“המורכבות הגוברת של מל”טים ב-50 השנים האחרונות הגבירה את הסיכון והאריכה את זמני הפיתוח לרמות בלתי מתקבלות”, אמר מנהל מעבדת מערכות תעופה באוניברסיטת ג’ורג’יה לטכנולוגיה. המעבדה שמפתחת כיום רחפן לשימוש צבאי ברמת היחידה, מתמודדת עם דרישות מבצעיות מקיפות מצד הלקוח שלה, ולשם כך היא חייבת להסתמך על מידע מדויק ויכולות סימולציה כבר בתהליך פיתוח הקונספט.
מעבדת מערכות התעופה של מכון ג’ורג’יה לטכנולוגיה, בה פועלים כ-250 סטודנטים ו-40 אנשי צוות מחקר, עובדת על פרויקטים צבאיים ואזרחיים אשר כוללים תכנון רכבים, טורבינות גז, ספינות וטילי שיוט. אחת מהמשימות המרכזיות של המעבדה בימים אלה, היא פיתוח של רחפנים למטרות צבאיות, אשר כבר הוכיחו עצמם כמצילי חיים, בין אם מדובר במשימת איסוף מודיעין במהלך סיור או בליווי של חיילים לאורך ציר בלתי מוכר – זאת הודות לגודל שלהם, לתנועה הסמויה, וליכולת לטוס בהפעלת שלט מהקרקע. אך יתרונות רבים אלה גם מייצרים מורכבות גבוהה, כשתנאי הסביבה בהם הם פועלים הם מגוונים מאוד, והם נדרשים לעמוד במשימות צבאיות בתנאי סביבה קשים ובאזורים בלתי מוכרים.
“מערכות כגון מטוסים בלתי מאוישים, הפכו למורכבות יותר מכיוון שהמלט”ים נדרשים לעשות יותר משימות ולפעול תחת תנאים מאתגרים ומשתנים”, אומר סימון בריצ’נו, חוקר הנדסה במעבדת מערכות התעופה (ASDL) במכון ג’ורג’יה לטכנולוגיה. “הסביבות בהן רחפנים נדרשים לפעול – החל מטיסה בתוך בניין או באזור שטח אויב – דורשים מהמערכות רמה גבוהה של גמישות ויכולת התאמה, מה שהגביר את הסיכון ואת זמני הפיתוח לרמות בלתי מתקבלות במהלך 50 השנים האחרונות”.
כמערכת מורכבת, מל”טים מכילים מנגנונים רבים עם מספר גדול של ממשקים ביניהם, ואלה מכתיבים את התנהגות המערכת כולה. מאחר וקיימים אלפי מצבים אליהם הרחפן צריך להגיב, בריצ’נו והסטודנטים שלו ב-ASDL רצו להכניס יותר מידע, יותר ידע ויותר פרטים לגבי התנאים האלה, כבר בשלב פיתוח הקונספט ועוד בטרם פיתוח אב הטיפוס הפיזי, כדי לחסוך זמן ועלויות.
“שיטות פיתוח קודמות, המתבססות על בנייה ובחינה של אבי טיפוס פיזיים עבור כל עיצוב, הן פשוט יקרות מידי וגוזלות זמן”, אמר בריצ’נו. “נזקקנו להפחית את זמני התכנון, האינטגרציה והבחינה של מלט”ים. הדרך לעשות זאת היא באמצעות בניית סביבה וירטואלית ליצירה, ניתוח ובחינת העיצוב שלנו וההתנהגות שלו”. המעבדה, אשר ממומנת על ידי צבא ארה”ב, פועלת כדי לפתח מל”ט שישדר מודיעין בזמן אמת ברמת היחידה. בעבודה עם גופי מחקר ואקדמיה אחרים, ASDL יצרו סביבת אב טיפוס וירטואלית, בה משולבים סדרה של כלים בינתחומיים לצורך תכנון, סימולציה, אנליזה, וחיזוי התנהגות.
מדרישות הלקוח לבחינה וירטואלית
צוות ASDL נזקק לפלטפורמה שתחבר בין החלקים הנפרדים של סביבת הפיתוח. הם בחרו בפלטפורמת 3DEXPERIENCE של דאסו סיסטמס ובפתרון הייעודי לתעשיית התעופה וההגנה, Winning Program, אשר מורכב מאפליקציות ENOVIA, CATIA, SIMULIA ו-3DVIA. הפתרון מהווה פלטפורמה להשגת אופטימיזציה של תכנון קונספטואלי, תוך שהיא לוכדת ידע ונתונים כבר בתהליך בניית ההצעה, ומאפשרת גם לעשות שימוש חוזר בתכנונים קודמים.
פתרון Winning Program סיפק את השדרה המרכזית לבניית סביבת אב הטיפוס הוירטואלי ולמתודולוגיית הפיתוח, מכיוון שהוא משלב מאפיינים של תכנון, ייצור, אנליזה ואימות. באמצעות כלים אלה ניתן לזהות, לתכנן, לעצב ולהגדיר את הקונספט הנכון שיעמוד בדרישות הלקוח בזמן קצר. בכך ש-ASDL מכניסה מידע לתוך שלב מוקדם של התכנון, היא מבטיחה כי לא יהיו הפתעות מאוחר יותר בייצור או בשלב ביצוע הסמכות של העולם האמיתי.
“כאשר מערכות שונות ומגוונות מרכיבות את המוצר, חשוב מאוד שלא נחשוב רק על הצורה של המטוס אלא גם נשקול את המורכבות של המערכות – הרכיבים והיחסים ביניהם – וכיצד הם מתאימים לתכנון הכולל”, אמר בריצ’נו. “אב טיפוס וירטואלי הוא דרך יעילה לראות את התמונה הכללית”.
Winning Program העניק לסטודנטים את ההזדמנות לעבוד בסביבה אחידה המשלבת אפליקציות מרובות, ולא על גבי פתרונות נפרדים. הסטודנטים למדו במהירות, ואפילו שיחקו עם המערכת בזמן החופשי שלהם בערבים. הם השתוקקו להציג את היצירתיות שלהם ולנסות דברים חדשים אמצעות כל המאפיינים השונים.
היתרונות של סביבה מאוחדת
עדיפות גבוהה עבור ASDL הייתה היכולת, שלא רק לעקוב אחר דרישות, אלא גם להבין מהי תצורת המל”ט שתענה על דרישות האלה בצורה הטובה ביותר. באמצעות אפליקציית ENOVIA, הפתרון מסמן כאשר יש שינוי בדרישות לאורך תהליך התכנון. כך, המתכננים יכולים לבצע עיקוב לגבי הדרך בה שינויים אלה ישפיעו על המערכת, ולזהות אם יש צורך להריץ סימולציות מחדש כדי לעמוד בדרישות. מאפיין העיקוב הופך לשימושי במיוחד ניהול שינויים הנדסיים ולצורך מעקב אחר ההתפתחות של מוצר. למשתמשים מתאפשר לראות ולהבין כיצד השינויים בדרישות משפיעים על הרכיבים שנבחרו או כיצד הקונספט ייראה אם יעשו שינויים אלה.
כדי לסייע לחקור את אינספור האפשרויות לתכנון מל”ט, אפליקציית SIMULIA מציעה באופן אוטומטי תצורות שונות שיגיבו בדרך הטובה ביותר לדרישות, בהתבסס על ספריה של רכיבים חכמים המאוחסנת ב- ENOVIA. מאפיין ה”חלופות למערכות” מאפשר למעבדה להגביל את המחקר ממספר אסטרונומי של שילובים לכמות שניתן לנהל. “בנקודה זו אנו לא בהכרח יודעים כיצד הקונספט ייראה בדיוק מבחינה פיזית, אבל אנחנו יודעים כי הוא חייב לפעול בצורה מסוימת וכי יש היגיון מסוים לדרך פעולה זו”, אמר בריצ’נו. עולם וירטואלי גם מעניק ל-ASDL ביטחון בתכנונים שלהם. באמצעות הכנסה של חיישנים לתוך רכיבים, בנייה וירטואלית של המערכת, ובחינתה עם SIMULIA,הצוות זוכה בשלב מוקדם לביטחון כי הקונספט שפיתח הוא באמת ישים ויפעל כצפוי כאשר יגיע לשלב האב טיפוס הפיזי. כך קל להם יותר להתחייב לגבי מה הם יכולים לעשות.
הצוות של בריצ’נו משתמש בגישת הרכיבים של Winning Program כדי לתכנן רכיבים חכמים “סייבר-פיזיים” של המל”ט, עם מאפיינים מתוך אפליקציית CATIA. רכיבים אלה כוללים יותר מאשר נתוני CAD גיאומטריים בלבד, והם כוללים גם מאפייני התנהגות או פרטים האם הם מיוצרים בשוק או מופקים על ידי הארגון. באמצעות אחסון רכיבים אלה ב-ENVOIA, הצוות ב-ASDL יכול גם לעשות בהם שימוש חוזר בפרויקטים עתידיים, דבר המפחית זמני תכנון ומבטיח כי הנכסים האינטלקטואליים של הרכיב נותרים זמינים לסטודנטים הבאים.
ברגע שבריצ’נו והסטודנטים שלו מוכנים לבנות סביבת 3D לבחינת התאימות של המל”ט, הם משתמשים באפליקציית 3DVIA כדי ליצור משימות מבחן לרחפן. 3DVIA מאפשרת לסטודנטים לבצע ויזואליזציה של הסביבה הוירטואלית ולאסוף נתוני פיסיקה ואחרים אל תוך CATIA לצורך ניתוח.
“כל האפליקציות משולבות ותואמות לחלוטין, דבר המסייע לנו לאחד את עבודת הצוות ולייעל החלפת נתונים”, אמר בריצ’נו. כדי לאפשר עבודת צוות, ENOVIA מבטיח כי הנתונים העדכניים ביותר זמינים לכולם, כך שצוותי הפרויקט יכולים לשתף פעולה ולעבוד במקביל על אותו המודל בזמן אמת. “יותר מכך, אנו יכולים להקצות משימות שונות במהלך הזמן לצוות, ולהגדיר מה התפקיד של כל אחד, מהן נקודות ציון בפרויקט, ואילו תוצרים צפויים מכל חבר צוות”, הוא מוסיף.
ברגע שמושלם הקונספט, Winning Program יכול לסייע להבטיח ללקוח כי כל הדרישות שלו נענו וכי המל”ט יפעל כמובטח בעולם האמיתי: “המתכננים יכולים לענות על הדאגות השונות של הלקוח בקשר לתכנון – החל מהמענה של הקונספט על הדרישות וכל הדרך עד לאנליזה ראשונית מפורטת. אנו יכולים להדריך את הלקוחות שלנו באופן ויזואלי דרך הקונספט כדי להראות להם שטיפלנו בדרישות. אנו גם יודעים מהשלבים המוקדמים שאנו יכולים לספק את הפתרון של הלקוח בזמן ובתקציב”, אמר בריצ’נו.
