jump to content

ASTUTE 2020 – Y Diweddaraf Medi 2020

Yma yn ASTUTE 2020, gallwn ni gefnogi eich busnes trwy’r cyfnod hwn o ansicrwydd. Gall ein hacademyddion ac arbenigwyr technegol o safon fyd-eang  ledled ein partneriaeth Prifysgolion Cymru gryf eich cefnogi chi trwy weithgareddau ymchwil ac arloesedd. Os hoffech chi drafod cyfleoedd ar gyfer gweithio gyda ni e.e. i addasu eich dulliau cynhyrchu er mwyn datblygu atebion sy’n cefnogi’r frwydr yn erbyn pandemig COVID-19, e-bostiwch ni 

ASTUTE 2020 (Cymraeg)

O’r Cyfnod Clo i Adferiad: Deall Rhyngweithio ac Effeithiau Perfformiad Cynnyrch/Prosesau trwy Ymchwil Gyfrifiadurol gydag ASTUTE 2020

O’r Cyfnod Clo i Adferiad: Deall Rhyngweithio ac Effeithiau Perfformiad Cynnyrch/Prosesau trwy Ymchwil Gyfrifiadurol gydag ASTUTE 2020

17/11/2020


Mae gwella prosesau gweithgynhyrchu a chynnyrch a weithgynhyrchwyd yn aml yn galw am arbrofi. Ynghyd â dull gweithredu ‘profi a methu’ drudfawr, gall hon fod yn broses hir gyda chanlyniad ansicr. Mae Modelu Cyfrifiadurol yn offeryn hanfodol sy’n gallu cynyddu dealltwriaeth o brosesau a chynnyrch cymhleth. Yn yr erthygl hon, rydym ni’n edrych yn benodol ar Ddeinameg Hylif Gyfrifiannol (CFD) a sut gall hynny gefnogi busnes gweithgynhyrchu i ddeall prosesau a chynnyrch cymhleth.

Deinameg Hylif Gyfrifiannol ar gyfer Gweithgynhyrchu – Beth mae hynny’n ei Olygu a Beth sydd dan Sylw?

Mae hylifau’n bresennol ym mhob sector gweithgynhyrchu, o foduron i ynni i broses i adeiladu, i enwi ychydig yn unig. Mae deall y berthynas rhwng llif hylif a pherfformiad proses weithgynhyrchu yn bwysig iawn i wella’r broses ddylunio a chreu proses newydd, fwy effeithlon a chynaliadwy o bosibl. Er mwyn mesur effaith llif hylif ar brosesau gweithgynhyrchu mae dull hyblyg sy’n gallu modelu llif hylif yn dra-chywir, a darparu gwybodaeth fanwl ynghylch sut mae llif yr hylif yn effeithio ar brosesau gweithgynhyrchu. Yr enw ar y dull hwn yw ‘Deinameg Hylif Gyfrifiannol’ (CFD).

Mae CFD yn gangen o fecaneg hylifol sy’n defnyddio dadansoddi rhifyddol, strwythurau data a chyfrifiaduron i ddatrys yr hafaliadau gan ddisgrifio llif yr hylifau. Mae CFD yn offeryn sydd â hyblygrwydd, cywirdeb ac ehangder rhyfeddol o ran cymhwysiad, megis llif laminaidd a thyrfol, hylifau cywasgadwy ac anghywasg, llifoedd amlwedd, trosglwyddo gwres a màs, ac adweithiau cemegol. 

Mae’r diagram isod yn dangos gwahanol gyfnodau efelychiad CFD. Mae’n cychwyn gyda CAD o’r parth hylifol yn y broses sydd i’w modelu. Y cam nesaf yw rhwyllo’r parth hylifol, h.y. ei rannu’n gelloedd neu elfennau lle caiff y llif a’r ffenomena cysylltiedig, megis trosglwyddo gwres, eu datrys. Pan fydd y rhwyllwaith yn barod, y cam nesaf yw adeiladu’r model CFD trwy ddewis y ffiseg proses priodol (megis trosglwyddo gwres, llif amlwedd, tyrfedd... etc.), pennu amodau ffiniau, diffinio amodau gweithredu a dethol y math o efelychiad (cyflwr sefydlog neu fyrhoedlog). Cyn troi at y datrysydd, caiff y parth hylifol ei sbarduno, pennir y maen prawf cydgyfeiriant, a dewisir nifer y creiddiau a fydd yn dadansoddi’r rhifau. Y cam nesaf fydd datrys hafaliadau’r model CFD. Y cam olaf fydd ôl-brosesu canlyniadau’r efelychiad i dynnu’r wybodaeth angenrheidiol o’r parth hylif a’u dehongli.

Cyfnodau efelychiad CFD

Gallai’r deilliant ôl-brosesu gael ei ddefnyddio i wella dyluniad y broses trwy newid y geometreg ac ailadrodd camau dilynol y parth hylifol. Bydd y broses iterus hon yn parhau nes bod dyluniad addas wedi’i gyrraedd.

Mae sawl pecyn meddalwedd CFD ar gael, mewn dau gategori: masnachol neu ffynhonnell agored. Y pecyn masnachol a ddefnyddir ehangaf yw ANSYS CFD ac mae’n cynnwys dau ddatrysydd: CFX a Fluent. Mae CFX yn ddatrysydd elfen feidraidd cell-fertig, ac mae Fluent yn ddatrysydd cyfaint meidraidd cell-ganolog. Y pecyn CFD ffynhonnell agored a ddefnyddir ehangaf yw OpenFOAM, datrysydd cyfaint meidraidd cell-ganolog. Mae’r holl becynnau hyn yn rhedeg o dan systemau gweithredu Windows a Linux. Mae gan dîm CFD ASTUTE 2020 arbenigedd manwl yn y tri phecyn uchod ar sail profiad o gymwysiadau eang i heriau bywyd go iawn.

Sut gall CFD gynyddu Dealltwriaeth o Faterion a Heriau mewn Prosesau Cymhleth

Gall CFD gynyddu dealltwriaeth o brosesau cymhleth trwy wneud y canlynol:

  • Darparu gwybodaeth fanwl ar draws y parth hylifol. Gallai gwybodaeth o’r fath fod yn anodd iawn, ac o ganlyniad yn ddrud iawn, neu’n amhosibl ei sicrhau mewn prosesau bywyd go iawn oherwydd geometreg gymhleth, dimensiynau dyfeisiau, amodau gweithredu heriol/garw, deunyddiau adeiladu.
  • Caniatáu i’r defnyddiwr gynnal dadansoddiad sensitifrwydd i archwilio pa newidynnau proses sy’n cael yr effaith fwyaf ar berfformiad y broses, a chynorthwyo’r defnyddiwr i gynllunio mesurau lliniaru os bydd perfformiad y broses yn dirywio neu os bydd y broses yn mynd yn anniogel.
  • Caniatáu i’r defnyddiwr lunio sefyllfaoedd ‘beth petai’ er mwyn penderfynu a fydd proses yn methu. Mae gwybodaeth o’r fath yn ddefnyddiol iawn wrth benderfynu a yw’r broses yn ddiogel neu beidio.

Sut gall Arbenigedd ASTUTE 2020 ym maes CFD fod o fudd i’r Diwydiant Gweithgynhyrchu yng Nghymru?

Gall CFD fod o fudd i’r Diwydiant Gweithgynhyrchu yng Nghymru mewn gwahanol ffyrdd:

  • Arbed arian: Cadw nifer y prototeipiau sy’n cael eu hadeiladu i isafswm.
  • Arbed amser: Llwybr cyflymach i’r farchnad gyda dyluniadau optimwm.
  • Cynyddu arloesedd: Profi technolegau amgen arloesol a allai newid popeth.

Sut mae CFD yn digwydd / Sut gall CFD ddigwydd o Bell?

Cefnogir galluoedd modelu ASTUTE 2020 trwy adnoddau a thechnegau cyfrifiadurol lefel uwch a meddalwedd wedi’i deilwra. Mae modd cymhwyso’r technegau uwch hyn i amrywiaeth o sefyllfaoedd gweithgynhyrchu a chynnyrch ar draws amrywiaeth o sectorau, a gellir eu cyrchu o bell i addasu ffeiliau CAD, creu modelau CFD, cynnal efelychiadau a deilliannau efelychiadau wedi’r broses.

Ar hyd y cyfnod hwn o ansicrwydd, mae angen i ymchwil, datblygu ac arloesedd fod ar flaen cynlluniau gweithgynhyrchwyr ar gyfer twf yn y dyfodol. Gall ASTUTE 2020 gydweithio â gweithgynhyrchwyr o bell i helpu i arbed arian yn achos sefyllfaoedd profi a methu drud, i ddileu risgiau newid, ac i gryfhau busnesau i’r dyfodol.

Sut mae arbenigedd ASTUTE 2020 yn ymgorffori’r dechnoleg hon i’r Sector Gweithgynhyrchu yng Nghymru?

Darlun o MiniVAD™ Calon wedi’i fewnblannu yn fentrigl chwith y galon (chwith) a’r system MiniVAD™ lawn: pwmp, rheolydd sy’n cynnwys dyfeisiau monitro, batrïoedd a chebl (dde).

Astudiaeth Achos

Cyflwr yw Methiant ar y Galon lle mae’r galon yn dod yn llai effeithiol wrth bwmpio gwaed o amgylch y corff. Mae methiant ar y galon yn effeithio ar 26 miliwn o bobl ar draws y byd. Yn y Deyrnas Unedig mae 1 filiwn o achosion o fethiant ar y galon, y mae 150,000 ohonyn nhw’n ‘fethiant lefel uwch ar y galon’ a bob blwyddyn mae 60,000 achos newydd yn cael eu diagnosio. Methiant ar y galon yw prif achos marwolaeth yn y byd datblygedig.

Mae sawl dull o drin methiant ar y galon, yn cynnwys cyffuriau, dyfeisiau fel rheoliaduron, neu lawdriniaeth sy’n cynnwys trawsblaniad calon a dyfeisiau cymorth fentriglaidd (VADs).

Cyflwyniad

Sefydlwyd Calon Cardio-Technology Ltd. yn 2007 ac mae’n datblygu’r genhedlaeth nesaf o bwmpiau gwaed mewnblanadwy ar gyfer trin methiant cronig lefel uwch ar y galon, y MiniVAD™, Dyfais Fechan Cymorth Fentriglaidd.

Pwmp electro-fecanyddol yw VAD, sy’n cael ei ddefnyddio i gynorthwyo cylchrediad cardiaidd pobl y mae eu calonnau’n methu. Gall VADs wella ansawdd bywyd cleifion sydd â methiant lefel uwch ar y galon yn ddramatig. Gall cleifion sy’n gaeth i gadair olwyn yrru, beicio, mynd am droeon hir, a hyd yn oed fynd yn ôl i’r gwaith o fewn ychydig fisoedd. Mae tri math o VAD yn cael eu defnyddio:

  • LVAD: sy’n pwmpio gwaed o’r fentrigl chwith i’r aorta – y math mwyaf cyffredin.
  • RVAD: sy’n pwmpio gwaed o’r fentrigl dde i’r rhydweli ysgyfeiniol
  • BiVAD: sy’n cael ei ddefnyddio gyda’r ddau fentrigl

Mae gwahanol ddefnyddiau ar gyfer VADs, mae modd eu defnyddio ar gyfer cleifion sy’n:

  • Ymadfer wedi llawdriniaeth ar y galon neu drawiad ar y galon, “pont i adferiad” (tymor byr).
  • Aros am drawsblaniad calon, “pont i drawsblaniad” (tymor byr).
  • Ddim yn gymwys i gael trawsblaniad calon, “therapi cyrchfan” (tymor hir).

Lluniwyd MiniVAD™ Calon i fod yn ddyfais therapi cyrchfan, ac mae Calon yn ymroddedig i gymhwyso technolegau a dyluniadau newydd er mwyn cynhyrchu VAD sydd â manteision clir o’i gymharu â’r dulliau presennol, gan gynnwys llawdriniaeth sy’n llai ymwthiol, lefel isel o niwed i’r gwaed, llai o thrombysau’n cael eu ffurfio, a system reoli a optimeiddiwyd ar gyfer ansawdd bywyd.

Risgiau a Chyfleoedd

Mae VADs yn ddyfeisiau meddygol Dosbarth III ac maent yn achosi risg uchel i’r claf oherwydd eu bod mewn cysylltiad â gwaed y claf. Ymhlith y risgiau hyn mae llid, haint a thrombosis. Oherwydd eu bod yn ddyfais feddygol Dosbarth III, mae VADs yn destun mesurau rheoli llym cyn ac ar ôl mynd i’r farchnad. Yn ogystal â’r risgiau uchod i’r claf, mae risgiau busnes i’r fenter os bydd eu dyfais yn achosi problemau difrifol i’r claf. Er mwyn lliniaru’r risgiau hyn cynhaliwyd arbrofion helaeth yn y labordy i fesur perfformiad hydrolig a haemolytig y VAD, wedi’u cyplysu ag efelychiadau CFD lefelau uwch er mwyn adeiladu modelau o’r pwmp oedd mor realistig â phosibl.

Yn y sefyllfa bresennol sy’n bodoli o ran COVID-19, mae’r gwaith arbrofol wedi dod i ben, ac mae hynny wedi creu cyfle i CFD lenwi’r bwlch arbrofol a pharhau â’r gwaith angenrheidiol i optimeiddio perfformiad y pwmp trwy ddefnyddio modelau a ddatblygwyd yn gynharach ac a ddilyswyd gan waith arbrofol blaenorol. Gan fod modd gwneud gwaith CFD o bell, gallai efelychiadau gael eu cynnal pryd bynnag roedd angen. Bu’r efelychiadau o gymorth i Calon gyflawni’r nodau canlynol: 

  • Addasrwydd: darparu’r llif gwaed sy’n ofynnol i ystod eang o gleifion ar gyfer gwahanol lefelau gweithgaredd (e.e. cysgu, darllen, ymarfer corff).
  • Dibynadwyedd: gallu i weithredu’n gyson 24/7 ar hyd oes y claf.
  • Sefydlogrwydd: darparu gweithrediad heb ddirgryniadau a bron yn ddistaw.
  • Maint: bach ac ysgafn iawn i ffitio’n gyfforddus yn y galon a cheudod y frest.
  • Cost: lleihau cost gweithgynhyrchu yn sylweddol.
  • Niwed i’r gwaed: lleihau risg niwed i’r gwaed a ffurfio thrombysau.

Cewch ragor o wybodaeth am y gwaith ymchwil mae ASTUTE 2020 wedi bod yn ei wneud gyda Calon Cardio yma.

Gall ASTUTE 2020 gefnogi cwmnïau gweithgynhyrchu ar draws amrywiaeth o sectorau, megis awyrofod, moduron, cynhyrchu ynni, olew a nwy, dyfeisiau meddygol, electroneg, bwydydd, etc., gan ysgogi twf trwy gymhwyso technolegau peirianneg uwch i heriau gweithgynhyrchu, ac arwain at ymchwil flaengar ac arloesedd. Mae trefniadau cydweithio ASTUTE 2020 yn ysbrydoli cwmnïau gweithgynhyrchu i wella a lliflinio eu prosesau gweithgynhyrchu, y cynnyrch maen nhw’n eu gweithgynhyrchu a’u cadwyn gyflenwi, gan gynhyrchu nwyddau a gwasanaethau cynaliadwy, gwerth uwch, a dod â nhw i farchnad fyd-eang.

Mae rhaglen ASTUTE 2020 wedi cael ei hariannu’n rhannol gan Gronfa Datblygu Rhanbarthol Ewrop trwy Lywodraeth Cymru a’r Sefydliadau Addysg Uwch sy’n rhan ohoni.

Back