Firma zjistí, že se jí vlastní výrobek přehřívá a než stihne vyrobit další fyzický prototyp, ví přesně proč. Michal Moštěk, jednatel TechSoft Engineering, vysvětluje, jak virtuální prototypování mění vývoj v automotive, letectví i energetice, a ukazuje příklad, kdy se výsledek simulace od měření lišil o pouhých 0,54 %.
Na webu používáte motto „Virtuální prototypy, lidské jednání“. Co pro vás toto spojení znamená?
Přestože virtuální prototypování používá čím dál více firem, jde stále o velmi pokročilou technickou disciplínu, kde podle nás musí spolupráce se zákazníkem zůstat srozumitelná, otevřená a lidská. Nedodáváme pouze licenci. Pro nás jde o start spolupráce, kde primárně potřebujeme pochopit, co zákazník vyvíjí, kde má současný proces slabiny a jaký očekává výsledek.
Snažíme se o to, abychom převedli složité technologie do praktického řešení, které následně zákazník dokáže denně využívat při své práci. Důležité je pro nás dlouhodobé partnerství, důvěra a osobní odpovědnost za to, aby byl zákazník ve svém oboru úspěšný.
Ing. Michal Moštěk, Ph.D. Executive Director
V čem se lišíte od běžného dodavatele softwaru?
Nejsme jen dodavatel softwaru. Naši specialisté rozumějí fyzice, konstrukci i vývojovým procesům a dokážou řešit konkrétní zákaznický technický problém, nejen výběr samotné licence.
Často se zákazníkem procházíme celou cestu – od prvního pilotního projektu přes doporučení výpočtových metodik a zaškolení lidí až po začlenění simulací do jejich běžného vývoje. Díky tomu zákazník nezíská jen nástroj, ale také know-how a jistotu, že jej bude umět efektivně využívat.
Kdo dnes tvoří jádro vašich zákazníků a z jakých oborů? Kde jako firma působíte?
Pracujeme jak se startupy, malými a středními technologickými firmami, tak s velkými průmyslovými podniky a nadnárodními společnostmi působícími v našem regionu. Mezi významné oblasti patří automobilový a strojírenský průmysl, energetika, elektrotechnika, obranný a letecký průmysl, optika, elektronika, procesní průmysl nebo vývoj spotřebního zboží.
Naším hlavním teritoriem je Česká republika a Slovensko. Současně podporujeme také místní vývojová centra nadnárodních společností.
Jak široké je dnes vaše produktové portfolio?
Jedno z nejširších na světě (úsměv). Ale teď vážně. Ansys začínal jako nástroj pro strukturální mechaniku, tedy klasickou strojařinu. Postupně se ale rozrostl o proudění kapalin a plynů, chlazení, elektroniku, optiku, polovodiče nebo vývoj safety-critical softwaru, kde selhání nepřipadá v úvahu, například v letectví nebo železniční dopravě.
Velmi silnou oblastí je také optika. To je zajímavé i pro náš region, protože máme dlouhou tradici v automotive osvětlení, sklářství a návrhu složitých světelných systémů.
Celé portfolio dnes tvoří desítky vzájemně propojitelných nástrojů. A právě tady je největší síla Ansysu: multifyzika. Výstup z jedné simulace se stává vstupem do další.
Představte si třeba světlomet. Optika určuje, kam svítí. Elektronika ho řídí. Teplo vznikající během provozu způsobuje deformace materiálu a ty následně ovlivňují světelný kužel. V reálném produktu spolu všechny tyto fyzikální jevy souvisejí a Ansys je dokáže simulovat v jednom propojeném řetězci.
A právě proto si dovolím zopakovat, že naše portfolio je opravdu jedno z nejširších na světě.
Kde přesně končí prodej licence a začíná vaše práce?
Začínáme analýzou zákaznických potřeb a následným návrhem vhodné technické a licenční architektury. Následují školení, technická podpora, konzultace při prvních projektech a pomoc s vytvořením výpočetní metodiky.
Zároveň provádíme zakázkové simulace a výpočtové studie, pomáháme s automatizací opakovaných úloh, propojováním jednotlivých fyzikálních disciplín nebo začleněním simulací do firemních procesů.
Často se u zákazníků setkáváme s potřebou si naše služby a licence dopředu vyzkoušet. Jsme schopni realizovat úvodní projekt, spočítat návratnost investice, zapůjčit vhodnou licenci a ověřit v prostředí u zákazníka kompletní simulační cyklus.
Co si máme představit pod virtuálním prototypováním?
Virtuální prototyp je digitální model výrobku nebo systému, na kterém lze ještě před výrobou prvního fyzického prototypu ověřovat jeho chování v nejrůznějších podmínkách. Nejde přitom pouze o trojrozměrný obrázek nebo CAD geometrii. Model obsahuje fyzikální vlastnosti materiálů, zatížení, okolní proudění, teploty, elektromagnetické jevy nebo další podmínky, kterým bude výrobek, ať už při testu, nebo v reálném prostředí vystaven. Pomocí virtuálního modelu lze ověřit návrhové podmínky, ale i nenávrhové stavy.
Vývojový pracovník tak může na svém počítači zkoumat, zda se konstrukce neporuší, nepřehřeje nebo nebude nadměrně vibrovat. Z hlediska proudění ověří tlakové ztráty, odpory, intenzitu přestupu tepla nebo tlakové pulzace vedoucí k vibracím či akustickým projevům. Dále může ověřit, jak bude fungovat optický či elektronický systém. Především ale může rychle porovnávat různé konstrukční varianty, které si sám zvolí nebo program navrhne. Nic se nemusí fyzicky vyrobit a testovat v laboratoři, změna je snadná a rychlá, lze tak testovat desítky či stovky různých návrhů s detailním popisem chování, a to vše při použití standardizovaných metodik, které pomáhají omezit rozdíly mezi jednotlivými testy a snižovat vliv uživatelských chyb.
Proč by se jím měly firmy zabývat?
Nejdražší technické chyby bývají ty, které se odhalí až na konci vývoje nebo po zahájení vlastní výroby a v nejhorším ty, které se odhalí až při provozu zařízení u zákazníka. Simulace umožňují velkou část problémů identifikovat včas v době, kdy lze konstrukci ještě relativně snadno změnit s minimálními dodatečnými náklady.
Firmy díky tomu mohou snížit počet fyzických prototypů, zkrátit vývoj, lépe využít materiál a zvýšit spolehlivost výrobku. Virtuální prototypování ale není jen nástroj pro hledání chyb. Umožňuje také navrhovat lehčí, výkonnější a inovativnější výrobky, které by klasickým postupem vznikaly jen obtížně.
Ve kterých oborech je virtuální prototypování už běžnou součástí vývoje?
Velmi rozšířené je v automobilovém a leteckém průmyslu, energetice, turbínovém strojírenství, elektronice a obecně při vývoji složitých nebo bezpečnostně významných výrobků. Bez simulací se dnes prakticky neobejde například vývoj motorů, baterií, elektromotorů, radarů, antén, výkonové elektroniky nebo tepelně namáhaných zařízení.
Úroveň využití se ale mezi firmami liší. Někde se simulace používají především k závěrečnému ověření hotového návrhu, zatímco vyspělejší firmy je zapojují už při hledání základního konceptu výrobku. Právě přesun simulací do raných fází vývoje přináší ten největší efekt a úsporu.
S jakými problémy se na vás zákazníci nejčastěji obracejí?
Často řeší konkrétní problém, který se projevil při zkouškách nebo provozu – například nadměrnou deformací, vibracemi, únavovým poškozením, přehříváním, nevhodným prouděním či chlazením nebo nedostatečným výkonem daného zařízení. V takové situaci simulace pomáhá nejen najít příčinu, ale také rychle ověřit možné úpravy ještě před samotnou výrobou dalšího prototypu.
Druhou skupinou jsou pak zákazníci, kteří chtějí simulace nově zavést nebo rozšířit, ale chybí jim kapacity, zkušenosti nebo jednotná metodika. Často používají nástroje různých výrobců, které složitě kombinují a jsou nuceni pracovat v různých simulačních prostředích. Pomáháme jim vybrat vhodné nástroje, nastavit proces a určit, které úlohy má smysl řešit vlastními silami a které je naopak výhodnější zadávat externě.
Kdy se firmě investice do simulací skutečně vyplatí?
Největší návratnost mají simulace tam, kde je fyzický prototyp nákladný, jeho výroba trvá dlouho, kde jsou následky chyb závažné nebo je drahé či těžko proveditelné vlastní testování. Výhodné jsou také u výrobků, které procházejí častými konstrukčními změnami nebo se vyrábějí v mnoha variantách a velkých sériích.
Podmínkou úspěchu je ale systematické využívání. Licence sama o sobě hodnotu nevytvoří. Firma potřebuje správně vyškolené lidi, ověřené postupy a jasně definované úlohy. Proto často doporučujeme začít pilotním projektem na skutečném výrobku a vyhodnotit úsporu času, počtu prototypů nebo nákladů na zkoušky.
Můžete uvést konkrétní příklad, kdy simulace významně pomohla zákazníkovi?
Jeden z našich zákazníků z automobilového průmyslu při testování zjistil, že se jeho produkt přehřívá a reálně došlo k jeho poškození vlivem vysoké teploty. V důsledku toho nebylo možné zahájit sériovou výrobu a tím se zpozdil celý projekt, což je v automotive samozřejmě velice nákladné.
Díky simulacím jsme dokázali najít kritická místa v řídicí elektronice, kde docházelo ke koncentraci proudu a výrobek generoval příliš mnoho tepla. Výrobek se tedy upravil a následné měření ukázalo, že výrobek vyhovuje a funguje. Druhý neméně důležitý výsledek byl, že se v klíčovém sledovaném parametru podle snímků z termokamery simulace a měření lišily o 0,54 %. To je za mě super příklad, jak může simulace pomoci u zákazníka.
Je virtuální prototypování dostupné také menším firmám?
Určitě. V posledních letech stále více. Menší firma nemusí od prvního dne budovat rozsáhlé výpočtové oddělení. Může začít jedním konkrétním projektem s jedním konstruktérem, případně využít konzultační službu nebo si pronajmout licenci pouze na dobu, kdy ji potřebuje.
Díky různým licenčním modelům, cloudovým výpočtům a jednodušším uživatelským nástrojům se vstupní bariéra snižuje. U menších firem může být navíc přínos velmi rychlý, protože už odstranění jednoho neúspěšného prototypu nebo reklamace může pokrýt významnou část investice do licence.
Kde má virtuální prototypování své hranice?
Každá simulace je pouze tak kvalitní, jak kvalitní jsou vstupní data, použité předpoklady a zkušenosti člověka, který model vytváří. Je nutné znát vlastnosti použitých materiálů, reálné okrajové podmínky a zároveň správně zvolit úroveň detailu. Přesnější model totiž nemusí být automaticky lepší, pokud neodpovídá skutečnému způsobu použití výrobku.
Simulace proto fyzické zkoušky zcela nenahrazuje. Pomáhá jejich počet výrazně omezit, lépe je připravit a interpretovat. Simulace na rozdíl od měření může pomoci odhalit i příčiny pozorovaných výsledků. Ideální je samozřejmě spojení výpočtů, měření a inženýrské zkušenosti.
Kam se podle vás bude virtuální vývoj v příštích letech posouvat?
Simulace se bude posouvat stále blíže k počátku vývoje a bude dostupná širšímu okruhu uživatelů. Umělá inteligence pomůže s přípravou modelů, vyhodnocováním výsledků, hledáním optimálních variant i vytvářením rychlých náhradních modelů. Konstruktér tak nebude pouze ověřovat jeden návrh, ale bude moci automaticky porovnávat stovky nebo tisíce variant.
Dalším směrem je propojení simulací s provozními daty a digitálními dvojčaty. Výsledky se také budou zobrazovat mnohem názorněji – například v rozšířené realitě přímo nad skutečným výrobkem nebo výrobní linkou. Vždy ale zůstane klíčová role zkušeného inženýra. Technologie dokáže vývoj zásadně urychlit, ale stále musí existovat člověk, který položí správnou otázku a dokáže výsledek kriticky posoudit.
Ryze česká technologická a inženýrská společnost, která se od počátku devadesátých let věnuje výpočetním simulacím a virtuálnímu prototypování. Působí především v České republice a na Slovensku, propojuje špičkové simulační technologie s praktickými potřebami průmyslových podniků, výzkumných organizací a akademické sféry.
Jádrem portfolia jsou řešení Ansys, dnes součást skupiny Synopsys. Kromě samotných dodávek licencí poskytuje technickou podporu, školení, konzultace, implementaci a zakázkové výpočty. TechSoft Engineering tvoří několik desítek obchodních, aplikačních a technických specialistů z různých inženýrských oborů.
