Udržitelné produkty jsou jedním z klíčů k úspěchu

Od dodržování regulatorních požadavků a plnění cílů uhlíkové neutrality po snižování nákladů – schopnost firmy navrhovat, vyvíjet, vyrábět a zajišťovat díly a komponenty udržitelným způsobem posiluje její postavení na trhu. Přestože společnosti během let vyvinuly mnoho efektivních procesů pro vývoj produktů, udržitelnost byla často až dodatečnou úvahou. Aby firmy dokázaly uvádět na trh inovativní produkty, které splňují cíle v oblasti udržitelnosti, musí udržitelnost zohlednit nejen ve fázi návrhu, ale přijmout ji jako klíčový požadavek na produkt, stejně důležitý jako tvar, výkon a náklady – a to po celou dobu životního cyklu produktu.

Inženýři, kteří pracují na inovativním vývoji produktů, však často nemají k dispozici potřebné nástroje k dosažení cílů v oblasti udržitelnosti a uhlíkové neutrality. Čelí řadě výzev, jako je výběr správných materiálů a výrobních procesů, získávání informací o udržitelnosti a ukazatelů pro produkty, které navrhují, a optimalizace dodavatelských řetězců za účelem snížení emisí.

Když ale dostanou do rukou správné nástroje, mohou integrovat udržitelné myšlení do svého návrhového procesu a zvýšit výkonnost z hlediska udržitelnosti. Znamená to optimalizovat produkt už od počátečních fází návrhu tak, aby bylo dosaženo nejlepší rovnováhy mezi udržitelností, nákladovou efektivitou a špičkovým výkonem.

Důraz na udržitelnost v rámci digitálního vlákna

Moderní procesy vývoje produktů využívají ekosystém nástrojů, které staví na simulacích, CAD systémech, systémech pro správu životního cyklu produktu (PLM), řízení simulačních procesů a dat (SPDM), správě dat o materiálech a systémech ERP.

Zejména návrh řízený simulacemi se stal nepostradatelným pro tvorbu spolehlivých, výkonných a lehkých produktů. Tyto nástroje celkově podporují zefektivněný proces vývoje produktů, který urychluje uvedení na trh a zároveň snižuje počet iterací návrhu a náklady.

Propojené prostřednictvím digitálního vlákna pro zajištění transparentnosti, sledovatelnosti a přesnosti podporují tyto workflow návrhářské týmy ve všech fázích, včetně počátečních analýz, optimalizace návrhu, hodnocení výroby i environmentálních dopadů.

Příklad: redesign zavěšení pro snížení uhlíkové stopy

Pro ukázku, jak to všechno funguje, uvažujme úkol, kdy bylo zavěšení přepracováno tak, aby se snížila jeho uhlíková stopa, přičemž si zachovalo nebo dokonce zlepšilo své výkonnostní parametry.

Role SPDM

Než se pustíme do samotného procesu redesignu, je potřeba představit systémy, které do tohoto procesu vstupují, počínaje systémem, jenž hraje roli koordinátora: SPDM.

SPDM umožňuje týmům spravovat simulační data, workflow a zdroje napříč organizací, pokrývající mnoho oddělení a inženýrských disciplín z jednoho centrálního úložiště. Software Ansys Minerva SPDM slouží jako orchestrátor, propojuje se s dalšími systémy jako ERP, PLM a systémy pro správu dat o materiálech, například platformou Ansys Granta MI, a zároveň řídí celý workflow. Software pro integraci procesů a optimalizaci návrhů Ansys optiSLang se propojuje s Minervou a umožňuje optimalizaci návrhu společně s Ansys řešiči, například Ansys Mechanical pro strukturální FEA.

Správa informací o materiálech a jejich vliv na udržitelnost

Klíčovým prvkem tohoto ekosystému je správa informací o materiálech. Ty jsou zásadní pro hodnocení výkonnosti z hlediska udržitelnosti. Výběr materiálů s lepší udržitelností vyžaduje, aby byly v návrhových systémech společnosti k dispozici bohaté a přesné referenční údaje. Pro získání hodnoty a vhledů z těchto dat jsou zapotřebí pokročilé analytické nástroje, které umožňují proaktivní, datově řízené rozhodování o otázkách spojených s materiály.

Nástroje jako systematický výběr materiálů, rychlé hodnocení environmentální stopy na základě kusovníku (BoM) a integrace pomáhají návrhářům vyhledávat, vizualizovat a hodnotit ukazatele udržitelnosti přímo v návrhovém prostředí. V rámci digitálního vlákna se systém pro správu dat o materiálech propojí s následnými procesy a nástroji a poskytne klíčové informace pro finální reporting uhlíkové stopy produktu.

Proces návrhu inovativních a udržitelných produktů

Redesign začíná aktuálním produktem nebo návrhem (v tomto případě sestavou zavěšení) dostupným v PLM systému, např. PTC Windchill. Materiály jsou přiřazeny z platformy Granta MI, která slouží jako důvěryhodný zdroj pravdy pro všechny podnikové informace o materiálech. Granta MI se dokáže hladce propojit s PLM systémy typu PTC Windchill prostřednictvím aplikace Granta MI Materials Gateway, která obsahuje integrační utility zapojené přímo do Windchillu. To umožňuje inženýrům snadno přiřadit materiály přímo v PLM.

Pro stanovení výchozího stavu je sestava zavěšení analyzována nástrojem BoM Analyzer v Grantě MI. Ten pomáhá inženýrům identifikovat části s největším dopadem na CO2 ekvivalent (CO2e). BoM Analyzer poskytuje vhled do rozkladu dopadu podle materiálů, dopravy a procesů a ukáže, které materiály a procesy přispívají nejvíce. Umožňuje také rychle porovnat více BoM variant. V případě zavěšení analýza ukázala, že litina použitá pro ramena má vysoký CO2e. Tento výsledek je zaznamenán do Minervy pro sledování a zpětnou dohledatelnost.

Po identifikaci ramen jako hlavní oblasti redesignu přichází na řadu optimalizace návrhu. Pomocí optiSLang mohou inženýři zkoumat alternativní materiály spolu s tradičními parametry, jako jsou geometrie. optiSLang zvládne více cílů najednou, např. náklady, tuhost, CO2 stopu, hmotnost a životnost systému. Díky propojení s Minervou získají inženýři detailní vhled do optimalizace. Výsledkem je přehledná vizualizace, která ukáže, jaká kombinace geometrie a materiálů nejlépe odpovídá cílům projektu. V případě zavěšení bylo zjištěno, že hliník snižuje CO2e ramen a zároveň poskytuje srovnatelný výkon s původní litinou.

Posouzení vyrobitelnosti, ověření a validace

Jakmile je zvolen návrh i materiál, dalším krokem je posouzení vyrobitelnosti zvoleného materiálu. K tomu se využívají existující technologie, polotovary a výrobní metody uložené v ERP a MES systémech. Ty spravuje knihovna v Minervě, která nabízí možnosti výroby v rámci dodavatelského řetězce. U ramen z hliníku to znamená například odlévání nebo tváření (stamping).

Minerva využije data o dílech spolu s výrobními možnostmi a propojí je s Grantou pro úplné posouzení udržitelnosti, včetně detailního rozkladu emisí CO2 a vložené energie. Řešení lze rozšířit až po provedení FEA analýzy konkrétních výrobních kroků, třeba pro určení optimální velikosti svaru.

Poslední fází je ověření a validace. Minerva umožňuje integrovat plány ověření do simulačního workflow, generovat reporty podle stanovených kritérií a validovat výsledky simulací. U zavěšení je definován plán s klíčovými parametry, včetně limitů CO2e a vložené energie, a výsledky z předchozích kroků se podle tohoto plánu kontrolují.

Pro ramena se nakonec ukázala jako nejlepší varianta hliník vyrobený tvářením – poskytuje nejlepší kompromis mezi uhlíkovou stopou, technickým výkonem a zároveň snižuje hmotnost.

Digitální inženýrství pro dosažení cílů uhlíkové neutrality

K dosažení cílů uhlíkové neutrality a dodržení stále přísnějších předpisů budou muset firmy inovovat napříč celým životním cyklem produktu. Integrací principů udržitelnosti a digitálního inženýrství už v raných fázích návrhu mohou optimalizovat produkty z hlediska udržitelnosti, výkonu a nákladů. Díky propojení dat o materiálech, simulací, SPDM, optimalizace a PLM systémů v digitálním vláknu mohou snížit uhlíkovou stopu, zlepšit výkon produktu a využít svou snahu o udržitelnost jako konkurenční výhodu.

Chcete-li se dozvědět více o Ansys Granta nebo Minerva, neváhejte nás kontaktovat!