Virtuel teknik - Virtual engineering

Virtuel engineering defineres som integrering af geometriske modeller og relaterede ingeniørværktøjer såsom analyse, simulering , optimering og beslutningstagningsværktøjer osv. I et computergenereret miljø, der letter multidisciplinær produktudvikling. Virtual engineering deler mange karakteristika med software engineering , såsom evnen til at opnå mange forskellige resultater gennem forskellige implementeringer.

Beskrivelse

Konceptet

Et virtuelt ingeniørmiljø giver et brugercentreret, førstepersonsperspektiv, der giver brugerne mulighed for at interagere med et konstrueret system naturligt og giver brugerne en bred vifte af tilgængelige værktøjer. Dette kræver en ingeniørmodel, der inkluderer geometri, fysik og kvantitative eller kvalitative data fra det virkelige system. Brugeren skal være i stand til at gå gennem operativsystemet og observere, hvordan det fungerer, og hvordan det reagerer på ændringer i design, drift eller anden teknisk ændring. Interaktion i det virtuelle miljø skal give en let forståelig grænseflade, der passer til brugerens tekniske baggrund og ekspertise, der gør det muligt for brugeren at udforske og opdage uventede, men kritiske detaljer om systemets opførsel. På samme måde bør ingeniørværktøjer og software passe naturligt i miljøet og give brugeren mulighed for at bevare hende eller sit fokus på det tekniske problem. Et vigtigt mål med virtuel teknik er at engagere den menneskelige kapacitet til kompleks evaluering.

De vigtigste komponenter i et sådant miljø inkluderer:

  • Brugercentreret virtual reality visualiseringsteknikker. Når de præsenteres i en velkendt og naturlig grænseflade , bliver komplekse tredimensionelle data mere forståelige og anvendelige, hvilket forbedrer brugerens forståelse. Sammen med en passende ekspert (f.eks. En konstruktør, en anlægsingeniør eller en byggeleder) kan virtual reality reducere designtiden for bedre løsninger.
  • Computer-understøttet fremstilling (CAM) Interaktiv analyse og konstruktion. I dag kræver næsten alle aspekter af kraftværkssimulering omfattende off-line opsætning, beregning og iteration. Den krævede tid for hver iteration kan variere fra en dag til flere uger. Værktøjer til interaktiv samarbejdsteknik, hvor ingeniøren kan etablere en dynamisk tænkningsproces, er nødvendig for at muliggøre realtidsundersøgelse af ”hvad-hvis” -spørgsmålene, der er essentielle for teknikprocessen. I næsten alle tilfælde har et teknisk svar nu meget større værdi end et svar i morgen, næste uge eller næste måned. Selvom der er udviklet mange fremragende ingeniøranalyseteknikker, bruges de ikke rutinemæssigt som en grundlæggende del af teknisk design, drift, kontrol og vedligeholdelse. Den tid, der kræves til at opsætte, beregne og forstå resultatet, gentages derefter processen, indtil der er opnået et passende svar, som væsentligt overstiger den disponible tid. Dette inkluderer teknikker såsom computational fluid dynamics (CFD), analyse af begrænsede elementer (FEA) og optimering af komplekse systemer. I stedet bruges disse ingeniørværktøjer til at give begrænset indsigt i problemet, til at skærpe et svar eller til at forstå, hvad der gik galt efter et dårligt design, og hvordan man forbedrer resultaterne næste gang. Dette gælder især for CFD-analyse.
  • Computer-aided engineering (CAE): Integration af virkelige processer i det virtuelle miljø. Ingeniørarbejde er mere end analyse og design. Der skal stadig udvikles en metode til opbevaring og hurtig adgang til ingeniøranalyser, plantedata, geometri og alle andre kvalitative og kvantitative ingeniørdata relateret til anlæggets drift.
  • Tekniske beslutningsstøtteværktøjer. Optimering, omkostningsanalyse, planlægning og videnbaserede værktøjer skal integreres i ingeniørprocesserne.

Virtuel teknik giver ingeniører mulighed for at arbejde med objekter i et virtuelt rum uden at skulle tænke over objekternes underliggende tekniske information. Når en ingeniør griber fat i en virtuel komponent og flytter eller ændrer den, skal han eller hun kun være nødt til at tænke over konsekvenserne af en sådan bevægelse i komponentens reelle verdensmodstykke. Ingeniører skal også være i stand til at skabe et billede af systemet, de forskellige dele af systemet, og hvordan delene vil interagere med hinanden. Når ingeniører kan fokusere på at tage beslutninger for bestemte tekniske spørgsmål snarere end den underliggende tekniske information, reduceres designcykler og omkostninger.

Software

Almindelig betegnelse

Normalt kaldes modulerne til virtuel teknik som sådan:

  • Computer-understøttet design (CAD): Det udpeger evnen til at modellere en geometri ved hjælp af geometriske operationer, der kan være tæt på den virkelige industrielle bearbejdningsproces, såsom revolution, bandage, ekstrudering. CAD-modulet er lavet for at lette genereringen af ​​en geometrisk form. Det leveres normalt med andre moduler, såsom et teknisk værktøj til tegning af tegninger.
  • Computer-understøttet fremstilling (CAM): Selv hvis CAD giver en nøjagtig virtuel form af objekter eller dele, kan fremstillingen af ​​disse være meget forskellig, bare fordi det forrige værktøj netop handlede med perfekt matematisk funktion (perfekte punkt, linjer, plan , bind). For at på en mere realistisk måde tage højde for rækkefølgen af ​​produktionsoperationer og for at kunne bekræfte, at slutproduktet vil være tæt på den virtuelle model, bruger ingeniører et fremstillingsmodul , der repræsenterer et værktøj, der bearbejder delene.
  • Computer-understøttet engineering (CAE): Et andet aspekt er integreret i et virtuelt ingeniørværktøj, som er ingeniøranalysen (endelig elementanalyse af stammer, spænding, temperaturfordeling, flow osv.). Et sådant værktøj kan integreres i hovedsoftwaren eller adskilles. Det er sædvanligt, at CAE-modulens software dedikeret til denne opgave og har mindre funktioner i CAD-aspektet. Ofte kan værktøjerne udføre import / eksport for at få mest muligt ud af hvert værktøj.

Der kan findes andre moduler, der udfører forskellige andre opgaver, såsom fremstilling af prototyper, styring af produktlivscyklus osv.

Referencer

  • McCorkle, DS, Bryden, KM, "Brug af det semantiske web til at aktivere integration med virtuelle ingeniørværktøjer", Forløb fra det første internationale virtuelle produktionsværksted (27) , Washington, DC, marts 2006.
  • Huang, G., Bryden, KM, McCorkle, DS, "Interaktiv design ved hjælp af CFD og virtuel teknik", Forløb af den 10. AIAA / ISSMO multidisciplinære analyse- og optimeringskonference , AIAA-2004-4364, Albany, september 2004.
  • McCorkle, DS, Bryden, KM og Swensen, DA, "Brug af virtuelle ingeniørværktøjer til at reducere NOx-emissioner", Proceedings of ASME Power 2004 , POWER2004-52021, 441-446, marts 2004.
  • McCorkle, DS, Bryden, KM og Kirstukas, SJ, “Bygning af et fundament for virtuelt kraftværk”, 28. internationale tekniske konference om kuludnyttelse og brændstofsystemer , 63-71, Clearwater, FL, april 2003.

Se også

Weblinks