उत्पादन मॉडलिंग क्या है और इसकी आवश्यकता क्यों है?

यदि आप विशेषज्ञ नहीं हैं, तो शब्द "उत्पादन प्रक्रियाओं का वर्चुअलाइजेशन" अविश्वसनीय रूप से उबाऊ लगता है। वास्तव में, यह भौतिकी और रचनात्मकता के चौराहे पर एक दिलचस्प सबक है। इसके बिना, फर्नीचर और गैजेट्स से लेकर वाहनों और इमारतों तक, हमारे आस-पास की सभी वस्तुएं तकनीकी रूप से उन्नत, विश्वसनीय और अविश्वसनीय नहीं होंगी क्योंकि वे अब हैं। इस पोस्ट में, हम गैर-विशेषज्ञों को बताएंगे कि एक गैर-मौजूद कारखाने में आभासी उत्पादन कैसे स्थापित किया जाए, एक आइटम की तन्य शक्ति का पता लगाए बिना इसे कैसे तोड़ा जाए, और एक कार्यक्रम कैसे परीक्षकों के कर्मचारियों की जगह लेता है।

तोशिबा में एक आंतरिक पुरस्कार कंपनी के संस्थापक पिताओं में से एक के नाम पर है, इकिसुके फुजीओका पुरस्कार, जो उन कर्मचारियों को प्रदान किया जाता है जिन्होंने समाज के विकास और लोगों के जीवन को बेहतर बनाने में विशेष योगदान दिया है। इतना महत्वपूर्ण कि लॉरेट को "जापानी एडीसन" कहा जा सकता है। 2019 में, तोशिबा कॉर्पोरेट मैन्युफैक्चरिंग इंजीनियरिंग सेंटर के एक कर्मचारी, योशुतदा नकगावा को कंपनी में उत्पादन प्रक्रियाओं के अनुकरण के लिए एक प्रणाली के विकास और कार्यान्वयन के लिए यह पुरस्कार मिला।

नकागावा जिस सिमुलेशन पर काम कर रहा है, वह पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स से भारी औद्योगिक मशीनों (और, उदाहरण के लिए, भाप टरबाइन ) के दौरान किसी भी चीज के उत्पादन के दौरान सामग्रियों के व्यवहार की सटीक गणना और कल्पना करना संभव बनाता है। सिमुलेशन आपको दर्जनों प्रोटोटाइप के सैकड़ों और हजारों परीक्षणों को बदलने की अनुमति देता है, बिल्कुल किसी भी स्थिति और भार को फिर से बनाने के लिए, और लगभग त्रुटि रहित परिणाम के साथ, बहुत जल्दी और स्वाभाविक रूप से आर्थिक रूप से - एक शक्तिशाली कंप्यूटर टेस्ट लैब के महीनों को बदलने में सक्षम है।


तोशिबा में उत्पाद निर्माण के विभिन्न चरणों में उत्पादन का अनुकरण। स्रोत: तोशिबा

जब श्री नकागावा पहली बार तोशिबा पहुंचे, तब तक वर्चुअल मॉडलिंग को एक आवश्यक अभ्यास नहीं माना गया था - इंजीनियरों को केवल सर्किट पर सावधानीपूर्वक काम करने की आवश्यकता थी, और भौतिक प्रोटोटाइप पर परीक्षण किए गए थे। नाकागावा ने कंपनी के विभिन्न विभागों और कारखानों की गतिविधियों से परिचित होना शुरू कर दिया और यह समझने में आश्चर्य हुआ कि प्रत्येक विभाग, प्रत्येक उत्पादन कार्यशाला का अपना अनूठा अनुभव है, कुछ अंतर्दृष्टि तोशिबा के अंदर अभी भी अज्ञात है। इन सभी विकासों को औपचारिक रूप से लागू करने का निर्णय लिया गया था ताकि उन्हें हर जगह लागू किया जा सके - इसके लिए नकागावा ने उत्पादन के सभी चरणों के लिए एक मॉडलिंग प्रणाली विकसित की, इसे सावधानी से संरक्षित कंपनी के अनुभव के आधार पर बनाया गया। इंजीनियर आते हैं और चले जाते हैं, लेकिन ज्ञान गायब नहीं होना चाहिए, इसे विरूपण और हानि के बिना स्थानांतरित किया जाना चाहिए, जितनी जल्दी और कुशलता से संभव हो, और यह सॉफ्टवेयर पैकेजों के माध्यम से किया जा सकता है जो लोगों को बदल सकते हैं। आप विभिन्न क्षेत्रों में ज्ञान लागू कर सकते हैं।

फैक्टरी सिमुलेशन

नए प्लांट को डिजाइन करते समय तोशिबा के सामने एक चुनौती यह है कि वह अपनी आंतरिक संरचना को मिसकॉल कर रही है। कन्वेयर, मशीन टूल्स और वर्कप्लेस की व्यवस्था कैसे करें ताकि उत्पादन सुचारू रूप से काम करे? हमेशा अनदेखी करने और खोज करने का जोखिम होता है कि पहले से ही घुड़सवार रोबोट के मैनिप्युलेटर का कार्य क्षेत्र सचमुच एक सेंटीमीटर छत पर पड़ता है या यह कि कार्यस्थल खराब स्थित हैं और आपको अपने हाथों को गैर-इष्टतम मार्ग के साथ ले जाना होगा।

अपनी खुद की परियोजनाओं के अनुसार अपनी जरूरतों के लिए एक इमारत बनाना बहुत आसान है, अपने लिए मौजूदा इमारत को सुसज्जित करना, लेकिन एक स्वच्छ क्षेत्र में एक नया संयंत्र बनाने के लिए हमेशा आर्थिक अर्थ नहीं है। खरीदी गई इमारत को यथासंभव कुशलता से अनुकूलित करने के लिए, हम आभासी सिमुलेशन की मदद का सहारा लेते हैं।

यह इस तरह दिखता है: उपयोग किए जाने वाले सभी ऑब्जेक्ट, जैसे कि कन्वेयर तत्व, मशीन टूल्स, रोबोट, कंप्यूटर, फ़र्नीचर - वह सब कुछ जो हम जगह लेंगे, विशेष सॉफ़्टवेयर में लोड किया गया है। फिर द सिम्स में एक सुसज्जित घर के समान, बाहर से बिनती के लिए एक त्रि-आयामी मॉडल बनाया जाता है। इस स्तर पर, आप देख सकते हैं कि क्या वस्तुओं के बीच कोई संघर्ष है।


सीमेंस लाइन डिजाइनर कार्यक्रम में एक उत्पादन लाइन का एक उदाहरण: रोबोट में से एक उसके मैनिपुलेटर की पहुंच को दर्शाता है। गतिशील सिमुलेशन के चरण में, यह प्रक्षेपवक्र के खतरनाक चौराहे से बचने में मदद करेगा। स्रोत: ज्यामितीय समाधान / YouTube

संयंत्र के आभासी सिमुलेशन आपको बड़ी संख्या में मापदंडों पर इसके संचालन का परीक्षण करने की अनुमति देता है जिसे लोग डिजाइन चरण में भूल सकते हैं (और अक्सर भूल जाते हैं)। हम सबसे लगातार सूची देते हैं।

- गलत वेंटिलेशन / शीतलन गणना। कुछ उद्योगों के लिए यह अत्यंत महत्वपूर्ण है कि एक कड़ाई से परिभाषित तापमान और आर्द्रता को कार्यशाला में बनाए रखा जाता है, विचलन संसाधित होने वाली सामग्री के गुणों पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकता है। उन लोगों का उल्लेख नहीं करना चाहिए जिनके लिए कमरे में एक मजबूत ड्राफ्ट या विंडप्रूफ ओवरहीट क्षेत्र बहुत ही लाभहीन होगा।

कागज पर आदर्श परिस्थितियों में, परियोजना चिकनी लग सकती है, लेकिन मौसम की विसंगतियाँ या कमरे की विशेषताएं (सूरज में गर्मी, नमी जमा होती है) सभी गणनाओं को नकार देगी। एक अन्य विकल्प: एयर कंडीशनिंग सिस्टम को डिजाइन करते समय, इंजीनियर इसकी तकनीकी विशेषताओं पर भरोसा कर सकते हैं, लेकिन इस बात पर ध्यान नहीं देते हैं कि मुख्य लाइन की लंबाई और विन्यास इसके प्रदर्शन को प्रभावित करता है, या, उदाहरण के लिए, एक निश्चित गोदाम में गोदाम में ले जाने से पहले संग्रहीत उत्पादों के साथ हस्तक्षेप करता है। उचित वायु परिसंचरण।

कार्यक्रम में पौधे का अनुकरण विभिन्न बिंदुओं पर वायु प्रवाह और तापमान की गति की सटीक गणना करने में मदद करेगा। सेवा विभाग के कर्मचारियों को ओवरहीटिंग उपकरण के साथ नई खोली गई कार्यशाला के लिए "बैसाखी" का आविष्कार नहीं करना होगा, यदि आप संयंत्र की कड़ी मेहनत को पूर्व-अनुकरण करते हैं।

- पावर ग्रिड पर असंतुलित भार। पावर लोड का अनुकरण आपको अनुमेय भार से अधिक के संभावित बिंदुओं को देखने की अनुमति देता है और इस तरह से बैकअप लाइनों के साथ उपकरणों को समान रूप से वितरित करता है।

- भवन के लिए उपेक्षा। उत्पादन के लिए महंगे उपकरण ऑर्डर करने के बाद, एक बहुत ही अप्रिय आश्चर्य तथ्य यह हो सकता है कि यह कमरे के दरवाजे / गलियारों से नहीं गुजरता है। यह सत्यापित करना कि एक सटीक मशीन एक विनी में बदल नहीं जाती है पूह एक खरगोश छेद से बाहर चिपके हुए एक आभासी उत्पादन सिमुलेशन का एक अभिन्न अंग है।


2013 में जर्मन हवाई अड्डा बर्लिन-ब्रांडेनबर्ग पूरी तरह से समाप्त हो गया। लेकिन बड़ी संख्या में इंजीनियरिंग मिसकल्चुलेशन और डिज़ाइन की खामियों के कारण जो निश्चित रूप से एक कंप्यूटर सिमुलेशन पर सामने आए हैं, हवाई अड्डे को फिर से बनाया जा रहा है और इस दिन के लिए संशोधित किया जा रहा है। पढ़िए इसके बारे में एक रोमांचक कहानी। स्रोत: मुंस / विकिपीडिया

उत्पादन सिमुलेशन

कल्पना करें कि आपको एक निश्चित पकवान पकाने की आवश्यकता है। विचार के अनुसार, परिणाम एक पाक कृति, एक रेस्तरां हिट होना चाहिए। हां, यहां समस्या है: आप केवल मोटे तौर पर जानते हैं कि यह कैसे दिखना चाहिए, और आपके पास सटीक नुस्खा या सामग्री की सूची नहीं है - बस इसलिए कि किसी ने भी आपके लिए इसे तैयार नहीं किया है। कुछ अनुभव प्राप्त करते हुए, आप दर्जनों प्रयोगों का संचालन करते हुए, आदर्श सूत्रीकरण की खोज करने लगेंगे। न केवल आप शायद यह नहीं जानते हैं कि आपको क्या संयोजन करने की आवश्यकता है, यह भी पता चला है कि एक घटक हीटिंग का सामना नहीं कर सकता है, दूसरा गर्म उपयोग करने के लिए बेहतर है, उनके साथ संयोजन में तीसरा आम तौर पर स्वाद बदलता है, और चौथा पकवान की लागत कई बार बढ़ जाती है, हालांकि यह सब प्रतीत होता है जरूरत होगी।


सबसे सुरक्षित मशीन डिजाइन को खोजने के लिए, आपको सौ प्रोटोटाइप को तोड़ने की आवश्यकता है। या क्रैश टेस्ट सिमुलेशन में तनाव की गणना करें। स्रोत: मक्सिम / विकिमीडिया

सामग्रियों के निर्माण के लिए सामग्री, संरचना और सबसे सफल प्रक्रिया की खोज की प्रक्रिया कुछ इस तरह दिखती है। आप सबसे विश्वसनीय भाग डिजाइन की खोज कर सकते हैं, जो दोषों के बिना सही ढंग से मशीनी या डाली जाएगी, जब तक कि प्रोटोटाइप के लिए बजट समाप्त नहीं हो जाता है, लेकिन मॉडल को परिमित तत्व विश्लेषण कार्यक्रम में आवश्यक मापदंडों के साथ लोड करना बेहतर होता है। परिमित तत्व विधि (FEM) का उपयोग करते हुए, भाग मॉडल को विभाजित किया जाता है, वास्तव में, ऐसे तत्व जिनके लिए भार की प्रतिक्रिया गणितीय रूप से गणना की जाती है।

एफईएम के लिए धन्यवाद, यहां तक ​​कि मॉडलिंग चरण में, उदाहरण के लिए, कमजोर बिंदुओं या मामले के बढ़े हुए तनाव के स्थानों का पता लगाना संभव है, जिसमें यह प्रभाव पर टूट जाएगा, आप कास्टिंग या मिलिंग में संभावित दोषों की गणना कर सकते हैं, ताकि स्क्रैप का एक बैच न हो, इष्टतम सामग्री, प्लास्टिक के प्रकार, मिश्र धातु ग्रेड का चयन करें। । ANSYS या Abaqus यूनिफाइड FEA जैसे कार्यक्रम प्रोटोटाइप परीक्षण गणना पर चलते हैं - सामान्य रूप से, वास्तविक परीक्षण करने के लिए यह आवश्यक नहीं है (हालांकि वांछनीय)। आधुनिक मॉडलिंग सॉफ्टवेयर का स्तर इतना अधिक है कि यूरोप में आप किसी उत्पाद के प्रमाणन को सफलतापूर्वक पास कर सकते हैं जिसे विशेष रूप से कंप्यूटर वातावरण में परीक्षण किया गया है।


धातु किराये की प्रक्रिया के अबैकस कार्यक्रम में सिमुलेशन। रोलिंग के बाद भाग में तनाव की गणना की कल्पना की गई है। अधिक जटिल प्रसंस्करण के साथ, सिमुलेशन आपको संभावित नाजुक स्थानों को खोजने की अनुमति देता है। स्रोत: अब्दुल्ला खलीफा / YouTube

और फिर, हम पूर्व सक्षम मॉडलिंग के बिना उत्पादन की शुरुआत में विशिष्ट गलतियों को सूचीबद्ध करते हैं।

- गलत कास्टिंग विधि। यदि आपको प्लास्टिक के हिस्सों के साथ काम करने की आवश्यकता है, तो आपको उनकी कास्टिंग को बहुत सावधानी से करने की आवश्यकता है, क्योंकि कास्टिंग के दौरान अस्वीकार करना आसान है। आप बस कुछ हिस्सों को नहीं ले सकते हैं और उन्हें गेट पर अधिक कसकर रख सकते हैं, उन्हें उत्पादन में भेज सकते हैं। एक व्यक्तिगत भाग की गणना कम या ज्यादा प्रशंसनीय होगी, लेकिन अगर एक बार में कई भाग मोल्ड में स्थित हैं, तो व्यक्तिगत सिमुलेशन बेकार हो जाएगा - केवल एक पूरा सिमुलेशन पूरे मोल्ड के लिए काम करेगा। अन्यथा, उच्च संभावना के साथ, कुछ विवरण दोषपूर्ण होंगे।

- असेंबली के दौरान लोड की गलत गणना। कई भागों से एक वस्तु को इकट्ठा करना अनिवार्य रूप से शिकंजा के साथ कसने और कुंडी पर बन्धन के कारण सामग्री में तनाव पैदा करता है। यहां तक ​​कि अगर, विधानसभा के बाद, संरचना बहुत विश्वसनीय लगती है, तो समय के साथ वृद्धि हुई वोल्टेज के बिंदुओं पर दरारें हो सकती हैं। लगभग हर कोई कुछ गैजेट को याद करने में सक्षम होगा, जिसका मामला समय-समय पर टूट जाता है, भले ही इसे अत्यधिक सावधानी से संभाला गया हो। अगर हम सामग्रियों की कम गुणवत्ता के बारे में बात नहीं कर रहे थे, तो एक उच्च संभावना के साथ इंजीनियरों ने गलत तरीके से गणना की (यदि सभी गणना की गई) इकट्ठे डिवाइस में तनाव। दोष की कीमत: छोटे दरारें, टूटी हुई कुंडी, पेंच कनेक्शन में थ्रेडिंग।

यह और भी बदतर है जब समस्याएं घरेलू उपकरणों में नहीं, बल्कि परिवहन में पाई जाती हैं। पहले डे हैविलैंड धूमकेतु 1 जेट यात्री विमान का एक डिज़ाइन मिसकैरेज था, जिसके कारण स्क्वायर विंडो को एक कीलक के साथ बांधने पर तनाव क्षेत्रों में सूक्ष्म दरारें बन जाती थीं। उनकी वजह से, 1950 के दशक की शुरुआत में कई लाइनर्स शाब्दिक रूप से हवा में गिर गए, जिससे चालक दल और यात्रियों की मौत हो गई। डिजाइन दोष, जो केवल पानी के पूल में विमान के शरीर के लंबे परीक्षणों के बाद गणना करना संभव था, जिससे लाइनर की उड़ानों को निलंबित कर दिया गया और लगभग धूमकेतु कार्यक्रम के पूर्ण विराम का कारण बन गया।


उन्हीं वर्गाकार पोरथोल, चारों ओर की दरारें, जिन्होंने उड़ान से उड़ान भरने वाले माइक्रोक्रैक बनाए। भूमध्य सागर के ऊपर दुर्घटनाग्रस्त एक विमान का यह वास्तविक टुकड़ा लंदन के विज्ञान संग्रहालय में है। स्रोत: क्रिक्निक / विकिपीडिया

उत्पाद संचालन का अनुकरण

यदि आप अपने उत्पाद की सबसे परिष्कृत समस्याओं और कीड़ों को ढूंढना चाहते हैं - तो इसे एक खुले बीटा परीक्षण में जारी करें। परीक्षकों की एक दुर्लभ टीम उन उपयोग मामलों का आविष्कार करने में सक्षम होगी जो उत्पाद वास्तविक जीवन में सामना करेंगे। लेकिन सार्वजनिक परीक्षण के रूप में इस तरह के एक लक्जरी प्रेरणादायक स्टार्ट-अप के लिए सुलभ हो सकता है, लेकिन बड़े-नाम वाली कंपनियों के लिए नहीं, जिनके ग्राहक गुणवत्ता पर ध्यान नहीं देते हैं - "बीटा परीक्षण" खोलने की कोशिश करने के लिए आप न केवल अपनी छवि खो सकते हैं, बल्कि पूंजीकरण का अपना हिस्सा भी खो सकते हैं। इसलिए, विभिन्न स्थितियों में उत्पाद के दीर्घकालिक संचालन को मॉडलिंग करने के लिए आधुनिक सिमुलेशन पैकेज भी आवश्यक हैं। सभी कुल्हाड़ियों, कंपन, झटके, थर्मल और ध्वनिक प्रभावों पर स्थिर और गतिशील भार - ये सभी गणना आवश्यक हैं ताकि बिक्री शुरू होने के कुछ सप्ताह बाद, नाराज खरीदार किसी भी डिज़ाइन बग के लिए निर्माता से अपनी आँखें न खोलें।

Habré पर, एक दिलचस्प कहानी प्रकाशित की गई है कि संख्यात्मक मॉडलिंग का उपयोग करते हुए, उन्होंने स्क्रैप मेटल के लिए श्रेडर वाइब्रेटरी च्यूट के टूटने के कारणों की खोज की। ज्यामिति, सामग्री की यांत्रिक विशेषताओं और लोडिंग स्थितियों को ध्यान में रखते हुए एक श्रेडर के मॉडल के संपूर्ण निर्माण के रूप में प्रारंभिक कार्य के बाद, इंजीनियरों ने गुंजयमान कंपन और उस विशिष्ट बिंदु को पाया, जिस पर वेल्ड को नष्ट करने वाला प्रभाव संपर्क होता है। अपने स्वयं के हाथों से काम करने वाली थरथाने वाली चुट की जांच करना संभव था, बहुत ही उनके स्वास्थ्य और अंगों को खतरे में डालते हुए, और इस तरह के अध्ययन के परिणाम की गारंटी नहीं होगी। और आप मॉडलिंग के लिए डेटा तैयार कर सकते हैं और समस्या के बिंदुओं के स्थानीयकरण के साथ श्रेडर का सबसे सटीक मॉडल प्राप्त कर सकते हैं।

- डिजाइन त्रुटियों। यदि ऑब्जेक्ट के शरीर की मोटाई को झटके, गिरने और यहां तक ​​कि छिद्रण का सामना करने के लिए पर्याप्त नहीं है, तो संरचना को मजबूत करने का पहला तार्किक तरीका छिपे हुए स्ट्रेनर्स को जोड़ना है। हालांकि, क्रैश टेस्ट को री-मॉडलिंग किए बिना, भाग के एक अद्यतन संस्करण को उत्पादन में नहीं डाला जा सकता है - अक्सर ऐसे मामले होते हैं जहां गलत "सुधार" ने बिल्कुल विपरीत प्रभाव दिया। एक ही प्रकार के स्ट्रेनर काइनेटिक ऊर्जा को बिना ट्रेस के अवशोषित करते हैं, लेकिन इसे पुनर्वितरित करते हैं। उनकी वजह से उस हिस्से में एक नया कमजोर बिंदु बन सकता है, जो पहले मौजूद नहीं था। इसलिए, प्रत्येक डिजाइन में बदलाव के बाद, लोड को फिर से अनुकरण करना आवश्यक है।


एक रेडिएटर के माध्यम से वायु प्रवाह के मार्ग का अनुकरण - यह वह जगह है जहां बेहतर शीतलन और वायुगतिकी के लिए जगह है! स्रोत: सीमेंस सॉफ्टवेयर / यूट्यूब

डिज़ाइन चरण में डिज़ाइन त्रुटियाँ हमेशा स्पष्ट नहीं होती हैं। उनमें से कुछ माल के नियमित उपयोग के एक महीने के बाद खुद को महसूस करते हैं। उदाहरण के लिए, दस साल पहले, iPhone 3 जी / 3 जीएस के मालिकों का सामना इस तथ्य से किया गया था कि स्मार्टफोन का प्लास्टिक का मामला समय के साथ दरार करना शुरू कर दिया, खासकर चार्जिंग कनेक्टर के आसपास। आईफोन 6 प्लस में, वॉल्यूम बटन और सिम कार्ड ट्रे के क्षेत्र में, कमजोर रूप से मजबूत एल्यूमीनियम मिश्र धातु के मामले में कमजोरियां पाई गईं - अक्सर मालिकों ने अपनी पैंट की पिछली जेब से एक तुला फोन निकाला।

YouTube पर बहुत सारे वीडियो हैं जो iPhone 6 प्लस को मोड़ना और यहां तक ​​कि तोड़ना कितना आसान है - छोटे बच्चे भी कर सकते हैं। अगले iPhone 6S में, Apple ने स्मार्टफोन के डिज़ाइन को बदले बिना मिश्र धातु को बदल दिया, जिसने समस्या को पूरी तरह से हल कर दिया

HTC HD2 स्मार्टफोन के पूर्व उपयोगकर्ता, निश्चित रूप से, टचस्क्रीन केबल के अत्यंत विवादास्पद स्थान को याद करेंगे, जो फोन के पावर बटन के ठीक नीचे स्थित था - बटन पर निरंतर दबाव से, केबल क्षतिग्रस्त हो गया था और स्क्रीन ने स्पर्श का जवाब देना बंद कर दिया था। इन समस्याओं की गणना डिवाइस ऑपरेशन के एक लंबे सिमुलेशन पर की जा सकती है - वास्तविक प्रोटोटाइप का परीक्षण करने के लिए महीनों का खर्च करना होगा, जबकि सॉफ्टवेयर एक दिन में सिमुलेशन के साथ सामना करेगा।

निश्चित रूप से, वास्तविक इंजीनियर अपने अनुभव और ज्ञान के साथ इस पोस्ट को महत्वपूर्ण रूप से पूरक करना चाहेंगे - हम हमेशा उपयोगी टिप्पणियों के लिए खुले हैं। हमें उम्मीद है कि इस सामग्री ने उत्पादन प्रक्रियाओं के अनुकरण पर गोपनीयता से पर्दा खोलने के लिए डिजाइन से दूर लोगों की मदद की है।