4 yếu tố hàng đầu để mở khóa thiết kế dựa trên mô phỏng

   Theo Chad Jackson – trưởng ban phân tích của Lifecycle Insights.

    Thiết kế dựa trên mô phỏng (Simulation-Driven Design – SDD) cung cấp một loạt các lợi ích giúp các tổ chức thực hiện hóa các mục tiêu kinh doanh và thúc đẩy đổi mới. Tuy nhiên, một số nhóm sử dụng phương pháp này có thể cho rằng việc thực hiện quá trình thiết kế của họ thông qua mô phỏng là phức tạp, vì nó đòi hỏi kiến thức chuyên môn và sự phối hợp trên một loạt các lĩnh vực.

    Nếu không có một mức hỗ trợ và công cụ thích hợp, các nhóm rất khó có thể điều khiển việc phân tích trong suốt quá trình thiết kế. Tuy nhiên, một số công nghệ mới có thể giảm thiểu những vấn đề này. Không có thời điểm nào tốt hơn bây giờ cho các tổ chức để nắm lấy thiết kế dựa trên mô phỏng.

 Tìm hiểu nhiều hơn về SDD từ hình minh họa này.

    Và đây là bốn yếu tổ ảnh hưởng đến thiết kế dựa trên mô phỏng.

1. Ảnh hưởng của các phương pháp CAE quen thuộc lên SDD

    Theo truyền thống, các kỹ sư cần phải hiểu các phương pháp kỹ thuật hỗ trợ máy tính (Computer-Aided Engineering - CAE) để thiết lập một phân tích chính xác.

 Bắt đầu một mô phỏng trong Ansys Discovery Live cũng đơn giản như chọn từ một trong năm tùy chọn: nhiệt (thermal), chất lỏng (fluids), kết cấu (structural), mô hình (model) hay điện tử (electronics).

    Ví dụ như các phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Methods - FEMs) sẽ tạo ra các kết quả khác với các phương thức sai phân hữu hạn (Finite Diference Methods - FDMs). Trong khi cả hai phương pháp số này đều giải các phương trình vật lý, nhưng chúng lại hoạt động dựa trên các giả thiết, các rút gọn và các phương pháp luận khác nhau.

    Nếu không có mức độ hiểu biết này, các kỹ sư có thể chọn phương pháp sai cho các bài toán mô phỏng của họ. Ngoài ra, nếu họ không hiểu sự khác biệt giữa các phương pháp số, họ không thể giải thích chính xác kết quả của họ.

    Những kết quả hay giải thích không chính xác có thể dẫn đến những hậu quả tiêu cực. Hậu quả nhẹ nhất thì nó cũng làm cho các kĩ sư lãng phí thời gian để hoàn thành một bài toán mô phỏng mà không phù hợp với các mục tiêu đã đặt ra. Tệ nhất là kết quả mô phỏng không chính xác sẽ len lỏi vào quá trình thiết kế dựa trên mô phỏng, gây ra những thiệt hại nặng nề cho tổ chức.

    May mắn thay, những sự phát triển gần đây đã giảm thiểu những rủi ro này. Các thuật toán (giải pháp phân tích) mới có thể xem xét một mô hình phân tích và tự động chọn giải pháp hoặc phương pháp số tốt nhất cho việc mô phỏng. Do đó, các kĩ sư có thể thiết lập và chạy giải các phân tích chính xác mà không cần hiểu các nguyên tắc cơ bản của mọi phương pháp số.

2. Ảnh hưởng của CAD lên SDD

    Mục đích chính của thiết kế dựa trên mô phỏng là cho phép các kỹ sư đưa ra quyết định tốt hơn trong suốt quá trình thiết kế.

 Việc thay đổi hình học rong Ansys Discovery Live sẽ tự động cập nhật trong mô phỏng

    Thay vì việc xác minh và xác nhận quá trình thực hiện của một sản phẩm, sự chuyển đổi các kết quả mô phỏng sẽ được thay đổi trong mô hình của CAD.

    Do đó, các kĩ sư cần có khả năng sửa đổi hình học để lặp lại và khám phá các đường dẫn thiết kế mới trong một miền ảo. Thách thức ở đây là cách tiếp cận truyền thống để xây dựng và sửa đổi hình học phụ thuộc vào mô hình tham số - làm cho hình học trở nên nhạy cảm đối với những thay đổi.

    Ví dụ như một bài toán mô phỏng có thể cần duy trì các kích thước giống nhau cho một thành phần cụ thể. Nếu một kỹ sư vô tình thực hiện thay đổi này đối với hình học mà không hiểu tác động của nó, mô hình sẽ bị hư hỏng. Những vấn đề như vậy có thể mất nhiều giờ để xác định và giải quyết.

    Các kĩ sư cần khám phá các thiết kế thay thế mới mà không phá vỡ mô hình. Để giải quyết vấn đề này, những tiến bộ gần đây tích hợp mô hình trực tiếp với giải pháp mô phỏng. Sử dụng mô hình trực tiếp, các kỹ sư có thể chọn, đẩy, kéo, lắp hình học thành một hình dạng mong muốn mà không làm hỏng mô hình.

    Do đó, việc mô hình hóa trực tiếp mang lại những lợi ích khác cho quá trình thiết kế. Chẳng hạn, nó mang lại tốc độ và sự linh động vì các kỹ sư không cần phải hiểu logic bên trong của mô hình.

3. Ảnh hưởng của giao diện người dùng (User Interfaces) đến SDD

    Toán học đằng sau các phân tích mô phỏng rất phức tạp. Việc mô hình hóa một hệ thống trong thế giới thực đòi hỏi phải xác định tải, ràng buộc và các thuộc tính khác có liên quan. Các kĩ sư phải viết cách sử dụng tất cả các khả năng này trong giao diện người dùng (User Interfaces – UI) để sử dụng phần mềm CAD truyền thống.

 Thiết lập một mô phỏng dòng chảy trong ở Ansys Discovery Live rất đơn giản bằng việc khai báo đầu vào, đầu ra và ấn "play".

    Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, các nhà cung cấp giải pháp đã nhấn mạnh sự dễ dàng sử dụng để giúp các kỹ sư nhanh chóng thiết lập các mô hình. Vì vậy, thế hệ ứng dụng mô phỏng mới nhất cung cấp UI trực quan tạo điều kiện cho việc phân tích.

    Hơn nữa, các nhà cung cấp giải pháp đã xếp lớp chức năng của các ứng dụng này để không ngừng cải tiến nghiên cứu. Giao diện người dùng thể hiện nổi bật các khả năng được sử dụng thường xuyên và dần dần đưa người dùng đến các khả năng tinh vi hơn – cho phép khám phá các chức năng nâng cao.

    Ví dụ như bộ chia lưới tự động sẽ giảm thiểu sự phức tạp của phần mềm CAE. Họ tạo ra các lưới phần tử hữu hạn chất lượng cao để tạo ra các kết quả có độ tin tưởng cao. Ứng dụng làm tăng mật độ của lưới trong khi chạy dần một chuỗi phân tích liên tục. Ứng dụng theo dõi phản hồi cho đến khi kết quả trở nên nhất quán và ổn định – tín hiệu cho thấy lưới đủ dày để nắm bắt chính xác các hiện tượng.

    Các kỹ sư cũng có thể có quyền truy cập vào các giao diện người dùng để lấy sự phức tạp của việc chia lưới ra khỏi tay của họ. Từ quan điểm của người dùng, phần mềm đi từ hình học thẳng đến việc mô phỏng. Bằng cách này, các kỹ sư có thể tập trung vào việc tìm kiếm một thiết kế tối ưu thông qua thao tác trực tiếp và thử nghiệm hình học mà không cần chia lưới.

   Sự hội tụ của các giao diện người dùng CAD và CAE cũng đã giảm bớt gánh nặng cho các kỹ sư để hiểu toàn bộ khả năng của các sản phẩm phần mềm này. Nhờ đơn giản hóa giao diện người dùng, các kỹ sư có thể sử dụng các ứng dụng mô phỏng sớm và thường xuyên hơn trong chu trình thiết kế.

4. Kiến thức về vật lý kĩ thuật là chìa khóa cho SDD

    Để tận dụng triệt để thiết kể dựa trên mô phỏng, các kỹ sư không thể bỏ chuyên môn của họ. Họ vẫn cần kiến thức chuyên môn sâu về một loạt các ngành kỹ thuật để hiểu kết quả của họ có ý nghĩa gì.

Phần mềm không thể thay thế kiến thức của các kỹ sư.

    Không có kiến thức đó, họ có thể dễ dàng đưa ra các quyết định thiết kế sai bởi vì:

  • Không biết các bài toán mô phỏng của họ thể hiện cái gì.
  • Không biết làm thế nào để đặt các đầu vào chính xác dẫn đến các kết quả không chính xác.

    Trong khi nhiều người ca ngợi trí tuệ nhân tạo (Artifical Intelligence) và học máy (Machine Learning) như là phương tiện để nâng cao kiến thức của công nhân, nó có vẻ như robot sẽ không thể thay thế hoàn toàn chuyên môn của một kĩ sư (người thật).

    Vì vậy, mặc dù các kỹ sư có thể tạo ra các bài toán mô phỏng mà không cần chọn phương pháp số, thao tác không có rủi ro hình học và sử dụng giao diện người dùng CAD/CAE đơn giản thì kiến thức chuyên sâu về vật lý kỹ thuật vẫn không thể thay thế. Tuy nhiên, với phần mềm phù hợp, lỗ hổng kiến thức này có thể giải quyết bằng cách thuê mới hoặc đào tạo kỹ thuật.


Nguồn : ansys.com

Lược dịch : - Hoàng Kim Quý - Kỹ sư tại Advantech, Jsc.

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc. " hoặc "Theo www.advantech.vn " nếu bạn muốn phổ biến thông tin này

Các Giải Pháp
  • Prev
Giải pháp mô phỏng vỏ chắn điện từ
Giải pháp mô phỏng bài toán va chạm ô tô
Giải pháp mô phỏng phổ đáp ứng
Giải pháp tính toán độ ồn sinh ra trong các thiết bị
Giải pháp mô phỏng khí động đàn hồi cầu treo dây võng
Mô phỏng đáp ứng điều hòa của kết cấu (Harmonic Response)

LIÊN HỆ

VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
Email: info@advantech.vn

HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
Email: support@advantech.vn

Họ tên
E-Mail

FOLLOW US