Datalähtöinen virtuaalinen konelaboratorio mekatronisen koneen yhteissuunnittelun tukena

Abstract

Mekatronisen koneen suunnittelu vaatii useita teknologioita yhdistävää suunnittelutyötä. Yhteissuunnittelu toisi suunnittelijat yhteen suunnittelemaan kokonaista toimivaa laitetta yksittäisten suunnitteluteknologioiden toteuttamisen sijaan. Kuitenkin suunnittelutiedon automatisoitu yhdisteleminen on hankalaa, koska suunnitteluohjelmat eivät tue yhteissuunnittelua ja suunnittelutietojen yhdistelyä riittävästi. Koska yhteissuunnittelu vaatii yhteisen suunnittelutyöpöydän, jossa suunnittelutieto yhdistyy yhdeksi kokonaisuudeksi, on mielekästä tutkia tällaista konseptia sekä sen toteuttamista.

Virtuaalinen konelaboratorio (VML) tarjoaa yhteisen näkymän mekatroniseen laitteeseen. Diplomityössä selvitetään, millainen on hyvä suunnittelua tukeva VML-järjestelmä, ja miten VML-järjestelmä kannattaa toteuttaa.

Työ jakautuu kolmeen osaan: Kirjallisuusselvitykseen virtuaalikonelaboratoriosta, suunnittelusta sekä soveltuvista toteutusteknologioista VML-järjestelmän toteuttamiseksi; asiantuntijahaastatteluun, jossa kerätään ideoita ja palautetta siihen, millaisia ongelmia yhteinen virtuaalinen suunnittelutyöpöytä voisi ratkaista; ja tutkimusprototyypin toteuttamiseen, jossa selvitetään teknisiä mahdollisuuksia toteuttaa automatisoidusti tällainen toimiva VML-järjestelmä suunnitteluohjelmien tuottamasta tiedosta.

Prototyypin toteuttamisessa käytetään valmiin jo toteutetun toimivan puomilaitteen suunnitteluaineistoa. Valmiista prototyypistä arvioidaan käytettyjen webin teknologioiden sopivuutta tällaisen yhteissuunnittelun tukityövälineen toteuttamiseksi.

Tutkimus osoittaa, että yhteissuunnittelulle on selkeä tarve mekatronisen koneen suunnittelussa, mutta nykyinen suunnitteluprosessi ja -välineet eivät tue tällaista suunnittelua riittävästi. Havaitaan myös, että tietokoneavusteisen tuen toteuttaminen vaatii suunnittelutiedon yhdistelyä aivan uudella tavalla. VML täytyy olla toteutettavissa datalähtöisesti suunnittelutiedosta, jotta suunnittelijat voivat seurata koko ajan, miten heidän suunnittelutyönsä edistää yhteisiä tavoitteita.

Designing mechatronic systems requires co-operation between various design disciplines. To help this task co-design should result a process of creating one working machine, not only focusing on designing working subsystems. Unfortunately, it is not automatically possible to merge design information together because CAD tools does neither support co-design nor sufficiently combine data. A shared virtual design space might be useful to understanding combined design data. As such, it is worthwhile to study this kind of computer aided design concept and how it could be developed.

Virtual Machine Laboratory (VML) provides shared view to a mechatronic machine. This thesis investigates the questions of what sort of VML software is able to support the design tasks, and what kind of software development is needed to generate this kind of VML.

This thesis consists of three main parts: literature study, interview research and prototype software implementation. In the literature study part, VML systems, design process and suitable technologies to implement VML are explored. In the interview research part, experts are giving their views about VML support to a machine design process. In the third part, a prototype software is implemented to explore how VML can be generated from the data produced by various design tools.

The design data of an already built boom is a subject for a case study. Prototype VML uses this data and with the generated views to the data we are able to evaluate how semantic web technologies are suitable for producing computer-supported cooperative work tools for co-design.

The study indicates that co-design is clearly needed for machine design, but the process and the tools to support co-design are insufficient. The result of this study suggests that we need to model and use the knowledge itself in new ways. VML needs data-driven implementation from the design data produced by designers with their CAD tools. Like this, the designers are able to monitor how their cooperative work helps the whole design process forward.