Így forradalmasítják az ipart a szintetikus adatok

A géptervezés területén az innováció és a hatékonyság mindig is elsődleges volt. E célok elérése érdekében a mérnökök és a tervezők hagyományosan fizikai prototípusokra, kiterjedt tesztelésre és ismétlődő fejlesztésekre támaszkodtak. A szintetikus adatok és a digitális ikrek megjelenése azonban forradalmasítja a terméktervezési folyamatot. Ezek a technológiák példátlan lehetőségeket kínálnak a fejlesztési ciklusok felgyorsítására, a tervek optimalizálására és a termékteljesítmény fokozására.

A szintetikus adatok olyan mesterségesen generált adatokra utalnak, amelyek nagyon hasonlítanak a valós információkhoz. Olyan algoritmusok és modellek segítségével jönnek létre, amelyek megragadják az eredeti adatok jellemzőit és mintáit. A terméktervezésben a szintetikus adatok lehetővé teszik a mérnökök számára, hogy különböző forgatókönyveket szimuláljanak, különböző tervezési paramétereket teszteljenek, és hatalmas mennyiségű adatot generáljanak anélkül, hogy fizikai prototípusokra lenne szükség. Ez a megközelítés jelentősen felgyorsítja a tervezési folyamatot, csökkenti a költségeket és javítja a termék általános minőségét. 

A digitális ikrek a fizikai termékek, rendszerek vagy folyamatok virtuális reprezentációi. Az érzékelőkből, eszközökből és más forrásokból származó valós idejű adatokat fejlett analitikai és modellezési technikákkal kombinálják, hogy dinamikus digitális másolatot hozzanak létre. A termék viselkedésének virtuális környezetben történő elemzésével és szimulálásával a digitális ikrek lehetővé teszik a termékfejlesztők számára a teljesítmény optimalizálását, a karbantartási követelmények előrejelzését és a tervezési alternatívák feltárását. Hatékony eszközként szolgálnak a termékfejlesztés számára, lehetővé téve a további fejlesztést és fokozva a tervezési döntéseket.

A két technológia lehetővé teszi a tervezők számára, hogy virtuális térben fedezzék fel a tervezési lehetőségeket. Ez a termék viselkedésének átfogóbb megértéséhez vezet, ami következésképpen tájékozottabb tervezést eredményez. Emellett a digitális ikrek lehetővé teszik a tervezők számára, hogy valós időben megfigyeljék, hogyan befolyásolják a tervezési paraméterek változásai a teljesítményt, ami megkönnyíti a gyors iterációt és optimalizálást. 

A tervezés digitalizálásának legújabb fejezetének egyik legfontosabb jellemzője, hogy a szintetikus adatok és a digitális ikrek drámaian javították a terméktervezési folyamatban részt vevő érdekelt felek közötti együttműködést és kommunikációt. A virtuális másolatok sokkal könnyebben megoszthatók és vizualizálhatók, mint fizikai társaik, és a szintetikus adatok mellett használt ikerpárok eredményei messzire mutatnak.

Hangtechnikai felhasználás

Számos elektronikai gyártó alkalmazza a digitális ikreket audioberendezései - például fejhallgatók, hangszórók és mikrofonok - tervezésénél. A virtuális másolatok létrehozása után a mérnökök szintetikus adatok segítségével tesztelhetik termékeik akusztikai teljesítményét. Az akusztikai szimulációs platformok olyan szintetikus hangadatokat tudnak biztosítani, amelyek pontosan reprezentálják, hogyan fognak hangzani az audioeszközök egy adott környezetben.

Ebben az esetben a digitális ikreket nem csak az audioeszköz másolására használják, hanem bármely épített környezet virtuális térbe helyezésére is, amely a mérnökök számára a szimulációs forgatókönyvek átfogó választékát biztosítja (helyiségméret, anyagok és berendezési elemek nagysága). Az így kapott szintetikus adatok, amelyek rendkívül hiteles hallgatói élményt nyújtanak, lehetővé teszik a különböző tervek és funkciók tesztelését, értékelését és optimalizálását.

A repülőgépiparban is nagy az előrelépés

A szintetikus adatok és a digitális ikrek erejét kihasználva a fejlesztők mélyebb betekintést nyerhetnek a termék teljesítményébe. A légi ipar tökéletes példa erre: a digitális ikertechnológiák alkalmazásának eredményeként a Boeing a közelmúltban 40 százalékkal javította rendszereinek és alkatrészeinek első alkalommal történő minőségét.

A vállalat úgy döntött, hogy digitalizálja teljes fejlesztési rendszerét, hogy hatékonyabb szolgáltatásokat és jobb értéket biztosítson ügyfelei számára. A repülőgépek digitális iker-másolatainak felhasználásával ezeket szintetikus adatkészletekkel - például az időjárási körülményekkel és az öregedéssel - „tesztelik”, hogy felmérjék, hogyan bírják a repülőgép alkatrészei ezeket a körülményeket. Ezután módosításokat lehet végrehajtani, és az eredményt illetően nagyobb a bizalom, mivel az alkatrészek minőségét már tesztelték.

Hatalmas megtakarítás az autóiparban

Hagyományosan a fizikai prototípusgyártás és -tesztelés is időigényes és költséges folyamat volt. Az autóiparban a prototípusok tesztelése milliókba kerül. Akár szélcsatornákra, akár nyersanyagokra gondolunk, az autógyártók évente összesen tízmilliárd eurós nagyságrendben költenek prototípusokra. A szintetikus adatok és a digitális ikrek enyhítik ezeket a kihívásokat, mivel lehetővé teszik a kifinomult virtuális prototípusgyártást. Ennek következtében a fejlesztési ciklusok jelentősen lerövidülnek, ami gyorsabb piacra jutást és nagyobb versenyképességet tesz lehetővé.

Az Nvidia nemrégiben létrehozta a BMW bajorországi, regensburgi gyárának digitális ikertestvérét, hogy részletesebben megtervezhesse a gyártási folyamatot. Az Nvidia emberközpontú szintetikus adatokat (lényegében valódi gyári munkások adataiból képzett digitális embereket) használt fel az új munkafolyamatok tesztelésére és a robotok mozgásának modelljeinek betanítására a virtuális környezetben.

Az említett adatok segítségével a mérnökök nyomon tudták követni az egyik alkatrészen végrehajtott apró változtatásokat és az azt követő, a folyamat további szakaszaira gyakorolt hatásokat. Idővel magát a gyárat is átalakították, hogy egy sokkal hatékonyabb gyártósor működjön. 

A szintetikus adatok hitelességének biztosítása 

Bár a szintetikus adatok és a digitális ikrek óriási lehetőségeket rejtenek magukban, a terület nem mentesül a kihívásoktól: a valós helyzeteket hűen reprezentáló, pontos szintetikus adathalmazok előállítása meglehetősen összetett feladat. Kifinomult algoritmusokat és gondos kalibrációt igényel annak biztosítása, hogy a szintetikus adatok pontosan tükrözzék a valós adatok jellemzőit.

A Treble Technologies akusztikai mérnökei ezt benchmark teszteléssel érik el. Miután sikeresen szimulálták egy eszköz teljesítményét egy összetett valós helyiségben, ugyanazok a viszonyítási pontok felhasználhatók más, hasonlóan összetett hipotetikus helyiségek szimulálásához. A szintetikus adatok hitelességének értékeléséhez valós adatokat tartalmazó benchmark-adatkészletek hozhatók létre.

A szintetikus adatok és a digitális ikrek átalakítják a terméktervezést. A virtuális prototípusok, a gyors iteráció és a teljesítményoptimalizálás lehetővé tételével ezek a technológiák jelentősen felgyorsítják a fejlesztési ciklusokat és javítják a termékminőséget. Ahogy haladunk előre, ezeknek a technológiáknak a használata kulcsfontosságú lesz a tervezők és mérnökök számára, akik igyekeznek versenyképesek maradni a folyamatosan fejlődő piacon – írja a MachineDesign.