Prespective - Software pro virtuální simulace v herním enginu Unity

Prespective - Software pro virtuální simulace v herním enginu Unity Tagy: Technologie, Software
| Publikováno dne

Ověření předpokládané funkčnosti, bez-kolizních stavů, i předpověď budoucích možných poruch na základě dat z hybných komponent a vazeb dílčích nástrojů a strojů i celých v součinnosti pracujících seskupení robotických pracovišť ještě ve fázi návrhu dokáže ušetřit hromadu peněz, času, nervů i starostí přicházejících v pozdějších fázích prototypování, realizace a provozu. Základní animace, kontroly kolizí a výpočty namáhání je možné provádět přímo ve strojírenských programech typu Autocad Inventor, pro komplexnější simulace je tyto modely nezbytné převést do k tomu vhodných programů. Jednou z možnosti je software Prespective fungující v součinnosti s herním enginem Unity.

Princip simulací s Prespective

Software Prespective zjednodušuje tvorbu simulací a testů prováděných ve virtuálním prostředí replikujícím chování ve skutečném světě (tvoří se tzv. digitální dvojče skutečných prostředí). Prespective si můžete představit jako jakýsi operační systém pro tvorbu digitálních dvojčat fyzických komponent a prostředí.

Jednotlivá strojní zařízení ve virtuálním modelu jsou přímo převzaté modely z designérských a konstrukčních softwarů, rozšířeny o definované stupně volnosti pohybů, a propojeny s řídícími softwary. Vyjma strojů, virtuální prostředí kopíruje i chování manipulovaného materiálu, a to jak v sypkém (např. písek) tak pevném (strojní součást) stavu. Díky tomu je docíleno 100% replikace skutečného chování mechanických a fyzikálních celků.

Takováto prostředí mohou být dále rozšířena o externí faktory, jako jsou lidé nebo provoz. Takto rozšířené testy a simulace dávají ještě větší náhled na skutečné chování celků a umožňují efektivně simulovat, testovat, opravovat, vylepšovat a optimalizovat téměř veškeré aspekty práce daných pracovišť, a to součinně (vývoj software / hardware, pracovní postupy, technologie..) ještě před samotnou výrobou strojů a realizací zvoleného pracoviště.

Ukázkové video od Prespective (v angličtině)

Účel simulací s Prespective

Účelem simulací ve virtuálním prostředí je náhrada současného stavu, kdy se na základě CAD modelu tvoří prototyp a až posléze řeší případné chyby a software k jeho rozpohybování. Virtuální prostředí tyto staré postupy dokáže díky real-time virtuálnímu prototypování urychlit a zlevnit. V některých případech, jako je například vývoj a trénování autonomního řízení, je real time prototyping nezbýtným vývojovým postupem.

  1. Virtuální ověření funkčnosti

    ...jinými slovy, ověření navržené funkčnosti stroje a jeho pohybů vycházejících spojením práce v oborů strojírenství, mechatroniky a softwarového inženýrství. Díky propojenosti geometrie stroje a řídícího systému přesně vidíte a můžete kontrolovat pohyby a chování systému v různých situacích vycházejících ze zvolených datových setů a scénářů. Rovněž je možné model využívat pro tvorbu inverzního kinematického systému a MDE sady nástrojů.

  2. Virtuální prototypování

    Přidáním logiky k vašemu CAD modelu zasazenému ve virtuálním prostředí se docílí stejného chování jako v případě prvních hardwarových prototypů. Virtuální prototypy lze přitom propojit se stejnými řídícími systémy PLC jako ty hardwarové, a to mnohem rychleji, levněji a bez rizika výrazných nákladů v případě selhání (konflikt / náraz).

  3. Detekce kolizí

    V případě více pohyblivých částí ve sdíleném prostoru je vždy nezbytné zajistit absenci kolizí mezi jednotlivými objekty, samočinně pracujícími roboty i dílčími kolaborativně fungujícími výrobními celky. Ve virtuálním prostoru můžete velmi rychle a bezpečně otestovat na kolize nejrůznější interakce v rámci malých i velkých celků napříč různými scénáři provozu a výroby.

  4. Snadnější optimalizace a trénování

    Virtuální simulace dávají ucelený detailní náhled na součinné fungování malých i velkých výrobních celků. Díky tomu je snazší návrh rozestavení, zásobování, distribuce i řízení vedoucí k vyšší efektivitě výrobního pracoviště. Virtuální model lze rovněž použít k účelům trénování řídících systémů založených na bázi strojového učení (AI).

  5. Prezentační účely a marketing

    Veškeré simulace a modelace provedené se softwarem Prespective lze prohlížet na počítačové obrazovce, avšak i prostřednictvím virtuální a rozšířené reality. Vyjma prezentace firemnímu boardu je tedy možné veškeré výstupy (zejména animace) používat například i pro marketingové a prodejní účely.


Obory, v nichž se virtuálních simulací využívá

Virtuální simulace a vizualizace se hodí všude tam, kde je potřeba otestovat nebo ve funkčním stavu vizualizovat doposud fyzicky neexistující nebo nezprovozněné stroje, komponenty i stavby.

  • Výrobní podniky, přeprava

    Díky propojení s herním enginem Unity je Prespective velmi všestranný a stabilní nástroj pro vizualizaci produktů, jejich pohybu, a vytváření interaktivních vazeb v rámci virtuálních výrobních a dopravních celků.

  • Stavitelství a Infrastruktura

    Simulace s Prespective mohou pomoci se stavbou bezpečných konstrukcí odolných proti selhání. Virtuální fyzikálně přesné prostředí umožňuje testovat různé vlivy prostředí působící na hotovou stavbu nad rámec možností běžných softwarů.

  • Letectví

    Plně funkční digitální dvojče reálných komponent umožňuje komplexní a prediktivní analýzu. Například letadlo začleněné do technologie Prespective by bylo schopno předpovídat budoucí poruchy motoru na základě předchozích dat, která nashromáždilo.


Tvorba simulací s Prespective

Tvorba simulací pomocí komponent softwaru Perspective se provádí v herním enginu Unity, jemuž je Prespective verifikovaným poskytovatelem řešení. Výhodou a zároveň potřebou využití herního enginu namísto klasického designerského nebo výpočetního softwaru je u simulací nezbytnost generování stavu v reálném čase, a to o frekvenci minimálně 25 snímků za sekundu.

Specializované softwary se používají pro kompletní návrh komponent, v průběhu jehož, nebo po jeho dokončení se jednoduše naimportují do Unity, v němž se provedou potřebné simulace a vizualizace.

Unity nativně obsahuje mnoho užitečných funkcí včetně realistické fyziky, software Prespective poté přidává řadu funkcí umožňující vytvářet komplexní a realistické simulace, jako například:

  • Rozšíření fyziky o simulaci Newtonových zákonů
  • Chytrý mechanismus importování a nastavení vlastností 3D modelů (např. souborů STEP z programu SolidWorks)
  • Tvorbu scénářů pro testování
  • Prohlížení více uživateli
  • Logování provedených simulací
  • Opakování simulací s chybami

Ukázka dalších užitečných nástrojů je zpracována na webu Prespective ve formě videí na stránce přehledu funkcí.

Postup tvorby virtuálních simulací

  1. Import CAD 3D modelů do Unity s aktivovaným rozšířením Prespective
  2. Volba a definování jednotlivých komponent importovaného systému
  3. Přiřazení vlastností a chování jednotlivým komponentám systému
  4. Propojení virtuálního digitálního modelu (digitálního dvojčete) k řídícím a komunikačním systémům (PLC, IoT, MQTT)
  5. Provádění testů a validací různých scénářů v realitě přesném virtuálním prostředí
____________________

Autor článku má zájem o spolupráci

Tato oblast mě zajímá, zejména v rámci strojírenské výroby. Mám inženýrský titul ze strojního inženýrství (konstrukce strojů, strojních zařízení, dílců a jejich skupin), několikaleté IT zkušenosti (programování) i znalost herního enginu Unity. Rád své zkušenosti a dovednosti využiji pro Vaši potřebu a pomůžu Vám se simulacemi a testy ve virtuálním prostředí. Plynule komunikuji česky a anglicky. Kontaktovat mě můžete prostřednictvím kontaktního formuláře.