הבה נדון בזרימת מחזור עיצוב המטוס המודרני וניתן דוגמה כיצד להשתמש בשירותיו של יצרן אב טיפוס עבור בדיקת אב טיפוס.
קטגוריית היסטוריית מחשבות: אב טיפוס של עיצוב תעשייתי
הצגת תמונות של יצרני אב טיפוס לתעשיית התעופה
זמן פרסום: 23 בדצמבר 2020,| Runsom Precision
בין מגמות ההנדסה הקשות בעולם, הנדסת תעופה וחלל ותעופה הם מהטובים ביותר. כל מהנדס שקרא מאמר זה עשוי להכיר את מחזור התכנון הרגיל המתייחס לכל עיצוב מוצר, אבל כל כך מאתגר שנגרם מרמת המורכבות של דרישת תעשיית התעופה.
עיצוב מטוסים מודרני מתמודד עם אתגרים תפעוליים, סביבתיים ופיננסיים קפדניים. במונחים של איך לתכנן מערכות מורכבות וכיצד להימנע מפגמי עיצוב, אנשים שמו לב לשינוי פרדיגמה עצום, בדיוק כמו הבואינג 737 מקס האחרון. במאמר זה, יידונו בקפידה הזרימה של מחזור עיצוב המטוס המודרני ודוגמאות כיצד בדיקות בקנה מידה גדול באמצעות שירותיו של יצרן אב טיפוס יכולים להציל את המצב.
גלה פרטים נוספים על אבות טיפוס של עיצוב תעשייתי כאן.
מחזור העיצוב של מטוסים מודרניים
כל מעצב שיקרא מאמר זה עשוי להכיר את שלושת שלבי העיצוב הבסיסיים: עיצוב קונספטואלי, עיצוב מקדים ועיצוב מפורט. עם זאת, תחרות עזה בין משתתפי שוק וציפיות גבוהות של לקוחות גורמים לכך שחברות חייבות לבצע חידושים משמעותיים בשלב העיצוב כדי לעמוד בסטנדרטים שונים. הבה נשתמש בתרשים שלהלן כדי לדון במחזור תכנון המטוס בהתבסס על עלות מחזור החיים.
כידוע, שלושת השלבים הראשונים לפני שלב הייצור מהווים 95% מהעלות הכוללת. במהלך שלושת השלבים הראשונים, השלב הראשון חשוב יותר משני האחרים, כלומר תכנון ועיצוב רעיוני. אז בואו נתרכז בפרטים של השלב הראשון, ואחר כך בשני השלבים האחרים.
תכנון ועיצוב קונספטואלי
קודם כל, יתבצע בדיקת היתכנות כדי לוודא אם הטכנולוגיה הקיימת יכולה לעמוד בדרישה זו. בנוסף, ניתן לייעל את מסלול הפרויקט על ידי בדיקת היתכנות, כלומר תכנון מחדש מלא, שמשמעותו הסיכון והעלות הגבוהים ביותר, או אימוץ/שינוי של עיצוב קיים. לאחר מכן, מתחיל שלב העיצוב הרעיוני. כל מעצב מטוסים מכיר היטב את דגמי Raymer ו-Roskam. כפי שתיארו, שלב העיצוב הרעיוני כולל מענה על השאלות הבסיסיות הבאות:
האם זה יהיה יעיל?
מה זה נראה?
מהן הבקשות?
כיצד לייעל את העסקה?
כיצד לייעל משקל ועלות?
לזהות ולהכין קונספט עיצובי ריאלי ואופטימלי לעידון נוסף הוא המטרה הסופית של שלב העיצוב הרעיוני. לכן, שלב זה כולל ייצור, מחקר ובדיקה של מושגי עיצוב שונים, כולם דורשים ידע מועט בתוצאות הניסוי ונתונים מוגבלים על התכנון השימושי. התרשים מתחת לפסקה זו מתאר את טווח אי הוודאות הגדול יותר בשלב הרעיון בהשוואה לשלב המתקדם. בנוסף, עלות מחזור החיים שנגרמה בשלב זה היא עד 65%, מה שאומר שכל שינוי אחר בעיצוב הבסיסי יגרום להפחתה בסך ההכנסות והארכת המועד.
המכשול השכיח בשלב התכנון הרעיוני הוא שמערכת הדרישות אינה רשומה בבירור כאשר תהליך העיצוב מתחיל. חשוב מאוד לשרטט את צרכי השוק ולתת ללקוחות לדעת את הציפיות שלהם בצורה ברורה. שיטות לא חסכוניות ולא יעילות מחדדות את הדרישות בשלב מאוחר יותר, ומחזור תכנון כזה יכול להשפיע באופן רציני על עלויות מחזור החיים שנוצרות. בכל הנוגע לתכנון מטוסים, דרישות וציפיות של לקוחות מתנגשות לעתים קרובות זו בזו. בהתבסס על המרכיבים השונים של המטוס, כגון כנפיים, מנועים, גוף גוף, ציוד נחיתה, זנב וקנרדים וכו', מערכת מטוסים מגוונת ומורכבת פירושה אתגרים מרובים.
זוהי אמנות בטיפול בבעיה זו עצמה, וזו הסיבה שמשתמשים בטכניקות כמו קבלת החלטות מרובות תכונות (MADM) כדי להקל על סוג זה של קבלת החלטות. בעזרת טכניקות אלו, שיקולים מרומזים מתחילים לשחק תפקיד ועוברים משיטות דטרמיניסטיות חד-נקודתיות לקבלת החלטות לשיטות דינמיות ופרמטריות. בנוסף, טכניקות כמו ניתוח רב תחומי ואופטימיזציה של עיצוב חיוניות כדי לספק את מערכת האילוצים המורכבת בסביבה זו. התרשים שלהלן מתאר טכניקה זו, המתארת את האינטראקציה בין דיסציפלינות תעופה שונות.
לאור אי הוודאות הנ"ל בשלב התכנון הרעיוני, השיטה שנקבעה מבוססת על תורת הסתברות ושיטות עיצוב. שיטות אלו נכללו בשימוש בפונקציות צפיפות הסתברות (PDF) ופונקציות הפצה מצטברות (CDF) עבור כל אילוץ עיצוב. לאחר מכן צייר ונתח את הנתונים של מספר אילוצי עיצוב. הנתונים המצטברים הללו מאפשרים למעצב להבין בבירור את תחום העיצוב והאם הוא או היא צריכים להרפות מגבלות כלשהן או להכניס טכנולוגיה כלשהי לשיפור מחזור העיצוב בכללותו.
במילה אחת, המעצב יצר קשר בין משתני קלט ותפוקה תוך התחשבות בשונות של גורמי קלט.
עיצוב ראשוני
שלב זה הוא קריטי ביותר לגודלם של גורמי העיצוב השונים של הקונספט שהושלם בשלב הראשון. זה דורש מחקר וניתוח מעמיקים של האינטראקציות הבין-תחומיות בין מערכות ותתי-מערכות מטוסים. לדוגמה, שילוב של מכניקה מבנית ואווירודינמיקה הוא המושג אווירואלסטיות.
בעידן ההנדסה המודרני של ימינו, השיקולים כמו אמינות, תחזוקה, יציבות, שליטה, בטיחות וחסכון כלולים בשלב התכנון המקדים. כעת, יידונו כאן פירוט נוסף על האתגרים העומדים בפני שלב התכנון הזה והדרך הטובה ביותר להתמודד איתם.
מידול מדויק, מורכב ומדויק מצריך שימוש באלגוריתמים מספריים מתקדמים, כגון דינמיקת נוזל חישובית וניתוח אלמנטים סופיים. עם זאת, העלות החישובית הגבוהה באופן יוצא דופן פירושה אתגר נוסף עבור מעצבים. האיור שלהלן ממחיש בצורה גרפית את הפשרות הכרוכות בבחירת כלים בעלי נאמנות גבוהה ובשימוש בסימולציות פשוטות.
הפיתוח של כלים מורכבים ואמינים לא רק אומר עלויות חישוב גבוהות יותר, אלא גם אתגרים בהתמודדות עם משתנים מרובים (בדרך כלל עד מאות) והתלות ההדדית ביניהם. לכן, זמן רב מושקע בזיהוי ומיפוי סביבת הסימולציה. (הסיפור לא נגמר!!)
אם אתה רוצה לדעת יותר, אנא המשך לקרוא "עיצוב מטוסים (חלק 2): הרחבת האופקים שלך". תודה!