Miksi digitaalinen prototyyppi?

Tuotekehitystä saadaan tehokkaaksi nopeuttamalla sykliä kehityksen ja testaamisen välillä. Tämä on erityisen tärkeää koneenrakennuksessa jossa prototyypin rakentaminen vielä paljon aikaa. Ketterät menetelmät ja “fail-fast” periaatteiden käyttäminen auttaa, mutta lisäparannusten saavuttaminen vaatii jotain uutta. Digitaalinen prototyyppi voi olla tämä seuraava kehitysaskel.

Jotta digitaalinen prototyyppi olisi hyödyllinen pitää sitä päästä tarkastelemaan ja tutkimaan monesta eri näkökulmasta. 3D malleilla sijoitettuna virtuaaliseen ympäristöön pystytään tutkimaan miltä kone näyttää ja miten se sopii ympäristöönsä. Jonkin verran pystytään tutkimaan myös toiminnallisuutta mutta suorituskykyä on vaikea arvioida. Matemaattisesti mallintamalla koneen fysiikka ja dynamiikka, ja kytkemällä tämä matemaattinen malli koneen 3D malliin päästään kiinni myös suorituskykyyn. Konetta pystytään oikeasti testaamaan digitaalisessa virtuaalisessa ympäristössä ennen fyysisen prototyypin rakentamista.

Erilaisia simulaattoreita ja simulointijärjestelmiä on olemassa useita. Niille on kaikille omat käyttökohteensa, jossa niiden käyttäminen on helppoa ja kätevää. Tyypillinen esimerkki on koulutus simulaattori. Näiden simulaattoreiden hyödyntäminen moneen eri tarkoitukseen saattaa kuitenkin olla hankalaa ja vaatia erikoisosaamista.

3D maailma ja fysiikkamallit voidaan kytkeä yhteen tunnetuilla ja kaikkien saatavilla olevilla työkaluilla. 3D maailma, eli kone ja sen ympäristö mallinnetaan Unityyn. Koneen fyysiset ominaisuudet mallinnetaan Mathworksin Simulink työkalulla. Nämä mallit kytketään yhteen niin että tieto kulkee molempiin suuntiin. Näillä työkaluilla on, monenlaisten valmiiden komponenttien ansiosta simulaatiomallin rakentaminen todella tehokasta.

Yllä oleva kuviteltu esimerkki on Terex Fuchs materiaalinkäsittelykone. Sen ohjausjärjestelmä, hydrauliikka ja mekaniikka on mallinnettu simulinkissä. Koneen 3D malli ja virtuaalinen ympäristö on Unity:ssa, jossa on myös ”mittaristo” johon tuodaan tietoja simulink mallista sekä pystytään säätämään simulink mallin ominaisuuksia. Unity:stä voidaan viedä tietoa virtuaalisen ympäristön tapahtumista simulinkkiin, esimerkiksi törmäykset ja kosketukset.

Artikkelin seuraavassa osassa kerromme tarkemmin miten digitaalinen prototyyppi syntyy.