Innovatie in Nederland Daan Hulst Holland Engineering Consultants Kenniscentrum voor Ontwerpoptimalisatie Engineering > Engineering is het beroep, de discipline en kunst van het vergaren en gebruiken van wetenschappelijke, wiskundige, economische, sociale en praktische kennis om producten te ontwerpen en te produceren die zo een behoefte van de maatschappij vervullen. > Het engineering proces 1
Markt ontwikkelingen > Engineers staan onder druk om: Producten sneller te ontwikkelen Producten te maken die minder kosten Betere producten te maken die voldoen aan hogere eisen (overheid) Groenere producten te maken > Het makkelijkst is om varianten te maken vanuit een bestaand ontwerp. Waarom? Men kan terugvallen op de ervaring die men heeft met dit product en men kan voorspellen hoe het nieuwe product zich gedraagt. Markt ontwikkelingen > Het woord in marketing is Innovatie Google geeft 3.840.000 hits. Philips website geeft 1.224 hits. DSM geeft 964 hits en innovatie staat als onderwerp bovenaan hun website. Unilever geeft slechts 146 hits maar innovatie is ook als onderwerp direct vanaf hun homepage te vinden. > Innovatie is het invoeren van nieuwe ideeën, producten, diensten en processen. 2
Innovatieve Engineering(?) > Engineering: het ontwikkelen van nieuwe producten volgens een bepaald proces. > Innoveren: het invoeren van nieuwe ideeën, producten, diensten en processen. > Innovatieve Engineering : Iets nieuws produceren wat goedkoper, beter en sneller te maken is, waarbij men nieuwe ideeën, producten, diensten en processen toepast. > Holland Engineering Consultants (sinds 1982) (mission i statement) Bedrijven helpen een beter product in een kortere tijd te maken tegen lagere kosten door gebruik van simulatie gereedschappen Waarom Simulatie software > Simulatie is het nabootsen van (een deel van) de werkelijkheid waarbij men vaak kijkt naar specifiek gedrag of specifieke karakteristieken van een geselecteerd fysiek of abstract systeem. > Wil men echt goed gebruik maken van simulaties (CAE) zal men dit een cruciaal onderdeel moeten maken van het engineering proces. Hiermee kan men: > Meer inzicht krijgen (vroeg in het ontwerpstadium) > Werking > Maakbaarheid > Beter product > Tijd besparen > Geld besparen 3
Het nieuwe proces > Stap 1: Door middel van topologische optimalisatie een concept ontwikkelen > Stap 2: Dit concept detailleren binnen een (3D)CAD omgeving (Pro/ENGINEER) > Stap 3: Door middel van parametrische optimalisatie een concept virtueel testen, zowel de functionele eisen als de maakbaarheid. > Stap 4/5: Door middel van één prototype het gehele ontwerp valideren > Stap 6: Productie Stap 1 Wat is Topologisch optimaliseren? Determination of optimal principal material distribution for a given problem Aan de hand van Manufacturing Constraints Min/Max Member Size Draw Direction Extrusion Symmetry Pattern Repetition Cyclic Repetition 4
Topologische optimalisatie Conventional Optimized Optimization Conventional Driven Design Design Process Process Mass = 9.15 Kg Design Time: 3 Months Topologische optimalisatie Nieuwe technologie inzetbaar om een concept te ontwikkelen vanuit een ontwerpruimte, functionele eisen en maakbaarheid. Geeft snel nieuwe inzichten in vaak verassende nieuwe vormen voor een product. Verder te optimaliseren door gebruik te maken van traditionelere CAE aanpak. 5
Stap 2 > Het gebruiken van de verkregen blob vanuit de topologische optimalisatie als concept voor het verdere uitwerken van het ontwerp. > Dit kan dmv allerlei formats; Nastran, Iges, STL etc. Smooth Stap 3 > FEM: Finite Element methode > MBD: Multi Body Dynamics > CFD Computational Fluid Dynamics Maar ook spuitgieten > DEM Discrete Element Methode 6
Formula 2, Bernico International Doel: optimalisatie van de F2 2008 design: 97.6 Mph 2009 design: 103.6 Mph Some designs are hard to test, But easy to simulate Simulation stimulates radical innovation 3 boats were ordered on the spot Result: Coniston (UK) Record week, november 2009 First boat to crush the 100 Mph barrier Hoe kan HEC helpen? Levering software - en - consulting diensten Wij adviseren daar waar mogelijk software zelf te gebruiken om beter inzicht te krijgen in het eigen ontwerp. Wanneer de investering niet opweegt tegen de meerwaarde van deze kennis is uitbesteding mogelijk. Pilot projecten Optimalisatie studies Gesubsidieerde kennisoverdracht projecten met het M2i HEC is leverancier van: Altair Hyperworks (Optistruct, Hypermesh, Radioss) Mentor Graphics (FloEFD) Moldex3D (plastic spuitgieten) 7
institute M2i is a public-private partnership between the Dutch government, industry and academia. Each of them contributes about one-third to the M2i program aiming at the development of new materials for sustainable economic growth. 2 1
Technology & Market approach Aerospace Automotive Maritime Materials prod d. Energy & Pow wer Prof. & Consu umer Medical Civil Virtual Shaping and structural performance Multi-scale fundamentals of materials Processing technologies of functional materials High performance light-weight materials Tailor-made high-performance steels Durability Surfaces, interfaces and thin films Advanced joining and disassembly 3 Knowledge Application depends on the Absorption Capabilities of the Industry SME SME + Limited R&D Multinational Generic research result Knowledge absorption level Company size / Size of research department 4 2
SME valorization approach: AIDA Research Knowledge transfer Innovation Business FME Metaalunie FDP Syntens / HEC Know wledge TNO, NLR, BMS, HEC Others Market Awareness Interest Desire Action Example: Seminar Workshop Feasibility Implementation 5 SME valorization approach: AIDA Research Knowledge transfer Innovation Business Know wledge SME awareness projects: Display available knowledge 2008: 10 workshop 2009: 20 workshop / seminars 2010: 16 workshop / seminars ~1000 companies SME cluster projects: Connect knowledge with SME 2008: 2009: 21 projects 133 SME s 2010: 16 projects 79 SME s 212 companies (15% cash) Awareness Interest Desire Action Example: Seminar Workshop Feasibility Implementation 6 3
Participation HEC Cluster participation Find potentially interested SME companies Define project content with interested companies Execute Project (knowledge provider) Translate specific material behavior into material model relevant for application Translate process characteristics in a numerical model Interpretation of the results Formulating a business case Enable research tools for SMEs 7 Example: M2i and HEC Research Knowledge transfer Innovation Business Discrete Element Modeling: M2i / HEC Conferences HEC Events Demonstration Actual Implementation Discre ete element mode ling? Awareness Interest Desire Action Knowledge transfer Innovation 8 4
Innovation by simulation Discrete element modeling Celcius Key Technologies Hosokawa Kverneland NIDO RAVO Vryhof Anchors Virtual prototyping I Alewijnse CSI Kumbak Amusement Moba Merwede valves VDL-Klima Innalox Virtual prototyping II Nihot afvalverwerking Eurosilo Jongla MHD Magnets Boon Edam Sustainable Energy Products Virtual prototyping III PMB-Brulot Tooling Holland Vd Klooster Betronic T&S kilmaat techniek Continuation 1 Potential 2-3 Perhaps 3 Continuation 5 Perhaps 2 Continuation 4 Potential 1 Perhaps 1 Continuation 1 Potential 2-3 Perhaps 1 9 Common Objections against CAE > Simulations are too expensive Simulation software safes money. > Simulations take too much time Making prototypes take more time, especially if the first one fails. > Simulations acquire too much knowledge Most important are the boundary conditions of the product. A company should know these anyway. > Doing simulations is not our core business Working together with a company that has this as its core business is a proven concept. (research: Innovatie in de Nederlandse Industrie (Berenschot)) > We will just built us a prototype If the prototype fails its often unclear why it failed. Simulations will give more insight as to why it fails and this information can be used to work towards a working solution faster. > We will just make it a little bigger Resulting in a non-optimum design. > We have been doing this for years Then you are not innovating. But, all the more reason to use that knowledge together with simulations to develop a complete new solution. 5
Samenvatting M2i stimuleert innovatie in MKB met subsidie MKB kan state of the art technologie gebruiken Succesvolle kennisoverdracht Is meer dan het bijwonen van lezingen Vereist maatwerk Vereist commitment Vereist een budget M2i s doel kennisoverdracht projecten MKB is: MKB een mogelijkheid bieden om een gefundeerde beslissing te laten nemen over toepasbaarheid van de technologie. 11 6
Innalox wil graag weten hoeveel de oventemperatuur verhoogd zou kunnen worden zonder dat de veiligheid in het geding komt. Innalox plafond anker voor oven isolatie, kruip berekening De simulaties laten dan zien dat er in de huidige situatie, bij een oventemperatuur van 1600 C een levensduur van 7.6 jaar te verwachten is. Bij een temperatuur van 1680 C is de levensduur nog 1.2 jaar. De Shuttle Loop II track is geanalyseerd op de belangrijkste belastingen om de reactiekrachten op de funderingen te bepalen. Deze krachten zijn nodig voor het dimensioneren van de funderingen. Kumbak Analyse track Shuttle Loop II 8
Kumbak Kumbak Resultaat Men kon goed achterhalen welke krachten er nodig waren voor de fundering. Details uit de berekeningen gaven ook veel inzicht in de belastingsverdeling. 9
In this study we investigated if simulation and especially the Discrete Element Method (DEM) can help in improving sweeping efficiency. DEM helped improve the design. CFD was required, since the airflow plays a major role in the performance. The modified d suction nozzle performs better for sphere like particles than the original design The used aerodynamic models for the particle forces were still rather simple, but already give satisfying results. Nihot Afvalscheiding Doel: optimalisatie van de double drum afvalscheider Onderzochte varianten: Verschillende klepstanden Verschillende klepvormen Verschillende suskamerafmetingen Resultaat: Varianten met verschillende klep standen en vormen geven een goed beeld hoe de scheiding kan worden verbeterd 10
Boon Edam Windbelasting op draaideuren in gebouwen Resultaten: Wij zijn uitermate tevreden met de resultaten. In een relatief kort tijdsbestek hebben we meer inzicht gekregen in luchtstroming en winddrukken nabij onze draaideuren en hebben we onze vermoedens kunnen kwantificeren. Dit is in feite een nieuwe schakel tussen de Eurocode EN1991 en onze theoretische constructieberekeningen enerzijds, en de uitvoering van het werkelijke product anderzijds. Dirk Groot, Product Manager bij Boon Edam Boeters Ketel Constructie Stroming door oververhitter Resultaat: De simulatie heeft inzicht gegeven over de verdeling van het stoom door de pijpbundels en hoe dit verbeterd kan worden. 11
Unilever Results Temperature difference :45oC ->15oC Cooling time reduced d by 25% (from 4 to 3 sec) Save overall 4 mil. sec in production Saved 3 Million EURO in this project! Een beter ontwerp in een korte tijd? HEC kan u helpen! Seminars Hands-On Workshops Kennisoverdrachtprojecten Optimalisatie studies Software Training Holland Engineering Consultants bv Krijtwal 25 3432 ZT Nieuwegein Tel. (+31) 030 600 60 60 info@hecbv.nl www.hecbv.nl Innovatie vereist simulatie 12