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Was in der Zukunft der Maschinenbauindustrie liegt

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Die meisten von uns beschäftigen sich wahrscheinlich täglich mit Maschinenbau, aber wie sieht die Zukunft für dieses entscheidende Gebiet aus?

Seit der Erfindung der CAD-Software wurde das mechanische Design bis ins Mark revolutioniert. Es gibt jedoch eine Menge Dinge an dem Prozess, die eher rudimentär sind. Wir müssen noch Einschränkungen für Teile manuell eingeben, die offensichtlich erscheinen.

Wir können immer noch einen kleinen Fehler machen, der unser gesamtes Modell beschädigen kann. Software wird immer intelligenter, aber zum größten Teil ist der Maschinenbauingenieur immer noch der Ort, an dem Innovation und Können liegen. Was passiert jedoch, wenn Programme generativ werden? Wann löst sich das Büro des Maschinenbauingenieurs auf und das Design bewegt sich in die Zukunft? Schauen wir uns das genauer an. (Mach dir keine Sorgen, du wirst immer noch einen Job haben.)

Der nächste Schritt für den Maschinenbauingenieur

CAD-Programme, die Grundlage des mechanischen Entwurfs, werden durch innovativen Code und Programmierung weitgehend vorangetrieben. Das hat Wunder für die Fähigkeiten der Programme bewirkt, bedeutet aber auch, dass sich CAD zu einer weitgehend tastaturorientierten Fähigkeit entwickelt hat. Angesichts der Tatsache, dass dies alltäglich ist, werden Sie an dieser Tatsache möglicherweise nichts Seltsames finden.

Das tastaturbasierte mechanische Design beschränkt den Entwickler jedoch auf technische Fähigkeiten und Kenntnisse der spezifischen Software. Es wird immer einen Platz dafür geben, aber Computer werden bald in der Lage sein, mechanisches Freiformdesign innerhalb der Grenzen der Realität zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass wir als Ingenieure zwar klug genug sind, um Konstruktionsbeschränkungen einzugeben, dies aber nicht müssen. Es öffnet das Zeitalter für reine Technik.

Das Echo dieser zukünftigen Realität hat bereits stattgefunden. Das Zeitalter der Touchscreen-Computer hat zu einer natürlicheren mechanischen Designoberfläche geführt. In Zukunft wird es wahrscheinlich die virtuelle Realität und das Quantencomputing sein, die das mechanische Design für den Ingenieur zu seiner endgültigen Realisierung machen.

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Wenn Sie das mechanische Design angesichts der zukünftigen Werkzeuge als eher eine qualifizierte Arbeitsform betrachten, haben Maschinenbauingenieure möglicherweise bald mehr Möglichkeiten, wo und wie wir arbeiten. Wir werden uns nicht auf Kabinen beschränken, sondern können „technische Künstler“ sein, die in virtuellen Räumen oder sogar auf der Baustelle entwerfen - stellen Sie sich das vor.

Jeder Ingenieur, der heute in einem technischen Bereich aktiv ist, versteht, wie wichtig die Simulation im modernen Entwurfsprozess geworden ist. Dies hat zwei Gründe: Die verbesserte Fähigkeit der Simulation, uns praktisch nützliche Daten zur Verfügung zu stellen, und ihre zunehmende Verwendung im Entwurfsprozess. Um diese moderne Änderung des Konstruktionswerkzeugs voll zu nutzen, müssen wir uns eingehender mit dem Stand des simulationsintegrierten CAD befassen.

Integrierte Simulation im Design

Wenn wir im modernen Entwurfsprozess tiefer in die Simulation eintauchen, erhalten wir einen besseren Einblick in die Zukunft unseres täglichen Lebens als Ingenieure.

Simulationen in Bezug auf Computermodelle wie FEA in Bezug auf CAE sind eine ziemlich neue Funktion. Die Simulation, die einfach als die Verwendung prädiktiver oder praktischer Modelle zur Vorbereitung und zum Zugriff auf zukünftige Entwürfe definiert wird, reicht etwas weiter zurück. Wir können den Wunsch nach Simulation im Wesentlichen bis zum Beginn der Technik zurückverfolgen, aber seine moderne Nutzung begann während der Weltkriege und des Weltraumzeitalters. Im Manhattan-Projekt wurden verfeinerte Simulationsmodelle verwendet, um nukleare Explosionen und das Design der in den frühen Weltraummissionen verwendeten Raketen zu modellieren. Natürlich wurde all diese „Simulation“ auf Papier durchgeführt und umfasste neben vielen anderen Formeln auch diskrete Mathematik, Navier-Stokes-Gleichungen und Finite-Elemente-Analyse.

Abweichend von den mathematischen Wurzeln der Simulation wurde die physikalische Simulation auch im Entwurfsprozess der Apollo-Landekapseln verwendet. Astronauten und Ingenieure wurden verwendet, um Prozesse für den Start, die Landung und die Verwendung der gesamten Apollo-Hardware zu testen. Diese vereinfachten Hardwaresimulationen sind die Anfänge von Simulationswerkzeugen, die Anwendungsfälle und Ereignisanalysen ermöglichen. In der Blütezeit des Weltraumzeitalters wurde Simula-67 entwickelt, die erste simulationszentrierte Programmiersprache, die den Weg für moderne Computersimulationssoftware weist.

Seit diesen frühen Tagen, in denen die Mathematik der Simulation verfeinert wurde, hat sich die Simulation zu einem wichtigen Werkzeug für Ingenieure entwickelt.

In den letzten Jahren wurde die Simulation in unsere CAE-Tools wie unsere mechanische Konstruktionssoftware integriert. Abgesehen von einfachen Fallanalysefunktionen steht die Simulation in vielerlei Hinsicht vor dem Entwurf. Dieser verschobene Workflow besteht aus generativen Entwurfswerkzeugen und der Verwendung der Simulation als Entwurfshilfe. Anstatt ein Teil zu entwerfen und dann zu testen, ob es funktioniert, ermöglichen CAD-integrierte Simulationssoftware wie die Formgenerator-Tools von Nastran und Inventor die Simulation vor oder neben dem Entwurf. Generatives Design ermöglicht die Simulation, um ein Design zu erstellen, während Analysewerkzeuge das Testen des Teiledesigns in jedem Schritt des Weges ermöglichen.

Die zunehmende Verwendung von Simulationen in der modernen Teilekonstruktion ist nur natürlich und für unseren Antrieb als Ingenieure von größter Bedeutung. Wir sind von Natur aus bestrebt, das bestmögliche Teil / die bestmögliche Montage / Maschine zu verbessern, zu innovieren, zu optimieren und auf andere Weise zu bemühen. Simulationswerkzeuge und die darin enthaltene Entwicklung nutzen unseren angeborenen Wunsch nachkennt.

Die Hürden zur integrierten Simulation

Selbst mit dem aktuellen Stand der integrierten CAD-Simulationswerkzeuge sind noch Hürden zu überwinden und Verbesserungen vorzunehmen. Der NAFEMS-Weltkongress, die Internationale Vereinigung für die Community für technische Modellierung, Analyse und Simulation, hat kürzlich in ihrer Versammlung 2017 viele Bereiche anerkannt, in denen die Simulationswerkzeuge verbessert werden müssen. Sie nannten die größten Probleme der aktuellen Simulationswerkzeuge bei der Wiederverwendung von Wissen, Geschwindigkeit und Modelltreue sowie bei der Simulation vor dem Entwurf. Mit anderen Worten, die Möglichkeiten, die NAFEMS zur Verbesserung von Simulationswerkzeugen benötigt, sind ihre Fähigkeit, erlerntes Wissen aus früheren Analysen zu erfassen und erneut anzuwenden, die Geschwindigkeit und Genauigkeit von Modellen (die sich natürlich mit der Cloud-Implementierung / erhöhter Verarbeitungsleistung verbessern werden) und die Fähigkeit dazu Simulation, die vor dem Entwurfsprozess verwendet werden soll.

Während sich die moderne Verwendung von Simulationswerkzeugen neben CAD verbessert hat und zu einem Punkt gewachsen ist, der die Erwartungen vieler weit übertroffen hat, ist es noch ein langer Weg, bis er perfekt ist. Das bedeutet für uns als Ingenieure Gutes. Wenn wir mehr Simulationsfähigkeiten wünschen, werden sie wahrscheinlich mit einer verbesserten technischen Infrastruktur ausgestattet sein. Die Cloud-Implementierung ist für die Einführung der Simulation von entscheidender Bedeutung, da die Simulation von Natur aus eine erhebliche Verarbeitungsleistung erfordert. Die Cloud gleicht diese Belastung vom Techniker zum Cloud-Rechenzentrum aus und ermöglicht eine umfassende Simulationsanalyse für jedermann überall.

Die Zukunft der Simulation ist jetzt, aber die Innovation wird nicht so schnell vorbei sein.

Freiheit zu konstruieren

Letztendlich besteht das Ziel der Weiterentwicklung des mechanischen Designs darin, die einschränkenden Grenzen der Computerschnittstelle zu ersetzen und den Ingenieur dann in reiner Form erstellen zu lassen.

Abweichend von der Schnittstelle zum mechanischen Design sind die Branchen, die in der kommenden Zukunft am dringendsten mechanisches Design benötigen, solche wie die Automobilindustrie und die Fertigung. Es gibt jedoch eine neue aufstrebende Branche, die die Fähigkeiten der besten Maschinenbauer erfordert - AI-Design. Künstlich intelligente Programme und Maschinen werden bald einen großen Teil des Designs der Zukunft ausmachen. Erstens müssen sie lernen und von tatsächlichen Maschinenbauingenieuren ergänzt werden.

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Mach dir noch keine Sorgen, dass du deinen Job an Roboter verlierst. Die spezifischen Aufgaben eines Konstrukteurs werden nur mit KI transformiert, nicht beseitigt. Was KI und letztendlich generatives Design für das mechanische Design tun, revolutioniert genau das, was in unserer Branche möglich ist. Die Zukunft ist für den Maschinenbauer vielversprechend.


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