Natura daje nam wiele impulsów
Wywiad z dr inż. Matthiasem Teschnerem, szefem działu symulacji, o szansach bioniki w firmie MANN+HUMMEL.
- Panie dr. Teschner, jest Pan odpowiedzialny w MANN+HUMMEL za bionikę. Ma Pan nadzieję, że natura dostarczy technice filtracji tak genialnych rozwiązań, jak zapięcie na rzepy?
Byłby to naturalnie szczęśliwy traf, którego nie da się zaplanować. Są jednak w naturze liczne przykłady filtracji, które jeszcze nie zostały zbadane. Uzębienie waleni, skorupiaki, różne korale i gąbki, muszle i ostrygi. To wszystko są filtry i byłoby ciekawym móc zbadać ich funkcjonalność. Znalazłoby się już kilka zastosowań, które po odpowiednim przygotowaniu można by wykorzystać.
- Gdzie MANN+HUMMEL dzisiaj wykorzystuje wiedzę z zakresu bioniki?
Największe znaczenie ma dla nas przeniesienie strategii optymalizacji w obszary miejsc stwarzających szczególne problemy. Ewolucja pokazała, że jest w stanie z reguły znaleźć optymalne rozwiązania jak silny tygrysi pazur, czy izolujące futro niedźwiedzia polarnego. Drogę ewolucji takich rozwiązań można dzisiaj poddać symulacji komputerowej i posuwać naprzód optymalizację budowy poszczególnych elementów. Nie kopiujemy samej natury, jak w przypadku rzepów, a wykorzystujemy jej metody, aby dojść do lepszych produktów. Ma to tę zaletę, że
możemy wykorzystać pewne mechanizmy przy konstrukcji elementów budowy.
- O co chodzi przy optymalizacji budowy według wzoru ewolucji?
Jeśli np. spojrzymy na rurę dolotową, to stwierdzimy, że jest mało powierzchni, które lokalnie podlegają dużym obciążeniom, podczas gdy większość powierzchni jest mniej obciążana. Jest przy tym jasne, że w pierwszym rzędzie zużyciu będą podlegały te elementy, w których zachodzą ekstremalne naprężenia. Inaczej mówiąc: jeśli uda mi się te powierzchnie polepszyć, to mogę tym samym znacząco wydłużyć trwałość danej części. Tzn. muszę zgromadzić więcej materiału tylko w określonych miejscach i tylko przy możliwie ograniczonym przyroście masy części ponadnormatywnie wydłużyć jej trwałość.
- Dlaczego tego rodzaju optymalizacje są tak ważne dla MANN+HUMMEL?
Przy wykorzystaniu metod wspomaganej komputerowo optymalizacji (CAO) mamy możliwość usuwania lokalnie słabych miejsc w częściach poprzez ich optymalne uformowanie, aby uzyskać wysoką statyczność i dynamiczną trwałość. To rozumiemy pod konstruowaniem tworzyw sztucznych: stosować tworzywo sztuczne tam, gdzie go potrzebuję i usuwać stamtąd, gdzie działa ono jako zbędny balast. Prowadzi to w efekcie do tego, że możemy kupować mniej surowców, części są lżejsze, mamy ograniczone koszty produkcji, a nasi klienci mają lżejsze części, co pozytywnie oddziałowuje na cały samochód i zużycie paliwa.
Tylne koło BMW: tygrysi pazur uformowany jest w kształcie logarytmicznej spirali, która nie pęka przy wysokich obciążeniach. To osiągnięcie natury wykorzystali inżynierowie BMW dla optymalnej struktury szprych w kołach motocykla K 1200.
- Dlaczego niezbędny jest taki nakład, aby usunąć słabe miejsca w komponentach. Przecież może Pan również zwiększyć jedynie grubość ścian?
Oczywiście możemy to zrobić i grubość ścian naszych części zwiększyć z 2,5 do 3,5 mm. Miałoby to prawdopodobnie zbliżony efekt mechanicznego obciążenia. Z drugiej jednak strony, musielibyśmy zużyć więcej materiału, co z kolei w produkcji wywołałoby dłuższe czasy produkcji, a co za tym idzie zwiększenie jej kosztów.
Jeżeli odnajdziemy lokalnie słabe punkty, to piękne w tym wszystkim jest to, że z reguły niezbędne są małe zmiany, a części mogą być konstruowane cienkościankowo. Musimy mieć na względzie fakt, że im więcej zgrubień w danej części, tym wolniej schładza się materiał, tym dłużej trwa cykl produkcyjny. Dlatego jest ogromnie ważne, byśmy znaleźli w części te miejsca, które są szczególnie łamliwe i mogli je za pomocą możliwie małego nakładu materiału ulepszyć. Ciągnie się to jak czerwona nić od rozwoju, przez próby, aż do produkcji, o ile konsekwentnie stosuje się te zasady.
- Czy zdarza się, że wykorzystując swoją metodę coś Pan przeocza?
Oczywiście, musimy to przyznać, że nie wszystko znajdujemy. Nie możemy oceniać każdego kąta danej części, tylko musimy patrzeć, aby odnaleźć najsłabsze miejsca, by móc je poprawić. Czasami coś przeleci przez raster, co odkrywa się podczas późniejszych prób. Ale w takim wypadku szybko jesteśmy w stanie znaleźć pasujące rozwiązanie i z góry usunąć problem.
- Czy bionika – poprzez kopiowanie i optymalizowanie – ma w przyszłości jeszcze jakiś potencjał?
Przed strategią optymalizacji bioniki widzę inny ciekawy punkt, jak uda się nam właściwie wykorzystać idee i impulsy bioniczne w procesach konstrukcyjnych. Celowe skanowanie natury bez wątpienia może dać nam wiele impulsów, trzeba je tylko ze zrozumieniem odczytać i wykorzystać. To nad czym teraz pracujemy, to właściwie poprawa i optymalizacja istniejących rozwiązań aż do poprawy właściwości. Jednak nie rozwinęliśmy niczego kompletnie nowego. Widzę jeszcze duży potencjał w zasobach zasad i idei bioniki, jakie mogliby wykorzystać konstruktorzy.
- Czy może Pan już dzisiaj kolegom z działu konstrukcji służyć pomocą i nowymi rozwiązaniami?
Nie mamy jeszcze dzisiaj katalogu, do którego mogliby zajrzeć konstruktorzy, by znaleźć gotowe rozwiązania dla nowych pomysłów. Nie wszystko co zachodzi w naturze już zrozumieliśmy i udokumentowaliśmy. W pierwszym rzędzie chodzi o to, by przygotować do wykorzystania pewne idee. Przed nami jednak jeszcze długa droga, ale jest to w tej chwili jedyna możliwość. Jeśli chce się dalej pracować w tym kierunku, trzeba zainwestować w podstawy, by móc zbierać potem żniwo.
- Czy uważa Pan, że możliwe jest, iż kiedykolwiek bionika potknie się o innowacje?
Według mnie, zastosowania bioniki, o ile będą one właściwie wykorzystane, mogą z pewnością bardzo dobrze wspierać innowacje i być może uda się wykorzystać to czy tamto, o czym jeszcze nawet nie myślimy. Jedno jest pewne, największą zdobyczą natury jesteśmy my sami. To jak myślimy i pracujemy jest również częścią tej ewolucji. Powstaliśmy według tych samych zasad. Tylko prawdopodobnie kiedyś
zapomnieliśmy przyjmować rzeczy nas otaczające tak, aby wyciągać z nich optymalne korzyści. Być może na podstawie naszych wiadomości wydaje się nam, że wszystko możemy zmienić, a w pewnych rzeczach staliśmy się wręcz aroganccy. Czasami z pewnością nam to przeszkadza.
- Czy spostrzega upatruje Pan bionikę jako pole, na którym znajdują się punkty styczne między niemieckim ośrodkiem gospodarczym a gospodarką międzynarodową?
Nie możemy egzystować bez innowacji, ponieważ inne kraje mogą korzystnie produkować dużo lepiej, aniżeli my. Naszą szansą jest ucieczka do przodu. Niemcy w zakresie bioniki pełnią rolę sługi jadącego konno przed powozem, tak że poruszamy się w stosunku do konkurencji z pewnym wyprzedzeniem. Być może także dla MANN+HUMMEL przyniesie to określone profity.
Dr inż. Matthias Teschner, szef symulacji w MANN+HUMMEL: “W bionice tkwi dla nas wiele impulsów”.
Zdjęcia:
COPY RIGHTS BY MANN+HUMMEL
Wywiad z dr inż. Matthiasem Teschnerem, szefem działu symulacji, o szansach bioniki w firmie MANN+HUMMEL.
- Panie dr. Teschner, jest Pan odpowiedzialny w MANN+HUMMEL za bionikę. Ma Pan nadzieję, że natura dostarczy technice filtracji tak genialnych rozwiązań, jak zapięcie na rzepy?
Byłby to naturalnie szczęśliwy traf, którego nie da się zaplanować. Są jednak w naturze liczne przykłady filtracji, które jeszcze nie zostały zbadane. Uzębienie waleni, skorupiaki, różne korale i gąbki, muszle i ostrygi. To wszystko są filtry i byłoby ciekawym móc zbadać ich funkcjonalność. Znalazłoby się już kilka zastosowań, które po odpowiednim przygotowaniu można by wykorzystać.
- Gdzie MANN+HUMMEL dzisiaj wykorzystuje wiedzę z zakresu bioniki?
Największe znaczenie ma dla nas przeniesienie strategii optymalizacji w obszary miejsc stwarzających szczególne problemy. Ewolucja pokazała, że jest w stanie z reguły znaleźć optymalne rozwiązania jak silny tygrysi pazur, czy izolujące futro niedźwiedzia polarnego. Drogę ewolucji takich rozwiązań można dzisiaj poddać symulacji komputerowej i posuwać naprzód optymalizację budowy poszczególnych elementów. Nie kopiujemy samej natury, jak w przypadku rzepów, a wykorzystujemy jej metody, aby dojść do lepszych produktów. Ma to tę zaletę, że
możemy wykorzystać pewne mechanizmy przy konstrukcji elementów budowy.
- O co chodzi przy optymalizacji budowy według wzoru ewolucji?
Jeśli np. spojrzymy na rurę dolotową, to stwierdzimy, że jest mało powierzchni, które lokalnie podlegają dużym obciążeniom, podczas gdy większość powierzchni jest mniej obciążana. Jest przy tym jasne, że w pierwszym rzędzie zużyciu będą podlegały te elementy, w których zachodzą ekstremalne naprężenia. Inaczej mówiąc: jeśli uda mi się te powierzchnie polepszyć, to mogę tym samym znacząco wydłużyć trwałość danej części. Tzn. muszę zgromadzić więcej materiału tylko w określonych miejscach i tylko przy możliwie ograniczonym przyroście masy części ponadnormatywnie wydłużyć jej trwałość.
- Dlaczego tego rodzaju optymalizacje są tak ważne dla MANN+HUMMEL?
Przy wykorzystaniu metod wspomaganej komputerowo optymalizacji (CAO) mamy możliwość usuwania lokalnie słabych miejsc w częściach poprzez ich optymalne uformowanie, aby uzyskać wysoką statyczność i dynamiczną trwałość. To rozumiemy pod konstruowaniem tworzyw sztucznych: stosować tworzywo sztuczne tam, gdzie go potrzebuję i usuwać stamtąd, gdzie działa ono jako zbędny balast. Prowadzi to w efekcie do tego, że możemy kupować mniej surowców, części są lżejsze, mamy ograniczone koszty produkcji, a nasi klienci mają lżejsze części, co pozytywnie oddziałowuje na cały samochód i zużycie paliwa.
Tylne koło BMW: tygrysi pazur uformowany jest w kształcie logarytmicznej spirali, która nie pęka przy wysokich obciążeniach. To osiągnięcie natury wykorzystali inżynierowie BMW dla optymalnej struktury szprych w kołach motocykla K 1200.
- Dlaczego niezbędny jest taki nakład, aby usunąć słabe miejsca w komponentach. Przecież może Pan również zwiększyć jedynie grubość ścian?
Oczywiście możemy to zrobić i grubość ścian naszych części zwiększyć z 2,5 do 3,5 mm. Miałoby to prawdopodobnie zbliżony efekt mechanicznego obciążenia. Z drugiej jednak strony, musielibyśmy zużyć więcej materiału, co z kolei w produkcji wywołałoby dłuższe czasy produkcji, a co za tym idzie zwiększenie jej kosztów.
Jeżeli odnajdziemy lokalnie słabe punkty, to piękne w tym wszystkim jest to, że z reguły niezbędne są małe zmiany, a części mogą być konstruowane cienkościankowo. Musimy mieć na względzie fakt, że im więcej zgrubień w danej części, tym wolniej schładza się materiał, tym dłużej trwa cykl produkcyjny. Dlatego jest ogromnie ważne, byśmy znaleźli w części te miejsca, które są szczególnie łamliwe i mogli je za pomocą możliwie małego nakładu materiału ulepszyć. Ciągnie się to jak czerwona nić od rozwoju, przez próby, aż do produkcji, o ile konsekwentnie stosuje się te zasady.
- Czy zdarza się, że wykorzystując swoją metodę coś Pan przeocza?
Oczywiście, musimy to przyznać, że nie wszystko znajdujemy. Nie możemy oceniać każdego kąta danej części, tylko musimy patrzeć, aby odnaleźć najsłabsze miejsca, by móc je poprawić. Czasami coś przeleci przez raster, co odkrywa się podczas późniejszych prób. Ale w takim wypadku szybko jesteśmy w stanie znaleźć pasujące rozwiązanie i z góry usunąć problem.
- Czy bionika – poprzez kopiowanie i optymalizowanie – ma w przyszłości jeszcze jakiś potencjał?
Przed strategią optymalizacji bioniki widzę inny ciekawy punkt, jak uda się nam właściwie wykorzystać idee i impulsy bioniczne w procesach konstrukcyjnych. Celowe skanowanie natury bez wątpienia może dać nam wiele impulsów, trzeba je tylko ze zrozumieniem odczytać i wykorzystać. To nad czym teraz pracujemy, to właściwie poprawa i optymalizacja istniejących rozwiązań aż do poprawy właściwości. Jednak nie rozwinęliśmy niczego kompletnie nowego. Widzę jeszcze duży potencjał w zasobach zasad i idei bioniki, jakie mogliby wykorzystać konstruktorzy.
- Czy może Pan już dzisiaj kolegom z działu konstrukcji służyć pomocą i nowymi rozwiązaniami?
Nie mamy jeszcze dzisiaj katalogu, do którego mogliby zajrzeć konstruktorzy, by znaleźć gotowe rozwiązania dla nowych pomysłów. Nie wszystko co zachodzi w naturze już zrozumieliśmy i udokumentowaliśmy. W pierwszym rzędzie chodzi o to, by przygotować do wykorzystania pewne idee. Przed nami jednak jeszcze długa droga, ale jest to w tej chwili jedyna możliwość. Jeśli chce się dalej pracować w tym kierunku, trzeba zainwestować w podstawy, by móc zbierać potem żniwo.
- Czy uważa Pan, że możliwe jest, iż kiedykolwiek bionika potknie się o innowacje?
Według mnie, zastosowania bioniki, o ile będą one właściwie wykorzystane, mogą z pewnością bardzo dobrze wspierać innowacje i być może uda się wykorzystać to czy tamto, o czym jeszcze nawet nie myślimy. Jedno jest pewne, największą zdobyczą natury jesteśmy my sami. To jak myślimy i pracujemy jest również częścią tej ewolucji. Powstaliśmy według tych samych zasad. Tylko prawdopodobnie kiedyś
zapomnieliśmy przyjmować rzeczy nas otaczające tak, aby wyciągać z nich optymalne korzyści. Być może na podstawie naszych wiadomości wydaje się nam, że wszystko możemy zmienić, a w pewnych rzeczach staliśmy się wręcz aroganccy. Czasami z pewnością nam to przeszkadza.
- Czy spostrzega upatruje Pan bionikę jako pole, na którym znajdują się punkty styczne między niemieckim ośrodkiem gospodarczym a gospodarką międzynarodową?
Nie możemy egzystować bez innowacji, ponieważ inne kraje mogą korzystnie produkować dużo lepiej, aniżeli my. Naszą szansą jest ucieczka do przodu. Niemcy w zakresie bioniki pełnią rolę sługi jadącego konno przed powozem, tak że poruszamy się w stosunku do konkurencji z pewnym wyprzedzeniem. Być może także dla MANN+HUMMEL przyniesie to określone profity.
Dr inż. Matthias Teschner, szef symulacji w MANN+HUMMEL: “W bionice tkwi dla nas wiele impulsów”.
Zdjęcia:
COPY RIGHTS BY MANN+HUMMEL
Komentarze (0)