1BMF RKK BTRI Minőségirányítási Intézeti Tanszék

TERMÉKSZIMULÁCIÓ Modellek, szimuláció

3. hét

2010. február 18. Előadó: Dr. Kovács Zsolt

egyetemi tanár

A két rendszer:1. „eredeti”2. modellHelye a tervezésben:a szintézis és értékelés

között

A szimuláció fogalma

AnalízisAnalízis

KritériumokKritériumok

SzintézisSzintézis

ElőtervElőterv

SzimuláciSzimulációó

Várható Várható viselkedésviselkedésÉrtékelésÉrtékelés

Jóváhagyott tervJóváhagyott terv

A terv értékeA terv értéke

DöntésDöntés

Szimuláció: egyik rendszer viselkedését egy másik rendszerrel leutánozzuk, imitáljuk.

Döntés, melyiket fejlesszük tovább

A tervezési folyamat minden fázisában több megoldás születik.

TulajdonságTulajdonságok ok

előrejelzése:előrejelzése:szimulációszimuláció

Döntés egybevetés alapján:

tárgyi információnormatív információ

Szinkron modell (pl. tervrajz)

ModellAz eredeti leképezése

Diakronikus modell : időbeni relációk viselkedésmodell

A szó eredete: latin modus, modulus (mérték, mód, módozat)

Modell a modellezettel hasonlósági összefüggésben van

A hasonlósági szempontok típusai:• Szerkezeti (strukturális)• Működési (funkcionális)• Formai (geometriai)

GF

S

A szimuláció folyamata

A tervezési feladat meghatározása

Az eredeti

Az eredeti

tervezése

Szimulációs modell

Az eredeti viselkedés

e

Tényleges

viselkedés

Szimuláció a viselkedés imitálására

Értékelés

Döntés

VégeMódosítás

Megvalósítás

A termék tevékenységet támogat

a) Tevékenykedő egyénb) Termék (eszköz)c) Környezet (egy része átalakul)

Szimulálandó: a környezetre kifejtett hatás (pl szőnyeg tisztulása)termék –felhasználó kölcsönhatás (ergonómia)a termék megváltozása (elhasználódás)

A modellek csoportosítása

Működési elvek tekintetében:

Az eredeti és a modell közötti hasonlóság alapján a modellek fő kategóriái:

• szerkezeti modellek• ikonos modellek• analóg modellek• matematikai modellek

Más csoportosítás:• anyagi (fizikai) modell• szimbolikus modell

A modellek csoportosítása

Szerkezeti modellek:

Kvalitatív struktúra bemutatása kvalitatív modellek

• folyamatábrák• kapcsolási rajzok• kvalitatív grafikonok• működési tömbvázlatok

A modellek csoportosításaSzerkezeti modellek: teafőző folyamatábrái

A modellek csoportosításaSzerkezeti modellek: teafőző funkcióstruktúrája

A modellek csoportosításaIkonos modellek:Ha a rendszer viselkedését nem lehet teljes

mértékben matematikai összefüggésekkel kifejezni, akkor pl.

• képek• rajzok• makettek• minták• léptékhelyes modellek• prototípusokGeometriai, statikai, kinematikai, dinamikai,

termikus, kémiai stb. hasonlósági feltételek

Anyagi modellek, amelyekkel kísérleteket lehet végrehajtani!

A modellek csoportosításaAnalóg modellek:Az eredeti valamely tulajdonságának a modell egy másik

tulajdonsága felel meg. (A viselkedés matematikai leírása azonos alakú.)

Pl. a Fourier-féle hővezetési törvény és az Ohm-törvény:

TFL

TAQ

EFkL

EAkI

Fourier-féle törvény

Ohm-törvény

A modellek csoportosításaMatematikai modellek (szimbolikus modellek)

Elsődleges és másodlagos matematikai modellek.Elsődleges: fizikai és kémiai törvényszerűségek

segítségével írják le a rendszer (termék) viselkedését: adott „gerjesztésre” mi a válasz.

EI3Faf

3

a

F

f

A modellek csoportosításaMatematikai modellek (szimbolikus modellek)

Másodlagos (származtatott) matematikai modell: azonos anyagú, de eltérő geometriájú rúd válasza ismert.

a1

F1

f1

3

1

2

21

123

11

1

2

322

1

2

aa

IFIF

aFEI3

EI3aF

ff

1

3

1

2

21

122 f

aa

IFIFf

E már nem szerepel a modellben:

A modellek csoportosításaMatematikai modellek (szimbolikus modellek)

Elsődleges apriori matematikai modell: minden ismert, nincs szükség ikonos modellre (példánkban ismert az E értéke!)

a1

F1

f111

311

If3aFE

EI3Faf

3

Elsődleges aposteriori matematikai modell: csak az ikonos modellel végzett vizsgálatot követően hozható létre

Szimuláció matematikai modellekkel

a1

F1

f1

EI3Faf

3

1

311

1 EI3aFf

3

1

2

21

123

11

1

2

322

1

2

aa

IFIF

aFEI3

EI3aF

ff

If3aF

E3

1

3

1

2

21

122 f

aa

IFIFf

2

322

2 EI3aFf

Szimuláció matematikai modellekkel

sztochasztikus modellek (pl. megbízhatóság vizsgálata)

Elsődleges matematikai modellek:

fizikai (pl. statikai, hőtani stb.) modellek, diff- egyenletrendszerek

algebrai regressziós modellek – mérések alapján meghatározott együtthatókkal

Matematikai modell – modellezés végeselemekkel

Végeselem modell

Modell felépítése:Szerkezeti elemek geometriája, végeselem hálózat kialakítása, kapcsolatok szerkezetPeremfeltételek (kényszerek, erők)Megoldás:feszültségmező, elmozdulás-mező

Közelítő!

Szimuláció a terméktervezésben

A következő kérdéseket kell megválaszolni:1. Úgy működik-e a termék, ahogy terveztük?

(műszaki, ergonómiai stb. funkcióik)

2. Gyártható-e a tervezett mennyiségben, minőségben, áron?

Szimuláció a terméktervezésben

Szimulációs eljárások a kérdések megválaszolására:

1. A meghibásodási módok és hatások elemzése (FMEA, pl. Ford EU 1626)

2. Anyagi modellek vizsgálata (idealizálástól mentes lehet)

3. Matematikai modellek

4. Végeselem-eljárás

5. Prototípusok, kísérleti vizsgálatok (DOE), félüzemi vizsgálatok

Szimuláció a terméktervezésben6. Gráfok, hálótervek(Meghibásodás, logisztika) 7. Minőségre tervezés (QFD)8. DfX technikák

Szimuláció a terméktervezésben

8. DfX technikák

Szimuláció a terméktervezésben

9. Gyártás és szerelés elemzés, tervezés: DFM, DFA (DFMA, DFAA)

Szimuláció a terméktervezésben10. Ergonómiai szimuláció - embermodell

Szimuláció a terméktervezésben

11. Értékelemzés (előkészítő-, információs-, alkotó-, értékelő-, megvalósító szakasz)12. Piaci-gazdasági szimuláció (előrejelzések, jövedelmezőség, megtérülés)13. A termék formájának szimulációja (megjelenítés, látványterv)14. Társadalmi és etikai szimuláció15. A környezeti hatások szimulálása

Szimuláció a terméktervezésben15. A környezeti hatások szimulálása

Szimuláció a terméktervezésben15. A környezeti hatások szimulálása – életciklus elemzés