Technologia UPFRONT w procesie projektowym to obecnie nowy tend w świecie projektowym. Równolegle z systemami CAD rozwija się system CAE. Na bazie budowanych cyfrowych prototypów można prowadzić zaawansowane analizy wytrzymałościowe, kinematyczne, analizy przepływu, transferu temperatur i inne. Do niedawna projektanci opierali budowę konstrukcji na bazie wzorów empirycznych, a zaawansowane analizy zalecano wykonywać zespołom inżynierskim metodą elementów skończonych czy dyskretnych. Proces analiz był kosztowny i długotrwały. Dzisiaj dzięki zastosowaniu technologii „upfront” w systemach MES, analizy wytrzymałościowe mogą realizować inżynierowie projektanci, budując coraz bardzie zaawansowane i lepsze urządzenia.
Rys. 1. Od koncepcji do produktu w tradycyjnym i preferowanym (DP) procesie projektowym w zestawieniu z kosztami zmian inżynierskich
W klasycznym znanym od lat procesie prowadzenia prac projektowych, konstrukcje podlegały różnego typu analizom. Budowano modele fizyczne, które następnie poddawano próbom wytrzymałościowym, prowadzono analizy w tunelach aerodynamicznych i laboratoriach. Ten typ analiz jest procesem kosztownym i długotrwałym.
Kolejnym krokiem w rozwoju technologii projektowania było wprowadzenie w proces projektowych analiz cyfrowych opartych o metodę elementów skończonych, brzegowych czy dyskretnych. W dużych firmach powstały wyspecjalizowane zespoły odpowiedzialne za prowadzenie badań projektowanych konstrukcji. Mniejsze firmy zlecały tego typu analizy firmom zewnętrznym. Oprogramowanie wykorzystywane podczas analiz jest skomplikowane i wymaga wysokich kwalifikacji oraz komputerów o dużych mocach obliczeniowych. Analizy prowadzi się w oparciu o cyfrowy model 3D projektowanej konstrukcji.
Zespół projektantów buduje taki model wykorzystując oprogramowanie CAD. Inżynierowie optymalizują konstrukcje w oparciu o doświadczenie inżynierskie i klasyczne wzory empiryczne. Zbudowany model następnie jest przekazywany do działu analiz lub do zewnętrznej firmy. Zespół analityczny przebudowuje otrzymany model dla swoich potrzeb, a następnie poddaje je analizom. Cały proces krótko można scharakteryzować w ten sposób, że inżynierowie projektują w oparciu o swoje doświadczenie, a zespół analityków sprawdza ich założenia. Taki sposób pracy jest o wiele szybszy od modelu opartego na modelach fizycznych, ale nie jest do końca rozwiązaniem optymalnym.
Dlatego też opracowano oprogramowanie do analizowania konstrukcji wykorzystujące technologię UPFRONT. Jest to oprogramowanie skierowane do projektantów budujących model fizyczny, którzy już na wstępnym etapie projektowania w oparciu o przyjazny interfejs, przy stosunkowo małym nakładzie dodatkowej pracy, mogą optymalizować powstającą konstrukcję. Oprogramowanie UPFRONT charakteryzuje się bardzo dobrą integracją z systemami CAD, model 3D jest automatycznie adoptowany w programie do analiz. Oprogramowanie posiada automatyczne systemy do kontroli geometrii, jej upraszczania i naprawy. Bazy materiałowe z systemów CAD automatycznie są przejmowane przez systemy MES. Nakładanie ograniczeń fizycznych więzów, generowanie obciążeń jest proste i szybkie. Proces siatkowania i przygotowania konstrukcji jest szybki prosty i sprawny. Projektanci mogą analizować poszczególne podzespoły już na etapie prostych modeli bryłowych więc czas analizy jest krótki i nie wymaga potężnych mocy obliczeniowych. Oprogramowanie posiada moduł analizy wyników pozwalający na sprawna i szybką ocenę przyjętego rozwiązania.
Oprogramowanie opracowane w technologii UPFRONT wpływa na jakość powstających konstrukcji i ich innowacyjność gdyż łączy wiedzę i doświadczenie inżynierskie z możliwością jej kontroli.
Rys. 2. Moduł analizy wyników w Autodesk Simulation CFD
Oprogramowanie wpływa też na pozyskanie wiedzy inżynierskiej przez mniej doświadczonych projektantów, którzy zastosowane rozwiązania szybko mogą poddać weryfikacji.
Wykorzystanie technologii UPFRONT wpływa bezpośrednio na skrócenie czasu projektowania oraz podniesienie jego jakości.
Klasycznym przykładem oprogramowania opracowanego w technologii UPFRONT jest Autodesk Simulation CFD i Inventor Nastran.
INVENTOR NASTRAN
Inventor Nastran to oprogramowanie, w oparciu o który możemy analizować liniową i nieliniową wytrzymałość konstrukcji, możemy prowadzić analizy zmęczeniowe i drop testy, analizować wpływ temperatury na wytrzymałość konstrukcji. Program pozwala na analizę drgań własnych, analizy kompozytów, materiałów superelastycznych. Oprogramowanie interaktywnie współpracuje z różnymi systemami CAD różnych dostawców.
AUTODESK SIMULATION CFD
Autodesk Simulation CFD to pakiet oprogramowania do obliczeniowej Mechaniki Płynów. W oparciu o to oprogramowanie możemy analizować przepływy płynów, transfer temperatur, ruch ciał w cieczach i gazach. Oprogramowanie zdefiniowane jest jako oprogramowanie typu upfront gdyż charakteryzuje się łatwym użytkowaniem, jest łatwym do nauki pakietem i jest łatwy do wdrożenia. Oprogramowanie interaktywnie współpracuje z różnymi systemami CAD różnych dostawców.
