Automatic assembly-model synthesis in mechanical design using simulated dynamic finite-element experiments
Authors: Χατζηπαρασίδης Ηρακλής 
Published: September 2021

Σήμερα, στο πλαίσιο μιας παγκοσμιοποιημένης αγοράς, οι πελάτες έχουν υψηλές απαιτήσεις για προϊόντα που είναι προσαρμοσμένα στις ατομικές τους ανάγκες και προσφέρονται σε τιμή πολύ κοντά σε εκείνη των μαζικών προϊόντων. Οι εταιρείες Engineering-To-Order (ETO) αναγκάζονται να μειώσουν το κόστος και τους χρόνους παραγωγής για να αποκτήσουν κάποιο πλεονέκτημα έναντι του ανταγωνισμού. Αυτές οι εταιρείες αντιμετωπίζουν δύο σημαντικά ζητήματα που επηρεάζουν σημαντικά το κόστος και την ποιότητα των προϊόντων τους. Το πρώτο ζήτημα είναι η πολυπλοκότητα των προϊόντων ETO. Πολλές εταιρείες ETO χρησιμοποιούν Συστήματα Γνώσης (Knowledge Based Engineering Systems - KBΕ) για τη διαχείριση της πολυπλοκότητας των τεχνικών προδιαγραφών των προϊόντων τους. Αυτά τα συστήματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αποτελεσματική καταγραφή της γνώσης με την αποθήκευση τεχνικών κανόνων, "βέλτιστων πρακτικών", ακόμη και εμπορικών και επιχειρηματικών κανόνων μιας εταιρείας. Όταν πρόκειται για περίπλοκες διαμορφώσεις προϊόντων, η χρήση συστημάτων KBE είναι πράγματι μια αποτελεσματική λύση για την αυτοματοποίηση της διαμόρφωσης των προδιαγραφών των προϊόντων αυτών. Ωστόσο, οι εταιρείες ΕΤΟ αντιμετωπίζουν πολύ συχνά απαιτήσεις πέραν των καταγεγραμμένων κανόνων σχεδιασμού μέσα στα συστήματα ΚΒΕ. Δεδομένου ότι οι κανόνες σχεδιασμού προηγούμενων εμπειριών δεν επαρκούν για την κάλυψη των νέων απαιτήσεων, οι εταιρείες αυτές προβαίνουν συνήθως σε πειραματικές δοκιμές χρησιμοποιώντας πρωτότυπα πλήρους κλίμακας για να ελέγξουν τη δομική ακεραιότητα του προτεινόμενου σχεδιασμού, του χρόνου, των δαπανών και των πρώτων υλών. Επίσης, δεδομένου ότι οι δοκιμές αυτές πρέπει να διεξάγονται συνήθως, σε πολύ περιορισμένο χρονικό διάστημα, που απαιτείται από τον πελάτη, η ομάδα σχεδιασμού έχει πολύ περιορισμένο χρόνο για να επιτύχει βελτιστοποιημένη χρήση υλικού, μειωμένο βάρος κλπ. Έτσι, συνήθως καταλήγουν σε υπερδιαστασιολογημένες σχεδιαστικές λύσεις. Οι εταιρείες ETO θα μπορούσαν να αποκτήσουν σημαντικά οφέλη και να επιτύχουν σημαντική μείωση του κόστους αν μπορούσαν να εκτελούν προσομοιωμένα πειράματα χρησιμοποιώντας μοντέλα ανάλυσης Πεπερασμένων Στοιχείων αντί να χρησιμοποιούν φυσικά πρωτότυπα πλήρους κλίμακας. Ένας σημαντικός παράγοντας σχετικά με τη χρήση προσομοιωμένων πειραμάτων Πεπερασμένων Στοιχείων, είναι η επικύρωση των μοντέλων αυτών όσον αφορά την ακρίβειά τους. Η επικύρωση του μοντέλου Πεπερασμένων Στοιχείων είναι ακόμα πιο πολύπλοκη να επιτευχθεί σε προσομοιώσεις δυναμικών φαινομένων.Το δεύτερο ζήτημα είναι ο χρόνος και το κόστος που απαιτείται για το σχεδιασμό και την κατασκευή του προϊόντος, καθώς και για την δημιουργία των κατασκευαστικών σχεδίων. Στις περισσότερες περιπτώσεις, οι εταιρείες αυτές διαθέτουν μια σειρά από τριδιάστατα μοντέλα (και αντίστοιχα κατασκευαστικά σχέδια) και τα τροποποιούν προσαρμόζοντας τις διαστάσεις, τη λειτουργία ή / και την αισθητική του προϊόντος στις απαιτήσεις του πελάτη. Δυστυχώς, αυτή η μέθοδος είναι επιρρεπής σε ανθρώπινα σφάλματα τα οποία ενδέχεται να δημιουργήσουν επιπλέον έξοδα. Μια εταιρεία ETO θα αποκτούσε ένα σημαντικό πλεονέκτημα χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο που θα δημιουργούσε αυτόματα τα τριδιάστατα μοντέλα των συναρμολογημάτων για τα προϊόντα της.Σε αυτή τη διατριβή παρουσιάζεται μια μεθοδολογία η οποία καλύπτει και τα δύο αυτά ζητήματα. Η μεθοδολογία αυτή προσφέρει: α) τη χρήση μοντέλων Πεπερασμένων Στοιχείων και προσομοιωμένων δυναμικών πειραμάτων για την εξαγωγή νέων κανόνων σχεδιασμού, αντί για την πραγματοποίηση πειραμάτων με φυσικά πρωτότυπα πλήρους κλίμακας, β) μια μεθοδολογία για την επικύρωση αυτών των μοντέλων Πεπερασμένων Στοιχείων, όσον αφορά την ακρίβειά τους στην προσομοίωση δυναμικών πειραμάτων και γ) Μια μεθοδολογία μηχανολογικού σχεδιασμού που βασίζεται στο Μοντέλο Αυτόματης Σύνθεσης Συναρμολογημάτων (AASM), που συνδέει ένα σύστημα KBE με ένα σύστημα CAD το οποίο παράγει και συνθέτει αυτόματα το τελικό τριδιάστατο μοντέλο του συναρμολογήματος.