Основой для создания виртуального макета изделия служат данные мастер-модели, сформированной с помощью модулей проектирования сборок UG/Assembly Modeling и UG/Advanced Assemblies. Эти модули обеспечивают создание и редактирование изделий сложной структуры, содержащих до нескольких тысяч различных компонентов.
Модуль UG/Assembly Modeling поддерживает технологию проектирования узлов сверху вниз и позволяет конструировать отдельные подсистемы в контексте всей сборки. Здесь используется ассоциативность компонентов и деталей, их гибкое сопряжение и позиционирование, что повышает производительность и снижает затраты памяти. Параметрическое моделирование, поддерживаемое UG/Assembly Modeling, обеспечивает дополнительные возможности для более точного описания условий стыковки, задания спецификации общих деталей крепежа и дублируемых частей.
Средства UG/Advanced Assemblies позволяют проводить статический анализ взаимодействия составных частей изделия. При этом может использоваться как точное твердотельное описание или представление детали через поверхности, так и полигональное сеточное представление. Средства фильтрации, включенные в модуль UG/Advanced Assemblies, позволяют, загрузив в систему полное описание изделия, вести работу с его приближенным представлением, в котором детализированы только объекты, непосредственно используемые для решения конкретной задачи. Это позволяет ускорить процесс выполнения сложных операций над многокомпонентными сборками.
Модули виртуального макетирования расширяют средства статического анализа UG/Advanced Assemblies, дополняя их новыми динамическими возможностями. Средства виртуального макетирования дают реалистичные представления того, как в действительности будет выглядеть и функционировать проектируемый объект. Применение виртуального макетирования способствует значительному сокращению времени, затрачиваемого на просмотр, модификацию и доводку изделий. Программные средства UG Virtual Mockup обеспечивают высокую скорость получения изображения для полигонального представления макета изделия, сформированного с помощью UG/Advanced Assemblies. Качественный рендеринг и высокая производительность визуализации достигается в мультипроцессорных системах, имеющих аппаратную поддержку отображения текстур.
Средства виртуального макетирования поддерживают коллективную работу в рамках локальных и региональных сетей. Это позволяет разработчикам изделия, специалистам по маркетингу, управлению и рекламе, а также заказчикам вести совместную работу по анализу и тестированию виртуального макета проектируемого изделия. Каждый пользователь сети имеет доступ к текущей версии макета, отражающей последние изменения конструкции, может выбирать собственную точку наблюдения и задавать свои параметры просмотра. Кроме того, он имеет обратную связь с задачей, что позволяет оказывать непосредственное влияние на ее решение.
Средства виртуального моделирования UG/Reality и UG/Manikin
Модуль UG/Reality предназначен для моделирования поведения виртуальных макетов изделий, процессов сборки и обслуживания узлов, анализа стыковки и взаимного влияния деталей и компонентов сборок. Виртуальный макет создается с помощью UG/Reality по данным мастер-модели. Средства UG/Reality обеспечивают выполнение измерений и тестов, аналогичных тем, которые выполняются при испытаниях физических прототипов. Пользователи имеют возможность программировать поведение макета, определяя его реакцию на действие различных органов управления: функциональные кнопки, переключатели, индикаторы и т. д. Это позволяет инженеру не только осуществлять пассивный осмотр макета, но и активно взаимодействовать с ним, например, нажатием на функциональную кнопку меню приводить в действие механизм или открывать/закрывать крышки прибора. Реалистичность восприятия достигается за счет обеспечения высокого качества изображения с учетом свойств материалов и текстур.
Модуль UG/Reality поддерживает работу со стереоочками Crystal Eyes компании Stereo Graphics и позволяют создавать анимационные ролики, отражающие пошаговый процесс сборки/разборки узлов и осмотра отдельных деталей. Эти ролики впоследствии могут быть просмотрены с помощью модулей UG/Fly-Through и UG/webFly - пользователь в реальном режиме времени выбирает, перемещает и соединяет вместе детали. При этом заранее могут накладываться ограничения на возможные пределы и направления движения. UG/Reality предоставляет средства для анализа зазоров и пространственных взаимоотношений между деталями сборок. Он позволяет быстро выявлять помехи, возникающие при работе устройств или в процессе сборки/разборки узлов. Взаимодействие частей сборки проверяется в процессе моделирования их движения. Для обнаружения столкновений в реальном масштабе времени используются средства численного анализа MSC/NASTRAN.
Модуль UG/Manikin предоставляет средства анимации виртуальных людей. Он расширяет возможности UG/Reality и позволяет моделировать поведение оператора, обслуживающего проектируемое изделие, или рабочего, выполняющего сборку/разборку узлов. С помощью манекенов можно определять границы сферы обзора и доступность участков крепежа деталей, анализировать технологию монтажа и эксплуатации проектируемых устройств. Пользователь может также управлять поведением манекенов, которые доступны для визуализации средствами модулей
Модули динамической визуализации UG/Fly-Through и UG/webFly.
UG/Fly-Through предоставляет средства для динамической визуализации виртуального макета в распределенной среде, объединяющей большую группу разработчиков. Модуль обеспечивает актуальность данных и немедленный отклик для всех членов группы. В UG/Fly-Through используются модели нескольких уровней, что позволяет обеспечивать визуализацию состояния разрабатываемого узла на всех этапах проектирования, от эскиза до детальной проработки конструкций компонентов и сборок. Полигональное представление узлов может быть сформировано пользователем с применением средств UG/Advanced Assemblies либо получено автоматически с помощью специальных конвертеров, входящих в состав UG Virtual Mockup.
Пользователь имеет возможность виртуального осмотра макета с использованием таких диалоговых устройств ввода, как мышь и спейсбол. Для быстрой навигации можно заранее определить последовательность позиций интересующих точек наблюдения, а затем в автоматическом режиме осуществить их обход. С помощью UG/Fly-Through можно просматривать созданные в UG/Reality анимационные ролики, отражающие процесс моделирования поведения макетов узлов и деталей.
Модуль UG/Fly-Through обеспечивает работу со стереоочками CrystalEyes, которые позволяют получать объемные изображения на стандартных дисплеях рабочих станций. С помощью CrystalEyes пользователи работают с реалистичными изображениями, которые точно передают пространственные характеристики моделируемых изделий, их высоту, ширину и глубину. Устройства CrystalEyes имеют высокую частоту переключения стереопары (120 раз в секунду) и обеспечивают качественное цветное стереоизображение с высоким разрешением, отсутствием мерцания и быстрым откликом на воздействия пользователя. Мало того, CrystalEyes позволяет взаимодействовать с виртуальным миром, не прибегая к помощи манипулятора мышь, джойстика или клавиатуры. Встроенные ультразвуковые датчики позволяют оценивать положение головы наблюдателя и соответствующим образом изменять перспективу изображения, выводимого на экран дисплея. Беспроводные датчики не стесняют движений пользователя при ориентации в пространстве по шести степеням свободы.
В пакете Unigraphics c электронным макетом в реальном режиме времени могут работать одновременно несколько пользователей, поэтому UG/Fly-Through поддерживает коллективные сессии. Пользователи обмениваются информацией через несколько серверов и, кроме того, могут размещать свои комментарии непосредственно на макете. Для удобства работы с большими узлами и сборками UG/Fly-Through предлагает навигатор модели, обеспечивающий графическое представление дерева построений модели с указанием всех элементов, операций и взаимоотношений между деталями.
UG/webFly - это встроенное в программу типа Netscape приложение, которое предоставляет подмножество функций UG/Fly-Through пользователям рабочих станций Windows NT или Unix. Специалисты, подключенные к корпоративной сети, но не входящие в состав проектной группы, имеют возможность с помощью средств UG/webFly просматривать виртуальный макет изделия и знакомиться с результатами его моделирования, выполненного в UG/Reality. В отличие от UG/Fly-Through модуль UG/webFly не позволяет просматривать структуру сборки, вносить комментарии к макету и участвовать в коллективных сессиях.
Технологии виртуального макетирования, реализованные в системе Unigraphics, дают дополнительные преимущества при организации интегрированного процесса проектирования. Новые возможности пакета для работы с виртуальными изделиями уже успели оценить компании Boeing, DAF, General Electric, McDonnall Douglas, Pratt&Whitney, Opel, Philips, Bosch, Moulinex.
Крупнейшим пользователем UG является General Motors. Так, одно из его подразделений, специализирующееся на выпуске железнодорожных локомотивов, Electro-Motive Division (EMD), использует пакет с 1992 года. Применение средств автоматизации позволило EMD сократить срок разработки новых моделей тепловозов и электровозов до трех лет. Использование полной электронной модели изделия обеспечивает возможность проведения анализа и способствует быстрому внесению необходимых изменений, а виртуальное моделирование, проводимое параллельно с основной разработкой, гарантирует правильную работу всех узлов и механизмов, что позволяет значительно сократить время и ресурсы, затрачиваемые на физическое макетирование.
При проектировании локомотивов нужно учитывать не только технические, но и весьма жесткие эргономические требования. На различных этапах проектирования модель будущего локомотива обсуждается с заказчиком, при этом средства виртуального макетирования способствуют лучшему взаимопониманию между дизайнерами и заказчиками и помогают избежать разногласий, нередко возникавших слишком поздно - уже при приемке готовых изделий. Производство локомотивов - это весьма дорогостоящая отрасль, объединяющая большое количество заводов, конструкторских бюро и проектных организаций. Сетевые возможности Unigraphics обеспечивают совместную параллельную работу специалистов различных организаций, географически удаленных друг от друга.
При описании средств автоматизированного проектирования стало уже традиционным в качестве аргументов в пользу той или иной CAD/CAM/CAE-системы приводить примеры ее успешного применения в таких отраслях, как авиастроение, автомобилестроение, тяжелое машиностроение и др. Однако, как показывает опыт корпорации Group Moulinex, использование CAD/CAM/CAE средств оказывает существенное влияние и на производство товаров народного потребления, в частности бытовой электротехники.
Group Moulinex специализируется на выпуске бытовых электротоваров для кухни. С 1989 года фирма сделала ставку на использование пакета EDS Unigraphics, применение которого, в том числе и благодаря средствам виртуального макетирования, позволило на 25% сократить время проектирования и запуска в производство новых моделей, уменьшив период разработки с 18-24 до 14 месяцев. Сегодня корпорация обновляет 30% всей линии своей продукции ежегодно.
Одна из последних разработок - электрофритюрница Supremia, дизайн которой демонстрирует преимущества использования компьютерных технологий. Supremia представляет собой сложную сборку, состоящую из комплектующих, изготавливаемых из различных типов материалов. В ее состав входят литые и пpессованные пластмассовые изделия, силиконовые части, фальцованные и штампованные металлические детали и электрические компоненты. Для изготовления сборок такой сложности требуются развитые средства ассоциативного моделирования и высокая степень интеграции процессов проектирования и подготовки производства. Все эти возможности предоставляет пакет UG.
Процесс создания модели Supremia занял 14 месяцев. В течение первых двух месяцев дизайнеры и инженеры совместно трудились над совершенствованием формы изделия, при этом учитывались как эстетические, так и технологические критерии. Активное использование распределенных средств фотореалистичной визуализации значительно ускорило процесс принятия решения. Дизайнеры, конструкторы, специалисты по маркетингу, рекламе и промышленным патентам имели возможность ознакомиться с виртуальным макетом будущего изделия, принять участие в его коллективном обсуждении и заранее подготовить рынок к появлению Supremia.
После утверждения эскиза началась работа над проектом, которую осуществляли одновременно четыре конструктора. Каждый из них отвечал за отдельную подсистему и имел доступ к общей электронной модели изделия. Все детали описывались трехмерными твердотельными моделями, а при создании узлов применялся метод проектирования сверху вниз, предполагающий задание отдельных компонентов в контексте всей сборки. Среда Unigraphics обеспечила возможность параллельной, согласованной работы конструкторов и технологов при анализе характеристик поверхностей изделия, определяющих траектории движения инструментов при механообработке, технологию создания пресс-форм и шаблонов при литье и формовке. Это позволило сразу на этапе конструирования максимально учесть требования технологии производства.
По мере завершения процесса создания узлов и сборок в работу включились сотрудники отделов технического контроля, представители заводов-изготовителей, специалисты, занимающиеся подготовкой технической документации и т. д. Очень важно, что каждый, кто работал над проектом, решая свои специфические задачи, имел наглядное представление о будущем изделии в виде его виртуального макета, отражающего самые последние изменения, внесенные в конструкцию. Использование средств виртуального моделирования облегчало выполнение необходимых измерений, проверок и тестов, а также способствовало лучшему взаимопониманию между специалистами смежных дисциплин.
Окончательному запуску производства Supremia предшествовал этап тестирования опытных образцов. Было изготовлено 10 полнофункциональных прототипов. Одновременно с их проверкой начался процесс изготовления необходимой оснастки. Специалисты Group Moulinex утверждают, что распараллеливание этих видов деятельности позволило на 25% сократить время, обычно затрачиваемое на подготовку производства. Это стало возможным благодаря использованию средств виртуального моделирования, которые обеспечили анализ и тестирование проекта на ранних этапах разработки, и позволили избежать ошибок, приводящих к необходимости переделки форм и шаблонов.
Мастер-модели, сформированные в системе Unigraphics, применялись и при изготовлении упаковки Supremia, что также ускорило ее выход на рынок.
Информационные системы, которые хранят знания, которые приводят к пространственным координатам позволяют их актуализировать, сопоставлять, использовать для решения прикладных задач, называются географическими информамционными системамии, короче геоинформационнымми системами (ГИС)
Как и многие виды информационных систем, ГИС уходят корнями в 60-е годы нашего века. Однако, их истинный расцвет состоялся лишь тогда, когда появились адекватные технические средства - огромные по емкости и скорости доступа носители информации и высококачественные графические визуальные устройства отображения информации - ведь в ГИС почти все разыгривается на фоне географической карты. В нашей стране ГИС еще только становится на ноги; специалисты предрекают им большое будущее.