赋能企业异地评审,云试验技术将成为新的数字化评审工具

1 引言

随着数据采集系统、信息技术和⽹络技术的发展,制造业进⼊了数字化时代。在数字化的背景下,全球制造业⾯临着新的挑战。在此背景下,德国、美国和中国相继提出了⼯业4.0、⼯业互联⽹和中国制造2025等先进制造战略,其共同⽬标是实现智能制造。智能制造是指未来的制造状态,是从整个产品⽣命周期中的数据实时传输和分析,以及基于模型的仿真和优化来创造智能,从⽽对制造业的各个⽅⾯产⽣积极影响。
实现智能制造是一个长期的过程,在这个过程中研发设计是非常重要的一环,企业研发设计常用的手段主要包括物理试验和计算机仿真。但在研发过程中经常面临以下问题:
(1)试验、仿真和其他相关利益方需要进行多轮交流,但是各方一般处于异地,汇集各方评审交流非常麻烦。即使各方汇集一处,也由于缺乏合适的工具,不能将物理试验和计算机仿真过程很好的在一起呈现,造成沟通效果大打折扣;
(2)甲方不能实时对异地的物理试验进行监控,从而不能及时修正一些试验错误;
(3)试验培训工作经常受限于时间和空间等因素,培训周期较长且效果不佳。
因此,企业亟需一种试验系统,可以将物理试验“搬到”线上,实现物理试验与计算机仿真在同一场景下呈现,从而可以用直观形象的方式展现试验和仿真过程,不仅方便相关利益方现场或异地的评审交流,而且可以实现对物理试验的异地实时监控,后期还可用于对新员工的培训,这种系统称为基于物理试验嵌入的云试验系统。

2 解决方案

在此背景下,北京朗迪锋科技有限公司提出了基于物理试验嵌入的云试验系统解决方案,此方案以MultiViz和MakeReal3D两款软件为核心,集成流体CFD、结构FEM、传感器测量数据、摄像头监控画面、三维CAD、三维场景以及交互编程的文本等多学科数据,通过鼠标键盘、VR头盔、外接操纵杆、数据手套、力反馈等设备进行虚拟试验的可视化交互。

图 1 基于物理试验嵌入的云试验系统解决方案
其中,MultiViz负责处理MSC Nastran、LS-DYNA、Mechanical、ABAQUS、Fluent、CFX、Star CCM+等仿真软件的计算结果,然后将处理后的结果作为资源导入MakeReal3D中。
MakeReal3D负责云试验系统的开发,将MultiViz处理后的仿真数据、实时接入的传感器数据、三维CAD模型、三维场景和动画等资源进行融合,通过可视化编程实现试验过程的逻辑交互,最后通过渲染实现逼真的效果以及发布可执行文件(即云试验系统)。

发布的云试验系统可在服务器等硬件设备上运行,可通过桌面屏幕、VR头盔、立体显示屏等进行显示,可通过操纵杆、数据手套、力反馈等设备与云试验系统交互。

3 云试验系统的特点

(1)将试验采集的数据与计算机仿真数据在同一场景下呈现,可以很直观的对比二者的异同,方便相关人员评审交流。

(2)通过传感器数据和摄像头画面接入,实现对物理试验的远程监控,可及时发现试验偏差以及方便与现场试验人员交流。

(3) 通过外接操纵杆、数据手套、力反馈和VR头盔等设备,不仅可以以接近真实试验的方式在虚拟场景中控制试验过程,还可以用于对新入职员工的培训。

4  关键技术

下面介绍实现基于物理试验嵌入的云试验系统的几项关键技术:

(1)CAE数据VR可视化技术

下面图片展示的是虚拟风洞试验过程,通过调整攻角,试验段可显示对应攻角下翼型的表面压力云图和流线。
图 1 基于物理试验嵌入的云试验系统解决方案

(2)传感器数据实时驱动虚拟空间中模型运动的技术

下面视频展示的是通过传感器,将现实中机械臂的运动数据接入,从而驱动虚拟机械臂的运动。

(3)通过硬件设备与虚拟空间中模型交互的技术

下面图片展示的是通过力反馈设备在虚拟空间中拆卸齿轮箱。

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