Ansys Granta - nejen materiálová databáze pro CAE

Jaká je role materiálů?

Materiály hrají klíčovou roli ve všech fázích životního cyklu výrobku – od návrhu přes výrobu až po jeho užívání a likvidaci. Správný výběr materiálu má přímý vliv na funkčnost, kvalitu, náklady, udržitelnost a konkurenceschopnost produktu. Již v ranné fázi vývoje je proto nezbytné pečlivě zvažovat vlastnosti materiálů, jejich dostupnost, výrobní náročnost, ekologický dopad a soulad s regulačními požadavky. Nesprávná volba materiálu může vést nejen k vyšším nákladům, ale i ke snížení životnosti výrobku či nárůstu ekologické zátěže. Pro dosažení optimálních výsledků je klíčové integrovat přístup k tzv. „materiálové inteligenci“.

Co je Material Intelligence?

Představuje systematický přístup k získávání, správě, analýze a využívání materiálových dat a informací v celém podniku. Zahrnuje procesy a nástroje, které umožňují efektivní a inteligentní rozhodování o výběru materiálů, jejich vlastnostech a použití v různých aplikacích.

Materiálová inteligence spojuje důvěryhodná data o materiálech, pokročilé nástroje pro analýzu a vizualizaci a integraci s inženýrskými a simulačními systémy, jako jsou CAD, CAE a PLM. Tento přístup umožňuje firmám:

• Optimalizovat výběr materiálů pro různé projekty.
• Snižovat náklady a minimalizovat rizika spojená s materiály.
• Zlepšovat přesnost simulací díky kvalitním materiálovým datům.
• Podporovat inovace prostřednictvím zkoumání alternativních materiálů a technologií, jako je například aditivní výroba.
• Zajistit shodu s regulačními předpisy a posoudit rizika zakázaných látek.

Materiálová inteligence je klíčová pro moderní inženýrství a průmyslové procesy, protože umožňuje organizacím lépe porozumět vlastnostem materiálů a jejich vlivu na výkonnost a životní cyklus výrobků.

Proces výběru materiálů ve firmě: Koordinace, iterace a udržitelnost

Ve firmách hrají materiály klíčovou roli a každé oddělení k nim přistupuje z různých úhlů pohledu, aby zajistilo optimální výběr a použití.

• Konstrukční oddělení je zpravidla tím, kde proces výběru materiálu začíná. Konstrukční inženýři definují základní požadavky na materiál, jako jsou mechanické vlastnosti (pevnost, pružnost), tepelná odolnost, hmotnost nebo odolnost vůči korozivnímu prostředí. Cílem je vybrat materiál, který umožní splnění funkčních nároků produktu i požadavků na design.
• Technologické oddělení následně hodnotí, zda je zvolený materiál vhodný pro dané výrobní procesy. Materiál musí být zpracovatelný při dostupných technologiích, jako je svařování, obrábění, vstřikování či aditivní výroba. Technologové posuzují například obrobitelnost, kvalitu povrchu nebo vhodnost materiálu pro montážní procesy.
• CAE (výpočtové) oddělení hraje významnou roli při validaci návrhu. Pomocí simulací posuzuje, zda materiál splňuje požadované parametry, jako je tuhost, pevnost, tepelná odolnost nebo odolnost vůči vibracím. Z těchto analýz mohou vzejít nové požadavky na materiál, například nutnost vyšší pevnosti nebo nižší hustoty, což často vede k iteracím v procesu výběru.
• Výrobní oddělení se soustředí na zajištění dostupnosti materiálů a jejich správné použití ve výrobě. Pokud je materiál obtížně dostupný, ekonomicky nevýhodný nebo nesplňuje požadavky výrobního procesu, musí být výběr revidován. 
• Oddělení nákupu spolupracuje především na zajištění dodávek materiálů v požadované kvalitě, množství a termínech. Zároveň hledá dodavatele, kteří splňují požadavky na cenu a logistiku.
• Oddělení kvality pak materiály hodnotí z hlediska shody s normami, regulačními požadavky a kvalitou. Provádí testování, jako jsou průrazové zkoušky, environmentální testy nebo ověřování odolnosti vůči stárnutí materiálu.

Dalším důležitým aspektem je udržitelnost. Firmy stále častěji zvažují materiály nejen z hlediska technických parametrů, ale také z pohledu jejich ESG aspektů, uhlíkové stopy, recyklovatelnosti a vlivu na životní prostředí v celém životním cyklu produktu.

Správný výběr materiálu probíhá ve více iteracích, jejichž cílem je splnit požadavky všech oddělení a nalézt optimální kompromis mezi technickými, ekonomickými a environmentálními parametry. Ideální je, pokud lze všechny analýzy a hodnocení provést bez nutnosti výroby fyzického prototypu, což významně šetří čas a náklady. Tímto způsobem je možné zajistit, že výsledný materiál splní nejen funkční požadavky, ale bude také efektivní z hlediska výroby, nákladů a udržitelnosti.

Typické byznysové výzvy: Co trápí jednotlivá oddělení?

Správa materiálových dat bez systematického řešení přináší řadu výzev, které mají dopad na všechna oddělení ve firmě. Každé z nich čelí specifickým problémům, jež ovlivňují kvalitu, náklady i rychlost procesů. Následující příklady ilustrují nejběžnější situace, s nimiž se firmy potýkají:

• Konstrukční oddělení: „Potřebuji lépe pochopit, jak najít kompromis mezi náklady, hmotností a uhlíkovou stopou.“ Konstrukční inženýři často pracují s omezenými údaji o materiálech, zejména pokud jde o environmentální atributy, což komplikuje výběr udržitelných a zároveň ekonomicky výhodných materiálů.
• Technologické oddělení: „Přidáním recyklovaného materiálu ztrácíme dohledatelnost dat z testování.“ Použití udržitelnějších materiálů, jako jsou recyklované složky, může vést ke ztrátě sledovatelnosti a důvěryhodnosti dat, což zvyšuje riziko chyb při výrobě.
• CAE (výpočtové) oddělení: „Pro přesné simulace potřebuji materiálová data, kterým mohu věřit.“ Výpočtáři často narážejí na nekonzistentní nebo neúplná data, což vede k nepřesným simulacím a zdržení v projektech.
• Výrobní oddělení: „Potřebujeme zajistit, že materiály jsou dostupné v požadované kvalitě a množství.“ Chybějící informace o dodavatelích a vlastnostech materiálů mohou způsobit zpoždění nebo použití nekvalitních komponent.
• Oddělení kvality: „Potřebujeme si být jisti, že náš výrobek bude v souladu s předpisy.“ Regulační požadavky jsou stále přísnější, a pokud nejsou materiály správně sledovány a hodnoceny, může hrozit riziko stažení výrobků z trhu.
• Oddělení udržitelnosti/ESG: „S údaji o CO2 potřebuji pracovat již při výběru materiálu, nikoliv až při LCA.“ Pozdní změny materiálů kvůli nesplnění environmentálních požadavků přinášejí výrazné finanční náklady a zdržení ve vývoji.
• Oddělení nákupu: „Nejsme si jisti, že vybíráme nejlepší dostupné materiály za optimální cenu.“ Nedostatečné informace o materiálech a jejich alternativách mohou vést k vyšším nákladům a kompromisům v kvalitě.

Tyto výzvy ukazují, že absence systémové správy materiálových dat negativně ovlivňuje spolupráci mezi odděleními, prodlužuje procesy a zvyšuje náklady. Schopnost efektivně pracovat s aktuálními, důvěryhodnými daty o materiálech je pro firmy klíčová, aby mohly překonat výše uvedené problémy a udržely si konkurenceschopnost.

Řešení s Ansys Granta

Ansys Granta je komplexní systém pro správu materiálových dat, který pomáhá firmám efektivně řešit výzvy spojené s prací s materiály. Tento nástroj poskytuje centralizovanou databázi materiálových informací, která je snadno přístupná napříč všemi odděleními podniku. Díky tomu mohou konstrukční týmy, technologové, výpočtáři i specialisté na kvalitu a udržitelnost pracovat s jednotnými, aktuálními a důvěryhodnými daty.

Ansys Granta umožňuje inženýrům provádět kvalifikovaný výběr materiálů na základě technických, ekonomických i environmentálních parametrů. Poskytuje přístup k rozsáhlým databázím, jako je MaterialUniverse™, kde jsou k dispozici komplexní informace o vlastnostech tisíců materiálů. Tyto údaje zahrnují vše od mechanických a tepelných vlastností až po uhlíkovou stopu a recyklovatelnost, což umožňuje firmám lépe vyvážit požadavky na výkon, náklady a udržitelnost.

Pro technologické a výrobní týmy nabízí Ansys Granta nástroje pro hodnocení zpracovatelnosti materiálů a přímou integraci s CAD, CAE a PLM systémy, což zajišťuje konzistentní použití dat napříč celým vývojovým a výrobním procesem. Oddělení kvality a udržitelnosti pak ocení možnost sledovat rizika spojená s regulacemi, jako jsou zakázané látky, provádět ekologické audity návrhů a minimalizovat uhlíkovou stopu výrobků.

V rámci rostoucích požadavků na nefinanční reporting podle směrnice CSRD (Corporate Sustainability Reporting Directive) hraje Ansys Granta klíčovou roli při zajištění transparentnosti a dostupnosti dat, která společnosti potřebují k reportování svých environmentálních dopadů. Díky schopnosti pracovat s údaji o emisích CO2, recyklovatelnosti materiálů a souladu s ESG faktory pomáhá firmám nejen splnit legislativní požadavky, ale také posílit jejich udržitelné řízení a odpovědnost vůči zákazníkům i investorům.

Díky schopnosti spravovat a analyzovat materiálová data na jednom místě umožňuje Ansys Granta minimalizovat chyby, šetřit náklady a zkracovat čas potřebný k uvedení výrobku na trh. Tento nástroj přináší firmám nejen vyšší efektivitu a konkurenceschopnost, ale také podporu udržitelnosti a odpovědnosti, která je stále důležitější v moderním průmyslovém prostředí.

Co byste si z článku měli odnést (neboli Key Takeaways)?

• Materiály jako strategický faktor: Vhodný výběr materiálů již v rané fázi vývoje výrobku má zásadní vliv na jeho výkon, náklady, udržitelnost i životní cyklus. Ansys Granta umožňuje efektivní správu těchto rozhodnutí díky přístupu k centralizovaným a důvěryhodným datům.
• Centralizace materiálových dat: Ansys Granta poskytuje jednotnou databázi, která je přístupná napříč všemi odděleními. Tím odstraňuje problémy s nekonzistentními informacemi a podporuje spolupráci mezi týmy.
• Podpora udržitelnosti a nefinančního reportingu: Díky funkcím Ansys Granta mohou firmy snadno sledovat uhlíkovou stopu, recyklovatelnost materiálů a jejich soulad s legislativou, což je klíčové pro plnění požadavků směrnice CSRD a nefinančního reportingu.
• Přesná a efektivní simulace: Ansys Granta poskytuje inženýrům přesná a připravená data o materiálech pro simulace, což zvyšuje přesnost výpočtů, minimalizuje chyby a zrychluje vývoj výrobků.
• Optimalizace výkonu a nákladů: Se schopností analyzovat technické, ekonomické a environmentální vlastnosti materiálů umožňuje Ansys Granta firmám vyvažovat konkurující požadavky, snižovat náklady a zvyšovat efektivitu.
• Integrace s digitálními nástroji: Ansys Granta je plně integrovatelná s CAD, CAE a PLM systémy, což podporuje digitální transformaci a zajišťuje konzistenci dat napříč vývojovým a výrobním procesem.

Ansys Granta není jen nástrojem pro správu materiálových dat – je klíčovým partnerem pro moderní firmy, které chtějí zlepšit svou efektivitu, udržitelnost a konkurenceschopnost na trhu.

Produkty Ansys Granta

Ansys GRANTA MDS (Materials Data for Simulation):

• Modul MDS je zaměřen na poskytování přesných a spolehlivých materiálových dat pro simulace (CAE). Nabízí inženýrům přístup k databázi více než 2 600 materiálů, které jsou připravené pro přímé použití v Ansys simulačních nástrojích, jako jsou Ansys Mechanical, Fluent, Electronics Desktop a Discovery. MDS zajišťuje důvěryhodná data, eliminaci chyb při zadávání a přesnější výsledky simulací.

Ansys GRANTA Selector:

• Selector slouží jako nástroj pro výběr, porovnávání a analýzu materiálů. Umožňuje přístup k rozšířeným informacím o materiálech, včetně technických, ekonomických a environmentálních dat. Díky integrovaným analýzám a vizualizacím podporuje informované rozhodování a optimalizaci vlastností materiálů pro CAD a CAE aplikace. Selector nabízí i dohledatelnost materiálů a jejich normy, což z něj činí ideální nástroj pro detailní analýzy a rychlé vyhodnocení materiálových alternativ.

Ansys GRANTA MI (Materials Intelligence):

Granta MI je komplexní řešení zaměřené na digitální transformaci podniků, které kombinuje všechny funkce předchozích modulů (MDS a Selector) a přidává pokročilé nástroje pro správu, řízení a analýzu materiálových dat. Díky integraci AI/ML technologií umožňuje predikci vlastností a optimalizaci materiálových procesů. MI podporuje udržitelnost a usnadňuje nefinanční reporting (např. podle směrnice CSRD), spravuje data napříč CAD, CAE a PLM systémy a vytváří jednotný a centralizovaný zdroj informací. Je to řešení zaměřené na efektivní správu materiálové inteligence v podniku.Tento postup zajistí, že všechny obrázky budou uloženy přímo na novém webu a nebudou závislé na původním zdroji.