إذا لم تكن متخصصًا ، فإن مصطلح "التمثيل الافتراضي لعمليات الإنتاج" يبدو مملًا للغاية. في الواقع ، هذا درس مثير للاهتمام عند تقاطع الفيزياء والإبداع. وبدون ذلك ، فإن جميع الأشياء من حولنا ، من الأثاث والأدوات إلى السيارات والمباني ، لن تكون متطورة تقنياً وموثوقة ولا تصدق كما هي الآن. في هذا المنشور ، سنخبر غير المتخصصين حول كيفية إنشاء إنتاج افتراضي في مصنع غير موجود ، ومعرفة قوة الشد لأي عنصر دون كسره ، وكيف يحل أحد البرامج محل طاقم الاختبار.
هناك جائزة داخلية في Toshiba تحمل اسم أحد الآباء المؤسسين للشركة ، جائزة Ichisuke Fujioka ، والتي تُمنح للموظفين الذين ساهموا بشكل مهم في تطوير المجتمع وتحسين حياة الناس. من الأهمية بمكان أن يُطلق على الفائز "إديسون الياباني". في عام 2019 ، حصل يوشوتادا ناكاجاوا ، وهو موظف في مركز هندسة توشيبا لتصنيع الشركات ، على هذه الجائزة لتطوير وتنفيذ نظام لمحاكاة عمليات الإنتاج في الشركة.
تتيح عمليات المحاكاة التي تعمل عليها Nakagawa إجراء حساب دقيق وتصور سلوك المواد أثناء إنتاج أي شيء ، بدءًا من الأجهزة الإلكترونية المحمولة وحتى الآلات الصناعية الثقيلة (وعلى سبيل المثال ،
التوربينات البخارية ). تسمح لك المحاكاة باستبدال مئات وآلاف الاختبارات لعشرات النماذج الأولية ، وإعادة إنشاء أي ظروف وأحمال بشكل مطلق ، وبنتيجة خالية من الأخطاء تقريبًا ، بشكل سريع جدًا واقتصاديًا - يمكن لجهاز كمبيوتر واحد قوي أن يحل محل أشهر مختبر الاختبار.
محاكاة الإنتاج في مراحل مختلفة من إنشاء المنتج في Toshiba. المصدر: توشيبا
عندما وصل السيد ناكاجاوا لأول مرة إلى توشيبا ، لم تعد النمذجة الافتراضية حتى الآن ممارسة ضرورية - لم يطلب المهندسون سوى العمل الدقيق على الدوائر ، وأجريت الاختبارات على نماذج أولية مادية. بدأت ناكاجاوا بالتعرف على أنشطة مختلف الإدارات والمصانع في الشركة وفوجئت بفهم أن كل قسم ، كل ورشة إنتاج لديها تجربتها الفريدة ، وبعض الأفكار لا تزال غير معروفة للآخرين داخل توشيبا. تقرر إضفاء الطابع الرسمي على جميع هذه التطورات من أجل تطبيقها في كل مكان - لأن ناكاجاوا قد طورت نظامًا نمطيًا لجميع مراحل الإنتاج ، بناءً عليه على أساس خبرة الشركة المحمية بعناية. يأتي المهندسون ويذهبون ، لكن يجب ألا تختفي المعرفة ، يجب أن يتم نقلها دون تشويه وفقدان ، في أسرع وقت وكفاءة ، ويمكن القيام بذلك من خلال حزم البرامج التي يمكن أن تحل محل الأشخاص. يمكنك تطبيق المعرفة في مجالات مختلفة.
محاكاة المصنع
أحد التحديات التي تواجهها Toshiba عند تصميم مصنع جديد هو خطأ في تقدير هيكلها الداخلي. كيفية ترتيب الناقل ، وأدوات الآلات وأماكن العمل بحيث يعمل الإنتاج بسلاسة؟ هناك دائمًا خطر من الإكتشاف واكتشاف أن منطقة العمل الخاصة بالمعالج في روبوت مثبت بالفعل تسقط سنتيمترًا على السقف أو أن أماكن العمل تقع بشكل ضعيف وعليك أن تحمل أجزاء في يديك على طول مسار غير مثالي.
من الأسهل بكثير بناء مبنى يلبي احتياجاتك وفقًا لمشاريعك الخاصة بدلاً من تجهيز مبنى حالي بنفسك ، لكن ليس من المنطقي دائمًا إنشاء مصنع جديد في حقل نظيف. من أجل تكييف المبنى الذي تم شراؤه بأكبر قدر ممكن من الكفاءة ، نلجأ إلى مساعدة المحاكاة الافتراضية.
يبدو الأمر كما يلي: يتم تحميل جميع الكائنات المستخدمة ، مثل عناصر ناقل الحركة ، والأدوات الآلية ، والروبوتات ، وأجهزة الكمبيوتر ، والأثاث - كل ما سنضعه ، في برامج متخصصة. ثم يتم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد ، لغير مستهل من الخارج ، على غرار منزل مفروش في The Sims. في هذه المرحلة ، يمكنك معرفة ما إذا كان هناك أي تعارض بين العناصر.
مثال على خط الإنتاج في برنامج Siemens Line Designer: يظهر أحد الروبوتات مدى إمكانية الوصول إلى مناوره. في مرحلة المحاكاة الديناميكية ، سيساعد ذلك على تجنب التقاطع الخطير للمسارات. المصدر: الحل الهندسي / يوتيوب
تسمح لك المحاكاة الافتراضية للمصنع باختبار عملها على عدد كبير من المعلمات التي يمكن أن ينسى الأشخاص (وغالبا ما ينسون) في مرحلة التصميم. نحن قائمة الأكثر تواترا.
- حساب التهوية / التبريد غير صحيح. بالنسبة لبعض الصناعات ، من المهم للغاية الحفاظ على درجة الحرارة والرطوبة المحددة بدقة في ورشة العمل ، ويمكن أن تؤثر الانحرافات سلبًا على خصائص المواد التي تتم معالجتها. ناهيك عن الأشخاص الذين تكون المساحات القوية أو المنطقة المحمومة بالرياح في الغرفة غير مربحة جدًا.
في ظل الظروف المثالية على الورق ، قد يبدو المشروع سلسًا ، لكن الحالات الشاذة في الجو أو ميزات الغرفة (ارتفاع درجات الحرارة تحت أشعة الشمس وتراكم الرطوبة) ستنفي جميع العمليات الحسابية. خيار آخر: عند تصميم نظام تكييف الهواء ، يمكن للمهندسين الاعتماد على خصائصه التقنية ، لكن لا يأخذوا في الاعتبار أن طول الخط الرئيسي وتكوينه يؤثران على أدائه ، أو ، على سبيل المثال ، أن المنتجات النهائية المخزنة قبل نقلها إلى مستودع في مكان معين تتداخل مع دوران الهواء المناسب.
ستساعد محاكاة المصنع في البرنامج على حساب حركة تدفق الهواء ودرجة الحرارة بدقة عند نقاط مختلفة. لن يضطر موظفو قسم الخدمة إلى ابتكار "عكازات" لورشة العمل التي تم افتتاحها حديثًا باستخدام معدات المحموم ، إذا كنت تقوم مسبقًا بمحاكاة العمل الشاق للمصنع.
- تحميل غير متوازن على شبكة الطاقة. تسمح لك محاكاة حمل الطاقة بمشاهدة النقاط المحتملة لتجاوز الحمل المسموح به وبالتالي توزيع المعدات بالتساوي على طول خطوط النسخ الاحتياطي.
- تجاهل للمبنى. بعد طلب معدات باهظة الثمن للإنتاج ، قد تكون المفاجأة غير السارة هي حقيقة أنها لا تمر عبر أبواب / ممرات الغرفة. يعد التحقق من أن الآلة الدقيقة لا تتحول إلى Winnie the Pooh التي تخرج من ثقب الأرانب جزءًا لا يتجزأ من محاكاة الإنتاج الافتراضية.
بدا مطار برلين-براندنبورغ الألماني في عام 2013 بالكامل. ولكن نظرًا للعدد الهائل من الأخطاء الهندسية الخاطئة وعيوب التصميم التي كانت ستظهر بالتأكيد على محاكاة الكمبيوتر ، يتم إعادة بناء المطار وتعديله حتى يومنا هذا. قراءة قصة مثيرة حول هذا الموضوع. المصدر: مونس / ويكيبيديامحاكاة الإنتاج
تخيل أنك تحتاج إلى طهي طبق معين. وفقا للفكرة ، يجب أن تكون النتيجة تحفة الطهي ، ضرب مطعم. نعم ، هذه هي المشكلة: أنت تعرف فقط كيف سيبدو ، وليس لديك وصفة الدقيق أو قائمة المكونات - ببساطة لأن أحدا لم يعدها لك. تمتلك بعض الخبرة ، وسوف تبدأ في البحث عن الصيغة المثالية ، وإجراء عشرات التجارب. ليس فقط ربما لا تعرف ما تحتاج إلى الجمع ، ولكن أيضًا تبين أن أحد المكونات لا يقاوم التدفئة ، والثاني هو الأفضل في استخدام الساخن ، والثالث معهما يغير طعمه بشكل عام ، والرابع يزيد من تكلفة الطبق عدة مرات ، على الرغم من أنها جميعًا تبدو ستكون هناك حاجة.
للعثور على تصميم الجهاز الأكثر أمانًا ، تحتاج إلى كسر مئات النماذج الأولية. أو قم بحساب الضغط في محاكاة اختبار التصادم. المصدر: مكسيم / ويكيميديا
تبدو عملية البحث عن المواد والهيكل والعملية الأكثر نجاحًا في إنتاج السلع شيئًا من هذا القبيل. يمكنك البحث عن تصميم الأجزاء الأكثر موثوقية ، والذي سيتم تشكيله بشكل صحيح أو إلقاؤه دون عيوب ، حتى يتم استنفاد ميزانية النماذج الأولية ، ولكن من الأفضل بكثير تحميل النموذج بالمعلمات اللازمة في برنامج تحليل العناصر المحدودة. باستخدام طريقة العناصر المحدودة (FEM) ، ينقسم نموذج القطعة إلى ، في الواقع ، عناصر تُحسب من خلالها الاستجابة للأحمال حسابيًا.
بفضل FEM ، حتى في مرحلة النمذجة ، من الممكن ، على سبيل المثال ، اكتشاف نقاط الضعف أو أماكن الضغط المتزايد للحالة ، والتي سوف تنفجر عندها التأثير ، يمكنك حساب العيوب المحتملة في الصب أو الطحن ، حتى لا تحصل على مجموعة من الخردة ، واختيار المواد المثالية ، وأنواع البلاستيك ، والسبائك . تأخذ برامج مثل ANSYS أو Abaqus Unified FEA حسابات اختبار النموذج الأولي - بشكل عام ، ليس من الضروري (على الرغم من أنه مرغوب فيه) إجراء اختبارات حقيقية. مستوى برامج النمذجة الحديثة مرتفع للغاية لدرجة أنه في أوروبا يمكنك اجتياز شهادة منتج تم اختباره بشكل حصري في بيئة الكمبيوتر.
محاكاة في برنامج Abaqus لعملية تأجير المعادن. وتصور حساب الضغوط في الجزء بعد المتداول. مع المعالجة الأكثر تعقيدًا ، تتيح لك المحاكاة العثور على أماكن يمكن أن تكون هشة. المصدر: عبد الله خليفة / يوتيوب
ومرة أخرى ، ندرج الأخطاء النموذجية في بداية الإنتاج دون نمذجة مختصة مسبقة.
- طريقة صب خاطئة. إذا كنت بحاجة إلى العمل مع الأجزاء البلاستيكية ، فأنت بحاجة إلى التعامل مع أدوات الصب بعناية فائقة ، لأن الحصول على الرفض أثناء عملية الصب أمر سهل. لا يمكنك فقط أخذ بعض الأجزاء ووضعها بإحكام على البوابة ، وإرسالها إلى الإنتاج. ستكون عملية حساب صب جزء فردي معقولة إلى حد ما ، ولكن إذا كانت هناك عدة أجزاء في القالب في وقت واحد ، فإن عمليات المحاكاة الفردية ستكون عديمة الفائدة - فقط محاكاة كاملة ستعمل لكامل القالب. خلاف ذلك ، مع وجود احتمال كبير ، ستكون بعض التفاصيل معيبة.
- حساب غير صحيح من الأحمال أثناء التجميع. تجميع كائن من عدة أجزاء لا محالة يخلق ضغوط في المواد بسبب تشديد مع مسامير وثبات على المزالج. حتى إذا بدا الهيكل ، بعد التجميع ، موثوقًا للغاية ، فقد تحدث الشقوق عند نقاط زيادة الجهد بمرور الوقت. سيتمكن الجميع تقريبًا من تذكر بعض الأدوات التي تندفع قضيتها من وقت لآخر ، حتى لو تم التعامل معها بعناية فائقة. إذا لم نتحدث عن الجودة المنخفضة للمواد ، فعندئذ يكون هناك احتمال كبير أن يحسب المهندسون بشكل غير صحيح (إذا تم حسابها على الإطلاق) الجهد في الجهاز المجمع. سعر الخلل: تشققات صغيرة ، كسر المزالج ، الخيوط المتهالكة في وصلات المسمار.
الأمر أسوأ عندما لا توجد مشاكل في الأجهزة المنزلية ، ولكن في وسائل النقل. كانت أول طائرة ركاب من طراز Haveland Comet 1 للحافلات النفاثة قد أخطأت في تقدير تصميمها ، بسبب التشققات الدقيقة التي تشكلت في مناطق التوتر عندما تم تثبيت النوافذ المربعة برشام. بسببهم ، تحطمت عدة خطوط في أوائل الخمسينيات حرفيًا في الهواء ، مما تسبب في وفاة الطاقم والركاب. عيب التصميم ، الذي لم يكن من الممكن حسابه إلا بعد إجراء اختبارات مطولة على جسم الطائرة في حوض الماء ، أدى إلى تعليق رحلات الخطوط الجوية وأصبح تقريبًا السبب وراء تقليص برنامج Comet بالكامل.
تلك الفتحات المربعة نفسها ، المسامير التي أحدثت حولها شقوقًا صغيرة تنمو من رحلة إلى أخرى. توجد هذه القطعة الحقيقية من الطائرة التي تحطمت فوق البحر الأبيض المتوسط في متحف لندن للعلوم. المصدر: كيلنيك / ويكيبيديا
محاكاة تشغيل المنتج
إذا كنت ترغب في العثور على أكثر المشكلات تعقيدًا في المنتج الخاص بك ، فافحصه في اختبار تجريبي مفتوح. سيتمكن فريق نادر من المختبرين من اختراع حالات الاستخدام التي سيواجهها المنتج في الحياة الواقعية. لكن يمكن أن يكون الوصول إلى الشركات المبتدئة ملهمًا مثل هذه الفخامة مثل الاختبارات العامة ، ولكن ليس للشركات الكبيرة ، التي لا يشك العملاء في الاهتمام بالجودة - لمحاولة فتح "اختبار تجريبي" ، يمكنك أن تخسر ليس فقط صورتك ، ولكن أيضًا حصتك من الأحرف الكبيرة. لذلك ، تعد حزم المحاكاة الحديثة ضرورية أيضًا لنمذجة التشغيل طويل الأجل للمنتج في مجموعة متنوعة من الظروف. الأحمال الثابتة والديناميكية على جميع المحاور والاهتزازات والصدمات والتأثيرات الحرارية والصوتية - كل هذه الحسابات ضرورية حتى بعد مرور أسبوعين على بدء المبيعات ، لا يفتح المشترون الغاضبون عيونهم أمام الشركة المصنعة لأي خطأ في التصميم.
على Habré ،
يتم نشر
قصة مثيرة للاهتمام حول كيفية استخدام النمذجة العددية للبحث عن أسباب انهيار المزلق الاهتزازي للخردة المعدنية. بعد العمل التحضيري في شكل تكوين شامل لنموذج التقطيع ، مع مراعاة الهندسة والخصائص الميكانيكية للمواد وظروف التحميل ، وجد المهندسون اهتزازات الرنين والنقطة المحددة التي يحدث عندها اتصال التلامس الذي يدمر اللحامات. كان من الممكن التحقيق في مزمار اهتزازي يعمل بأيديهم ، مما يعرضهم بشكل كبير لصحتهم وأطرافهم ، ولن تكون نتيجة هذه الدراسات مضمونة. ويمكنك تحضير البيانات للنمذجة والحصول بسرعة على أدق نموذج للتقطيع من خلال تعريب نقاط المشكلة.
- أخطاء التصميم. إذا كانت سماكة جسم الكائن غير كافية لتحمل الصدمات والسقوط وحتى التثقيب ، فإن الطريقة المنطقية الأولى لتقوية الهيكل تكمن في إضافة أدوات تقوية مخفية. ومع ذلك ، دون إعادة صياغة اختبار التعطل ، لا يمكن وضع نسخة محدثة من الجزء في الإنتاج - غالبًا ما تكون هناك حالات أدت فيها "التحسينات" الخاطئة إلى التأثير المعاكس تمامًا. نفس التقوية تمتص الطاقة الحركية ليس بدون أثر ، ولكن إعادة توزيعها. بسببهم ، يمكن تشكيل نقطة ضعف جديدة في الجزء ، والتي لم تكن موجودة من قبل. لذلك ، بعد كل تغيير في التصميم ، من الضروري محاكاة الأحمال مرة أخرى.
محاكاة مرور تدفق الهواء من خلال المبرد - هذا هو المكان الذي يوجد فيه مجال لتحسين التبريد والديناميكا الهوائية! المصدر: برامج سيمنز / يوتيوب
أخطاء التصميم ليست دائما واضحة في مرحلة التصميم. البعض منهم يشعرون بأنفسهم بعد شهر من الاستخدام المنتظم للبضائع. على سبيل المثال ، قبل عشر سنوات ، واجه أصحاب iPhone 3G / 3GS حقيقة أن العلبة البلاستيكية للهاتف الذكي بدأت في التصدع بمرور الوقت ، وخاصة حول موصل الشحن. في iPhone 6 Plus ، في منطقة أزرار الصوت ودرج بطاقة SIM ، تم العثور على نقاط الضعف في حالة مصنوعة من سبائك الألومنيوم قوية بما فيه الكفاية - في كثير من الأحيان أخذ أصحابها هاتف عازمة من الجيب الخلفي من السراويل.
هناك الكثير من مقاطع الفيديو على YouTube حول مدى سهولة الانحناء وحتى كسر iPhone 6 Plus - حتى الأطفال الصغار يمكنهم القيام بذلك. في iPhone 6S التالي ، غيرت Apple السبائك دون تغيير تصميم الهاتف الذكي ، مما أدى إلى حل المشكلة تمامًابالتأكيد سيتذكر المستخدمون السابقون لهاتف HTC HD2 الموقع المثير للجدل للغاية لكبل الشاشة التي تعمل باللمس ، والذي كان يقع بالضبط تحت زر الطاقة في الهاتف - من الضغط المستمر على الزر ، تلف الكابل وتوقف الشاشة عن الاستجابة للمس. يمكن حساب هذه المشكلات على المحاكاة الطويلة لتشغيل الجهاز - يجب أن تقضي شهور لاختبار نماذج حقيقية ، في حين أن البرنامج سيتعامل مع المحاكاة في يوم واحد.
بالتأكيد ، سوف يرغب المهندسون الحقيقيون في استكمال هذا المنشور بشكل كبير بخبرتهم ومعرفتهم - نحن دائمًا منفتحون على التعليقات المفيدة. نأمل أن تكون هذه المادة قد ساعدت الناس بعيدًا عن التصميم في فتح حجاب السرية على محاكاة عمليات الإنتاج.