Altair - konference
Google překladač: English Deutsch

Exkluzivní partner sekce

Siemens

GOPAS - CAD kurzy

Více kurzů

StreamTech.tv

streamtech tv-logo

Datová rukavice – intuitivní nástroj manipulace objekty v CAD

Tags: CAD | Virtuální realita

Současný vývoj v oblasti strojírenské výroby směřuje k tzv. „Digital manufacturing“, tj. k namodelování, ověřování a provozu výrobních uskupení nejprve v podobě počítačových dat a modelů a až následně ke skutečné realizaci a provozu. Nejčastěji uváděné důvody pro takový postup jsou: odstranění chyb již v projekční fázi, snížení nákladů, zvýšení kvality finálního návrhu, zkrácení času apod. Současně nezávisle s tím se vyvíjí i oblast virtuální reality.

Obě tyto technologie mají společné to, že k jejich aplikaci jsou třeba počítačové modely reálných objektů, s nimiž se pracuje, a to zejména v podobě 3D modelů. Z tohoto hlediska je možné použít virtuální realitu jako prostředí, ve kterém se budou řešit úkoly spojené s digitální výrobou, jako jsou například vytvoření modelu pracoviště, simulace různých činností apod. V rámci řešení projekčních úkolů na Technické univerzitě v Košicích byl ověřován koncept použití některých technických prvků virtuální reality při řešení dispozice pracoviště.

Řešení dispozice pracoviště

Řešení dispozice pracoviště je komplexní problematika, v níž se spojují poznatky z různých vědních oborů od matematiky až po ergonomii. Cílem je najít co nejvýhodnější uspořádání všech strojů a zařízení tak, aby byl optimalizován materiálový a informační tok při zachování co nejnižších nákladů a bezpečnosti provozu. Pro řešení této úlohy se používají různé výpočtové, grafické a simulační metody. Při ověřování konceptu aplikace virtuální reality v rámci řešení této úlohy byl problém zúžen pouze na variantní umístění výrobních strojů na výrobní plochu. Důvodem bylo ověřit tezi, že práce s modely pomocí datové rukavice je pro člověka přirozenější a připomíná práci s 3D maketami ve skutečnosti, což zjednoduší tvorbu počítačových modelů pracovišť.
K dispozici byly následující technické prostředky pro virtuální realitu: datová rukavice CyberGlove II a trekovací zařízení Flock of Birds (obr. 1).
 
Obr. 1 Technické prostředky pro virtuální realitu
 
Obr. 1 Technické prostředky pro virtuální realitu

V programu CATIA byl vytvořen model pracoviště a modely výrobní techniky (obr. 2). Pro zajištění přenosu pohybů datové rukavice do prostředí CATIA byl použit software VirtualHand for V5 ve verzi pro CATIA V5 R15. Všechny modely byly vytvořeny v měřítku 1:50, aby byly „uchopitelné do ruky“. Modely musely být vytvořeny v tomto měřítku nativně, tj. bez zmenšování, protože bylo zjištěno, že modely vytvořené v měřítku 1:1 a následně zmenšené není schopen software VirtualHand akceptovat. Také se ukázala jako problematická manipulace modelů importovaných z jiných CAD systémů.

Obr. 2 Výchozí situace – model výrobní haly a modely strojů
 
Obr. 2 Výchozí situace – model výrobní haly a modely strojů

Po těchto přípravách byl spuštěn software VirtualHand. Jednotlivé stroje byly uchopované a umísťované na výrobní plochu (obr. 3, 4 a 5). Při řešení reálných projektů je nutné při umísťování strojů dodržovat určité zásady: vzdálenosti od stěn, od strojů navzájem, od cestiček pro pohyb apod. V tomto případě byly stroje umísťovány více méně intuitivně. Důvodem je to, že jde v podstatě o skládání sestavy (assembly) v prostředí CATIA V5. Při skládání sestav se používají vazby (constrains) pro zajištění přesné vzájemné polohy jednotlivých dílů, a jakmile jsou určeny všechny vazby, tj. odstraněny všechny stupně volnosti, objektem již není možné volně pohybovat. Měnit jeho polohu lze již jen řízením vazeb, resp. jejich odstraněním. Tím by se však ztratila výhoda spočívající v jednoduchém přesouváni stroje pomocí rukavice, tj. způsobem „uchop a přemísti“.

Obr. 3 Uchopení stroje a jeho přesun
Obr. 3 Uchopení stroje a jeho přesun
Obr. 4 Umístění výrobního stroje na výrobní plochu
Obr. 4 Umístění výrobního stroje na výrobní plochu
Obr. 5 Celkový pohled na proces umístění modelu do požadované pozice
Obr. 5 Celkový pohled na proces umístění modelu do požadované pozice

Jedním z nejjednodušších, ne však nejideálnějších způsobů, jak řešit tento problém, je nakreslení pomocné mřížky na podlahu modelu, která bude mít rozestupy v určité vzdálenosti, např. každých 10 cm s barevným rozlišením hlavních a pomocných čar, aby bylo možné se v mřížce snadno zorientovat a odečítat vzdálenosti. Ideálním způsobem, ale z hlediska zvládnutí velmi náročným, by bylo přidání „inteligence“ modelům. Tato „inteligence“ by zohledňovala okolí a např. znázorňovala barevně zónu stroje, do které se nesmí dostat jiný stroj. Šlo by v podstatě o něco podobného, jak je to využíváno v některých stavitelských strategických hrách, kde objekt není možné umístit, dokud nejsou splněny určité podmínky, např. dostatečně velká volná plocha, objekty se nesmí překrývat, nejprve musí být postaveny základy apod.

Jako další problém se ukázalo i umístění strojů do vzájemně rovnoběžné polohy. Pouze pomocí datové rukavice je to téměř nemožné.

Navzdory některým problémům je po určitém zácviku a zohlednění možností softwaru a hardwaru možné umístit stroje do požadované polohy a vytvářet tak projekty pracovišť. Po vytvoření jednotlivých řešení je nutné si stanovit systém označování souborů jednotlivých variant řešení. Finální uspořádání strojů dosažené pouze pomocí datové rukavice je na obr. 6.

Na základě zkušeností získaných při řešení úlohy je možné konstatovat, že v současném stavu je vhodné použití rukavice na přibližné umístění strojů ve výrobní hale a na přesné „doladění“ je nutné použít vazby. Rovněž je možné konstatovat, že z hlediska samotné práce při manipulaci s objekty jde o zajímavou zkušenost, kdy objekty jsou „uchopovány“ do ruky a umísťovány pro člověka přirozenějším způsobem.
 
Obr. 6 Výsledek – model pracoviště s umístěnými stroji
 
Obr. 6 Výsledek – model pracoviště s umístěnými stroji

Závěr

V současném stadiu naráží použití datové rukavice při projektování výrobních uskupení na několik problémů, které v konečném důsledku způsobují, že rychlejší a jednodušší je použití klasických vstupních zařízení, jako jsou myši, resp. 3D myši. Předpoklad do budoucna je, že další vývoj technických a programových zařízení umožní jednodušší manipulaci a přesné umísťování objektů a tím najde plnohodnotné uplatnění i v projekční oblasti. Některé z výše zmíněných problémů jsou řešeny ve spolupráci s firmou MCAE, která je dovozcem zmíněných zařízení pro virtuální realitu. Díky spolupráci s touto firmou byl navázán kontakt s výrobcem zařízení, který podle dosavadních vyjádření má zájem řešit připomínky a požadavky praxe a implementovat je při vývoji nových verzí svých produktů. Jsme rádi, že univerzitní půda se znovu ukázala jako akceptovaný tester produktů praxe.

Literatura

  1. Fedorko, G., Molnár, V.: Catia – základy projektovania. Košice: TU, 2006. 105 s. ISBN 80-8073-648-0
  2. Mareš, A., Senderská, K.: Virtuálna realita v projektovaní montážnych pracovísk. In: Produktivita a inovácie, roč. 8, č. 2/2007, s. 17–18. ISSN 1335-5961
  3. http://www.mcae.cz
  4. Pokorný, P.–Václav, Š.: Positioning and clamping of assembly JIG, Vedecké práce MtF STU v Bratislave so sídlom v Trnave. ISSN 1336-1589
  5. Václav, Š.–Pokorný, P.: Objective method for assembly, ICPM 2007. IV. International Congress on Precision Machining 2007, September 2007, Kielce – Poland, Kielce University of Technology, 2007. ISBN 978-83-88906-91-6
Autoři pracují na Strojnické fakultě TU v Košicích.
 

Mohlo by vás zajímat: