Глава 13. Виртуальная инженерия

Стремительно меняющийся и диверсифицированный рынок требует сокращения жизненного цикла для многих товаров. Быстрота разработки продукта является ключевым фактором для удовлетворения этих требований рынка. Однако традиционная разработка продукта основывалась на итерациях процесса проектирования и построении дорогостоящих и трудоемких физических прототипов, Когда встала задача сокращения этого процесса, неизбежным стало появление мегодов разработки, основанных на компьютерном моделировании.

Прогресс автоматизированной разработки также привнес новую парадигму в проектирование и анализ. Прежде всего, системы геометрического моделирования настолько продвинулись вперед за последнее десятилетие, что современные СAD-системы способны обрабатывать модели деталей и агрегатов самой сложной геометрии и конструкции. Агрегат можно отображать, оценивать и модифицировать как единое целое, а его движение можно имитировать так же, как это делается с физическим прототипом. Еще одно достижение это анализ по методу конечных элементов. Он мог бы стать средством виртуальной оценки надежности и технических характеристик продукта, если бы его вычислительную

эффективность можно было улучшить до такой степени, чтобы выводить результагы в реальном времени. С его помощью можно было бы предсказывать меха- нические свойства и характеристики (напряжение, прогиб, вибрация, температура, давление в сложных деталях) так, как если бы они измерялись посредством различиых экспериментов. Более того, производители CAD-систем в настоящий момент пытаются объединить геометрическое моделирование с методом конечных элементов. Такая интеграция обеспечила бы непрерывное течение цикла проектироваиия и анализа. Метод конечных элементов использовался бы изначально в процессе проектирования для принятия конструкторских решений, что позволнло бы сэкономить драгоценное время и затраты, связанные с перепроектированием.

Эти тенденции в инженерной науке сходятся в новом понятии — виртуальная инженерия (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.

В этой главе мы дадим определение виртуальной инженерии и обсудим ее компоненты и применение. Далее мы обсудим попытки разработки средств виртуальной инженерии, предпринимаемые производителями CAD-систем, и представим примеры их промышленного применения. После этого мы познакомимся с коммерческими программными и аппаратными средствами виртуальной инженерии. В заключение мы коснемся проблем и препятствий, стоящих перед исследователями в этой области.