v řadě dalších aplikací.
Počítačové simulace nám umožňují výrazně posunout vývoj nových výrobků, přinést množství inovativních řešení a nových technologií bez nutnosti investovat do nákladných experimentálních zařízení. Výsledkem je kvalitní produkt za nižší náklady a v kratším čase.

Obrazky/29.png
Simulace dynamického chování vrchní desky houslí pro rozdílné hodnoty
harmonického buzení a materiálové vlastnosti získané rozdílným způsobem
umělého vysušování dřeva umožnila výrobci houslí snížit náklady na materiál a podstatně zvýšit jeho kvalitu.

Obrazky/30.png
Hotový nástroj - výrobce Povolný
 

Simulační proces

Pro dosažení maximální efektivity při využití virtuálního prototypu je potřebné jeho správné nasazení v procesu návrhu výrobku. Není to tak dávno, co se výpočetní analýzy využívaly až v poslední fázi návrhového procesu nebo dokonce až po náběhu výroby, když bylo potřeba odstranit problémy, které se vyskytly při testování výrobku. Tento přístup nepřinášel zdaleka takové úspory, jako při využívání výpočetních simulací během samotného návrhu výrobku.

Současným trendem je vývoj výrobku řízený simulacemi – SDPD (Simulation Driven Product Development), kdy jsou výpočetní simulace aktivně využívány při hledání nových koncepcí výrobku nebo ověřování jeho chování za provozu ještě dříve, než se přikročí k detailnímu konstrukčnímu řešení výrobku a jeho testování.

Obrazky/31.png

Tradiční způsob využití výpočetních simulací


Obrazky/32.png

Časová úspora při využití Simulacemi řízeného vývoje výrobku