انضم إلى منتدى المصممين
خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك
انضم إلى المنتدى الآنشارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال
إنه يوم طويل آخر في ShipFive Design & Shipbuilding1لقد مر فريق هندسة التصميم بعدد لا يحصى من التكرارات لتطوير أحدث ابتكاراتهم، وتحديث مجموعة قديمة من سفن الإمداد البحرية الناجحة.
كان من الضروري تصميم عارضة جديدة للقاع بعد تركيب محركات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وتغيير طول العارضة لتحسين تدفق المياه إلى جهاز الدفع والتوجيه الجديد. وقد أظهرت اختبارات النماذج باهظة الثمن أن السفينة تظهر حركات تدحرج غير مواتية في المنعطفات الحادة، ويشعر الفريق بالإحباط.
كان لديهم حل في الاعتبار لتوحيد المتطلبات المتضاربة بين جميع معلمات التصميم. كانوا بحاجة فقط إلى تأكيد نهائي من محللي ديناميكا الموائع الحسابية بأن التصميم الجديد الذي يعيد حركات الدوران إلى وضعها الطبيعي لن يؤثر على أداء الدفع.
أخبار سيئة. أفاد أحد الزملاء من قسم ديناميكا الموائع الحسابية أن أحدث تصميم يتضمن دوامة ملحوظة تنطلق من عوارض البطانة عند زوايا انجراف عالية أثناء حركات الدوران العنيفة. وينخفض عدد الموجات في مستوى التدفق إلى الكبسولات إلى ما دون الحد المقبول. ويضيف أحد المهندسين من الفريق: “لولا بيانات مجال التدفق من ديناميكا الموائع الحسابية، لما تمكنا من اكتشاف هذا”.
“نحن على وشك التعرض لعقوبات كبرى إذا لم ننجح في وضع التصميم المناسب الآن”، يواصل حديثه. يملأ الصمت واليأس الغرفة. “لدينا ثلاثة أشهر أخرى للتركيز على التصميم النهائي. إذا لم نسرع عملية المرور بتكرار تصميم جديد، فقد لا نتمكن إلا من النظر في تعديل تصميم واحد آخر – إن كان ذلك ممكنًا”، كما يقول زميل آخر.
أدخل النمذجة ذات الترتيب المخفض (ROM) والتوأم الرقمي القابل للتنفيذ (xDT)
ويضيف أحد أعضاء فريق المحاكاة: “ماذا لو كان بوسعنا استخدام نموذج محاكاة سريع الوقت يعطينا الاتجاهات الصحيحة للاستجابات، فقط للاختلافات الرئيسية في التصميم؟”. ويواصل شرحه: “يمكننا تحديد ذاكرة للقراءة فقط تعالج الفيزياء الأكثر أهمية للمشكلة. سيكون هذا نوعًا من نظام المعادلات القائم على المعاملات حيث تمثل المعاملات الخصائص الهيدروديناميكية الفريدة لكل تصميم. بمجرد حصولنا على قاعدة بيانات لهذه المعاملات، يمكننا حل مظروف التصميم بالكامل في دقائق”.
يتنهد كبير مهندسي التصميم ويجيب: “لم يتبق لدينا أي ميزانية، ناهيك عن الوقت الذي يتعين علينا انتظاره للحصول على مكان شاغر في خزان السحب. هكذا نحصل على المعاملات، أليس كذلك؟”
“ليس تمامًا. يمكننا استخدام أدوات المحاكاة الحالية لدينا وطلب الموارد ودفع ثمنها بشكل ديناميكي أثناء استخدامها في السحابة. لا توجد أوقات انتظار. يمكننا البدء الآن!”
“أنا غير مقتنع. كيف يمكننا أن نعرف ما إذا كانت مخرجات المحاكاة دقيقة؟”
ويعرب مهندس المحاكاة عن ثقته في نفسه: “لقد قمنا بالفعل بإثبات صحة عمليات محاكاة التدفق لدينا بناءً على مقارنة البيانات التاريخية من التجارب البحرية واختبارات النماذج للتصاميم الفاشلة. لذا، فإن الأدوات موثوقة”.
“لقد طرحت وجهة نظر جيدة. فالسفينة الحقيقية، بمجرد بنائها، ستكون بمثابة الأصول المادية التي يمكننا ربط البنية الأساسية للمحاكاة بها، وسيتغذى النظام الحقيقي والتوأم الرقمي على بعضهما البعض في المستقبل طالما كانت السفينة في الخدمة. وسيساعدنا هذا في تحسين أداء السفينة وتحسين الأدوات الرقمية التي تحاكي السفينة”. بدأ كبير مهندسي التصميم يرى القيمة المضافة لهذا الحل. “لا يمكن لهذا المسار أن يخرجنا من مأزقنا الفوري فحسب، بل قد نتبنى أيضًا مفهوم التوأم الرقمي هذا للمضي قدمًا تمامًا كما وصفت”.
“في الواقع، سيكون ذلك قابل للتنفيذ “إن التوأم الرقمي هو ما نحتاج إليه. وسوف يتعين علينا أن نقسم ونغزو ونحدد المشاكل الأكثر أهمية في المجال ونطور نماذج مغلفة لها. والخبر السار في هذا هو أنه بمجرد أن يكون لدينا تطبيق قابل للنشر يعتمد على هذه النماذج المغلفة، يمكن للمهندسين الذين ليسوا بالضرورة مدربين أو خبراء في أدوات الهندسة الاستفادة أيضًا من حزم البرامج هذه، وهو ما سيجعلنا نتحرك بشكل أسرع كحوض لبناء السفن. وكما تعلمون جيدًا، فإن مجموعة المحاكاة لدينا صغيرة.”
ما هو xDT؟
تعتمد القيمة المقترحة للتوأم الرقمي على اتصال النموذج الرقمي بالأصل المادي. سيتم استخدام القياسات الناتجة عن تشغيل الأصل المادي للتحقق من صحة التوأم الرقمي وتحسينه، بينما يمكن حساب وتحليل ما لا يمكن قياسه باستخدام التوأم الرقمي. ينتج عن ذلك تدفق ثنائي من البيانات والتحسينات من بداية التصميم وحتى إيقاف تشغيل الأصل المادي. فان دير أويراير وهارتمان (2022) تمثل مرجعًا أساسيًا لـ xDT. وفقًا لهم، يمكن تعريف xDT على النحو التالي:
“عندما يتم استخراج تغليف مخصص من التوأم الرقمي لنمذجة مجموعة محددة من السلوكيات في سياق محدد، فإن تقديم تمثيل قابل للتنفيذ مستقل، مثل نموذج تم إنشاؤه بشكل مستقل، يُشار إليه باسم التوأم الرقمي القابل للتنفيذ.”
كيف يمكن لفريق ShipFive Design & Shipbuilding حل مشكلة التصميم الخاصة بهم باستخدام ROM وبناء xDT للمستقبل
تم تصوير مفهوم المشكلة والحل في الشكل 3. قامت شركة ShipFive Shipbuilding بنشر خيط Siemens الرقمي على نطاق المؤسسة مما يسهل إضافة سير العمل القائم على ROM المطلوب وحل xDT طويل الأمد. باستخدام هندسة Siemens NX، يمكن إجراء التعديلات على عوارض الصابورة بسهولة على النموذج المعلم بالفعل. ينظم سير عمل HEEDS تبادل المعلومات والبيانات بين جميع أدوات Simcenter.
يتم بعد ذلك تحريك الهندسة الجديدة من خلال خط أنابيب خزان السحب الافتراضي في Simcenter STAR-CCM+، حيث يتم تكوين مصفوفة من اختبارات الانجراف الثابت والانحراف وآلية الحركة المستوية (PMM) وتحلل اللفة وتذبذب اللفة القسرية. يتم الانتهاء من عملية تأليف نموذج هندسة التصميم. يتم تغذية قواعد البيانات الناتجة عن القوى والعزمات على السفينة، جنبًا إلى جنب مع معلومات مجال التدفق المحددة، في كتلة تحليل بيانات التعلم الآلي (ML) لملء ROMs القائمة على المعاملات. يمكن ربطها بسهولة بحلول داخلية أو حلول Simcenter مثل Simcenter Amesim ROM Builder. هذه هي مرحلة تمكين تنفيذ النموذج. يتم إجراء فحص أولي على أداء الهيدروديناميكية للسفينة باستخدام مكتبة Simcenter Amesim البحرية للتأكد من عدم دخول أي تصميم معيب إلى المرحلة التي يتم فيها تنفيذ الهدف الرئيسي من تكرار استكشاف الأخطاء وإصلاحها لتصميم المفهوم – ضمان خصائص حركة اللفة المقبولة. يتم إجراء هذه الدراسات في اجتماعات فريق التصميم على منصة النشر (كمبيوتر محمول أو جهاز لوحي).
1 حوض بناء السفن الخيالي
انضم إلى منتدى المصممين
خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك
انضم إلى المنتدى الآنشارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال