Hoy en día, no nos conformamos sólo con reducir los errores de diseño. Tampoco nos conformamos sólo con saber que nuestros productos van a soportar cierta presión sin romperse o cierta temperatura sin dilatarse. Lo que buscamos incrementar el valor del producto, mejorando su rendimiento y reduciendo su coste de producción mediante la reducción de material utilizado para su fabricación. Buscamos su optimización.
Durante los últimos 15 años, los ingenieros y diseñadores han aprendido a utilizar y confiar en herramientas de ingeniería asistida por ordenador (CAE) para reducir los errores en diseño y producir mejores diseños de una forma más rápida.
En ocasiones, para cumplir con los requerimientos de seguridad y fuerza, es posible que se esté diseñando en exceso, es decir, que las piezas sean demasiado pesadas para su propósito, o bien que sean demasiado difíciles y costosas de fabricar. Si el objetivo es diseñar los mejores productos y que estos sean lo más rentables según sus funcionalidades, se debe dar el siguiente paso que nos ofrecen las herramientas CAE, la optimización.
La optimización de diseño, incluida en las licencias SOLIDWORKS Simulation Professional, nos ayuda a incrementar el valor de un producto, mejorando su rendimiento en su entorno operativo y reduciendo el coste de producción mediante la reducción de la cantidad de material necesario para fabricarlo.
Proceso de Optimización
El proceso de optimización se podría dividir en tres partes:
1. Objetivo. El propósito del análisis, Por ejemplo, si queremos diseñar una bicicleta más ligera, deberemos reducir su peso, no obstante, siempre habrá una serie de parámetros que debamos cumplir y que por tanto condicionen nuestro análisis, se trata de las restricciones.
2. Restricciones. Son las encargadas de aportar realismo al estudio. Éstas deben ser introducidas por el ingeniero quien previamente ha estudiado qué parámetros pueden ser variables y cuales restringidos para poder obtener un rango de valores de diseño lógico.
3. Variables de diseño. Para poder realizar un análisis de optimización es necesario poder cambiar los parámetros de diseño, para poder obtener un elevado número de configuraciones. Estos parámetros son las variables de diseño, por ejemplo: una cota, una propiedad de un material, una carga, etc.
Estudios de sensibilidad
En términos generales, la sensibilidad se concibe como una relación incremental entre unos parámetros de control, como puede ser la respuesta estructural, y unas variables de diseño que definen la forma del problema. En el caso de un análisis de optimización, dicha sensibilidad se puede calcular para la función objetivo y para las restricciones.
¿Cuándo es el mejor momento para ejecutar la optimización?
En el diseño de una pieza, los planteamientos de reducción de costes y las exigencias de calidad han estimulado la investigación sobre el análisis de sensibilidad. La información que se obtiene a través de dicho análisis permite el uso directo de algoritmos de optimización y fiabilidad. Además, nos posibilita la capacidad de predecir el comportamiento estructural mediante la extrapolación de la respuesta del sistema, facilitando la toma de decisiones ya durante las primeras etapas de diseño.
A medida que el diseño avanza, tiende a ser cada vez más complejo, por lo que la realización de cambios resulta más difícil de evaluar e implantar. Es por eso que actualmente ya se está aplicando la optimización desde la fase conceptual. Se ha demostrado que el 80% del coste de un producto se define en el primer 20% de proceso de diseño. Por lo tanto, para poder asegurar que el producto está libre de errores de diseño y funciona según lo deseado, conviene analizar las configuraciones óptimas en las fases iniciales de desarrollo de producto.
Todo lo mencionado anteriormente se puede realizar gracias a los análisis por elementos finitos (FEA) y muy a menudo, éste depende del programa CAD en el que se haya creado el diseño. Como ya se ha comentado, SOLIDWORKS Simulation se encuentra integrado con SOLIDWORKS CAD, ofreciendo una solución completa para empresas dedicadas al desarrollo de nuevos productos.
