V∞voj nového automobilu se sice ani dnes neprovádí v∞luƒn╪ na poƒítaƒích, ale jejich úloha v této oblasti se stále více rozτi²uje.
Neº vyjedou na silnice...
Náraz probíhá v naprosté tichosti. Kdyº Porsche 911 v rychlosti 64 km/h narazí do deformovatelné bariéry, není slyτet ani t²íτt╪ní skla, ani rachot maƒkan∞ch plechà. Vidíte pouze zniƒenou karoserii.
Ale ta stojí za to. Podle údajà firmy Mercedes se p²i nárazovém testu simulovaném na poƒítaƒi zjiτ£uje kolem 50 000 nejràzn╪jτích údajà, tedy více neº p²i reálném testu.
Tyto informace ale nejsou k dispozici okamºit╪. Jen propoƒet nárazu, kter∞ ve skuteƒnosti trvá 100 aº 120 milisekund, se u Porsche na vektorovém superpoƒítaƒi (viz rámeƒek) protáhne zhruba na p╪t dnà a vyhodnocení trvá jeτt╪ dalτí t²i dny. Není divu - objem dat p²edstavuje u kaºdého nárazového testu asi t²i gigabajty.
Kdyº seƒteme nároky na konstrukci, modelování, v∞poƒet a vyhodnocení, pak první digitální náraz nov╪ vyvíjeného modelu zabere více neº τest t∞dnà. Ale vzhledem k tomu, ºe konstrukce skuteƒného vozu, provedení a vyhodnocení reálného nárazového testu zaberou asi dvanáct t∞dnà, je poƒítaƒová simulace stále jeτt╪ ƒasov╪ zhruba o padesát procent v∞hodn╪jτí.
V∞hoda poƒítaƒe se vτak naplno projeví p²i druhém pokusu. Vzhledem k tomu, ºe lze pouºít jiº existující data, zabere simulace nárazu uº jen asi deset procent ƒasu, kter∞ by pot²ebovala reálná zkouτka. Hlavní v∞hodou poƒítaƒov∞ch simulací ve v∞voji automobilà je tedy finanƒní a ƒasová úspora. Proto se poƒítaƒové systémy pro konstrukci, simulaci a v∞poƒty t╪τí stále v╪tτí oblib╪ u konstruktérà, designérà a v∞vojá²à.
Mercedes jako první zkonstruoval vozidlo ve t²íd╪ S na pln╪ digitální bázi, tzv. "digital mock-up". To vyjad²uje, ºe vτechny díly byly konstruovány pomocí poƒítaƒe, avτak neznamená to, ºe by na poƒítaƒi bylo vyvíjeno celé auto.
Bharat Balasubramanian, pàvodem z Indie, kter∞ je u spoleƒnosti Daimler-Chrysler odpov╪dn∞ za takzvané "prà²ezové funkce" u osobních automobilà, k tomu ²íká: "D²íve neº sestavíme ,hardware', tedy vlastní prototyp, ov╪²ujeme si pomocí CAD softwaru, ºe jednotlivé díly bude vàbec moºné vyrobit a smontovat."
Tato strategie vede k tomu, ºe "fyzikální mock-up", tedy vlastní objekt simulací, se realizuje stále pozd╪ji. Tím je moºno minimalizovat takzvané v∞vojové smyƒky, kter∞mi auto p²i v∞voji prochází.
Ovτem skuteƒného modelu 1 : 1, prototypu schopného jízdy a testà motoru, se samoz²ejm╪ nikdo nevzdá ani dnes. Christoph Gümbel, vedoucí úseku simulací a v∞poƒtà u firmy Porsche, to zdàvodσuje takto: "P²i digitální prezentaci vozidla se vºdy jedná o urƒitou idealizaci."
Koneƒn∞ v∞stupní nárazov∞ test se bude podle jeho mín╪ní jeτt╪ dlouho provád╪t se skuteƒn∞mi vozy. A podle Ralfa Lambertiho, vedoucího "centra virtuálního sv╪ta" ve v∞voji osobních aut u firmy Daimler-Chrysler, nebudou ani koneƒná rozhodnutí vedení firmy o designu probíhat na virtuálních modelech.
Aƒkoliv i dnes v╪tτina designérà alespoσ v poƒáteƒní fázi v∞voje nového v∞robku kreslí nejrad╪ji na papír, u n╪kter∞ch firem, nap²íklad BMW, pouºívají tzv. sketch mapping, p²i n╪mº se nákres z r∞sovacího prkna p²enáτí p²ímo do p²ipojeného poƒítaƒe.
Tak vzniká trojrozm╪rn∞ datov∞ model, kter∞ se v pràb╪hu simultánního technologického procesu vym╪σuje s jin∞mi odd╪leními, nap². s konstrukcí. V procesu zvaném package se pak na poƒítaƒi zjiτ£uje, zda je mezi jednotliv∞mi díly dostateƒn∞ odstup, nap²íklad mezi motorem a rámem, nebo t²eba zda se na své místo vejde p╪tilitrová nádrºka na vodu do ost²ikovaƒà, kdyº dosud m╪la objem jen t²í litrà.
Takovéto v∞poƒty v CA systému se stávají velice komplikovan∞mi, jestliºe se jedná o tepeln╪ namáhané díly - nap²íklad mezi kolenem v∞fukového potrubí a manºetou ²ízení musí b∞t vzhledem k vyza²ovanému teplu ponechán voln∞ prostor. Ale také elasticita a tolerance pruºn∞ch spojà, jako jsou t²eba p²ívodní hadice chladiƒe, se uº dnes urƒují na poƒítaƒích.
"Digital mock-up" se samoz²ejm╪ neomezuje pouze na poƒítaƒovou podporu konstrukce. Jeho pomocí probíhají i simulace. "Simulace je napodobování dynamického procesu na modelu a slouºí nám k získání znalostí, kter∞ch bychom jinak nabyli aº p²i zkouτkách na hotovém prototypu," ²íká poƒítaƒov∞ specialista Gümbel.
Jiº na digitálním modelu se nap²íklad zkoumá, jak snadno pàjde vym╪nit ºárovka, aby se p²edeτlo problémàm v dílnách. U Mercedesu t²ídy E poƒítaƒ testoval, zda bude moci robot montovat a demontovat palivovou nádrº. Kdyº jsou pak taková data k dispozici, v dalτím pracovním kroku màºe b∞t navíc podle nich robot naprogramován.
Postupem zvan∞m metoda koneƒn∞ch prvkà (Finite Elemente Methode, FEM) lze povrch auta rozd╪lit na malé trojúhelníkové prvky - aº vypadá jako sí£. V kaºdém bod╪ této sít╪ je poƒítaƒ schopen vypoƒíst síly zpàsobené vn╪jτí zát╪ºí. Màºe jít o deformaci p²i nárazu stejn╪ jako o pnutí zpàsobené roztahováním st²echy kabrioletu na plném slunci. Podobn╪ lze zjistit i teplotní pohodu cestujících znázorn╪ním teplotního proud╪ní.
Fly through - tak naz∞vají konstrukté²i a v∞vojá²i virtuální let motorov∞m prostorem, interiérem vozu ƒi podvozkem, p²i kterém se zjiτ£uje, zda jsou dodrºeny minimální odstupy nebo zda màºe dojít ke vzájemné kolizi jednotliv∞ch dílà. Tato metoda màºe b∞t dokonce pouºita i p²i vyhodnocování digitální nárazové zkouτky. Pracovník u poƒítaƒe virtuáln╪ "prolétá" podéln∞m nosníkem a sleduje, co se tam b╪hem testu d╪je.
Interiér digitálního automobilu màºete posuzovat pomocí virtuální reality, protoºe trojrozm╪rná projekce umoºσuje urƒit∞ zpàsob interakce s virtuálním sv╪tem. Tak si màºete jasn╪ p²edstavit vybavení kabiny, barevnost nebo tvarov∞ design z pohledu cestujících. Na geometricky popsané plochy lze promítat i ràzné povrchové materiály. Pokud je testovací osoba vybavena stereoskopickou p²ilbou a datov∞mi rukavicemi se snímáním vτech p╪ti prstà, màºe se uvnit² digitálního vozu porozhlédnout, màºe ohmatávat povrch nebo zkouτet ràzné páƒky a zjiτ£ovat jejich funkce.
Pro studie vnit²ního prostoru se zvláτt╪ osv╪dƒuje CAVE (Computer Animated Virtual Environment) - vícestranná projekce v místnosti, ve které se màºete pohybovat a na jejíº st╪ny a podlahu se promítá souvisl∞ 3D obraz generovan∞ poƒítaƒem. ¼lov╪ku pohybujícímu se v tomto prost²edí se obraz p²izpàsobuje ve správném pom╪ru k jeho velikosti. Tento postup pouºívají nap²íklad firmy VW, Opel, BMW a Daimler-Chrysler.
Avτak i horliv∞ propagátor poƒítaƒà Balasubramanian, kter∞ u firmy Daimler-Chrysler prosazuje digitální v∞voj ze vτech sil, p²iznává: "¼lov╪k musí sed╪t ve skuteƒném aut╪, aby byl pocit z prostoru dokonal∞. Proto i dnes v poslední fázi posuzování musíme mít opravdovou 'kastli' se vτím vτudy."
Birgit Priemer
Simulace - p²ípad pro poƒítaƒ
Inºen∞²i firmy Porsche rozloºí pro poƒítaƒ automobil pomocí metody koneƒn∞ch prvkà na drobounké kousky, jejichº chování je moºno vypoƒítat a potom z nich sloºit koneƒn∞ obraz. Dnes Porsche pro simulace pouºívá vektorové superpoƒítaƒe "Spoleƒnosti pro vysoce v∞konné poƒítaƒe pro v╪du a pràmysl" ve Stuttgartu.
V této spoleƒnosti kooperují Bádensko-Württembersko, univerzita ve Stuttgartu a firmy Debis a Porsche - to vede krom╪ jiného i ke sníºení nákladà. Vºdy£ po²izovací ceny takov∞ch poƒítaƒà se pohybují kolem t²í aº desíti milionà marek.
Není bez zajímavosti, ºe p²i propoƒtech trvajících celé dny se drobné nep²esnosti sƒítají a vznikají znaƒné odchylky. V∞sledky získané vektorov∞mi poƒítaƒi NEC a Cray se mohou liτit aº o 15 procent. Avτak dny vektorov∞ch poƒítaƒà jsou seƒteny. Jeτt╪ letos chce Porsche p²ejít na podstatn╪ menτí st²ediskové servery. Multiprocesorové systémy, které b∞vají vybaveny 32 aº 64 procesory, jsou nejen podstatn╪ rychlejτí, ale také v∞razn╪ levn╪jτí, ceny se pohybují mezi 250 000 a t²emi miliony marek.
Jako operaƒní systém je pouºit Unix. V budoucnosti by m╪ly b∞t pro nároƒné simulace pouºívány i poƒítaƒe na bázi architektury Intel s Linuxem.
Ale p²es vτechen pokrok v technologii poƒítaƒà zatím nehrozí, ºe by v∞kon p²eb∞val. Od roku 1990 se objem dat, která vycházejí z jednoho pokusu, zv∞τil padesátinásobn╪. Je to jednak proto, ºe auta jsou daleko sloºit╪jτí a mají více vybavení, jednak proto, ºe simulace jsou nároƒn╪jτí a berou v úvahu více pràvodních faktorà.
