Témata
Reklama

Digitální prototyp - nová etapa digitálního vývoje výrobku

12. 06. 2002

Digitální prototyp je počítačový model komplexního výrobku, na němž lze provádět některé zkoušky, kontroly a ověřování funkčnosti, a to obdobně, případně i lépe, než na fyzickém prototypu.

Ověřování výsledků vývoje výrobku pomocí zkoušek prototypu není nic nového. Souvisí s rozvojem průmyslové výroby na začátku minulého století, zejména se zahájením sériové a hromadné výroby. Úkolem prototypu je potvrdit v prototypových zkouškách před zahájením přípravy technologie sériové výroby, zda výrobek plní projektované parametry. Tato etapa vývoje plní svůj účel dodnes a těžko ji bude možno kdy vynechat. Klasické postupy při zkouškách prototypu už však nevyhovují moderním trendům vývoje nových výrobků. Těmi jsou zejména přechod na digitální konstrukční a záznamová média, dislokace spolupracujících vývojových týmů po celém světě, vývoj komponentů u subdodavatelů, kratší inovační cyklus, tlak na zvyšování kvality, spolehlivosti a na snižování nákladů.
Důsledkem je nutnost racionalizovat i etapu ověřování prototypu, tj. především ji zkrátit a zlevnit. To se dá realizovat zejména snížením počtu fyzicky realizovaných a zkoušených variant a změn prototypu. Rozšiřování možností výpočetní techniky, zejména integrovaných softwarových systémů pro počítačem podporovaný vývoj, konstruování a technologickou přípravu ve strojírenství nabízí využít tyto špičkové technologie rovněž zde.
Reklama
Reklama
Reklama

Výhody digitálního prototypu

Integrovaný CAD/CAM/CAE/PDM systém CATIA V5 francouzského výrobce Dassault Systémes není pro čtenáře MM Průmyslové spektrum žádnou neznámou. O možnostech, které CATIA V5 nabízí, byla v tomto časopise uveřejněna v průběhu posledních dvou let řada článků. Nyní se pokusíme stručně dotknout i problematiky digitálního nebo také virtuálního prototypu. Velmi často se používá i anglického termínu Digital Mock-up a z toho odvozené zkratky DMU.
Co je to vlastně digitální prototyp? Je to počítačový model komplexního výrobku, na němž lze provádět některé zkoušky, kontroly a ověřování funkčnosti, a to obdobně, případně i lépe než na fyzickém prototypu. Není pochyb o tom, že u složitějších výrobků (a typickým příkladem je např. osobní automobil) nelze a nikdy asi nebude možné zkoušení fyzického prototypu, nebo spíš série prototypů, vynechat. Nicméně snížení počtu variant a úprav fyzického prototypu znatelně šetří náklady i čas a o to dnes v prostředí ostré konkurence jde.

Vizuální prohlídka

Kde je možné digitální prototyp použít? Především tam, kde jsou k dispozici exaktní digitální popisy (CAD modely) všech jeho součástí. Sestavením modelů do podsestav a těch pak do celkové sestavy vzniká digitální popis geometrie výrobku, tj. základ digitálního prototypu.
Co konkrétně je na něm možno ověřovat? V první etapě je to zejména podrobná vizuální prohlídka. K tomu je určena aplikace DMU Navigator, která nabízí rozsáhlé možnosti vizualizace a prohlížení sestavy. Práce s digitálním prototypem umožňuje získat výborný přehled o geometrickém řešení konstrukce, v mnohém převyšující možnosti prohlídky fyzického prototypu. Za všechny možnosti uveďme třeba schopnost průletu sestavou, kdy se nám konstrukce na monitoru zobrazuje jakoby očima miniaturního pilota, který prolétává nejmenšími skulinami, prostupuje stěnami součástí a je schopen vidět i tam, kam se v reálném světě člověk nikdy nedostane.

Kontrola geometrie

Další v řadě kontrol prototypu je kontrola geometrické konzistentnosti konstrukce. CATIA V5 pro toto nabízí aplikaci DMU Space Analysis. Lze jí identifikovat místa, kde konstrukce vykazuje buď kolize mezi jednotlivými součástmi a podsestavami, popřípadě kde nejsou dodrženy požadované odstupy mezi nimi. Je potřeba si uvědomit, že na vývoji tak složité konstrukce, jakou je moderní automobil, pracují stovky konstruktérů a řada podsestav je vyvíjena externími dodavateli. Kontrola, zda jednotlivé díly a podsestavy si nebudou po montáži vadit, má své opodstatnění. Pro prohlížení a kontrolu se používá několik postupů, jedním z nich je např. metoda dynamicky vedených řezů, jejichž průřezové kontury a plochy může konstruktér kontrolovat ve zvláštním okně.
Aby bylo možno vysoce náročné úlohy řešit na běžně používaném hardwaru, musí být digitální prototyp optimalizován. Cílem je datově zjednodušit ty podsestavy, se kterými stačí v dané úloze pracovat pouze jako s obálkami vnější geometrie bez datového popisu všech jejich vnitřních součástí. Příkladem takové úlohy může být zástavba jakéhokoliv agregátu, např. převodovky, do motorového prostoru vozidla. Pokud by konstruktér chtěl operovat s celým datovým modelem převodovky, motoru a karoserie, včetně všech vnitřních součástí, nároky na výpočetní výkon hardwaru by byly enormní a odezvy dlouhodobé. CATIA V5 nabízí pro tyto časté případy aplikaci DMU Optimiser, pomocí níž lze popsat složité podsestavy datově nenáročnými obálkami, které přesně kopírují jejich vnější obrysy a se kterými lze pracovat i na běžných pracovních stanicích.

Pohybové simulace a ověřování montáže

Automobil má rovněž řadu pohyblivých součástí, např. řízení, pérování, brzdy, stěrače, zámky dveří, stahování oken, nemluvě o motoru, převodovce a celém pohonném systému. Zde je možno na digitálním prototypu provádět pohybové simulace a kontrolu kinematických vlastností. K tomu je určen modul DMU Kinematic Simulator, pomocí něhož lze ověřovat rozsah pohybu kinematické sestavy, vlastní kolize mechanismu, kolize s okolními objekty a řadu dalších kinematických úloh. Nejprve je ovšem nutno u jednotlivých prvků kinematické soustavy zadat typy jejich uložení a vzájemné vazby.
Důležitou vlastností výrobku je jeho schopnost být vůbec smontován. Musí být prostorově vyřešen tak, aby se při montáži daná součást nebo podsestava dostala i s nutnými manipulačními prostředky na své místo, a to tak, aby to také vyhovovalo optimálnímu technologickému postupu montáže. Aplikace DMU Fitting Simulator umožňuje přesně definovat a nalézt montážní trajektorii a polohu součásti bez kolizí vůči sestavě a tím ověřit jak smontovatelnost, tak i schopnost demontáže např. při údržbářských operacích a opravách.

Ověření ergonomie

Nejdůležitější vlastností výrobku je sloužit člověku, a to ne jednomu konkrétnímu, pro kterého byl zkonstruován a vyroben, ale komukoliv, kdo má k němu přístup. Přitom musí sloužit bezpečně a pro člověka co nejvíce pohodlně a bez námahy. Automobil musí umožnit posádce mimo jiné pohodlně a bezpečně nastoupit, sedět, vidět ven, přiměřeně se uvnitř pohybovat a také vozidlo bezpečně ovládat. Když si představíme rozdíly mezi postavami různých lidí, není nalezení plně vyhovujícího řešení úkol snadný. Aby mohl vývojový tým navrhnout takové uspořádání kabiny vozidla, které by vyhovělo co nejširšímu spektru lidských postav, musí digitální prototyp umožnit i operace s digitálními lidmi. K tomu slouží specifické nástroje, zahrnuté pod názvem Human Engineering. Tyto aplikace jsou určeny pro definici modelů lidských postav s jejich nejvýznamnějšími biomechanickými vlastnostmi a simulace možných poloh a aktivit lidských postav vzhledem k výrobku. Ověřování digitálního prototypu s digitálními lidmi nenachází využití pouze ve vývoji automobilů a dopravních systémů, ale s úspěchem se uplatní všude tam, kde se člověk setkává s průmyslovým výrobkem, tj. např. při návrhu výrobních strojů, zařízení a linek nebo i spotřebního zboží. Aplikace Human Engineering lze rovněž použít pro nácvik a simulace chování týmových obsluh, a to např. v leteckém a obranném průmyslu, jaderné energetice, u lodních a těžebních konstrukcí atd.

Digitální podnik

Digitální prototyp a jeho ověřování je významnou etapou projektu podnikatelského záměru, který nazýváme digitálním podnikem (Digital Enterprise). Ten zahrnuje vývoj konstrukce a technologie výrobku, vývoj výrobních prostředků, projekt výrobních a provozních souborů, vývoj a optimalizaci výrobních procesů, správu informací a výrobních zdrojů. Dassault Systémes, vedoucí světový výrobce vyspělého inženýrského softwaru, nabízí komplexní řešení digitálního podniku na bázi svých systémů CATIA V5 (CAD/CAM/CAE), ENOVIA (správa informací) a DELMIA (vývoj a simulace výrobních procesů).
Dodavatelem komplexního CAD/CAM/CAE/PDM řešení na bázi systému CATIA V5 je společnost Technodat, CAE-systémy, s. r. o., Zlín.
Reklama
Vydání #6
Kód článku: 20646
Datum: 12. 06. 2002
Rubrika: Informační technologie / CAD/CAM/CAE
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

Související články
Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Setkávání

Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

Softwarové řešení pro přípravu NC programů

Firma FANUC nabízí možnost rozšíření svých CNC řídicích systémů o grafické programovací prostředí nazvané Manual Guide i.

Od správy nástrojů po simulaci NC programů

V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

CAM pro CMM

V posledních letech se ve strojírenství stále více dbá na přesnost výroby a tím i na kvalitu a efektivnost měřicího procesu. Měřicí proces dnes zasahuje i do různých stadií výroby, nejen do závěrečného procesu kontroly výrobku.

Racionalizace obráběcích operací s podporou CAD/CAM systému

V roce 2010 společnost Montupet zahájila výrobu na nové obráběcí lince v Laigneville ve Francii s cílem optimalizovat výrobu hlav spalovacích motorů a dalších slévárenských dílců pro automobilový průmysl. Mladý tým zkušebního centra pro podporu a vývoj technologií, který se v průběhu let rozrostl ze dvou na deset lidí, si vybral Missler Software jako ideálního partnera na pomoc při racionalizaci pracovních procesů ve svých závodech. TopSolid CAD a CAM jsou velmi vhodné pro systemizaci procesů obrábění a přesné zdokumentování jednoho každého výrobního postupu.

Komplexní CAM systém s metrologickými nástroji

Je tomu již několik let, kdy se systém Surfcam zařadil do portfolia produktů společnosti Vero Software, která je součástí nadnárodního technologického koncernu Hexagon. Takováto součinnost softwarových gigantů zaručuje optimální kombinaci nejmodernějších technologií v oblasti výroby a špičkových metrologických nástrojů.

Nové funkce pro automatizaci obráběcího procesu

Nová verze CAD/CAM softwaru TopSolidAM V7.13 přináší především jednodušší programování s funkcemi, které se velmi snadno používají. Výsledkem je úspora času, které lze dosáhnout díky novému vysoce výkonnému režimu analýzy kolizí a možnosti provádět řadu úloh zcela automaticky, což přináší celkově vyšší úrovně automatizace obráběcích procesů. V nové verzi najdeme i novou strategii najíždění, která zajistí vyšší životnost obráběcích nástrojů.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit