23 października 2021


Optymalizacja projektowanych części i urządzeń często kojarzy się z wieloma żmudnymi zmianami projektu i jego parametrów, i wielokrotnym wykonywaniem obliczeń czy symulacji inżynierskich. Nie zawsze jednak ten proces musi być tak czaso- i pracochłonny.

Bartosz Górecki

W praktyce inżynierskiej istnieje kilka etapów, na jakich standardowo prowadzi się proces optymalizacji. Z jednej strony, optymalizacji punktu pracy czy innych parametrów konstrukcyjnych poddaje się wstępny, bardzo uproszczony, koncepcyjny model urządzenia. Prostota równań matematycznych pozwala w naturalny sposób oszacować optymalne rozwiązania. Następnie, w oparciu o ten koncepcyjny model obliczeniowy tworzy się urządzenie techniczne ze wszystkimi wymaganiami konstrukcyjnymi i technologicznymi, które jest już tylko dość odległym odzwierciedleniem prostoty pierwotnego modelu fizycznego i matematycznego urządzenia. Optymalizacją niekiedy nazywa się też kilka innych procesów.

Optymalizacja adjoint
Rys.1  Odkształcanie geometrii wewnątrz obszaru kontrolnego za pomocą położenia z góry zdefiniowanych punktów kontrolnych

Raz dotyczy ona szczegółowego projektowania poszczególnych elementów projektu (np. z próbami redukcji masy), innym razem – kilku lub kilkunastokrotnych manualnym zmian geometrycznych projektu, dla uzyskania np. wyższej sztywności, niższej masy, a przez to np. niższych kosztów materiałowych i produkcji. Wreszcie, o optymalizacji można też czasem usłyszeć w kontekście udoskonalania produktu względem jego poprzedniej wersji.
Zadanie optymalizacji jest stosunkowo proste, o ile mamy do czynienia z modelem o parametrach skupionych – czyli kilku konkretnych wartościach, takich jak np. optymalna prędkość pracy pompy oraz średnica jej wirnika dla maksymalizacji jej sprawności. Problem jednak się pojawia wtedy, gdy celem jest optymalizacja złożonego kształtu wirnika, który trudno jest poddać prostej parametryzacji. Z tego typu zadaniami od dawna borykał się przede wszystkim przemysł lotniczy i motoryzacyjny. Podstawowa optymalizacja była tam od dawna tak zaawansowana, a wszelkie powierzchnie na tyle złożone, że poszukiwano metod, które posłużą konstruktorom do wydajnego projektowania optymalnych kształtów. W przemyśle lotniczym czy motoryzacyjnym chodzi o optymalizację takich elementów, jak kanały dolotowe powietrza do silników i redukcja oporów wraz z poprawą wskaźnika jednorodności przepływu w całym przekroju, by silnik był dobrze zasilany powietrzem. Innym zadaniem jest optymalizacja kształtu łopatek sprężarek i turbin w silnikach lotniczych, czy kształtu nadwozia samochodu pod kątem zmniejszenia jego oporu lub niepożądanej siły nośnej.

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 7/8 (94/95) lipiec/sierpień 2015