2. Віртуальне прототипирование і макетування
3. Маркетинг і продажі
4. Наради і віддалена робота
5. Завдання центру віртуального прототипирования
6. попереднє проектування
7. Застосування технологій віртуальної реальності
8. висновок
9. Фінансові аспекти експлуатації центру віртуального прототипирования

Мал. 1. Занурення у віртуальну реальність

Цей рік став роком віртуальної реальності в Росії: про неї всі говорять, її активно вивчають і намагаються застосовувати на практиці.

Віртуальна реальність - це технологія, яка дозволяє користувачеві зануритися в штучний світ і безпосередньо діяти в ньому за допомогою спеціальних сенсорних пристроїв, які пов'язують його рухи з аудіовізуальними ефектами (рис. 1). За великим рахунком, це нове покоління людино-машинного інтерфейсу, яке використовується найбільш ефективно при роботі з тривимірною інформацією. При цьому зорові, слухові, дотикові і моторні відчуття користувача заміняються їх імітацією, що генерується комп'ютером. Характерними ознаками віртуальної реальності є моделювання в режимі реального часу, імітація навколишнього оточення з високим ступенем реалізму, а також можливість впливати на навколишнє середовище і мати при цьому зворотний зв'язок.

В останні роки прогрес в галузі управління життєвим циклом вироби був обумовлений не тільки швидким розвитком програмних засобів автоматизованого проектування (технології CAD / CAM / CAE / PDM / PLM), але і широким впровадженням спеціалізованих засобів візуалізації для колективної роботи.

Як відомо, близько 80% інформації людина сприймає візуально. Функціональність індивідуальних засобів візуалізації - моніторів - виявляється обмеженою у випадках, коли мова йде про візуалізацію для колективної роботи. Як показує практика, для подібних завдань найкращим чином підходять системи з «ефектом занурення», де зображення відтворюється максимально реалістично, в 3D, на великому екрані в масштабі 1: 1, що дозволяє працювати з віртуальними 3D-моделями, практично аналогічними 3D-моделей, надрукованим на 3D-принтері.

Система візуалізації з генератором зображення, відповідним програмним забезпеченням, системами комутації, управління і звуку, а також з пристроями інтерактивної взаємодії та зворотного зв'язку, складають комплексне рішення - центр віртуального макетування та прототипування.

У подібному центрі вирішується завдання віртуального прототипирования / макетування самого виробу, процесу його виробництва або процесу експлуатації. Основні переваги центр віртуального прототипирования дає головної проектної організації, що відповідає за ув'язку і координацію великої кількості різнорідних даних від власних і сторонніх розробників і підрядників. Т. е. Цей центр потрібно в першу чергу генеральному конструктору (керівнику програми) головного підприємства.

За аналогією з існуючими за часів СРСР обчислювальними центрами, в центр візуалізації мають доступ усі зацікавлені підрозділи організації (не тільки підрозділи, залучені в процес PLM, але також комерційні і маркетингові підрозділи), при цьому фахівці центру допомагають вирішувати і прикладні завдання по віртуальному прототіпірованію і візуалізації.

Для занурення у віртуальну реальність використовуються різні технічні засоби: від найпростіших шоломів віртуальної реальності до складних VR-систем на кшталт кімнати віртуальної реальності (CAVE). Вони дозволяють людині відчути себе присутнім в іншому світі або реалістично побачити перед собою прототип чогось, існуючого поки тільки в кресленнях. Як приклад розглянемо чотири типи систем віртуальної реальності від компанії VE Group: VE HMD, VE CADWall, VE CAVE і VE Panorama.

VE HMD - це повноцінне рішення на базі шолом віртуальної реальності, що надає необхідні інструменти для створення і роботи з інтерактивною віртуальним середовищем. Як правило, використовується для навчання персоналу, поведінкових досліджень, візуалізації дизайну і архітектурних рішень.

VE CADWall - проекційна стереоскопічний система віртуальної реальності з одним широким екраном, розмір якого може досягати 10 і більше метрів, а дозвіл - кількох мільйонів пікселів; забезпечує достатній рівень занурення і інтерактивності для колективної роботи групи експертів з різних галузей знань.

VE CAVE - кімната віртуальної реальності - являє собою багатогранну (від трьох до шести екранів) проекційну систему 3D-візуалізації, яка дозволяє одночасно декільком користувачам спільно маніпулювати складними 3D-моделями в масштабі 1: 1 і забезпечує найбільший ефект занурення, доступний на даний момент часу .

VE Panorama - панорамний система візуалізації, що має циліндричний екран (до 180 градусів) і дозвіл в кілька мільйонів пікселів, що забезпечує достатній рівень занурення і інтерактивності для колективної роботи групи експертів з різних галузей знань, а також вражаючі презентації.

Області застосування центрів віртуального прототипирования

Як правило, центр віртуального прототипирования використовується для прийняття рішень фахівцями з різних областей знання в процесі колективного обговорення складних виробів і технологій. Більш детально області застосування описані нижче.

Віртуальне прототипирование і макетування

Основною областю застосування центру віртуального макетування та прототипування є підтримка прийняття рішень головного конструктора великої програми при взаємодії з власними підрозділами, субпідрядниками і замовниками. Використання віртуальних макетів дозволяє зробити це швидко і ефективно на будь-якій стадії проекту. Ключовим елементом для віртуального макетування є стереоскопічний візуалізація, що дозволяє сприймати комп'ютерну модель максимально реалістичним і інтуїтивно зрозумілим чином. Крім того, віртуальні макети дають можливість істотно скоротити стадію створення реальних макетів, оскільки більшість моментів відпрацьовується на комп'ютерній моделі.

Крім створення безпосередньо віртуального макета вироби, можна моделювати технологію виробництва, а також його експлуатацію і ремонт. Результатом моделювання виробництва є можливість оптимізації всіх технологічних процесів, що в підсумку істотно впливає на ефективність виробництва, а віртуальне моделювання експлуатації і ремонту виробів дозволяє відпрацювати ремонтопридатність виробів і знизити витрати в процесі експлуатації.

Маркетинг і продажі

Важливо правильно уявити інтелектуальну власність потенційному покупцеві ще до матеріальної реалізації вироби. Для високотехнологічних складних виробів уявлення замовнику - непросте завдання, оскільки часто це доводиться робити до того, як сам виріб готове; потенційний замовник часто не є висококваліфікованим технічним фахівцем, і йому буває важко пояснити багато технічних деталей; також покупець пред'являє індивідуальні вимоги до виробу, і конструктивні зміни необхідно вносити в режимі реального часу.

Наради і віддалена робота

Мал. 2. Використання віртуального прототипирования в проекті

Сучасні засоби зв'язку дозволяють віддалено обмінюватися інформацією різних типів, наприклад комп'ютерними моделями або зображеннями з екранів комп'ютерів, влаштовувати відеоконференцзв'язок (ВКС) і т. Д. Система візуалізації дозволяє ефективно проводити наради (локально і віддалено), відображаючи всі джерела інформації на одному екрані в многооконном режимі. Прикладом віддаленої роботи може бути взаємодія з партнерами і підрядниками, які працюють в рамках одного проекту.

Промислові компанії зараз активно розширюють штат програмістів, так як практично всі сучасні вироби стають Мехатронні. При розробці програмного забезпечення активно використовується підхід Agile (гнучке проектування). Системи віртуальної реальності і віртуального прототипирования активно використовуються для спільної роботи команди програмістів проекту і інженерів, що розробляють апаратну частину (рис. 2).

Завдання центру віртуального прототипирования

Для комерційної служби технології віртуальної реальності надають можливість проводити VIP-презентації з WOW-ефектом для замовників і осіб, що приймають рішення, але не мають технічної компетенції для читання «креслень».

У свою чергу, для маркетингу та PR це інструмент позиціонування компанії як інноваційної, яка не поступається закордонним конкурентам і має інструментарій світового рівня.

Однак головне призначення центру віртуального прототипирования - забезпечити ефективне прийняття рішень головного конструктора при спілкуванні з власними підрозділами, суміжниками і замовниками для оптимізації життєвого циклу продукту і підвищення ефективності виробництва. Розглянемо основні етапи життєвого циклу продукту і ролі віртуального прототипирования в ньому.

Мал. 3. Робота з цифровим макетом

попереднє проектування

1. Віртуальне прототипирование вироби, процесу виробництва, процесу експлуатації (максимально реалістична робота з цифровим макетом, відмова від фізичних макетів на ранній стадії розробки), рис. 3.
2. Обговорення компонування з замовниками, субпідрядниками і т. Д. (Залучення замовника в постановку і коригування ТТХ).
3. Аналіз ремонтопридатності (складання, розбирання).
4. Віртуальний аналіз ергономіки в реальному часі (немає необхідності робити натурні макети).
5. Візуальні комунікації з субпідрядниками, замовниками і т. Д.
6. VIP-презентації для потенційних замовників і клієнтів.

планування виробництва

1. Максимально реалістичне уявлення даних і їх ув'язка (розробники, технологи, субпідрядники, замовники).
2. Швидкі симулятори відпрацювання ручних процесів (симулятор зварювання, заклепки, фарбування і т. Д.).
3. Візуальні комунікації по загальній компоновці процесу виробництва.
4. Швидке прототипування ручних операцій і створення навчальних відеороликів (в 10 разів швидше ручного процесу).

експлуатація

1. Підвищення експлуатаційних характеристик за рахунок прототипирования (симуляції) роботи вироби в різних контекстах експлуатації.
2. Навчання складним процесам експлуатації (процедурні тренажери).
3. Навчальні відеоролики роботи експертів в реальному часі (в 10 разів швидше ручної розробки).

Застосування технологій віртуальної реальності

Мал. 4. Система віртуальної реальності VE CADWall для АТ «Росатом»

Як реалізованих прикладів застосування технологій віртуальної реальності в Росії можна привести АТ «Росатом». Для ефективного будівництва енергоблоків атомної електростанції їм необхідний був інструмент, який дозволив би оптимізувати процес будівництва: проводити детальне моделювання плану виконання робіт, змінювати послідовність дій в залежності від графіка поставок підрядників і субпідрядників і мінімізувати ризики і наслідки затримок. Таким інструментом стала система віртуальної реальності типу VE CADWall, що складається з великого плоского екрану і декількох проекторів, які виводять безшовне зображення в 3D-форматі в масштабі 1: 1 (рис. 4). Система інтерактивної взаємодії забезпечує відстеження переміщення людини перед віртуальної сценою, а костюм і рукавички віртуальної реальності дозволяють йому взаємодіяти з віртуальними об'єктами: відпрацьовувати процеси складання, забезпечення ув'язки, збирання та взаємозамінності деталей. Крім того, в VR-систему була інтегрована система ВКС для проведення конференцій і нарад в штабі будівництва. На даний момент система використовується Росатомом для обслуговування і контролю процесу будівництва АЕС, а також для навчання персоналу і презентацій.

Мал. 5. Центр віртуальних досліджень ВАТ «ЦТСС»

Ще один приклад - перший центр віртуальної реальності в області вітчизняного суднобудування, що з'явився в 2014 р в компанії ВАТ «ЦТСС». Ось уже протягом трьох років він дозволяє вирішувати такі завдання, як: проектування та верифікація робочих технологій в процесі створення виробів; аналіз можливості виконання робіт в суднових / корабельних приміщеннях з високим ступенем затесненності; відпрацювання технологій монтажу / демонтажу обладнання в суднових / корабельних приміщеннях з використанням електронних манекенів; аналіз оптимальності розміщення трубопроводів, елементів систем вентиляції та устаткування в суднових / корабельних приміщеннях; наочне уявлення замовникам результатів робіт (в тому числі планувальних і компонувальних рішень суднобудівних виробництв); «Віртуальні прогулянки» по моделям виробів, об'єктів і виробництв; надання інжинірингових послуг стороннім підприємствам і організаціям з аналізу на технологічність виробів і виконання комплексу розрахунків. Центр віртуальної реальності являє собою CAVE ( «кімнату віртуальної реальності»), що складається з чотирьох екранів і проекторів зворотної проекції, системи інтерактивної взаємодії, що відстежує становище людини в віртуальному просторі, пристрої зворотного тактильного зв'язку, яке дозволяє осязательно взаємодіяти з віртуальним середовищем (що важливо при проведенні обслуговуючих робіт і оцінки ергономіки), а також включає в себе костюм і рукавички віртуальної реальності (рис. 5). У перспективі в рамках Центру віртуальних досліджень ВАТ «ЦТСС» можливе виконання колективних робіт фахівців різних підприємств і організацій над одним проектом, а також дистанційного навчання фахівців галузі та профільних вищих навчальних закладів.

висновок

За останні роки центри та лабораторії віртуального прототипирования були впроваджені в усіх великих автомобілебудівних і авіакосмічних компаніях світу, а також в тих, які займаються створенням складних виробів, таких як кораблі, електростанції, бурові платформи і т. Д.

Центри віртуального прототипирования різної компоновки є у наступних компаній: NASA, Boeing, Northrop Grumman Corp., United Technologies Corporation, Lockheed Martin Corp., Airbus / EADS, Embraer, BAE Systems, Thales, Dassault Aviasion, AVIC1 (Китай), AVIC2 (Китай ), «Автоваз», Ford, GM, Great Wall, Groupe PSA, AREVA, CEA (французьке агентство з ядерної енергетики), EDF, BP, Роснефть, «Лукойл», Chevron, Total і ін. Це обумовлено економічною ефективністю використання даних центрів в головних конструкторських бюро великих холдингів. Використання лабораторій віртуального прототипирования дозволяє вирішувати наступні завдання:

• знизити термін розробки вироби (за різними оцінками, від 15 до 30%);
• знизити кількість помилок при розробці як всередині фірми, так і серед субпідрядників;
• підвищити якість виробу за рахунок більш якісного опрацьовування ергономіки, ремонтних і експлуатаційних характеристик;
• підвищити задоволеність клієнта виробом за рахунок залучення його в процес компонування;
• знизити ремонтні та експлуатаційні витрати за рахунок опрацювання та прототипування не тільки самого виробу, а й процесів його виробництва і подальшої експлуатації.

Фінансові аспекти експлуатації центру віртуального прототипирования

Якщо взяти центр віртуального прототипирования, який був побудований для програми F35. Ship / Air Integration Lab (SAIL) з використанням програмних платформ САПР Catia, Delmia, то, за даними компанії Lockheed Martin Corporation, витрати склали близько $ 6,7 млн, а віддача - близько $ 75-100 млн, т. Е. Ефективність інвестицій вийшла 1 до 13-15.

Дані цифри ефективності інвестицій в центри віртуального прототипирования корелюють з даними по автомобільній і нафтогазової галузей.

При цьому компанія Lockheed Martin Corporation використовувала параметр X - це приблизна оцінка вартості виправлення помилки проектування вироби або коригування технології виробництва вироби на різних етапах розробки. Відповідно, якщо помилка не помічено відразу і не виправлена ​​в перший рік, то вартість такого коригування зросте через рік проекту в 2-5 разів, а через 5 років - в 10 разів. На думку експертів компанії Lockheed Martin Corporation, це дозволило правильніше скомпонувати і пропрацювати програму на ранніх стадіях, уникнувши великої кількості коригувань і виправлень на завершальних стадіях програми.