Student World

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.

autor Tomáš Kalivoda