Citlivostní analýza: cesta k optimalizaci designu a vývoje

Společnost Ansys nabízí širokou řadu softwarů, které se liší v celé řadě aspektů. Jedno však mají společné – při správném využití a ve správné kombinaci umí pomoci se zlepšením kvality produktů a/nebo zvýšením efektivity vývoje. Zásadním prvkem tohoto procesu je citlivostní analýza. Tato technika umožňuje inženýrům a vývojářům získat hlubší vhled do chování produktů a efektivněji optimalizovat konkrétní návrhy. V našem článku se zaměříme na to, co citlivostní analýza obnáší, jak funguje a jakým způsobem souvisí se simulačními softwary Ansys.

Co je citlivostní analýza  

Citlivostní analýza umožňuje inženýrům zkoumat, jak různé parametry ovlivňují výsledky jejich simulací a návrhů. Je to nástroj pro měření citlivosti výstupů na změny vstupních proměnných. Důležitým prvkem citlivostní analýzy je identifikace klíčových faktorů, které ovlivňují výkon nebo chování produktu. 

Proč je citlivostní analýza v procesu návrhu a vývoje tak důležitá? Především proto, že umožňuje inženýrům virtuálně testovat a optimalizovat své návrhy. To znamená, že mohou identifikovat a řešit problémy již v raných fázích vývoje, což minimalizuje potřebu výroby fyzických prototypů a šetří čas a náklady. 

Zlepšení kvality a spolehlivosti produktů 

Dalším podstatným aspektem citlivostní analýzy je zlepšení kvality a spolehlivosti produktů. Numerické simulace umožňují detailní analýzy a predikci chování produktů v různých podmínkách. Na základě toho je možné odhalit a odstranit potenciální problémy ještě předtím, než výrobek vstoupí na trh. Společnosti tak mohou nabízet vysoce kvalitní produkty, které splňují nebo překračují očekávání zákazníků. 

Snižování nákladů 

Citlivostní analýza také přináší významné úspory nákladů. Inženýři mohou zkoušet různé scénáře a důkladně testovat alternativní designy nebo materiály ještě předtím, než je nechají reálně vyrobit. To snižuje náklady spojené s fyzickými prototypy, testováním a iteracemi – společnosti tímto způsobem mohou dosáhnout efektivnějšího využití svých zdrojů a optimalizace výrobních procesů.

Princip citlivostní analýzy 

Citlivostní analýza je založena na matematických modelech, které zohledňují vztahy mezi vstupními a výstupními proměnnými. V jejím rámci jsou prováděny změny vstupních parametrů, a to postupně a systematicky. Každá sebemenší změna je zaznamenána a sledována. To umožňuje identifikovat, které vstupní proměnné mají největší vliv na výsledky simulací. Díky těmto poznatkům mohou inženýři lépe porozumět tomu, které faktory jsou určující pro kvalitu a výkonnost jejich produktů. 

Metody a přístupy k citlivostní analýze 

Existuje několik metod a přístupů k citlivostní analýze. Mezi nejběžnější patří gradientní metoda, která se zakládá na derivacích vstupních a výstupních proměnných. Dále se často používá Monte Carlo metoda, která provádí náhodné simulace s různými kombinacemi vstupních hodnot. 

Interpretace výsledků 

Výsledky citlivostní analýzy jsou prezentovány ve formě grafů, tabulek nebo citlivostních indexů. Inženýři mohou identifikovat klíčové faktory, které mají největší vliv na výstupy, a získat cenné poznatky pro další optimalizaci designu.

Jak na citlivostní analýzu se softwary Ansys 

Jde vám z teorie hlava kolem? Je čas na trochu praxe. Pojďme se podívat na to, jakým způsobem funguje princip citlivostní analýzy při použití softwaru Ansys Workbench.

Krok 1 – Definice modelu a parametrů 

Nejprve vytvoříte nebo naimportujete 3D model svého systému, například model automobilu pro analýzu aerodynamiky. 

Následně identifikujete parametry, které chcete v rámci citlivostní analýzy zkoumat. Může se jednat například o například rozměry, materiály, úhly nebo podmínky okolí. 

Krok 2 – Nastavení variant 

V prostředí Ansys nastavíte různé varianty nebo scénáře s různými hodnotami vybraných parametrů. U modelu automobilu to může být například úhel čelního skla, délka vozidla atd. Programy optiSLang či DesignXplorer jsou navrženy speciálně pro tento účel a pomocí propracovaných algoritmů jsou schopny samy navrhnout testované hodnoty zvolených parametrů tak, aby bylo požadovaných výsledků dosaženo při minimálním počtu simulací, tedy v co nejkratším čase.

Krok 3 – Simulace 

Pro každou variantu spustíte numerickou simulaci. Ansys spočítá výsledky analýzy (např. aerodynamický odpor) pro každou kombinaci parametrů.

Image

 Zobrazení výsledků jednotlivých simulací a aproximace vhodným matematickým modelem (optiSLang)

Krok 4 – Vyhodnocení výsledků 

Hotovo. Po dokončení simulací získáte sadu výsledků pro každou variantu. Teď můžete analyzovat, jak se mění výsledky v závislosti na různých hodnotách vstupních parametrů. 

Zmíněné programy optiSLang a DesignXplorer nabízejí široké možnosti zpracování výsledků a jejich vykreslení. V rámci citlivostní analýzy můžete vytvořit grafy, tabulky nebo vizualizace, které ukazují, jak se výsledky mění v reakci na změny vstupních parametrů. To vám umožní identifikovat klíčové faktory ovlivňující výkon nebo chování vašeho systému.

Image

Vyhodnocení závislosti výsledků na vstupních parametrech (optiSLang)

Krok 5 – Optimalizace a rozhodnutí 

Na základě výsledků citlivostní analýzy můžete provádět optimalizaci designu nebo rozhodování o nejlepších hodnotách parametrů. Například můžete určit, které proměnné mají na aerodynamický odpor vozidla největší vliv a jejich hodnota je tedy klíčová pro dosažení optimálního návrhu vozidla. Stejně tak jsou identifikovány parametry, které jsou z hlediska aerodynamického odporu zanedbatelné a tím pádem není nutné věnovat jim zvýšenou pozornost, čímž může dojít k významné úspoře času a nákladů při vývoji vozidla. 

Optimalizujte své projekty s Ansys 

Citlivostní analýza je nepostradatelným nástrojem pro inženýry a vývojáře, kteří chtějí dosáhnout optimálního výkonu a kvality svých produktů. Spojení výkonných softwarů Ansys a know-how inženýrů ze společnosti SVS FEM vám může pomoci využít potenciál citlivostní analýzy naplno.