Wykorzystanie symulacji inżynierskich w obszarach dual-use

Z symulacjami inżynierskimi sytuacja jest paradoksalna. Choć stanowi ona fundamentalne narzędzie w globalnym przemyśle, to jednak w Polsce symulacja jest pewnego rodzaju rzadkością, a w szczególności w przemyśle wojskowym. Tę sytuację należy jak najszybciej zmienić. Bez przeniesienia badań oraz rozwoju do sfery cyfrowej, polskie spółki obronne tracą cenny czas, a przez to zdolność do tworzenia konkurencyjnych i innowacyjnych produktów, które spełnią wymagania dynamicznie zmieniającego się pola walki.

Koszty, czas, ryzyko – bariery w tradycyjnym cyklu projektowym i odwieczny wróg innowacji

Tradycyjny proces rozwoju produktów, zwłaszcza wojskowych, jest długi, kosztowny i obarczony ogromnym ryzykiem. Najdroższym i najbardziej czasochłonnym elementem są tutaj testy fizyczne. Bez względu na to czy mówimy o testach odporności balistycznej, skuteczności systemów łączności, czy testach szczelności elektromagnetycznej - do rachunku należy doliczyć projekt i produkcję prototypu, analizę wyników i co najważniejsze czas całości procesu. Jeżeli cokolwiek się nie uda, wszystko trzeba powtórzyć. Jeżeli jednak się uda, to często nie do końca wiadomo dlaczego. To zmusza inżynierów, by polegali na sprawdzonych, ale nieinnowacyjnych rozwiązaniach konstrukcyjnych, co w kontekście dynamicznego pola walki sprawia, że produkty szybko stają się przestarzałe i nieefektywne.

Oprogramowanie do symulacji komputerowej pozwala na przeprowadzenie dowolnego „testu” na komputerze inżyniera, przekształcając tradycyjny cykl projektowy w projektowanie w oparciu o symulacje inżynierskie. Inżynier może stworzyć cyfrowy prototyp oraz prowadzić na nim badania i rozwój, i na bieżąco weryfikować różne koncepcje: inny materiał, inna geometria, inne warunki pracy produktu itd. Pozwala to na weryfikację wielu wariantów, a co najważniejsze, możemy poznać odpowiedź na pytanie „a co jeśli?” bez konieczności budowania kosztownego, fizycznego modelu - model wirtualny powstaje pierwszy, prototyp fizyczny dopiero na końcu, gdy wirtualny model jest już optymalny. Powoduje to, że bez większych kosztów i ryzyka można zbadać alternatywne rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne.

Studium przypadku: Scanway S.A. – kiedy prototyp jest produktem

Historia firmy Scanway S.A., pierwszego polskiego dostawcy zaawansowanych układów optycznych do obserwacji Ziemi, doskonale ilustruje, jak ważna jest rola symulacji. Firma musiała sprostać wielu ekstremalnym wyzwaniom. Jak udowodnić, że produkt trzyma parametry techniczne, nie wydając kosmicznych kwot na testy? Układy optoelektroniczne, które trafiają na orbitę, są narażone na ogromne obciążenia mechaniczne, duże zmiany temperatur oraz radiację, która nie występuje na Ziemi. Do tego każdy gram jest dosłownie na wagę złota. Na koniec tej długiej listy jest ostateczne kryterium - precyzja działania, bez której satelita jest w zasadzie bezużyteczny.

Tylko oprogramowanie marki Ansys spełniało zarówno kryteria biznesowe, jak i technologiczne: optymalny stosunek ceny do wartości, dokładność wyników, szybkość działania, możliwość symulacji wielu zjawisk fizycznych w ramach jednego modelu. Pozwala to na wdrożenie jednego środowiska pracy na przestrzeni wielu grup projektowych i podejmowanie decyzji co do kolejnych etapów w oparciu o coś więcej niż doświadczenie konstruktorów. Pozwoliło to wyjść poza granice znanych i sprawdzonych rozwiązań przy równoczesnym zrównolegleniu prac projektowych. W dużym skrócie: projekt i symulacja idą ramię w ramię. Nie musimy czekać na kompletny model - możemy go kształtować w oparciu o wyniki z symulacji.

Na tym polega przewaga technologiczna Ansys - bez względu na etap projektu dostarcza on wiarygodnych informacji i pomaga podjąć decyzje ważne nie tylko z perspektywy samego inżyniera, ale i firmy - czy będziemy w stanie spełnić wymagania klienta? Czy korzystamy z optymalnych materiałów? Jaki mamy współczynnik bezpieczeństwa?

Dobrze podsumowuje to Michał Zięba, CTO Scanway S.A: „Dzięki wdrożeniu oprogramowania Ansys, Scanway zbudował swoją pozycję jednego ze światowych liderów w branży instrumentów optycznych do zastosowań kosmicznych”. Warto podkreślić, że firma Scanway powstała w 2016 r., a dzisiaj konkuruje na światowych rynkach.

Technologia to tylko początek – kluczowe jest wdrożenie

Nie ma znaczenia jak zaawansowane mamy narzędzie - bez skutecznego wdrożenia nie przyniesie ono korzyści. Sam zakup obrabiarki CNC nie spowoduje, że ma ona miejsce w hali, a co najważniejsze - miejsce w procesie. To samo tyczy się oprogramowania do symulacji inżynierskich. To, że Ansys ma najlepszą technologię nie oznacza, że sam zakup rozwiąże nasze problemy procesowe i projektowe. Ważna jest obecność partnera, który pomoże w skutecznym wdrożeniu oraz będzie umiał wspierać użytkowników i kierownictwo.

Wdrożenie to nie zakup biurka, szkolenia, i stacji roboczej do obliczeń. To przede wszystkim określenie miejsca symulacji w procesie. Od tego zależy, jaki będzie zwrot z inwestycji. Chcemy symulować procesy technologiczne, żeby poprawić ich wydajność? Czy chcemy symulować testy fizyczne, żeby szerzej wykorzystać dane z pomiarów? A może zależy nam na weryfikacji koncepcji, aby określić czy kierunek rozwoju jest dobry? Docelowo symulacja powinna być integralnym aspektem całości procesu rozwoju produktu, ale na początku trzeba znaleźć miejsce, w którym symulacja będzie dostarczać największą wartość.

Następnym wyzwaniem jest merytoryczne wsparcie techniczne. Wszystkiego można się nauczyć samemu, ale wtedy trwa to dłużej, a co najważniejsze brakuje punktu odniesienia - czy wybrałem optymalną metodykę? Czy korzystam z najlepszych narzędzi? Dlatego doświadczony Partner, który równocześnie jest użytkownikiem tego systemu, jest tak istotnym elementem wdrożenia. Nikt nie wyobraża sobie, że zakup auta jest równoznaczny z nauką jazdy samochodem. Tak samo nikt nie chce się uczyć jeździć od sprzedawcy, tylko od doświadczonego kierowcy. Najlepsze praktyki inżynierskie w zakresie symulacji nie są oczywiste, ale z odpowiednim Partnerem proces wdrożeniowy jest łatwiejszy i krótszy.

Kiedy wszystko się zmienia – to po co symulacja?

Częstym problemem, szczególnie w produktach wojskowych, jest dynamika zmian pola walki i konieczność stałego dostosowania produktów do nowych realiów. Do niedawna drony były zabawką, a dziś odgrywają istotną rolę na froncie. Cyberbezpieczeństwo również było niegdyś na peryferiach pola walki, a dzisiaj jest to nasza pierwsza linia obrony. Z tymi zmianami wiąże się wysiłek projektowy oraz badawczy nowych systemów zabezpieczeń i środków zaradczych.

Jeżeli posiadamy oprogramowanie do symulacji komputerowej, to na etapie projektu odpowiedź na pytanie „a co jeśli?” nie tylko mało kosztuje, ale jest stosunkowo szybka. A co jeśli użyjemy innego materiału? A co jeśli dron uderzy od tej strony? A co jeśli temperatura wzrośnie? A co jeśli ładunek będzie miał 13 kg, a ziemia będzie kamienista? Itd. itd. Tego typu pytania prowadzą do rozwoju produktu, ale jeżeli odpowiedź na nie trwa miesiącami i kosztuje setki tysięcy złotych, to lepiej zadawać ich jak najmniej. Symulacja dostarcza wiarygodnych odpowiedzi szybko i znacznie taniej niż tradycyjne metody prób i błędów.

Dzięki pozytywnym zmianom w zakresie inwestowania w rynek obronny pojawia się realna szansa, aby dołączyć do globalnych liderów, takich jak BAE Systems, RTX, Rheinmetall czy Lockheed Martin. Warto tę szansę wykorzystać. Nadszedł czas, aby przejść na projektowanie, a przede wszystkim testowanie rozwiązań z użyciem technologii cyfrowych.

Artykuł sponsorowany