Các công cụ CAE giúp mô phỏng sản phẩm, dẫn đường cho thiết kế
CAE mấy năm gần đây đã trở nên phổ biến nhờ nỗ lực phát triển và giới thiệu công cụ từ các hãng phần mềm lớn & sự tích cực tiếp nhận, ứng dụng vào thực tế từ các công ty thiết kế, sản xuất.
Những cái tên đình đám về CAE xuất hiện ở thị trường Việt Nam & đang làm việc với các hãng lớn nước ta có thể kể đến là MSC-Hexagon, Ansys, Altair,...
Hệ sinh thái giải pháp CAE của một hãng phần mềm. Ảnh: Uniflow Dynamics
Với sự tiến bộ về công nghệ, các phần mềm CAE hiện nay đã có thể mô phỏng rất sát với điều kiện thực tế. Tất nhiên, độ chính xác của kết quả mô phỏng sẽ phụ thuộc vào:
- Cách xây dựng mô hình mô phỏng hệ vật lý
- Các dữ liệu, các điều kiện biên chuẩn xác
- Độ "xịn" của các Solvers và cơ sở dữ liệu trong thư viện (vật liệu,...)
Nên với mô phỏng CAE, ngoài phần mềm, trình độ chuyên môn và kinh nghiệm kỹ thuật của người thực hiện rất quan trọng.
Theo logic, thì đó cũng là lý do nhân sự kỹ sư CAE sẽ "đắt hàng" trong thời gian tới, theo cả nghĩa đen lẫn nghĩa bóng.
Video giới thiệu về các giải pháp CAE cho Manufacturing Intelligence. Nguồn: Youtube Hexagon
Từ nhu cầu thực tế của tôi, với vai trò là một giám đốc dự án ứng dụng công nghệ cho doanh nghiệp sản xuất thì các bài toán mà phần mềm CAE tập trung giải quyết bao gồm:
- Bài toán mô phỏng cơ (rơi, vỡ, móp, méo, va chạm,...)
- Bài toán mô phỏng dòng chảy, luồng khí,...
- Bài toán mô phỏng nhiệt
- Bài toán tương tác điện-từ
Đây là những bài toán khá sát với nhu cầu của công ty tôi phụ trách, một công ty sản xuất trong mảng sản phẩm điện gia dụng.
Các phân loại của tôi bên trên có thể chưa đầy đủ hoặc cũng không giống như cách phân loại của các hãng. Tôi liệt kê theo nhu cầu của mình.
Tôi sẽ giải thích các bài toán trên phục vụ được gì cho công việc R&D ngành hàng tôi làm.
Trên website các hãng, tôi thấy còn có một số bài toán chuyên sâu cho từng ngành/nhóm ngành khác nhau:
- Bài toán chuyên biệt cho các ngành: tạo hình kim loại, ô tô,...
Ứng dụng CAE chuyên biệt cho các bài toán trên xe hơi. Ảnh: HxG MSC Software.
Trong mảng thiết kế và sản xuất sản phẩm trong ngành điện gia dụng & bếp mà tôi đã nêu, các bài toán được ứng dụng như sau:
Bài toán mô phỏng cơ, rơi, vỡ, móp, méo, va chạm: rất nhiều sản phẩm khi đưa vào đóng gói và vận chuyển đối mặt với nguy cơ bị rơi, bị vỡ, bị "hạ cánh cứng" do thao tác không cẩn thận. Mỗi sản phẩm bị những va chạm này có thể phát sinh móp, méo, vỡ,...và bị thu hồi, gây thiệt hại không nhỏ cho nhà sản xuất. Từ đó, việc mô phỏng các tình huống xảy ra, tìm ra điểm "nóng" để gia cố, cả về bao bì mút xốp, carton và kết cấu của bản thân sản phẩm, sẽ giúp giảm tỷ lệ vỡ, hỏng và tiết kiệm chi phí đáng kể.
Bên cạnh đó, việc mô phỏng và trực quan hóa chịu lực của các phần khác nhau trên kết cấu sản phẩm sẽ giúp tối ưu sử dụng vật liệu cũng như đưa vào các kết cấu tăng bền ở đúng nơi cần.
Bài toán mô phỏng dòng chảy, luồng khí,...: Những sản phẩm như điều hòa không khí, quạt điện, hút mùi nhà bếp, hay máy lọc khí rất cần đến giải pháp mô phỏng này trong ngành chúng tôi. Việc mô phỏng và trực quan hóa được chuyển động và các tác động của dòng khí mở ra khả năng tối ưu công dụng của sản phẩm (ví dụ: làm mát đều hơn, tỏa được xa hơn, hay hút mùi sẽ giảm ồn hơn, lọc khí sạch ngóc ngách hơn,...). Đây là điều cực kỳ có ý nghĩa khi chúng ta khó có thể "nhìn" thấy các dòng khí chuyển động bằng mắt thường.
Bài toán mô phỏng nhiệt: Rất hữu ích với những sản phẩm mà nhiệt độ phân bố ra sao là yếu tố quan trọng. Phân bố nhiệt có yếu tố quyết định với hiệu quả của các sản phẩm như Nồi chiên không dầu, lò nướng (làm chín thức ăn, nấu ngon), bình nóng lạnh (hay bình nước nóng), cây nước nóng lạnh,....Bài toán mô phỏng nhiệt có thể cũng mang đến giải pháp để phát hiện những điểm tiềm ẩn nguy cơ sinh nhiệt, quá nhiệt trong lúc sử dụng, để thiết kế phòng ngừa.
Bài toán tương tác điện-từ: Với những sản phẩm điện tử hay điện gia dụng, tương tác điện từ và tương thích tương tác điện từ (EMC) là yếu tố quan trọng, cần được quan tâm kỹ lưỡng. Ngoài TV, máy tính,...thì ngay những sản phẩm "đơn giản hơn" như bếp từ, bếp hồng ngoại,...cũng cần được xem xét rất kỹ để đảm bảo tương thích EMC. Gần gũi thiết thực hơn thì mô phỏng tương tác điện từ giúp bố trí linh kiện bên trong sản phẩm hợp lý, hạn chế và phòng ngừa rủi ro từ các tương tác phát sinh ngoài ý muốn trong quá trình sử dụng.
Với 4 bài toán tương đối "cơ bản" này của CAE, chúng tôi đã tìm thấy tiềm năng ứng dụng để tối ưu thiết kế, mở ra nhiều hướng mà trước đây, nếu không có CAE, sẽ cần rất nhiều thử nghiệm trên sản phẩm mẫu, sản phẩm thật, trên prototypes,...vốn tốn thời gian và kinh phí và không phải lúc nào cũng phát hiện ra được vấn đề.
Khi đó, nguy cơ của việc phải trả giá với lỗi trên sản phẩm đã ra thị trường là hoàn toàn có thể xảy ra.
CAE cung cấp cho một phương án để hạn chế những nguy cơ như vậy. Gần đây, trong ngành thiết kế sản phẩm xuất hiện một hướng tiếp cận là "simulation-driven design", nôm na là "thiết kế định hướng bởi mô phỏng" là hoàn toàn hợp xu thế.
Những sản phẩm của chúng tôi va chạm vẫn còn ở mức tương đối đơn giản về cấu trúc.
Với những sản phẩm công nghệ cao như các mạch điện tử, iOT hay cần đảm bảo độ chính xác,...thì có lẽ CAE còn mang đến giá trị to lớn hơn nữa.
