Modellezés és szimuláció a tervezésben

Átírás

1 Modellezés és szimuláció a tervezésben Szimuláció: egy másik rendszerrel - amely bizonyos vonatkozásokban hasonló az eredeti rendszerhez - utánozzuk egy rendszer viselkedését, vagyis az eredeti rendszer modelljét kapjuk meg vele. Az eredeti Az eredeti viselkedése Tényleges viselkedés A tervezési feladat meghatározása Az eredeti tervezése Szinkron szimulációs modell Diakronikus szimulációs modell (viselkedési modell) Szimuláció (a viselkedés imitálása) Értékelés Módosítás Döntés Vége Megvalósítás 1 / 15

2 Modelltípusok működési elvük szerint szerkezeti modellek (pl. folyamatábrák, kapcsolási rajzok, kvalitatív grafikonok) Gyors első benyomást kaphatunk velük a tervezés tárgyának megjelenési formájáról, működéséről, gyártási lehetőségeiről, és gyakran új ötletek forrásaként is felhasználhatók. ikonos modellek (pl. képek, rajzok, makettek, minták, léptékhelyes modellek és prototípusok) Ha a rendszer viselkedését nem lehet teljes mértékben matematikai összefüggések formájában kifejezni, akkor az ikonos modellekkel való vizsgálatokhoz kell folyamodni. analóg modellek (pl. a hővezetési folyamat vizsgálható a villamos vezetési modellel) Az analóg modellekben az eredeti valamely tulajdonságát a modell egy másik tulajdonsága reprezentálja. 2 / 15

3 Modelltípusok működési elvük szerint matematikai modellek Elsődleges matematikai modell: fizikai és kémiai törvényszerűségek, alapelvek felhasználásával írják le a rendszer vagy a termék viselkedését. Ha ismertek a termék méretei, anyagi tulajdonságai és működési viszonyai, akkor az elsődleges matematikai modell lehetővé teszi a viselkedés azonnali meghatározását. (pl. egy adott súllyal terhelt rúd lehajlását leíró összefüggés) f 3 Gl 3EI 3 / 15

4 Másodlagos (származtatott) matematikai modellek pl. két azonos anyagú, de eltérő geometriájú rudat vizsgálva: f 2 G2l2 3EI1 G2 I 2 l2 G2I 1 l 2 3 f2 f1 f 3EI G l G I l G I 1 2 l felhasználhatjuk az ikonos modellel végrehajtott kísérletet is az ismeretlen rugalmassági modulus meghatározásához. Az alkalmazandó összefüggés: E G l f I Ezt aposteriori elsődleges matematikai modellnek hívjuk, mivel csak az ikonos modellel végzett vizsgálatot követően hozható létre. Ha minden ismert, és nincs szükség ikonos modellre a vizsgálathoz, akkor apriori elsődleges matematikai modellről beszélünk / 15

5 Az FMEA eljárás lényege A meghibásodási módok és hatások elemzése (FMEA) és a hibafa-elemzés a termékek megbízhatóságának vizsgálatára szolgáló módszer, amely már a tervezés korai fázisában segítséget nyújthat a meghibásodás lehetséges okainak és hatásainak a felderítéséhez Az FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) révén minden alkatrész esetében választ adhatunk két kérdésre: Milyen módon hibásodhat meg az alkatrész, és Mi történik, ha az alkatrész meghibásodik? 5 5 / 15

6 Az FMEA feladata Az eljárás célja az összes lehetséges hibának, azok hatásainak, okainak és ellenőrzéseiknek feltárása és súlyozása. Javaslatok készítése a hibák megszüntetésére megszüntetésére, a hiba gyakoriságának, vagy a következmény súlyosságának csökkentésére, vagy az ellenőrzés hatékonyságának a javítására. Rendszeresen ellenőrzi a javaslatok megvalósítását és folyamatosan új javaslatokat készít a mindenkori legsúlyosabb hibaláncolat megkeresésére és megszüntetésére 6 6 / 15

7 FMEA Konstrukciós FMEA: A tervezésből származó lehetséges hibamódok, okok és következmények feltárására, valamint ezek megszüntetésére, javítására szolgál. Folyamat FMEA: A gyártási vagy a szerelési folyamatból származó lehetséges hibamódok, okok és következmények feltárására, valamint ezek megszüntetésére, javítására szolgál. 7 7 / 15

8 FMEA-elemzés Cél Előkészítés Konstrukció, folyamat elem kijelölés Elemekre bontás Műveletek Alkatrészek Funkciók meghatározása (csoportmunka) Feltárás Mikor nem teljesül a funkció? Milyen hatás éri a vevõt? Mi okozza a hibát? Milyen ellenõrzések vannak? Hibák Következmények Okok Ellenõrzések Súlyozás Milyen súlyos a vevõt ért hatás? Milyen gyakori a hiba? Milyen hatékony az ellenõrzés? Kiértékelés RPN - Risk Priority Number RF - Risk of Failure RP - Risk of Part Kritikus elemek Javaslatkészítés (Csoportmunka) Javaslatok Visszaellenőrzés (Csoprtmunka) 8 / 15

9 FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) ->hibamód és hatás elemzés Fontossági mérőszámok: Hiba ok előfordulásának gyakorisága (O ijk ) A hiba következményének súlyossága (S ijk ) Az ellenőrzés hatékonysága (D ijk ) RPN (Risk Priority Number): megadja a HIBAOK-KÖVETKEZMÉNY-ELLENŐRZÉS láncolat jelentőségét a következő képlet alapján: RPN ijk O ijk S ijk D ijk 9 / 15

10 Hiba ok előfordulásának gyakorisága (Oijk) Hiba valószínűsége Nagyon magas: a hiba szinte elkerülhetetlen Magas: ismétlődő hibaráták Lehetséges hibaráták Értéksz ám (O ijk ) 1:2 10 1:3 9 1:8 8 1:20 7 Mérsékelt: alkalmi hibák 1:80 6 Alacsony: viszonylag kevés hiba 1: : : : Távoli: hiba valószínűtlen 1: / 15

11 A hiba következményének súlyossága (Sijk) 11 / 15

12 Az ellenőrzés hatékonysága (Dijk) Észlelés Kritérium: az észlelés valószínűsége terv ellenőrzéssel Értékszám (D ijk ) Teljes bizonytalanság Nagyon távoli Távoli Nagyon alacsony Alacsony Mérsékelt Mérsékelten magas Magas Nagyon magas Majdnem biztos A tervellenőrzés nem fog és/vagy nem tud észlelni egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot, vagy nincs terv ellenőrzés Nagyon távoli az esély arra, hogy a terv ellenőrzés észlelni fog egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Távoli az esély arra, hogy a terv ellenőrzés észlelni fog egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Nagyon alacsony eséllyel fog észlelni a tervellenőrzés egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Alacsony eséllyel fog észlelni a terv ellenőrzés egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Mérsékelt eséllyel fog észlelni a tervellenőrzés egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Mérsékelten magas az esély, hogy a terv ellenőrzés észlelni fog egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Magas az esély, hogy a terv ellenőrzés észlelni fog egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot Nagyon magas az esély, hogy a terv ellenőrzés észlelni fog egy lehetséges okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot A terv ellenőrzés majdnem biztosan észlelni fog egy lehetséges 1 okot/mechanizmust és a rákövetkező hibamódot / 15

13 Az FMEA lépései Keressük meg a kritikus alkatrészt/műveletet. Bízzuk meg a konstruktőrt, technológust és termelésirányítót az elem módosításával, elhagyásával, vagy helyettesítésével, annak érdekében, hogy a minőségi problémák megszűnjenek Vizsgáljuk meg a többi - nem kritikus - elemnél a jellemző hibákat. Itt először az okok megszüntetésével majd az ellenőrzés hatékonyságának javításával próbáljuk a hibaláncokat megszüntetni. Végül nézzünk meg és szüntessünk meg minden olyan láncolatot, amelynek az RPN száma nagyobb mint / 15

14 Konstrukciós FMEA - Varrógép / 15

15 GÉPÉSZETI RENDSZEREK 15 AXGG Dr. Horák Péter / 15

16 A hibafa elemzés módszere A hibafa egy logikai diagram, ami egy rendszeren belül kimutatja egy lehetséges kritikus esemény és az azt elképzelhetően kiváltó okok között a kölcsönös kapcsolatot. Az okok lehetnek környezeti feltételek, humán forrásból származó hibák, természetes események (azok, amelyek a rendszer életében várhatóan bekövetkeznek) és speciális elemek meghibásodásai, hibái / 15

17 Egy rendesen elkészített hibafa változó meghibásodási kombinációkat és más eseményeket mutat be, amelyek a kritikus eseményhez vezetnek. További előnye, hogy az elemzőt rákényszeríti, hogy megismerje a szerkezet hibalehetőségeit, a legalapvetőbb részletek szintjéig. Sok elem gyenge pontja lesz ezáltal felfedhető és kijavítható az elemzés szerkesztése folyamán / 15

18 A lehetséges eredmények, amiket a vizsgálat kimutathat: a kritikus (FŐ) eseményt kiváltó környezeti tényezők, humán hibaforrások, stb., azok lehetséges kombinációi; egy előre megadott idő intervallumon belül a kritikus esemény bekövetkezésének valószínűsége (a diagnosztikai vizsgálatok során nem felhasználható eredmény) / 15

19 Egy szerkezet elemzése az említett módszerrel négy lépésben kivitelezhető: a probléma definiálása és a határfeltételek megadása a hibafa szerkesztése a minimális metszet és mező csoportok megnevezése a hibafa minőségi elemzése / 15

20 Példa hibafa elemzésre / 15

21 DfX-technikák 21 / 15

22 Gyártmány koncepció Főterv Koncepció átalakítás DfMA -> szerelés- és gyártáshelyes tervezés DFA elemzés Szereléshelyes a gyártmány? igen Anyagok és technológiák kiválasztása, korai költségbecslések nem - funkcionális átalakítások - egyszerűbb struktúra kialakítása - alkatrész-szám csökkentése - kezelési és behelyezési feltételek javítása - kötési módok változtatása Javaslatok a gazdaságosabb anyagok és technológiák alkalmazására A legjobb tervkoncepció Gyártáshelyes tervezés Részletes tervezés minimális gyártási költségekre Prototípus Gyártás 22 / 15

23 DFMA A DFMA- módszer (Design for Manufacture and Assembly) támogatja: meglévő gyártmánytervek értékelése a szerelhetőség és gyárthatóság, versenyképesség szempontjai alapján, a kézi, automatikus vagy robotos szerelés alkalmazhatóságának vizsgálata adott termékekre, az elemzett gyártmánytervek struktúrájának elemzése, egyszerűsítése, a szükséges minimális alkatrész-szám meghatározása a termék funkcióihoz, szerelhetőség hatékonysági mutatójának meghatározása, 23 / 15

24 a szerelés és gyártás várható költségeinek meghatározása ill. tervezési stádiumban való becslése, alternatív gyártási technológiák és szerelés-szervezési formák közötti választás, a konkurens termékekkel való összehasonlítás, konstrukciós jellemzők rangsorolása, értékelése, a konstrukcióval kapcsolatos színvonal jellemzők számszerűsítése, a lehetséges hibák, hibaokok vizsgálata, gyártmányfejlesztési feladatok meghatározása, célszerű fejlesztési irányok, trendek feltárása. 24 / 15