الهندسة الافتراضية

توفر بيئة الهندسة الافتراضية منظورًا يركز على المستخدم، من منظور الشخص الأول، مما يُمكّنه من التفاعل مع النظام الهندسي بسلاسة، ويُزوّده بمجموعة واسعة من الأدوات سهلة الاستخدام. يتطلب ذلك نموذجًا هندسيًا يشمل الهندسة والفيزياء وأي بيانات كمية أو نوعية من النظام الحقيقي. ينبغي أن يكون المستخدم قادرًا على استعراض نظام التشغيل وملاحظة كيفية عمله واستجابته للتغييرات في التصميم أو التشغيل أو أي تعديل هندسي آخر. يجب أن يوفر التفاعل داخل البيئة الافتراضية واجهة سهلة الفهم، تتناسب مع الخلفية التقنية للمستخدم وخبرته، مما يُمكّنه من استكشاف واكتشاف تفاصيل غير متوقعة ولكنها بالغة الأهمية حول سلوك النظام. وبالمثل، ينبغي أن تتكامل أدوات وبرامج الهندسة بسلاسة مع البيئة، وأن تسمح للمستخدم بالتركيز على المشكلة الهندسية المطروحة. يتمثل أحد الأهداف الرئيسية للهندسة الافتراضية في إشراك القدرة البشرية على التقييم المعقد.

تشمل المكونات الرئيسية لمثل هذه البيئة ما يلي:

• تقنيات التصور الافتراضي التي تركز على المستخدم . عند عرض البيانات ثلاثية الأبعاد المعقدة في واجهة مألوفة وطبيعية ، تصبح أكثر قابلية للفهم والاستخدام، مما يعزز فهم المستخدم. وبالاستعانة بخبير مناسب (مثل مهندس تصميم، أو مهندس مصنع، أو مدير إنشاءات)، يمكن للواقع الافتراضي تقليل وقت التصميم للوصول إلى حلول أفضل.
• التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) #cite note-ota-1 التحليل والهندسة التفاعلية. تتطلب جميع جوانب محاكاة محطات الطاقة تقريبًا اليوم إعدادًا وحسابًا وتكرارًا مكثفًا خارج الإنترنت. قد يتراوح الوقت اللازم لكل تكرار من يوم واحد إلى عدة أسابيع. ثمة حاجة إلى أدوات للهندسة التعاونية التفاعلية، حيث يمكن للمهندس إنشاء عملية تفكير ديناميكية، للسماح باستكشاف أسئلة "ماذا لو" في الوقت الفعلي، وهي أسئلة أساسية في العملية الهندسية. في جميع الظروف تقريبًا، تكون للإجابة الهندسية الآن قيمة أكبر بكثير من إجابة الغد أو الأسبوع المقبل أو الشهر المقبل. على الرغم من تطوير العديد من تقنيات التحليل الهندسي الممتازة، إلا أنها لا تُستخدم بشكل روتيني كجزء أساسي من التصميم الهندسي والتشغيل والتحكم والصيانة. يتجاوز الوقت اللازم للإعداد والحساب وفهم النتيجة، ثم تكرار العملية حتى الحصول على إجابة كافية، الوقت المتاح بشكل كبير. يشمل ذلك تقنيات مثل ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) وتحليل العناصر المحدودة (FEA) وتحسين الأنظمة المعقدة. بدلاً من ذلك، تُستخدم هذه الأدوات الهندسية لتوفير فهم محدود للمشكلة، أو لتحسين الحل، أو لفهم أسباب الخلل بعد تصميم سيئ وكيفية تحسين النتائج في المرة القادمة. وينطبق هذا بشكل خاص على تحليل ديناميكيات الموائع الحسابية.
• الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE): دمج العمليات الحقيقية في البيئة الافتراضية. الهندسة تتجاوز مجرد التحليل والتصميم. لا تزال هناك حاجة لتطوير منهجية لتخزين البيانات الهندسية، وبيانات المصانع، والهندسة، وجميع البيانات الهندسية النوعية والكمية الأخرى المتعلقة بتشغيل المصانع، والوصول السريع إليها.
• أدوات دعم القرار الهندسي. يجب دمج أدوات التحسين وتحليل التكاليف والجدولة والأدوات القائمة على المعرفة في العمليات الهندسية.

تتيح الهندسة الافتراضية للمهندسين العمل مع العناصر في بيئة افتراضية دون الحاجة إلى التفكير في المعلومات التقنية الأساسية لهذه العناصر. فعندما يتحكم المهندس بمكون افتراضي وينقله أو يعدله، لا يحتاج إلا إلى التفكير في تبعات هذا التغيير على نظيره في العالم الحقيقي. كما يجب أن يكون المهندسون قادرين على تكوين صورة شاملة للنظام، وأجزائه المختلفة، وكيفية تفاعل هذه الأجزاء مع بعضها. وعندما يتمكن المهندسون من التركيز على اتخاذ القرارات المتعلقة بقضايا هندسية محددة بدلاً من التركيز على المعلومات التقنية الأساسية، يتم تقليل دورات التصميم والتكاليف.

عادةً ما تُسمى وحدات الهندسة الافتراضية على النحو التالي:

• التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD): يشير إلى القدرة على نمذجة الأشكال الهندسية باستخدام عمليات هندسية تحاكي عمليات التصنيع الصناعية الواقعية، مثل الدوران والتشكيل والبثق. صُممت وحدة CAD لتسهيل إنشاء الأشكال الهندسية، وعادةً ما تأتي مزودة بوحدات أخرى، مثل أداة إنشاء الرسومات الهندسية.
• التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM): على الرغم من أن برامج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) توفر شكلاً افتراضياً دقيقاً للأجسام أو الأجزاء، إلا أن عملية تصنيعها قد تختلف اختلافاً كبيراً، وذلك لأن هذه البرامج كانت تعتمد فقط على عمليات حسابية دقيقة (نقاط وخطوط ومستويات وأحجام مثالية). ولمراعاة تسلسل عمليات التصنيع بشكل أكثر واقعية، ولضمان أن يكون المنتج النهائي قريباً من النموذج الافتراضي، يستخدم المهندسون وحدة تصنيع تمثل أداة لتصنيع الأجزاء.
• الهندسة بمساعدة الحاسوب (CAE): جانب آخر مُدمج في أداة هندسية افتراضية، وهو التحليل الهندسي (تحليل العناصر المحدودة للتشوهات، والإجهاد، وتوزيع درجة الحرارة، والتدفق، إلخ). يمكن دمج هذه الأداة مع البرنامج الرئيسي أو فصلها عنه. عادةً ما تكون وحدات CAE البرمجية مخصصة لهذه المهمة، مع ميزات أقل في جانب التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). غالبًا ما تدعم الأدوات استيراد/تصدير البيانات لتحقيق أقصى استفادة من كل أداة.

يمكن أن توجد وحدات أخرى تؤدي مهامًا مختلفة، مثل تصنيع النماذج الأولية وإدارة دورة حياة المنتج.