Από τη δεκαετία του 1960 τα λογισμικά έχουν κερδίσει μια θέση στο χώρο της βιομηχανίας και έκτοτε έχουν εξελιχθεί σημαντικά, προσφέροντας τεράστιες δυνατότητες στον κλάδο. Πλέον η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης αποτελεί το επόμενο στάδιο για την περαιτέρω εξέλιξη των λογισμικών συστημάτων.
Του κ. Παναγιώτη Γκιουζέλη*
Η εξέλιξη της τεχνολογίας και των υπολογιστικών συστημάτων έχει ωθήσει τους ανθρώπους στη δημιουργία λογισμικών(software), τα οποία είναι ένα σύνολο προγραμμάτων που εκτελούν ορισμένες εργασίες σε ένα υπολογιστικό σύστημα.
Τα λογισμικά χρησιμοποιούνται σε όλους τους τομείς και κλάδους των εργασιακών χώρων, οπότε δεν θα μπορούσε να αποτελέσει εξαίρεση ο βιομηχανικός τομέας: Στα σχεδιαστήρια των εταιρειών οι πίνακες και τα μολύβια για το σχέδιο αντικαταστάθηκαν από σχεδιαστικά προγράμματα, οι αριθμομηχανές και οι άπειρες σελίδες πράξεων έγιναν υπολογιστικοί κώδικες, ενώ οι υπολογισμοί μηχανολογικών αναλύσεων σε οριακές συνθήκες γίνονται πλέον μέσω προγραμμάτων προσομοιώσεων.
Τα λογισμικά στο χώρο της βιομηχανίας εμφανίστηκαν τις δεκαετίες του 1960-1970, όταν χρησιμοποιήθηκαν για την αυτοματοποίηση και τον έλεγχο αυτόματων εργαλείων κατεργασιών, καθώς και για τον προγραμματισμό λογικών ελεγκτών.
Τη δεκαετία του ’80 σημειώθηκε ανάπτυξη των σχεδιαστικών λογισμικών, με το σχεδιασμό μηχανολογικών κατασκευών και προϊόντων να γίνεται πίσω από την οθόνη του υπολογιστή, ενώ την ίδια εποχή δημιουργήθηκαν και τα προγράμματα αυτοματοποιημένων κατεργασιών.
Με την αλλαγή της χιλιετίας, η ραγδαία ανάπτυξη που επήλθε στα γραφικά περιβάλλοντα και στην υπολογιστική ισχύ ενίσχυσε την ανάπτυξη των παραπάνω λογισμικών, που είναι πιο φιλικά στο χρήστη, ενώ μεγάλη διάδοση γνώρισαν και τα προγράμματα προσομοιώσεων. Από τότε μέχρι και σήμερα, τα λογισμικά εμπλουτίζονται με νέες καινοτομίες και δυνατότητες.
Τα λογισμικά που χρησιμοποιούνται στις βιομηχανίες ποικίλλουν. Το λογισμικό που θα χρειαστεί αρχικά ένας βιομηχανικός τομέας είναι μια γλώσσα προγραμματισμού ή υπολογιστικό πρόγραμμα.
Τα συγκεκριμένα λογισμικά επιτρέπουν την επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων, τη γραφή και επίλυση εξισώσεων, πολλαπλούς και περίπλοκους υπολογισμούς, ενώ μπορεί να δημιουργήσουν γραφικές παραστάσεις και σχεδιαγράμματα.
Τέτοια λογισμικά υπάρχουν από τη δεκαετία του 1960 με την Fortran και τη C. Παρόμοιες λειτουργίες έχει το γνωστό σε όλους Microsoft Excel, ενώ στις σημερινές μέρες, κυρίως από τους μηχανικούς, γίνεται χρήση των λογισμικών Matlab, Python, Mathematica κλπ. Με τη χρήση αυτών των λογισμικών, οι βιομηχανίες εξοικονομούν πολύ χρόνο κατά τους πρωταρχικούς υπολογισμούς για την ανάπτυξη μηχανολογικών προϊόντων.
Υπολογιστικό πρόγραμμα Matlab
Σχεδιασμός
Το επόμενο λογισμικό στο οποίο θα γίνει αναφορά είναι ίσως το πιο αναγνωρίσιμο σε βιομηχανικό περιβάλλον. Τέτοιο λογισμικό είναι αυτό που αφορά σχεδιαστικά προγράμματα, το γνωστό και ως CAD (Computer – Aided Design).
Οι δυνατότητες που προσφέρουν αυτοί οι τύποι λογισμικών είναι η δισδιάστατη (2D) και τρισδιάστατη (3D) σχεδίαση μηχανολογικών προϊόντων. Μέσα από αυτά τα λογισμικά, ο χρήστης σχεδιάζει δισδιάστατες γεωμετρίες που επεκτείνονται στην τρίτη διάσταση για να δημιουργηθεί το τρισδιάστατο αντικείμενο. Επιπλέον, στα συγκεκριμένα λογισμικά παρέχεται η δυνατότητα δημιουργίας κατασκευαστικών συναρμολογημάτων και ο ορισμός κινηματικών σχέσεων για ανάλυση κινηματικής. Στην εικόνα 2 φαίνεται στο SolidWorks ένα συναρμολόγημα ενός μύλου λειοτρίβησης.
Αρκετά από τα συγκεκριμένα λογισμικά παρέχουν μια τεράστια βιβλιοθήκη τυποποιημένων προϊόντων (όπως είναι ρουλεμάν, βίδες, περικόχλια, στοιχεία μετάδοσης ισχύος κ.ά.), ώστε ο χρήστης να σχεδιάζει βάσει τυποποίησης.
Τα πιο γνωστά και ευρέως χρησιμοποιούμενα λογισμικά είναι τα SolidWorks, AutoCAD, Catia, Creo και Siemens NX. Τα λογισμικά CAD επιτρέπουν γρήγορο και εύκολο σχεδιασμό πολύπλοκων γεωμετριών και διευκολύνουν την παραμετροποίηση, ενώ ο σχεδιασμός δεν μένει μόνο στα μηχανολογικά σχέδια αλλά επεκτείνεται και στα ηλεκτρικά σχέδια, καθώς και στο σχεδιασμό σωληνώσεων και συστημάτων ασφαλείας.
Επιπρόσθετα, στα περισσότερα από τα προαναφερόμενα λογισμικά έχει γίνει η προσθήκη του CAM (Computer-Aided Manufacturing), το οποίο επιτρέπει το σχεδιασμό εξαρτημάτων με χρήση αυτοματοποιημένων εργαλειομηχανών. Με το λογισμικό αυτό μπορεί να γίνει προσομοίωση της διαδικασίας της κατεργασίας και να υπολογιστεί η ποιότητα του εξαρτήματος χωρίς να χρειάζεται πρώτα η κατασκευή του και έπειτα η μέτρηση της ακρίβειας με ακριβό εξοπλισμό, ενώ επιλέγεται η κατεργασία με τη μικρότερη απώλεια υλικού. Με αυτό τον τρόπο, οι βιομηχανίες εξοικονομούν χρήματα και χρόνο, επιλέγοντας τον πιο αποδοτικό τρόπο κατεργασίας υλικών.
Πρόγραμμα CAD SolidWorks
Προσομοιώσεις
Tο τελευταίο είδος λογισμικών στα οποία θα γίνει αναφορά είναι αυτά που πραγματοποιούν προσομοιώσεις συνθηκών. Τα συγκεκριμένα λογισμικά κάνουν χρήση FEA (Finite Element Analysis), δηλαδή ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων για προσομοίωση (ανάλυση και επίλυση) προβλημάτων Μηχανικής και Φυσικής.
Αναλυτικότερα, εισάγοντας ο χρήστης ένα γεωμετρικό μοντέλο είτε σε δυσδιάστατη είτε σε τρισδιάστατη μορφή, γίνεται διάσπαση της γεωμετρίας σε πολύ μικρά κομμάτια. Με αυτή τη μέθοδο επιλύονται σύνθετα και πολύπλοκα προβλήματα, αφού πρώτα διασπαστούν σε απλούστερα υποπροβλήματα με εφαρμογή εξισώσεων.
Αρκετά από τα λογισμικά που αναφέρθηκαν για σχέδιο παρέχουν τη δυνατότητα προσομοιώσεων, ενώ από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα προγράμματα είναι τα Ansys, Comsol, SimScale και OpenFOAM. Για πιο συγκεκριμένες εφαρμογές υπάρχουν και τα αντίστοιχα εξειδικευμένα λογισμικά FEA.
Τα συγκεκριμένα λογισμικά είναι το τελικό στάδιο πριν την κατασκευή των προϊόντων, καθώς φανερώνουν αν το προϊόν είναι εντός των επιθυμητών προδιαγραφών, ενώ επιτρέπουν στους κατασκευαστές να σχεδιάζουν με τον πιο αποδοτικό τρόπο χωρίς να χρειάζεται η κατασκευή πολλαπλών δοκιμίων. Και καθώς οι δοκιμές γίνονται με καταστροφικές μεθόδους, χάρη στα παραπάνω λογισμικά οι βιομηχανίες επιτυγχάνουν τη χρήση λιγότερων υλικών πόρων.
Η εξέλιξη των λογισμικών θα οδηγήσει και στην εξέλιξη των βιομηχανιών. Στην εποχή της 4ης Βιομηχανικής Επανάστασης που ζούμε, η ραγδαία εξέλιξη της τεχνητής νοημοσύνης θα επηρεάσει τον τρόπο χρήσης των λογισμικών, καθώς η ενσωμάτωσή της στα προγράμματα θα οδηγήσει στη χρήση τους μέσω μιας συνομιλίας.
Ο χρήστης θα «εξηγεί» σε κάθε λογισμικό τις ανάγκες και το σκοπό που το χρησιμοποιεί, και μέσω μιας σειράς ερωτοαπαντήσεων το λογισμικό θα αυτοδιαμορφώνεται, ενώ ο χρήστης θα παρεμβαίνει μόνο για τις τελικές διορθώσεις. Η ταχύτητα υλοποίησης των ζητούμενων θα αυξηθεί ραγδαία με τη χρήση της τεχνικής νοημοσύνης, χωρίς αυτό να σημαίνει όμως ότι οι εργαζόμενοι θα είναι μόνο υπολογιστές. Η χρήση της τεχνητής νοημοσύνης στα λογισμικά δεν θα είναι για την αντικατάσταση των φυσικών προσώπων, αλλά για ευκολότερη εξυπηρέτηση των αναγκών, ενώ τον τελευταίο λόγο θα τον έχει πάντα ο ανθρώπινος νους.
Λογισμικό Solidworks CAM και πρόγραμμα FEA ANSYS
Συμπερασματικά
Τα λογισμικά έχουν γίνει απαραίτητα για τις βιομηχανίες. Η χρήση και ο συνδυασμός τους έχουν δώσει την ικανότητα στις βιομηχανίες να δημιουργούν προϊόντα και υπηρεσίες πιο γρήγορα, αποδοτικότερα και πιο ευχάριστα για τους μηχανικούς, ενώ η μείωση των υλικών πόρων και ο αναλυτικότερος σχεδιασμός οδηγούν σε οικονομικότερες λύσεις, ασφάλεια και μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος.
*Ο κ. Παναγιώτης Γκιουζέλης είναι απόφοιτος κατασκευαστής μηχανολόγος μηχανικός Ε.Μ.Π.
