Виртуальная инженерия. Понятие. Компоненты. (САПР)

Современные тенденции проектирования новых изделий инженерами в различных областях сводятся к активному использованию электронно-сенсорных средств работы с виртуальными прототипами будущих объектов, т.е. применению т.н. виртуальной инженерии (virtual engineering).

В сущности, виртуальная инженерия — это раз­работка, основанная на имитации. Прогресс современной имитационной техно­логии сделал возможным решение таких задач, как численное моделирование большинства механических свойств системы и обнаружение столкновений меж­ду геометрическими объектами в реальном времени. Имитационные технологии позволили успешно применить виртуальную инженерию в промышленности для сокращения затрат времени и средств на разработку. Область применения вир­туальной инженерии расширяется, и достигнув зрелости, она станет главной со­ставляющей процесса разработки.

Виртуальная инженерия (virtual engineering) — это имитационный метод, помо­гающий инженерам в принятии решений и управлении. Виртуальная среда пред­ставляет собой вычислительную структуру, позволяющую точно имитировать геометрические и физические свойства реальных систем. Виртуальная инжене­рия включает имитацию различных видов инженерной деятельности, таких как машинная обработка, сборка, управление производственными линиями, осмотр и оценка, а также процесс проектирования. Таким образом, виртуальная инже­нерия может охватывать весь цикл разработки и производства продукта. После того как смоделирована деталь, имитируется ее машинная обработка и сборка. Затем, также с помощью имитации, собранный прототип тестируется, и в его конструкцию вносятся необходимые изменения. Когда прототип одобрен, ими­тируется производственная система и ее функционирование. Прогнозируются также себестоимость и график поставок. В результате этих имитаций получается оптимизированный конечный прототип и производственные процедуры, на ос­нове которых затем реализуется физическая система.

Виртуальная инженерия дает совершенно новый подход к инженерным задачам. Использование имитации устранит необходимость в дорогостоящих физических прототипах и физических экспериментах. Время разработки коренным образом сократится, появится возможность проверить большее количество альтернатив­ных вариантов конструкции, повысится качество конечного продукта. Виртуаль­ная инженерия обеспечит также превосходный интерфейс для клиента, позволяя ему заранее увидеть трехмерную модель продукта и запросить конструктивные изменения. Можно будет построить прототип продукта, который недоступен, слишком опасен или слишком дорог для того, чтобы создавать его в реальности. Такая возможность будет неоценима в автомобильной и авиационной промыш­ленности, где физические макеты стоят дорого, время разработки велико, про­дукты крайне сложны и требуется глубокая обратная связь от клиентов.

К виртуальной инженерии существуют различные подходы. Поскольку вир­туальная инженерия — это зарождающаяся технология, ее терминология и оп­ределения еще не до конца устоялись. В производстве основным компонентом виртуальной инженерии является виртуальное производство. Виртуальное про­изводство (virtual manufacturing) определяется как интегрированная синтетиче­ская производственная среда, используемая для расширения всех уровней принятия решений и управления. Оно может быть классифицировано как проектно-ориентированное, производственно-ориентированное и управленчески - ориен­тированное. Проектно-ориентированное виртуальное производство — это имитационная среда для проектирования продукта и оценки возможности его производства. Производственно-ориентированное виртуальное производ­ство — это имитационная среда для планирования технологических процессов и производства. Управленчески -ориентированное виртуальное производство — это имитационная среда для моделирования функционирования производствен­ного цеха.

Виртуальное производство можно также классифицировать в терминах жизнен­ного цикла продукта как виртуальное проектирование, цифровую имитацию, виртуальное прототипирование и виртуальный завод. Виртуальное проектирова­ние выполняется с помощью устройств виртуальной реальности. Цифровая ими­тация позволяет проверять и оценивать работу продукта без использования фи­зических прототипов. В процессе виртуального прототипирования строится компьютерный прототип, имеющий ту же геометрию и физическое поведение, что и реальный продукт. Виртуальный завод — это имитация заводской произ­водственной линии.