Система виртуального макетирования Virtual Mockup

Сегодня виртуальная реальность - одно из наиболее перспективных и успешно развивающихся направлений машинной графики. Технология виртуальной реальности обеспечивает высокореалистичное моделирование трехмерного пространства и поддерживает динамическое интерактивное взаимодействие с пользователем, создающее эффект погружения в моделируемое киберпространство. В данной статье рассматривается одно из применений виртуальной реальности, связанное с автоматизированным проектированием, а именно средства виртуального макетирования и их реализация в системе EDS Unigraphics Fly-Through.

Начало развитию средств виртуальной реальности было положено в исследованиях, проводившихся в рамках создания летных тренажеров. Соответственно первые приложения новой компьютерной технологии были связаны с имитацией функционирования летательных аппаратов, космических кораблей, автомобилей и других сложных систем. Довольно быстро методы виртуальной реальности нашли применение и в сфере развлечений. Однако высокая стоимость соответствующих аппаратных и программных средств сужала круг их возможных практических применений. Сегодня ситуация заметно изменилась. Интенсивное развитие аппаратных средств, их общее удешевление способствовали более широкому распространению систем виртуальной реальности. Сегодня наряду с тренажерами, компьютерными играми, кино и анимацией виртуальная реальность используется в системах автоматизированного проектирования, медицине, здравоохранении, маркетинге, обучении и других областях. По существу, технология виртуальной реальности представляет собой новый тип интерфейса, который качественно меняет способы взаимодействия человека с компьютером. И это, надо полагать, окажет влияние на все без исключения сферы компьютерных приложений.

Система UG представляет собой интегрированный комплекс CAD/CAM/CAE, который обеспечивает автоматизированную поддержку всех этапов разработки сложных изделий и конструкций, включая проектирование, инженерный анализ и подготовку к производству. Каждому из этапов соответствует свой набор функциональных модулей. Модули объединены общим интерфейсом и базой данных, в которой хранится полное описание проектируемого изделия - главная или мастер-модель.

Уже на начальных стадиях проектирования происходит уточнение и детализация конструкции, необходимые при переходе от одного этапа к другому. Пакет Unigraphics поддерживает параллельное проектирование - все этапы разработки деталей, узлов и сборок могут выполняться одновременно группой специалистов различных профилей. Система обеспечивает актуальность главной модели и параллельный доступ к базе данных в распределенной среде проектирования. Как известно, параллельный режим разработки изделий способствует существенному сокращению сроков внедрения новой продукции.

Однако узким местом в создании новых изделий может оказаться заключительный этап, связанный с изготовлением и тестированием опытных образцов или макетов. Изготовление физического макета начинается только после завершения всех предыдущих этапов проектирования и подготовки производства. Вполне возможно, что в результате тестирования опытного образца могут обнаружиться ошибки и недочеты, которые были допущены на ранних этапах разработки. Исправляя такие ошибки, приходится возвращаться назад, и это может заметно затормозить процесс выпуска новых изделий. Одним из эффективных средств решения данной проблемы является применение систем виртуального макетирования.

Bиртуальный прототип - это интегрированное цифровое представление изделия и его cвойств, которое отражает пространственное взаимодействие компонентов и позволяет оценить работоспособность конструкции в целом. Виртуальный макет формируется по данным главной модели. Программное обеспечение виртуального макетирования, основанное на современных технологиях виртуальной реальности, позволяет заменить физический прототип изделия его виртуальным аналогом и в процессе компьютерного анализа электронного образца решать те задачи, для выполнения которых раньше требовались натурные испытания. В отличие от физического макета, который может быть изготовлен только после завершения всех этапов проектирования и подготовки производства, виртуальный прототип создается сразу после выработки основных требований к изделию и формирования его концептуальной модели. Далее при детализации главной модели модифицируется и виртуальный прототип. Таким образом, процесс проектирования нового изделия сопровождается виртуальным макетированием, что позволяет проводить тестирование параллельно с разработкой и тем самым своевременно обнаруживать и исправлять возможные ошибки. Еще на этапе концептуального проектирования использование виртуального макета позволяет провести анализ альтернативных подходов и выбрать наиболее верное решение. При конструировании виртуальное макетирование помогает оценить внешние формы частей, их стыковку и согласованность друг с другом в рамках единого изделия. Применение виртуальных макетов повышает наглядность и упрощает процесс управления проектированием изделий в распределенной среде корпоративной сети. В рамках подготовки производства средства виртуального моделирования позволяют в реальном времени проконтролировать все технологические этапы изготовления узлов и сборок, оценить качество разработанной оснастки. Виртуальное макетирование расширяет возможности использования мастер-моделей изделий, распространяя их применение также на сферу маркетинга, продаж, сопровождения и обучения. Заказчик получает возможность использовать макет не только в маркетинговых, но и в инженерных целях в тех случаях, когда приобретаемый узел или изделие является частью его собственной продукции.