Los 4 factores clave del diseño por simulacion

El diseño basado en simulación proporciona una amplia gama de beneficios que ayudan a las organizaciones a alcanzar los objetivos comerciales y acelerar la innovación. Sin embargo, mientras que algunos equipos que usan este método prosperan, otros no pueden capitalizarlo por completo.

Es fácil entender por qué existe esta disparidad. Las organizaciones pueden esperar que informar su proceso de diseño a través de la simulación sea complejo, ya que requiere conocimientos especializados y coordinación en una variedad de dominios.

Sin un nivel apropiado de soporte y herramientas, puede ser difícil para los equipos realizar análisis durante el diseño. Sin embargo, un puñado de nuevas tecnologías puede mitigar estos problemas. No hay mejor momento que ahora para que las organizaciones adopten el diseño basado en simulación.

Entonces, aquí hay cuatro factores que afectan el diseño basado en simulación.

1. El impacto de la familiaridad con CAE en el diseño basado en simulación

Tradicionalmente, los ingenieros necesitaban comprender los métodos de ingeniería asistida por computadora (CAE) para configurar un análisis preciso.

Por ejemplo, los métodos de elementos finitos (FEM) producirán resultados diferentes a los métodos de diferencias finitas (FDM). Si bien ambos son métodos numéricos que resuelven ecuaciones físicas, operan con diferentes suposiciones, simplificaciones y metodologías.

Sin este nivel de conocimiento, los ingenieros pueden elegir el método incorrecto para sus simulaciones. Además, si no entienden las diferencias entre los métodos numéricos, no pueden interpretar correctamente sus resultados.

Los resultados o interpretaciones incorrectos pueden tener repercusiones negativas. En el mejor de los casos, los ingenieros pierden el tiempo completando una simulación que no es apta para el propósito declarado. En el peor de los casos, los errores se infiltran en el proceso de diseño basado en la simulación y provocan fallas costosas para la organización.

Afortunadamente, los desarrollos recientes mitigan estos riesgos. Los nuevos algoritmos de solución de análisis pueden revisar un modelo de análisis y seleccionar automáticamente el mejor solucionador o método numérico para la simulación. Como resultado, los ingenieros pueden configurar y ejecutar análisis precisos sin comprender los fundamentos de cada método numérico.

2. Cómo afecta la capacitación en CAD al diseño basado en simulación

El objetivo principal del diseño basado en simulación es permitir que los ingenieros tomen mejores decisiones a lo largo del proceso de diseño.

En lugar de verificar y validar el rendimiento de un producto, los resultados de la simulación impulsan cambios en la geometría del diseño asistido por computadora (CAD).

Por lo tanto, los ingenieros necesitan la capacidad de modificar la geometría para iterar y explorar nuevas rutas de diseño en un dominio virtual. El desafío es que el enfoque tradicional para construir y modificar la geometría se basa en el modelado paramétrico, lo que hace que las geometrías sean sensibles a los cambios.

Por ejemplo, una simulación puede necesitar mantener las mismas dimensiones para un componente específico. Si un ingeniero, sin darse cuenta, realiza este cambio en la geometría sin comprender su impacto, el modelo fallará. Estos problemas pueden tardar horas en identificarse y resolverse.

Los ingenieros deben explorar nuevas alternativas de diseño sin romper el modelo. Para resolver este problema, los avances recientes integran el modelado directo con la simulación. Usando el modelado directo, los ingenieros pueden seleccionar, empujar, tirar y arrastrar la geometría a la forma deseada sin que los modelos fallen.

En consecuencia, el modelado directo aporta otros beneficios al proceso de diseño. Por ejemplo, brinda velocidad y agilidad porque los ingenieros no necesitan comprender la lógica interna del modelo.

3. Cómo afectan las interfaces de usuario al diseño basado en simulación

Las matemáticas detrás del análisis de simulación son muy complejas. Modelar un sistema del mundo real requiere definir cargas, restricciones y otras propiedades relevantes. Los ingenieros deben saber cómo usar todas estas capacidades dentro de una interfaz de usuario (UI) para usar el software CAD tradicional.

Sin embargo, en los últimos tiempos, los proveedores de soluciones han hecho hincapié en la facilidad de uso para ayudar a los ingenieros a configurar modelos rápidamente. Por lo tanto, la última generación de aplicaciones de simulación proporciona interfaces de usuario intuitivas que facilitan el análisis.

Además, los proveedores de soluciones han superpuesto la funcionalidad de estas aplicaciones para una exploración progresiva. La interfaz de usuario presenta de manera destacada las capacidades de uso frecuente y expone progresivamente al usuario a capacidades más sofisticadas, lo que permite el descubrimiento de funcionalidades avanzadas.

Por ejemplo, los malladores automáticos mitigan la complejidad del software CAE. Crean mallas de elementos finitos de alta calidad para producir resultados de alta fidelidad. La aplicación aumenta la densidad de la malla mientras ejecuta gradualmente una secuencia de análisis. La aplicación rastrea la respuesta hasta que un resultado se vuelve consistente y estable, una señal de que la malla es lo suficientemente densa para capturar con precisión los fenómenos.

Los ingenieros también pueden obtener acceso a interfaces de usuario que eliminan las complejidades de la malla de sus manos. Desde el punto de vista del usuario, el software va directamente de la geometría a la simulación. De esta manera, los ingenieros pueden concentrarse en encontrar un diseño óptimo a través de la manipulación directa y la experimentación de la geometría sin necesidad de una malla.

La convergencia de las interfaces de usuario de CAD y CAE también ha reducido la carga de los ingenieros para comprender todas las capacidades de estos productos de software. Gracias a las simplificaciones de la interfaz de usuario, los ingenieros pueden usar las aplicaciones de simulación al principio y con mayor frecuencia en el ciclo de diseño.

4. El conocimiento de la ingeniería física es clave para el diseño basado en simulación

Para capitalizar completamente el diseño basado en simulación, los ingenieros no pueden escatimar esfuerzos cuando se trata de su experiencia. Todavía necesitan un conocimiento profundo de una variedad de disciplinas de ingeniería para comprender el significado de sus resultados.

Sin ese conocimiento, fácilmente podrían tomar una decisión de diseño incorrecta porque no saben lo que representan sus simulaciones, o no se dan cuenta de cómo las entradas incorrectas conducen a resultados incorrectos.

Si bien muchos aclaman la inteligencia artificial y el aprendizaje automático como medios para aumentar el conocimiento de los trabajadores, parece poco probable que un robot reemplace por completo la experiencia de un ingeniero humano.

Por lo tanto, aunque los ingenieros pueden crear simulaciones sin seleccionar un método numérico, manipular la geometría sin riesgos y usar interfaces de usuario CAD/CAE simples, el conocimiento profundo de la física de la ingeniería no puede ser reemplazado. Sin embargo, con el software adecuado, esta brecha de conocimiento puede resolverse mediante una nueva contratación o capacitación en ingeniería.