Slik vil simulering påvirke fremtidens produktutvikling

Hva er FEM, CFD og spenninger?

La oss starte med en begrepsavklaring.

FEM (Finite Element Method)

Tenk på FEM som en metode for å studere konstruksjoner på. Det kan brukes til forstå hvordan ulike materialer som stål, tre eller aluminium påvirker oppførselen deres. FEM hjelper oss å beregne hvor sterke disse konstruksjonene er, og hvor mye bøy og tøy de tåler før de gir etter. 

CFD (Computational Fluid Dynamics)

CFD handler om hvordan væsker og gasser – som vann, luft, eller olje – beveger seg og oppfører seg under forskjellige betingelser. CFD er genialt for å forstå hvordan luft strømmer rundt en bil og gjør den raskere, eller hvordan vi best kan kjøle ned en datamaskin. Med andre ord: CFD kan forutsi og optimalisere hvordan gasser og væsker flyter.

Spenninger

Når vi snakker om spenninger, beveger vi oss inn på noe som er fundamentalt i all simulering. For alle materialer vi bruker i produkter, fra plast til titan, kan vi definere det som kalles en spennings-tøyningskurve. Denne forteller oss hvor hardt et materiale kan strekkes eller presses før det endrer form eller brytes. Forståelse av materialspenninger er essensielt. Uten denne kunnskapen kan vi ikke sikre at en bro holder for tung trafikk, eller at en mobiltelefon tåler å bli mistet.

FEM, CFD og spenninger hjelper altså ingeniører og designere å lage sikrere, mer effektive og mer innovative produkter. Dette ved å forstå og forutsi hvordan de vil oppføre seg i den virkelige verden. Se hvilke beregninger Inventas utfører her.

Hva er simuleringsdrevet produktutvikling?

Simuleringsdrevet produktutvikling er ikke fundamentalt forskjellig fra tradisjonell produktutvikling. Begge deler handler om å oppfylle brukerens behov og tekniske krav. Hovedforskjellen ligger i verktøyene som brukes. Simuleringsingeniører starter ofte med å bryte ned problemet i håndterbare deler gjennom ligninger. Deretter former vi løsninger som ivaretar alle kravspesifikasjoner – akkurat som en designer ville gjort.

Det unike med simuleringer er hvordan de gjør det mulig å se et produkt i sin helhet og omgivelse før det faktisk er laget. Det betyr at hver brukerspesifikasjon blir til et lastkrav som direkte påvirker produktets design og funksjonalitet. Simuleringsdrevet utvikling er rett og slett en "fail fast"-metode, hvor du raskt kan identifisere og rette opp eventuelle svakheter tidlig i designfasen. Det sparer deg tid, øker effektiviteten og reduserer kostnadene i produktutviklingsprosessen. 

Denne tilnærmingen er ikke bare fremtidsrettet – den er også en fundamental endring av hvordan vi tenker rundt produktutvikling i en stadig mer kompleks verden.

I simuleringsdrevet produktutvikling benytter ingeniørene de samme grunnleggende ligningene som har vært i bruk siden 60-tallet. Tidligere var det for dyrt og tidskrevende å drive med simulering, men heldigvis har mye skjedd den siste tiden. Der du tidligere trengte en superdatamaskin, kan du nå bruke en laptop – eller skyen. Softwarepakker er også blitt mer tilgjengelige, brukergrensesnittene lettere å forstå, arbeidsflyten er tilrettelagt og veiledningen ved feil blir stadig mer presis. 

Denne tilgjengeligheten har gjort det mulig for flere bedrifter, uansett størrelse, å implementere simulering i deres utviklingsprosess. Det gjør det mulig å overvinne tidligere barrierer som kostnad og ressurskrav. Alt er rett og slett bedre tilrettelagt for å bruke denne tilnærmingen til produktutvikling.

Sammen med Autronica, utviklet vi den nye generasjonen brannvarslere. Her startet vi med å undersøke hvordan røyk og varme beveger seg i ulike miljøer for å kunne oppdage brann så tidlig som mulig, uansett hvor den oppstår. En stor milepæl var bruken av lyssimulering, som hjalp oss å finjustere måten AutroGuard® skiller mellom ulike typer røyk og flammer, noe som gjør systemet mer presist enn noen gang før. Les mer om prosjektet her. 

Simulering er essensielt i moderne produktutvikling

Simuleringsteknologi har revolusjonert måten vi utvikler produkter på. Gjennom disse teknikkene kan designere og ingeniører teste og perfeksjonere sine design virtuelt under realistiske forhold. Helt uten behov for kostbare og tidkrevende fysiske prototyper. 

– Det er en viss forskjell i hvilke type produkter som bør løses med simuleringer, men jeg synes overordnet at det ikke er noe annet enn design thinking. Simuleringsdrevet produktutvikling er uten tvil en fail fast-metode, forklarer Aleksander, og fortsetter:

– Det som gjør simuleringer spennende er at vi kan se et helhetlig bilde av produktet, og dets tilhørighet i omgivelsene.

Et eksempel på dette er utviklingen av Cicada, en ultralydskalpell som utnytter høyfrekvente vibrasjoner for å skjære i biologisk vev.

Uten simuleringer ville det vært utfordrende å forstå og perfeksjonere hvordan vibrasjonene (som skapes i håndtaket) skal overføres til skjæredelen – som er en kritisk faktor for produktets effektivitet og sikkerhet. Gjennom simulering kunne våre ingeniører finjustere designet, ved å analysere hvordan ulike designendringer påvirket vibrasjonsmønstrene.  Dermed kunne de også sikre at skjærehodet fikk optimal stabilitet og funksjonalitet.

Dette illustrerer hvordan simulering ikke bare får fortgang på utviklingsprosessen, ved å redusere antall fysiske prototyper som må produseres. Det forbedrer også produktkvaliteten, ved å gi dybdeinnsikt som ellers ville vært utilgjengelig gjennom tradisjonelle metoder. 

Simuleringsdrevet utvikling er dermed en uunnværlig tilnærming i utviklingen av komplekse produkter, der hver detalj har betydning for det endelige resultatet.

Vil du høre mer om hvordan vi brukte simulering i utviklingen av Cicada? Se webinaret «Hvordan du kan lykkes med simuleringsdrevet produktutvikling?» her.

Hvordan lykkes med simuleringsdrevet produktutvikling?

For å lykkes med simuleringsdrevet produktutvikling er det essensielt å integrere simuleringsteknologier tidlig i utviklingsprosessen. Dette gir ingeniører mulighet til å evaluere og forbedre design før fysiske prototyper produseres. Det kan spare deg for mye tid og ressurser.

Suksess krever imidlertid mer enn bare tilgang til teknologi. Det krever også samarbeid mellom tverrfaglige team, for å sikre at simuleringene er både nøyaktige og relevante for sluttbrukerens behov. Ved å kombinere ekspertise fra ulike felt, som mekanikk, elektronikk og fluidmekanikk, kan teamene utforske og forstå de komplekse samspillene i et produkt. 

Et eksempel er utviklingen av Cicada-skalpellen vi nevnte tidligere. Der var det avgjørende at ingeniørene forstod nøyaktig hvordan vibrasjonene påvirket skjæredelen, og hvordan disse interaksjonene kunne modifiseres for optimal ytelse. Ved å implementere simuleringsverktøy tidlig og fremme samarbeid mellom disiplinene, kan utviklere raskere identifisere og løse problemer– som fører til innovative og mer konkurransedyktige produkter.

Fremtidige trender og digitale tvillinger

Så, hvordan ser fremtiden ut? Og hvorfor mener vi i Inventas at simulering er og vil fortsette å være en viktig del av produktutviklingsverden?

Utover fordelene vi allerede har snakket om, ser vi stadig større behov for digitale tvillinger. Digitale tvillinger er et buzzord som vekker meninger hos mange-  Alle er nok heller ikke enige om hva vi legger i begrepet.

Vi mener at digitale tvillinger er virtuelle representasjoner av et fysisk produkt, som kan brukes til å overvåke, analysere og forbedre produktets ytelse gjennom hele livssyklusen. 

Ved å integrere sanntidsdata samlet fra sensorer på det fysiske produktet, muliggjør digitale tvillinger en kontinuerlig tilbakemeldingsløkke mellom den virtuelle og den fysiske verdenen. Dette åpner opp for muligheter som forebyggende vedlikehold og ytelsesoptimalisering, som kan forutsi feil før de oppstår. 

Videre kan digitale tvillinger spille en avgjørende rolle i å redusere miljøpåvirkningen. Du kan bruke dem til å optimalisere hvordan produkter brukes og vedlikeholdes, noe som fører til lengre levetid og redusert ressursbruk. 

– Dette er ikke science fiction, men en realitet som allerede begynner å ta form i mange industrier. Digitale tvillinger vil utgjøre ryggraden i fremtidens produktutvikling, sier Aleksander.

– Derfor bør du gjøre simuleringer allerede i dag, for å kunne henge med på bølgen. Da kan dataene dine bygges inn i din digitale tvilling i fremtiden.

En digital tvilling er mye mer enn en 3D-modell. Den er en virtuell representasjon eller simulering av sin fysiske motpart, som den kan kommunisere med. Se webinaret «Digital tvilling – fra hype til must-have?» for å lære mer om digitale tvilllinger.

Et omfattende skifte

Simuleringsdrevet produktutvikling representerer et betydelig skifte i hvordan vi tenker på design og produksjon. Med simuleringseksperter på laget, er bedrifter bedre rustet enn noen gang til å utnytte disse avanserte teknologiene.

– Vi står ved en spennende grense for produktutvikling, hvor simulering ikke bare er et verktøy, men en integrert del av hvordan vi skaper fremtidens produkter, avslutter Aleksander.