Modelování a analýza produkčních systémů s využitím SCAN technologie

Často se pod pojmem 3D technologie vybaví hlavně 3D tisk, který během jedné dekády získal obrovskou popularitu. Nicméně, 3D technologie představují ucelený soubor procesů, který typicky začíná 3D skenováním, pokračuje úpravou získaných dat pomocí 3D modelování a končí 3D tiskem finálního modelu. Právě 3D skenování se stává běžnou součástí mnoha procesů v různých odvětvích, nejen v průmyslu, ale i ve zdravotnictví, umění a archeologii.

Úvod do 3D Skenování

3D skenování hraje klíčovou roli v moderní výrobě a dalších oborech. Archeologie je příkladem obrovského přínosu 3D skenování k záchraně a rekonstrukci unikátních předmětů. V průmyslové výrobě se 3D skenery stávají důležitou součástí užitečných aplikací. Stejně jako u 3D tiskáren platí, že každý 3D skener má své specifické přednosti a omezení, a proto nelze s jedním zařízením realizovat všechny projekty. Některé skenery využívají strukturované světlo, jiné modré lasery nebo infračervené paprsky.

Při výběru 3D skeneru je klíčové si uvědomit účel, pro který budou data snímána. Od toho se odvíjí požadavky na přesnost skeneru, technologii snímání dat, jeho přenositelnost a možnost propojení s robotem nebo jiným automatizačním systémem. Rozpočet, který je k dispozici na pořízení skeneru, je pochopitelně také důležitým výchozím bodem.

Faktory ovlivňující výběr 3D skeneru

Cena a software

3D skenery je možné pořídit v cenovém rozsahu od několika tisíc do několika milionů korun. Při výběru je nutné pamatovat na to, že kromě hardwaru se pořizuje i příslušný skenovací software. Většinou platí, že dražší skener má software, který je uživatelsky pohodlnější, má větší množství funkcí a jeho algoritmy fungují lépe a rychleji než u modelů levnějších. Protože se jedná o sběr velkého množství dat a jejich následné zpracování, je vhodné si rovněž ověřit hardwarové nároky softwaru a kompatibilitu s PC nebo notebookem, který bude pro skenování využíván.

Typ skeneru a skenovaných objektů

Je možné si vybrat ze široké škály druhů skenerů a správná volba závisí na typu a velikosti objektů, které se mají skenovat. Statické skenery lze pořídit v různých velikostech ve dvou základních provedeních. V prvním případě je skener namířen na objekt / otočný stolek, pomocí kterého je díl naskenován ze všech stran, poté je nutné zásahem operátora změnit uložení dílu a opakovat skenování z jiných úhlů, dokud se nedosáhne požadovaného výsledku. Ve druhém případě je skener umístěn k objektu (případně dovnitř) a skenování probíhá pomocí jeho rotační hlavy, v závislosti na členitosti objektu je nutné opakovat skenování i z jiných pohledů. U průmyslových typů je většinou možné propojení s robotickým nebo jiným automatizačním systémem, který umožní skenování a měření bez nutnosti vnějšího zásahu operátora.

Čtěte také: Ekonomický cyklus a podpora rodin

Zachycení detailů objektů pomocí ručních skenerů je jednodušší a rychlejší, celý výsledek však závisí na zkušenostech a zručnosti operátora. Ruční skenery většinou používají pro zarovnání naskenovaných dat reflexní zarovnávací značky, pomocí kterých jsou data zarovnána s požadovanou přesností. Další přesnou možností je použití skenerů s optickým trasovacím systémem, kdy kamery snímají objekt a skener zároveň, vyhodnocují v reálném čase jeho pozici a zarovnávají nasnímaná data. Zarovnáním snímků pomocí těchto technologií je možné dosahovat přesnosti až 0,02 mm.

Rychlost pořízení dat rovněž závisí na zorném poli skeneru a rychlosti algoritmů příslušného softwaru. Levnější skenery mají většinou menší zorné pole a častěji se během skenování „ztratí“, je tedy nutné se vrátit na část objektu, který je již naskenován, počkat, až se obraz znovu zarovná, a pokračovat dále.

Aplikace 3D skenování

3D tisk a reverzní inženýrství

Jeden z nejčastějších důvodů pořizování 3D skenu objektu je jeho plánovaný 3D tisk. U málo členitých objektů není s naskenováním problém. Častým příkladem zákaznických dotazů na zakázkový sken je vytvoření duplikátu poškozené plastové části vybavení domácnosti (páčky, madla, držáky). Tyto objekty jsou většinou velmi členité a skenery nejsou schopny naskenovat hluboké drážky nebo složité tvary, a ve skenu zůstanou díry (místa, kam skener neviděl). Je ale nutné si uvědomit, že software dopočítává chybějící data podle sousedící geometrie, to znamená, že čím větší je oblast chybějících dat, tím pravděpodobněji dojde k nepřesnosti dopočítaných tvarů. Pokud by k tomuto mělo dojít ve funkční oblasti dílu, je nezbytné vytvořit 3D model pomocí reverzního inženýrství. Tím se většinou cena pořízení takového duplikátu vyšplhá na několik tisíc, což je pro několikacentimetrový díl nemyslitelné.

Kontrola kvality a tvorba CAD dat

Další časté použití naskenovaných dat je kontrola kvality. V tomto případě je na místě použití dražších průmyslových skenerů s vysokou přesností. U prototypu dílu, který je plánován pro sériovou výrobu, se využívá 3D skenování pro převedení rozměrů a tvarů do elektronické podoby a tvorba CAD dat a technické dokumentace. Čím dál tím častěji se 3D sken využívá ke skenování osob, a to z nejrůznějších důvodů. Je možné pořídit skenery určené přímo pro tento účel, většinou se jedná o ruční skenery s rychlým sběrem dat, pro člověka je velmi obtížné vydržet dlouhou dobu bez hnutí.

Z výše uvedeného vyplývá nezbytnost ujasnit si základní informace a požadavky a otestovat schopnosti jednotlivých skenerů ještě před koupí. Není dvakrát moudré pořizovat levnější skener k projektům, na které pak v praxi nestačí. Ale výjimkou nejsou ani případy koupě zbytečně drahého skeneru k jednoduchým či jednorázovým úkolům, kdy návratnost investice se v reálu blíží nule.

Čtěte také: Modelování interiéru svépomocí

Digitální dvojče a modelování z mračna bodů

Efektivním způsobem můžeme vytvořit digitální dvojče technologických celků, technických zařízení, potrubních systémů, výrobních linek či konstrukcí. Na základě 3D mračna bodů pořízeného laserovým skenováním vytvoříme ve specializovaných softwarech 3D modely dle vašich potřeb. Převedením mračna bodů do 3D modelu získáte přesnou dokumentaci skutečného stavu technologie, kterou můžete importovat do svého CAD nebo BIM softwaru a začít na ní projektovat. Pro detailní popis veškerých částí technologií se do mračna bodů vkládají standardizované prvky jako traverzy, příruby a podobně, nebo jednoduchá tělesa jako kvádr, plocha, válec.

Technici mají dlouholeté zkušenosti s modelováním z mračna bodů jak pro velké nadnárodní společnosti, tak i pro menší provozy. Mají potřebné znalosti o prvcích technologií a konstrukcích. Před zahájením 3D modelování vždy posuzují, jaké řešení bude pro konkrétní projekt optimální. Cílem je vytvořit virtuální model objektu s minimální ztrátou informace o jeho rozměrech a tvaru, který je možné doplnit o specifikace prvků a metadata a vytvořit tak digitální dvojče provozu.

3D model skutečného stavu umožní při projektování změn simulovat skutečné situace, které mohou během realizace úprav nastat. Modely můžeme vytvářet na základě dat zaměřených týmem 3D laserového skenování, nebo na základě mračen bodů dodaných zákazníkem. V případě, že vektorizace probíhá z námi pořízených dat, ručíme za kvalitu a přesnost již od počátku, tedy od zaměření laserovým skenováním. Můžeme také vytvořit 3D model z vámi dodaného mračna bodů.

CAE Modelování a Simulace s Altair HyperWorks

Balík nástrojů Altair HyperWorks patří mezi celosvětově nejpoužívanější software pro CAE modelování a simulace využívané napříč všemi průmyslovými obory. Softwarové nástroje Altair HyperWorks poskytují flexibilní řešení pro modelování, analýzu, optimalizaci, vizualizaci a automatizaci procesů v oblastech strukturální mechaniky, multi-body simulací, životnosti, multi-fyziky nebo simulací výrobních procesů. Jednotlivé nástroje HyperWorks lze efektivně zahrnout do CAE procesu od zpracování CAD dat, přes pokročilé metody síťování až po lineární i nelineární výpočty a stochastické studie.

Next Generation Altair HyperWorks

Další etapu úspěšného vývoje nástrojů Altair HyperWorks představuje nová generace nazývaná též HyperWorks X. Kromě pre-processingu a post-processingu s otevřenou vazbou na nejrůznější řešiče obsahuje i integrovaná řešení jako např. HyperWorks Design Explorer, který usnadňuje a zrychluje pracovní postupy pro multi-run úlohy díky AI/ML.

Čtěte také: Environmentální modelování: hlubší analýza

K čemu software HyperWorks slouží?

  • CAE analýzy a optimalizace: Pro strukturální analýzy konstrukcí a pokročilé optimalizace produktů jsou určeny softwarové nástroje OptiStruct, Radioss, MotionSolve, HyperLife a SimSolid. Při vývoji výrobku využijte multi-fyzikální přístup a analyzujte Váš produkt i z pohledu tepelného namáhání a proudění tekutin (AcuSolve, nanoFluidX, ultraFluidX) či interakce se sypkými hmotami (EDEM), z pohledu elektromagnetismu (Flux, Feko) či návrhu elektronických obvodů (Pollex).

  • Modelování a vizualizace: K 3D modelování a pro přípravu konečně-prvkové sítě a solver-decků slouží pre-processing software, neboli nástroje pro přípravu konečně prvkových a multi-body modelů na následný výpočet. Pre-processing umožňují programy HyperMesh, HyperCrash, MotionView a SimLab. K analýze výsledků výpočtů, vizualizaci dat a jejich snadné interpretaci jsou vhodné post-processingové nástroje HyperView, HyperGraph 2D/3D či HyperStudy.

  • Simulation-driven Design: Pro simulační procesy v rámci koncepčního vývoje výrobku slouží software SimSolid a rodina simulačních nástrojů z platformy Inspire. Koncept Simulation-driven Design umožňuje inženýrům navrhovat optimální tvar součástí přímo podle zátěžových požadavků, provádět velmi rychlé analýzy různých variant řešení, rychle se rozhodovat a nalézat optimální řešení již v nejranějších fázích vývoje.

  • Cloudová a HPC řešení: Altair umožňuje využívat softwarové nástroje na klasické IT infrastruktuře i prostřednictvím cloudové služby. Využijte pro modelování a výpočty technologie PBS Professional (optimální plánování úloh a využití IT prostředků), hardwarovou appliance HyperWorks Unlimited anebo technologie High-performance Computing v cloudu.

  • Altair Partner Alliance: Kromě simulačních nástrojů od Altair lze v rámci licenčního programu Altair Partner Alliance využívat i software třetích stran. V nabídce je například software pro analýzu proudění (CFD), simulace EM polí, výpočty únavy a životnosti konstrukcí a řada oborově specializovaných nástrojů.

Nástroje platformy HyperWorks

Product Engineering

  • Altair SimLab: Procesně orientované multi-disciplinární simulační prostředí pro analýzu složitých sestav. Je připraven pro řešení multi-fyzikálních analýz (strukturální, termální, proudění tekutin). Pre-processing SimLabu přináší vysokou automatizaci přípravy modelů a síťovaní, přičemž výsledkem je vysoce kvalitní a v kritických místech optimálně jemná síť.

Modeling and Visualization

  • Altair HyperMesh: Nejuniverzálnější pre- a post-processingové prostředí pro přípravu FEM i dalších modelů s výpočty v nejrůznějších solverech, nejen od Altair. Funkce HyperMesh v nových verzích mocně podporují algoritmy strojového učení a umělé inteligence - tzv. AI-Powered Engineering.
  • Altair SimLab: Nástroj SimLab lze využít i jako pre- a post-processingový nástroj jako alternativu k Altair HyperMesh. Typické využití SimLab je u tvarově složitých dílů (odlitky, vstřikované plastové díly apod.) a objemů pro CFD analýzy, u kterých je nejvhodnější použití 3D tetra sítí.
  • Altair HyperCrash: Robustní pre-processingový nástroj specificky vyvinutý pro automatizaci tvorby vysoce kvalitních modelů pro virtuální nárazové zkoušky a ověřování pasivní bezpečnosti vozidel.
  • Altair HyperView: Je součástí Altair HyperMesh jako post-processingové a vizualizační prostředí pro FEM analýzy, multi-body simulace a CFD úlohy.
  • Altair HyperGraph: Výkonný nástroj pro analýzu výsledků simulací a tvorbu 2D/3D grafů.

Physics Solvers

  • Altair OptiStruct: Strukturální řešič lineárních a nelineárních úloh v oblasti statiky, dynamiky, vibrací, akustiky, životnosti a multi-fyzikálních disciplín.
  • Altair Radioss: Lídr a vysoce výkonný explicitní řešič pro vysoce nelineární problémy a dynamická zatížení.
  • Altair SimSolid: Revoluční simulační nástroj pro lineární a nelineární strukturální analýzy. Eliminuje potřebu zjednodušování geometrického modelu a síťování.
  • Altair HyperLife: Vysoce intuitivní aplikace vyvinutá na frameworku nezávislém na konkrétním FEM řešiči. Obsahuje sadu funkcí pro analýzy únavových stavů a predikci životnosti mechanických konstrukcí.
  • Altair MotionSolve: Integrované řešení pro analýzy a optimalizaci mechanismů (MBD).
  • Altair AcuSolve: Lídr mezi univerzálními CFD řešiči pro analýzy tekutinových systémů a termální úlohy.
  • Altair Flux: Konečněprvkový software pro elektromagnetické a termální simulace jak ve 2D tak 3D aplikacích.
  • Altair HyperStudy: Na řešiči nezávislý nástroj pro zkoumání a multi-disciplinární optimalizaci návrhu výrobku z pohledu výkonu, funkčnosti a robustnosti.

Multiphysics and Mechatronics

  • Altair EDEM: EDEM je vysoce výkonný software pro simulaci sypkých a zrnitých materiálů.
  • Altair ultraFluidX: Simulační nástroj jak pro ultra-rychlé predikce aerodynamických vlastností osobních a nákladních automobilů, tak vyhodnocení budov z pohledu větrného namáhání.
  • Altair nanoFluidX: Simulační nástroj pro analýzy proudění tekutin na základě metody pracující s hydrodynamikou částic (Smoothed-particle Hydrodynamics, SPH), který predikuje proudění kapalin uvnitř složité geometrie mechanické konstrukce a pod vlivem pohyblivých dílů.
  • Altair Feko: Software pro analýzy vysokofrekvenčních elektromagnetických polí umožňující řešení široké škály EM problémů.
  • Altair Pollex: Altair PollEx je vysoce komplexní a integrovaná sada nástrojů pro vizualizaci, analýzu a ověřování návrhů desek plošných spojů (PCB).

Mračno bodů

Mračno bodů (point cloud) je základním výstupem laserového skenování. Body popisují veškeré povrchy měřených objektů, nikoliv pouze vybrané body jako u klasických geodetických metod. Jsou definovány prostorovými souřadnicemi (x, y, z) a volitelně také informací o barvě a odrazivosti materiálu. Úroveň zachycených detailů závisí na zvolené hustotě / intervalu bodů (například 5 mm mezi body). V mračnu bodů můžeme provádět měření, řezy a nejrůznější analýzy. Výhodou je široké spektrum možností dalšího zpracování, například převedení do vektorového BIM nebo CAD modelu pro projekční práce.

Mračna bodů jsou dodávána optimalizovaná pro 3D softwary jako jsou Autodesk, Bentley, Catia, AVEVA, Solid Edge, Solidworks, Rhino a podobně ve standardních softwarových formátech (.XYZ, .LAS, .E57 a další).

Optimalizace podnikových procesů

Rychlé tempo moderního světa a vysoce konkurenční prostředí vyžaduje, aby se obchodní procesy realizovaly mnohem rychleji a efektivněji, než doposud. Mezi hlavní výzvy, kterým společnosti dlouhodobě čelí, patří nedostatek kvalifikovaných lidských zdrojů, fluktuace zaměstnanců, nestabilní situace na trhu a nárůst nákladů.

Podnikové procesy zahrnují systémy a metodiky, které organizace používá k dosažení svých cílů. Správné nastavení podnikových procesů je jedním z klíčů, jak naplňovat strategii, jak být efektivní a jak získat potřebnou konkurenční výhodu. Tyto podnikové procesy lze zmapovat a stanovit oblasti, kde jsou příležitosti ke zlepšení a zvýšení efektivity.

Analýza podnikových procesů umožňuje pohlédnout na firmu "z venku" očima nezávislých odborníků a poskytne skvělou zpětnou vazbu, kterou je často díky roky zavedeným postupům a "provozní slepotě" velmi obtížné odhalit interně.

Digitální transformace a Průmysl 4.0

V souvislosti s Průmyslem 4.0 čelí společnosti novým výzvám. Digitální transformace nejen výrobních procesů vyžaduje přehodnocení a přepracování stávajících podnikových procesů. Odborníci mohou pomoci s reinženýringem podnikových procesů tak, aby byly na digitální transformaci včas připraveny.

Digitalizaci je třeba vnímat jako příležitost. Je to dlouhodobý proces, který nelze zastavit. Díky virtuálnímu ověřování výrobních procesů, zařízení a systémů lze dosáhnout výborných výsledků při skutečné výrobě. Simulace výroby umožňuje ověřovat plánování procesů dlouho před jejich skutečným spuštěním.

Tecnomatix Process Simulate

Tecnomatix Process Simulate je integrovaným a komplexním prostředím pro simulaci a optimalizaci výrobních procesů, které umožňuje simulovat funkci jednotlivých pracovišť i celých linek ve 3D prostředí. Je podporována simulace a off-line programování průmyslových robotů v jejich nativním jazyce. Process Simulate obsahuje nástroje pro analýzu kolizí, návrh montážních operací a automatické hledání bezkolizní trajektorie robotu či montovaných dílců. 3D modely, výkresová dokumentace, kusovníky jsou spravovány v Teamcenter.

tags: #modelování #a #analýza #produkčních #systémů #SCAN

Oblíbené příspěvky: