Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование
4.10.4. Применение виртуальной реальности в сапр
В настоящее время практически все современные САПР
включают в свой состав средства виртуальной реальности, по
зволяющие осуществлять электронное макетирование изделий
и организовывать эффективное использование Э М К для реше
ния производственных задач [95, 101, 163].
По своему функциональному назначению средства виртуаль
ного макетирования можно классифицировать по следующим
нескольким группам.
Интерактивные средства реалистической визуализации, кото
рые обеспечивают возможность создания и визуального анали
за прототипа машиностроительного изделия с различных точек
зрения, в реальном масштабе времени и габаритах человека.
Реалистичность восприятия достигается за счет обеспечения
высокого качества изображения с учетом свойств материалов
и текстур, различных видов освещения и окружающей среды.
Если моделируемая искусственная среда сложна и трудоем
кость её получения и визуализации требует длительной обра
ботки на компьютере, то по достижении эффекта динамики
заранее определяется набор позиций и точек наблюдения, ин
тересующих пользователя (сценарий), а затем последовательно
осуществляется их обход. В результате автоматически создают
ся анимационные ролики, отражающие сценарий просмотра
и поведения макетов узлов и деталей, которые могут визуализи
роваться уже с необходимой скоростью и без ущерба для каче
ства восприятия изображения. На рис. 4.10.5 приведены иллю
страции использования реалистической анимации в известной
машиностроительной САПР (CAD/CAM/CAE - системе) NX
(SPLMS) [163].
Трудно переоценить изобразительные возможности вирту
альной реальности для использования в интерактивных элек
тронных технических руководствах (ИЭТР) и при разработке
иллюстративного материала для эксплуатационной технической
документации.
Средства реалистического моделирования технологических про
цессов сборки многокомпонентных изделий и проверки взаимодей
ствия их составных частей и технологического оборудования. Визу-
248
Рис. 4.10.5. Использование виртуальной реальности
качестве средства интерактивной визуализации в САПР
альный анализ и контроль человеком технологических процессов
сборки и/или траекторий и параметров движущихся частей тех
нологического оборудования до сих пор являются необходимым
этапом как при проектировании технологических процессов,
так и при монтаже и отладке технологического оборудования.
Существенная экономия времени технической подготовки про
изводства и немалых материальных средств возможна при ор
ганизации визуальной проверки прохождения технологических
процессов в реалистической трехмерной графической среде.
Применение технологий BP позволяет создавать на основе
геометрических моделей, полученных в конструкторских под
системах САПР, анимационные ролики, отражающие пошаго
вый процесс сборки/разборки узлов и их визуального анализа.
В этом случае могут учитываться ограничения на геометрию из
делий, возможные пределы и направления движения оборудо
вания. В результате отслеживаются необходимые зазоры и па
раметры пространственных взаимоотношений между деталями
сборок, выявляются возможные помехи и затруднения, возни
кающие при работе оборудования или в процессе сборки/раз
борки узлов.
Например, концепция Digital Manufacturing (цифровое произ
водство), предлагаемая фирмой SPLMS (UGS) [163], реализо
вана в системе Tecnomatix, которая представляет собой среду
Разработки виртуальной реальности для промышленного ис
пользования и информационной поддержки проектирования
Технологических процессов в машиностроении (рис. 4.10.6).
249
4.10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия
ских моделей технологического оборудования, коммуникаций,
конструкций производственных помещений и других элементов
производственной среды.
реалистические
средства
эргономического
моделирования
и
контроля изделий и процессов. Моделирование работы оператора
средствами BP позволяет оценить, насколько удобно новое изде
лие в эксплуатации и обслуживании, выявить и проверить зоны
доступа к органам управления.
Современные концепции дизайна и проектирования изделий
базируются на том, что все инновации должны учитывать тре
бования и особенности тех людей, которым реально предстоит
производить эти изделия, обслуживать их и работать с ними [32].
Для этого программы эргономического моделирования долж
ны использовать достаточно подробные электронные манекены
с большим числом степеней свободы, учитывающие половые
и возрастные признаки людей, а также возможные диапазоны
роста и веса операторов.
Электронные манекены могут использоваться не только при мо
делировании работы операторов технических объектов и систем
(пилотов, водителей, пользователей), но и для моделирования
работы технологического персонала при изготовлении и сборке
в
г
изделий на предприятиях. Для этого программное обеспечение
и линий, созданные в системе Tecnomatix (SPLMS-UGS)
оснащается специальными средствами, моделирующими харак
терные особенности человеческой деятельности в конкретных
Промышленная система виртуальной реальности позволяет
производственных условиях. Например, наборами моделей руч
полностью смоделировать и проверить производственную среду
ного инструмента, стандартных сидений и столов, подставками,
еще до того, как оборудование установлено и запущено в экс
лестницами, средствами защиты и техники безопасности.
плуатацию. Промышленная BP помогает создать достоверную
Электронное макетирование позволяет провести все необхо
димые эргономические проверки и исследования, не прибегая
к опасным и дорогостоящим материальным экспериментам.
гического оборудования от отдельных станков и автоматических
линий вплоть до полного моделирования виртуального заво
да. С использованием BP процесс установки линии сборки для
компании-изготовителя комплектного оборудования ускоряет
ся в несколько раз [95].
В состав специализированных программно-методических
комплексов BP, предназначенных для моделирования техноло
гических процессов, входят обширные библиотеки геометриче-
250
Прикладные программы промышленной BP содержат сред
ства анимации виртуальных людей и позволяют моделировать
поведение оператора, обслуживающего проектируемое изделие,
или рабочего, выполняющего сборку/разборку узлов. С помо
щью электронных манекенов можно определять, контролиро-
вать и оптимизировать зоны доступа к деталям и узлам изделий
и оборудования, ограничения и опасности, возникающие при
проведении работ.
251
4,10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия
Пользователь системы BP может управлять поведением ма
некенов и оценивать его с различных подходов и сторон. При
помещении манекена в модель производственной среды объек
тивно оцениваются сферы обзора и доступность участков кре
пежа деталей человеком, анализируются технологии монтажа
и эксплуатации проектируемых устройств.
На рис. 4.10.7 показаны фрагменты работы промышленной
системы виртуальной реальности DELMIA Human (фирма Dasault
System) [95], которая дополняет возможности машинострои
тельной САПР CATIA. Данное приложение позволяет создавать
подробные электронные манекены, имеющие до 99 независи
мых связей и сегментов. Позы манекена могут быть полностью
управляемы путем перемещения рук, плеч, спины и шеи для точ
а
б
Рис. 4.10.7. Фрагменты работы промышленной системы
ного воспроизведения реалистичного движения человека.
Манекен может быть интерактивно позиционирован с ис
пользованием специального указателя («компаса») или путем
выбора объекта, до которого он должен дотянуться. Кинемати
ческие манипуляторы могут быть использованы для более точ
ного позиционирования манекена методом прямого перемеще
ния отдельных сегментов.
Диаграммы обзора каждого манекена дают возможность тех
нологу оценить то, что данный оператор или специалист техни
ческого обслуживания сможет увидеть в данном рабочем окру
жении. Отдельное окно показывает диаграмму обзора и то, что
оператор видит. Такая диаграмма позволяет определить, какие
объекты находятся в поле зрения конкретного работника [95].
Реалистические средства инженерного анализа, предназначен
ные для оценки рабочих характеристик и свойств проектируемого
изделия. В большинстве САПР высокого уровня, при реализации
технологий виртуальной реальности могут быть использованы
результаты численных расчетов проведения и свойств техниче
ских объектов, выполненные с помощью подсистем инженер
ного анализа (CAE-систем). Например, для реалистической ви
зуализации динамических процессов в машинах и механизмах,
деформаций силовых конструкций, течения жидкости и газа
и далее, сначала необходимо произвести моделирование физики
соответствующих явлений и выполнить необходимые расчеты
с помощью CAE.
252
виртуальной реальности DELMIA Human:
а — выбор параметров электронного манекена;
б - моделирование и анализ эргономичности рабочего места слесаря-сборщика
Изменяя физические параметры и свойства технических объ
ектов и среды, пользователи BP получают возможность исследо
вать реалистическое поведение макета, определяя его реакцию
на действие различных условий внешней среды, режимов рабо
ты, состояний и материалов изделий.
Таким образом, системы инженерного анализа, используемые
в BP, дополняют геометрические модели возможностями реали
стического отображения свойств и поведения изделий и объ
ектов окружающей среды. А инженерная графика, в сочетании
с технологиями BP, в свою очередь предоставляет эффективные
средства визуализации, необходимые для проведения анализа
Результатов расчетов и оптимизации человеком.
Например, широкий спектр систем инженерного анализа,
составляющих вычислительную основу системы моделирования
Физических свойств и процессов функционирования машино
строительных изделий, разработан корпорацией MSC.Software,
более известной по имени своего заглавного программного про
с т а : MSC/NASTRAN [142]. Стратегия виртуальной разработ-
ки изделия VPD (Virtual Product Development), реализуемая этой
корпорацией, получила название MSC.SimOffice - офис ком
пьютерного моделирования - и основывается на интеграции
253
