Virtuální výlet do budoucnosti konstrukce

Chcete se proletět kabinou letadla nebo vlaku, projít motorem, zkusit řídit letadlo, zabrzdit vlak nebo zavřít a zamknou...


Chcete se proletět kabinou letadla nebo vlaku, projít motorem, zkusit řídit
letadlo, zabrzdit vlak nebo zavřít a zamknout dveře? Nebudeme hovořit o nových
akčních hrách, ale o virtuální realitě, jak ji dnes začíná využívat praxe, tedy
o technologiích, jako je Digital MockUp nebo Virtual Prototyping.
Virtuální realita se začíná prosazovat v leteckém a automobilovém průmyslu, kde
je nutné vyrobit několik prototypů. Výsledkem nasazení těchto technologií je
kompletní automobil nebo letadlo, které je neustále dostupné všem konstruktérům
a technikům podílejících se na vývoji. 3D virtuální automobil umožňuje nejen
jeho detailní prohlížení a prozkoumání modelů pro lepší pochopení tvarových
závislostí, ale i týmovou spolupráci skupiny odborníků nad jedním modelem.
Všechny tyto uvedené položky přispívají k rychlejšímu a hlavně kvalitnějšímu
rozhodování. Například zmiňovaný Digital MockUp je částí vývoje virtuálního
produktu, sloužící ke zjišťování vzájemných vztahů jednotlivých částí modelů.
Hry versus realita
Virtuální realita reálné zobrazení neexistujícího, známé především z oblasti
počítačových her, se začíná dost razantním způsobem prosazovat v technických
oborech. Konstruktéři využívají možnosti velmi dokonalého zobrazení
prostorových modelů, které jim dovoluje lepší pochopení tvaru, vzájemných
interakcí a prostorových závislostí jednotlivých modelů. Představte si
ergonomickou studii místa řidiče. Dříve než se vyrobí jediný navržený díl,
konstruktér má možnost pomocí nástrojů virtuální reality vyzkoušet celý kokpit
a vyladit např. polohu ovladačů, ověřit zorné úhly a viditelnost displejů.
Navíc možnost procházky v budoucím letadle nebo lodi ulehčí investorům nebo
manažerům jejich rozhodování.
Virtuální realita většinou vyvolává představu brýlí se zabudovaným displejem a
hmatových rukavic a to vše v podání dokonalé akční hry. Potřeba těchto
komponentů z pohledu herního průmyslu přestává být nutností, neboť díky
výkonným desktopům mají hráči prostor přímo na stole. Zatímco si herní průmysl
libuje v možnosti pracovat s prostorovým modelem bez nutnosti využití
speciálních pomůcek, v konstrukci je situace jiná.
Díky formátu VRML lze zobrazit ve hrách 3D modely přímo na obrazovce a k jejich
ovládání jim stačí obyčejná myš (což sice není optimální ovládací nástroj, ale
zato univerzální). Konstruktéři však dokáží pracovat s 3D modelem a volně s ním
pohybovat již delší dobu a nikoho nenapadlo o tom hovořit jako o virtuální
realitě. V konstrukci byl a je problém, aby konstruktér správně a rychle
pochopil tvarové a funkční závislosti modelů a to při použití standardních
zobrazovacích metod může být dosti problematické. Právě komplikovanost modelů
strojních součástí a sestav nutila výrobce hardwaru a softwaru k vývoji
dokonalejších a hlavně názornějších metod zobrazení. Odtud již byl jen krůček k
využití prostředku virtuální reality v její původní a hlavně rozšířené podobě.
Nasazení virtuální reality v konstrukci je nový směr vyvolaný potřebami
konstrukční praxe. Každý výrobce se snaží prosadit své výrobky a protože zde
zatím neexistuje žádný uznávaný standard podporovaný výrobci, je potřeba
provádět výběr technologie obzvlášť opatrně. O zavední standardů v této oblasti
usiluje např. aliance OpenDMU (http:// www.opendmu.com/).
Prototypy
Naprostá většina konstrukcí vyžaduje výrobu prototypu, což není zrovna laciná
záležitost. Důvody výroby prototypů jsou nejspíš zřejmé (kontrola funkčnosti,
smontovatelnost, opravitelnost, pevnostní zkoušky, mechanické vlastnosti,
předvádění výrobku managementu apod.) a také je asi zřejmé, že je žádoucí, aby
se vyrobený prototyp co nejméně odlišoval od výsledného výrobku. Nejde jen o
samotné změny na modelu resp. prototypu, ale i o nutnost znovu vyrobit nebo
nákladně přepracovat výrobní přípravky, náklady na časovou ztrátu a tedy i
možnost nedodržení termínů, materiálovou ztrátu a pravidlo, že jedna změna
vyvolá tři další.
Jestliže však mají konstruktéři možnost prohlédnout si "prototyp" v digitální
podobě a prozkoumat ho uvnitř, mohou objevit řadu chyb dříve, než se "uřízne"
jediný kus železa. Konstruktér pomocí nástrojů virtuální reality projde např.
celý automobil, zkontroluje funkčnost a vzájemné ovlivnění jednotlivých
mechanizmů, prověří smontovatelnost apod. Právě minimalizování výroby prototypů
nebo jeho úplné vypuštění je největší úsporou, kterou vám tento nástroj
přinese. Vemte v úvahu např. náklady na modeláře, což musí být velmi
kvalifikovaní pracovníci. Navíc existují odvětví, kde je výroba prototypu
nemožná a tudíž je příchod virtuální reality spolu s počítačovými simulacemi
nenahraditelnou součástí konstrukce.
Čas jsou peníze
O tom, co se bude vyrábět a tedy i konstruovat, rozhodují řídící pracovní
různých úrovní (jaké to překvapení). Ti na jednu stranu musí šetřit a s výrobou
váhají. V dalším okamžiku potřebují pružně reagovat na situaci a chtějí mít
výrobek nebo konstrukci hotovou "včera". Při standardním postupu se na mnohé
chyby či zlepšení přijde až v závěrečné fázi nebo ve fázi prototypů. A to už je
pozdě. Virtuální realita umožňuje odhalení chyb a provedení úprav již v první
generaci výrobku prototypu, a tím výrazně zlepšit jeho vlastnosti a postavení
na trhu.
Počítačové konstruování dnešní úrovně dokáže (dokonce musí) zkrátit vývojový
cyklus. To je dáno tím, že všechny činnosti se provádějí pomocí počítačů (což
je předpoklad), a k jednotlivým vývojovým krokům lze přistupovat současně.
Konstruktér např. může v každém vývojovém kroku kontrolovat konstrukci s
ohledem na funkčnost jednotlivých dílů a celého výrobku. Nasazení VR v
jednotlivých krocích vývojového cyklu tyto etapy urychluje a výrobek
zkvalitňuje.
Simulace
S návrhem přímo souvisí simulace a analýza modelu. K dispozici je několik
výpočetních systémů umožňujících simulovat probíhající děje, provádět pevnostní
analýzu, a to bez potřeby vytvářet fyzické prototypy. Zde má virtuální realita
své místo ve vizualizaci probíhajících dějů a ztvárnění výsledků. Zdeformovaný
nebo příslušně natočený 3D model součástky je jistě daleko názornější než graf.
Zavádění VR
Využití virtuální reality včetně jejích jednotlivých podob znamená zavést
novou, velice progresivní technologii, což je při dnešním dynamickém vývoji
trhu nezbytné k udržení pozice na trhu. Nejedná se o technologii zrovna
lacinou, ale na druhou stranu nepřináší jen náklady, ale především zisk.
VR v CADech
K zavádění těchto nových technologií mají velmi výhodnou pozici uživatelé
velkých CAD/ /CAE/CAM/PDM systémů a to díky přímé podpoře nástrojů VR.
Například v Catii V5 jsou některé nástroje VR plně integrovány a dovolují
pracovat s modelem v jakémkoliv měřítku, provádět mock-up vizualizaci a analýzu
a nebo přípravu výrobních procesů. Plná integrace s nástroji VR zajišťuje, že
nedochází ke konverzi dat mezi CAD databází a nástroji VR. Z dalších nástrojů
je zde např. stereoskopická 3D vizualizace analýz, nástroje pro interaktivní
komunikaci při vizualizaci pomocí VR a nástroje pro simulaci produktů a procesů
v reálném čase. Uživatel získá širokou podporu nástrojů pro tzv. "immersion"
projekci jako je např. CAVE.
Na vývoji projektu, demonstrujícího integraci technologie virtuální reality
přímo uvnitř verze 5 Catie, pracovali společně společnosti Cenit a Dassault
Systemes. První prototyp tzv. CAT/VR Tooling Review byl představen na evropském
fóru Catii v roce 1999.
Dalším výrobcem CAD systému, který podporuje konstruování tímto způsobem, je
firma PTC s řadou produktů označovaných jako i-Series, kde předkládá tzv.
DIVISION Reality. DIVISION Reality podporuje nejmodernější grafický hardware a
zobrazovací systémy využívané v konstrukčních vizualizačních centrech. Podpora
se týká především CAD systémů jako je Pro/ENGINEER, CADDS 5 ale i řady dalších
CAD systémů a grafických standardů. Z podporovaných vizualizačních center
uveďme např. HPVISUALIZE Center a nebo SGI Reality Center. Další součástí je
podpora projekčních systémů (Panoram Technologies PanoWallTM, Alternate
Realities Corporations VisionDomer a Pyramid Systems CAVE(tm)).
Pro ergonomické studie pomocí tzv. virtual mock-up je určen DIVISION Manikin
Review Option, rozšiřující možnosti DIVISION MockUp o lidské faktory a
ergonomické testy na virtuálním produktu. Simulovat postavu pomocí virtuálních
nástrojů je možné pomocí standardní (normalizované) nebo uživatelem upravené
knihovny. Podporovány jsou funkce pro zjišťování dosažitelnosti objektů,
viditelnosti a pozicování v reálném čase. Použitím tohoto nástroje zjistíte,
jaké bude rozmístění objektů např. v kokpitu, jak se budou používat ovládací
panely nebo jak se bude provádět údržba. Pomocí DIVISION MockUp lze detekovat
kolize v kontextu ergonomie na virtuálním produktu.
Vztah jednotlivých součástí modelu ve 3D prozkoumáte pomocí DIVISION Immersive
Device Option. Dostanete se "dovnitř" modelu a pomocí intuitivně ovládaných
interaktivních nástrojů s konstrukcí můžete zpracovávat model. Tento produkt
obsahuje multikanálový zobrazovací systém, tzv. 3D-tracking devices a display
zamontovaný v přilbě.
Efektivní animace a realistickou simulací funkcí v procesu plánování,
assembly/disassembly, simulaci oprací a provádění interaktivních testovacích
instrukcí nabízí PTC produkt (resp. sadu produktů) označovaný jako DIVISION
Motion Planning Option.
Ani další špičkový výrobce CAD sytému Unigraphics solutions nezůstává v oblasti
VR pozadu. Nabízí modulární produktovou řadu dVISE (DIVISION) pro tvorbu a
interakci s tzv. Universal Virtual Product (UVP), dovolující prohlížet a
manipulovat s velkými modely v reálném čase, účinně prohlížet modely a přidávat
jim funkčnost a kontrolovat chování modelů. Unigraphics nabízí podporu týmové
spolupráce v UVP, řešení ergonomie, pochopení složitých sestav, smontovatelnost
a údržbu.
9 3724 / wep









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.