В статье рассмотрены преимущества использования компьютерного моделирования физических процессов на ранних стадиях проектирования по сравнению с традиционным подходом к проектированию.
Преимущества использования компьютерного моделирования физических процессов на ранних стадиях проектирования уже многократно были продемонстрированы на практике. Лучшие в своем классе компании-лидеры сегодня именно таким образом используют компьютерное моделирование, что позволяет им разрабатывать инновационную продукцию опережая конкурентов. Однако, как обычно, крайне важны детали применения технологий моделирования, которое необходимо встроить в процесс разработки продукции, изменив существующий порядок действий.
На рисунке 1 представлены этапы типового процесса проектирования, в котором моделирование применяется для поверочных расчетов, или же не используется вовсе. Вертикальная ось соответствует стоимость разработки накопленным итогом. Для упрощения примем, что стоимость линейно соотносится со временем. Наклон кривой соответствует стоимости единицы времени разработки на каждой стадии.
В данном процессе представлены следующие стадии:
А. Разработка концепции и технического проекта изделия. На данном этапе моделирование не применяется. В конце этапа технический проект утверждается для дальнейшей проработки.
В. Разработка рабочей документации. Моделирование проводится ситуативно и не систематически. В конце этапа выпускается конструкторская документация для производства опытного образца.
С. Тестирование опытного образца. На данном этапе любые изменения могут привести к существенному удорожанию проекта и удлинению сроков проекта. В конце этапа утверждается финальная конструкторская документация.
D. Тестирование и сертификация изделия. Конструкторские проблемы, выявленные на данной стадии, могут иметь катастрофические последствия для проекта.
E. Серийное производство.
В случае, если применяется численное моделирование на ранних стадиях проектирования, данный процесс подлежит пересмотру и изменению. На рисунке 2 представлен обновленный процесс в сравнении с традиционным. Рассмотрим ключевые изменения и то, к чему они приводят.
А. Разработка концепции и технического проекта изделия. Моделирование используется для разработки инноваций и улучшения концепции изделия.
В. Разработка рабочей документации. Моделирование применяется как часть стандартизованного процесса для оптимизации конструкции.
На данном этапе возникает существенное отличие от стандартного процесса проектирование. Очевидно, что при более интенсивном использовании моделирования на первых стадиях потребуется больше времени и средств по сравнению с процессом, где моделирование используется несистемно или не используется вовсе. На рисунке 2 этапы А и В соответственно смещены по оси времени вправо при увеличении их стоимости.
Если менеджмент компании или проекта заблаговременно не перераспределит время и ресурсы на первые два этапа, то это не позволит в полной мере проявить и использовать ценность моделирования на ранних стадиях проектирования. Стадии А и В должны рассматриваться как инвестиционные, окупаемость которых произойдет в конце проекта.
С. Тестирование опытного образца. Обычно это наиболее длительная и дорогостоящая стадия процесса разработки, но в случае применения обновленного процесса этот этап будет минимизирован. Моделирование позволяет изначально учесть возможные отклонения и несоответствия процесса в реальных условиях и сэкономить на этапе тестирования изделия.
D. Тестирование и сертификация изделия. Данный этап также может быть существенно сокращен с помощью применения моделирования на более ранних стадиях проекта.
E. Серийное производство. Этот этап наступит существенно раньше чем при традиционном подходе к проектированию, с меньшими рисками и потенциальными проблемами проекта.
Рисунок 2 отчетливо демонстрирует сокращение сроков и стоимости проекта при раннем использовании моделирования. При увеличении длительности и затрат на первых двух этапах, конечный результат достигается быстрее и со снижением общей стоимости, при этом стадия исправления ошибок проекта полностью исчезает. Затраты по гарантийным случаям, не рассмотренные в настоящей статье, также скорей всего будут снижены в результате систематического применения моделирования.
Важнейшим фактором успешного внедрения нового подхода к проектированию является выделение менеджментом проекта дополнительных средств и временного ресурса. Инженерные команды нуждаются в обучении, программном обеспечении, вычислительном оборудовании. После нескольких успешно выполненных проектов эти затраты многократно окупятся и позволят компании наравне конкурировать с лидерами в своих сегментах рынка.