Προσομοίωση μηχανουργικών κατεργασιών με χρήση τεχνολογιών σχεδίασης και οπτικοποίησης σε εικονικό περιβάλλον

Abstract

Σκοπός της διατριβής είναι η ενοποίηση περιβάλλοντος Εικονικής Πραγματικότητας, με το σχεδιασμό διαδικασιών παραγωγής. Στο εικονικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε γίνεται προσομοίωση διαδικασιών παραγωγής, για τον προσδιορισμό ποσοτικών και ποιοτικών χαρακτηριστικών τους. Η προσομοίωση διαδικασιών παραγωγής στο σύστημα πραγματοποιείται με σχεδόν ρεαλιστικές συνθήκες εργασίας. Η απεικόνιση των διαδικασιών στο εικονικό περιβάλλον είναι ρεαλιστική. Ο χρήστης μπορεί να αλληλεπιδρά με όλα τα μοντέλα του εικονικού περιβάλλοντος και να περιηγείται ελεύθερα σε αυτό, αφού υποστηρίζονται λειτουργίες walk / fly through. Στο εικονικό περιβάλλον προβάλλονται πληροφορίες στο χρήστη για την εξέλιξη της διαδικασίας σε πραγματικό χρόνο. Το σύστημα αναπτύχθηκε σε εμπορική πλατφόρμα Εικονικής Πραγματικότητας, στην οποία αναπτύχθηκαν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που απαιτούνται για την προσομοίωση της συγκεκριμένης βιομηχανικής διαδικασίας. Στο εικονικό περιβάλλον μηχανουργείου που αναπτύχθηκε, γίνεται προσομοίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών εργαλειομηχανής (CNC φραίζα τριών αξόνων), για την εξέταση παραμέτρων σε σχέση με τη δυνατότητα υλοποίησης προσχεδιασμένων κατεργασιών. Το σύστημα αποτελεί συμπληρωματικό εργαλείο σε συστήματα CAM, αφού υποστηρίζει τη δυνατότητα οπτικοποίησης διαδικασιών, που έχουν οριστεί σε αυτά. Το σύστημα έχει ολοκληρωθεί με σύστημα CAM. Για την απεικόνιση του αποτελέσματος της κατεργασίας, γίνεται προσομοίωση της αφαίρεσης υλικού από το τεμάχιο σε πραγματικό χρόνο. Το εικονικό περιβάλλον που αναπτύχθηκε, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο εκπαίδευσης, αφού ο χειρισμός της εικονικής εργαλειομηχανής γίνεται με φυσικό τρόπο. Η προσομοίωση μηχανουργικών κατεργασιών μέσω της χρήσης συστημάτων CAM δεν παρέχει τη δυνατότητα προσδιορισμού ποσοτικών δεδομένων για την κατεργασία που μελετάται. Η μελέτη της κατεργασίας γίνεται ξεχωριστά στο σύστημα Εικονικής Παραγωγής. Όλα σχεδόν τα συστήματα επικεντρώνονται κυρίως στο αποτέλεσμα της κατεργασίας που μελετάται και όχι στα ενδιάμεσα στάδια για την ολοκλήρωση της. Τα συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας, που έχουν αναπτυχθεί για την προσομοίωση μηχανουργικών κατεργασιών, υποστηρίζουν τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον, στο οποίο προσομοιώνεται η εκτελούμενη κατεργασία. Επιπλέον αποτελούν ισχυρά εργαλεία οπτικοποίησης, αφού ο χρήστης μπορεί να κινείται στο εικονικό περιβάλλον κατά τη διάρκεια της προσομοίωσης της διαδικασίας και να παρατηρεί την εξέλιξή της από διαφορετικές θέσεις στο χώρο. Τα συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας εστιάζονται κυρίως στις δυνατότητες οπτικοποίησης και λιγότερο στον υπολογισμό αποτελεσμάτων (ποιοτικών και ποσοτικών) για τη διαδικασία. Στο παρόν σύστημα έχει αναπτυχθεί μοντέλο για τον υπολογισμό ποσοτικών παραμέτρων σχετικών με την τραχύτητα της επιφάνειας κατεργασίας. Το μοντέλο αξιοποιεί δυνατότητες του συστήματος γραφικών και της OpenGL. Το μοντέλο αξιοποιεί δυνατότητες του συστήματος γραφικών και της OpenGL. Το μοντέλο έχει ενοποιηθεί με το σύστημα και παρέχει τη δυνατότητα πραγματοποίησης μετρήσεων τραχύτητας στην επιφάνεια κατεργασίας στο εικονικό περιβάλλον. Οι μετρήσεις πραγματοποιούνται σε θέσεις που επιλέγονται από το χρήστη του συστήματος. Το μοντέλο επαληθεύτηκε με το αριθμητικό μοντέλο MSN και με πειραματικά δεδομένα. Η ακρίβεια του κρίθηκε ικανοποιητική για τον προσδιορισμό της τοπομορφίας της επιφάνειας κατεργασίας και τον υπολογισμό ποσοτικών μεγεθών σχετικών με την τραχύτητα της επιφάνειας κατεργασίας. Η συνεισφορά στην επιστήμη του συστήματος που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διατριβής είναι ότι υποστηρίζει χαρακτηριστικά των συστημάτων Εικονικής Πραγματικότητας και οπτικοποιεί τη μηχανουργική διαδικασία σε ένα ρεαλιστικό τρισδιάστατο περιβάλλον με δυνατότητα αλληλεπίδρασης. Επίσης, στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκε και ενοποιήθηκε στο εικονικό περιβάλλον ένα νέο μοντέλο για τον προσδιορισμό ποιοτικών και ποσοτικών δεδομένων για κρίσιμες παραμέτρους της διαδικασίας, τα οποία μέχρι σήμερα εκτιμώνται εμπειρικά ή προσδιορίζονται μέσω ειδικευμένων μοντέλων για κάθε κατεργασία. Με το μοντέλο αυτό μπορεί να γίνει εκτίμηση της δυνατότητας υλοποίησης μιας κατεργασίας σε ένα ρεαλιστικό τρισδιάστατο περιβάλλον και να προσδιοριστούν δεδομένα σχετικά με την τραχύτητα και την τοπομορφία της επιφάνειας κατεργασίας. Η μέτρηση της τραχύτητας πραγματοποιείται με διαδικασία αντίστοιχη με την πραγματική και η τοπομορφία της επιφάνειας κατεργασίας οπτικοποιείται ρεαλιστικά στο εικονικό περιβάλλον. Στην παρούσα διατριβή επιπλέον προτείνεται μια νέα μέθοδος ενοποίησης περιβαλλόντων προσομοίωσης (εικονικό περιβάλλον με σύστημα CAM) και μια διαδικασία για την ανάπτυξη εικονικού περιβάλλοντος προσομοίωσης και την ολοκλήρωση επιμέρους λογισμικών εργαλείων σε αυτό.