Ürün Geliştirme Sürecinde Bilgisayar Destekli Yazılımların Kullanımı ve Önemi

Dr . Tolga Dursun / Makine Mühendisi / ASELSAN MGEO Grup Başkanlığı
Enis Naci Özkan / Kara Sistemleri Tasarım Mühendisliği / ASELSAN
MGEO Grup Başkanlığı

Ürün Geliştirme Sürecinde Bilgisayar Destekli Yazılımların Kullanımı ve Önemi
Günümüzde, başta otomotiv ve savunma sanayisi olmak üzere, artan rekabet ve gerek iç piyasada gerekse dış piyasada pazar payı oluşturma yarışı, firmaların farklılık yaratması için zorlayıcı bir faktör olmuştur. Böyle bir ortamda, firmalar, ürün geliştirme süreçlerini etkin bir şekilde yönetmek zorundadırlar. Ürün geliştirme süreci, geleneksel (Şekil 1) ve modern (Şekil 2) olmak üzere ikiye ayrılabilir.

Şekil 1. Geleneksel ürün geliştirme süreci.
Geleneksel süreçte, yapılan her tasarım sonunda prototip üretim yapılarak, isterlerin karşılanıp karşılanmadığı, değerlendirme testleri sonucunda belirlenmekte; istenen performansın elde edilememesi durumunda ise tasarım sürecine geri dönülüp tasarım değişikliği ve onu takip eden prototip üretime geçilmekte ve süreç, bu döngü takip edilerek tamamlanmaktadır. Her tasarımın değerlendirilmesi için sürekli prototip üretime gerek duyulmakta; bu durum da hem zaman kaybına hem de maliyet artışına yol açmaktadır.

Günümüz koşullarında, bu tarz bir yaklaşım kabul edilemez olsa da hâlen bu yöntemi kullanan birçok firma mevcuttur.

Etkin bir şekilde kullanılan bilgisayar destekli tasarım (Computer Aided Design / CAD) ve bilgisayar destekli mühendislik (Computer Aided Engineering / CAE) süreci sayesinde, prototip sayısı azaltılarak hem zaman hem de maliyet düşürülmesi ve ilk seferde doğru tasarım yapılması sağlanabilmektedir. Bu yöntem, günümüzün modern ürün geliştirme süreci olarak kabul edilmektedir.


Şekil 2. Modern ürün geliştirme süreci.
Bilgisayar destekli yazılımlar kullanılarak parça, birim veya mekanizmanın gerçek koşullarda maruz kaldığı yüklemeler sonucunda nasıl davrandığı; her tasarım aşamasında aşağıdan yukarıya doğru çıkan mühendislik uygulama piramidinde olduğu gibi, uygulanıp çok hızlı bir şekilde belirlenmektedir.Bu süreçte, iyileştirmeye gerek duyuluyor ise ne yönde bir iyileştirme yapılacağı net şekilde görüldüğünden, çözüme hızlı bir şekilde ulaşılabilmektedir.
Böylelikle istenen eniyileme (optimizasyon) yapılarak belirlenen hedeflere ulaşılması sağlanmakta ve ilk seferde doğru tasarım elde edilmiş olmaktadır.


Şekil 3. Bilgisayar Destekli Mühendislik Uygulama Piramidi.
Çoklu-fizik sonlu elemanlar analiz yazılımları, hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımları vb. yazılımlar kullanılarak ısı transfer analizi, titreşim analizi, mukavemet analizi, düşürme analizi, yorulma analizi, mekanizma dinamiği analizi ve elektromanyetik uyumluluk analizi gibi belli başlı analizler gerçekleştirilerek eniyilenmiş tasarıma ulaşılması mümkündür.

Artan rekabet, firmaları; maliyet, ağırlık, ürünün pazara girme süresi, ürün ömrü ve güvenilirlik gibi parametreleri eniyilemeye zorlamaktadır. Mühendislik çalışmaları, bilgisayar destekli mühendislik yazılımları kullanılarak sanal ortamda yapılacak eniyileme ile en uygun tasarıma ulaştırılmalı ve bu çalışma tamamlandıktan sonra, üretime geçmelidir. Eniyileme çalışması öncesinde, tüm sistemden / üründen beklentiler, başka bir deyişle gereksinimler net bir şekilde ortaya koyulmalı; üzerinde değişiklik yapılacak olan (iyileştirilebilecek) parametreler ve tasarım kriterlerinin doğru bir şekilde sistem mühendisliği tarafından belirlenmesi gerekmektedir. Sistem mühendisliği, bu süreçte hem ürün tasarımını şekillendiren gereksinimleri ortaya koyan hem de ilgili tasarım paydaşlarına gerekli girdileri / isterleri sağlayan çift yönlü bir mühendislik disiplini olarak karşımıza çıkmaktadır. Şekil 4’te, tokluk (rigidity) ve ağırlık açısından uygulanan eniyileme (optimization) çalışmasına örnek verilmiştir.

Bilgisayar Destekli Yazılım Başrolde


Bilgisayar destekli mühendislik uygulamalarında önemli bir yer tutan simülasyon tipi de yorulma analizleridir. Mekanik parçalarda meydana gelen hasarların önemli bir kısmının yorulma kaynaklı olduğu bilinmektedir. Bu nedenle dinamik yapılar için tasarlanan parçaların yorulma ve ömür
analizlerinin / testlerinin yapılması elzemdir. Ömür analizlerinin gerçek prototipler üzerinde yapılması, çok maliyetli olmakta ve fazla zaman almaktadır. Bilgisayar ortamında ise bu sorun, rahatlıkla ortadan kaldırılabilmektedir.
Yorulma analizleri ile yapının ömür tayini kolaylıkla yapılabilmekte; iyileştirilmesi gereken kısımlar görülebilmekte ve CAD/CAE kullanılarak istenen ömür hedefine sanal ortamda ulaşılabilmektedir. Sanal ortamda elde edilen sonuçların, elbette gerçek prototip üzerinde test edilerek de simülasyonların doğrulanması gerekmektedir. Bu tür çalışmalar ile belirgin oranda zaman ve iş gücü tasarrufu sağlamak mümkündür.

Simülasyon ve analiz araçları, savunma sanayisi uygulamalarında da geniş oranda kullanılmakta; özellikle daha ağır gereksinimler içeren askeri standartların sağlanmasında; sorunların ya da iyileştirilmesi gereken parametrelerin erken aşamada belirlenmesine katkıda bulunmaktadır. Örnek olarak, zırhlı araçlara yönelik olarak geliştirilen atış kontrol sistemlerinin denetleç tasarımı, eniyileştirilmesi ve stabilizasyon performansının hesaplanması konularında, simülasyonların, hem zaman hem de maliyet açısından çok olumlu katkı sağladığını söylenebilir. Şekil 5’te bir ana muharebe tankının namlu ve kulesini yönlendirmede kullanılan denetlece ait simülasyona örnek verilmiştir. Bu simülasyonlarda, sonlu elemanlar analiz programı, mekanizma dinamiği analiz programı ile sayısal hesaplama ve programlama dili birlikte kullanılmıştır.

Şekil 5. Ana muharebe tankı stabilizasyon simülasyonu.
Bilgisayar destekli mühendislik uygulamalarıyla önemli kazançlar elde etmek ve rekabetçi ortamda bir adım öne geçebilmek için, elbette ki belli başlı yatırımlara ihtiyaç duyulur. Bunlar, nitelikli iş gücü ile simülasyon ve test altyapısıdır. Bilgisayar destekli mühendislik araçlarını etkin bir şekilde kullanabilmek için, hem akademik altyapısı iyi hem de bu araçları kullanabilecek yetişmiş ve tecrübeli insan kaynağına ihtiyaç vardır. Etkin bir Ar-Ge ve insan kaynakları yönetimi sayesinde, bu ihtiyaçlar karşılanabilmektedir. Nitelikli mühendis ve tasarım personeli, Ar-Ge’ye önem veren ülkelerde, firmalar ve üniversitelerin birlikte çalışmaları ile yetiştirilmekte ve doğrudan çalışma hayatına kazandırılmaktadır. İkinci unsur, simülasyon altyapısının oluşturulmasıdır. Firmalar, kendi ihtiyaçları doğrultusunda, gerek duyacakları yazılımları, detaylı araştırmalar sonucunda belirlemeli ve bunları temin yoluna gitmelidir. Son olarak, test altyapısı gelmektedir. Elde edilen simülasyon sonuçları, seri üretime geçilmeden önce, gerçek prototipler üzerinde doğrulanmalıdır. Bunun için uygun test altyapısına ihtiyaç vardır. Test altyapısı kurmak ya da bu tür hizmetleri veren firmalardan destek almak da bir çözüm olabilir. Maliyet açısından uygun yöntemin, firma yöneticileri tarafından değerlendirilmesi gerekmektedir.

Günümüzde, simülasyon ve analiz, tasarım süreçlerinin ayrılmaz parçası olmakta; zaman ve işgücü tasarrufu sağlamasının maliyet düşürücü etkisi nedeni ile de gün geçtikçe küçükten büyüğe, Ar-Ge faaliyetleri yürüten tüm firmalarda daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle, kullanıcı ihtiyaçlarının çok hızlı geliştiği ve değiştiği; sektörden sektöre farklılık gösterse de ürün yaşam döngüsü içinde güvenilirliğin / idame edilebilirliğin önemli bir etken haline geldiği çağımızda, firmaların simülasyon tekniklerini ve araçlarını kullanmadan pazarın ihtiyacını karşılamasının mümkün olmayacağı değerlendirilmektedir.

Kaynaklar:
1. Manfred Fritsch, “An Integrated Optimization System For ANSYS Workbench Based on ACT”, Automotive Simulation World Congress, 2012.