Kartlegging av beste strategi for 3D modellering og oppbygging av digitale tvillinger gjennom testing av etablert teori

Abstract

De aller fleste som har drevet noe med modellering er kjent med problemstillingen der de kun skal endre en liten detalj og hvor det ender opp med at hele modellen kræsjer. Da en skal lære seg DAK-programmer lærer en om hvordan bruke de ulike verktøyene i programmet, men ingenting om strategier for å bygge robuste modeller. For å bygge en 3D-modell trenger en i utgangspunktet ikke tenke så mye over strategier. Det finnes svært mange ulike framgangsmåter som ville gitt akkurat den samme 3D-modellen. Det er i det øyeblikket en skal begynne å gjøre endringer at det vil bli stor forskjell på de ulike framgangsmåtene. Er modellen robust vil den tåle disse endringene godt. For de mindre gode modellene vil det i beste fall være tungvindt å endre parametre, men i svært mange tilfeller vil modellen kræsje. I denne rapporten er det gjort et forsøk for å finne beste mulige strategi for å bygge parametriserte modeller. Modelleringsarbeid er ofte tidkrevende og en kan spare inn ressurser dersom man kan gjenbruke en modell fra et tidligere prosjekt. For at dette skal være mulig kreves det en robust modell som tåler relativt store endringer av parametre. Det er også ønskelig at denne modellen skal være intuitiv å overta for en annen ingeniør, slik at det kun er behov for å bygges én slik modell i den gjeldende bedriften. I tillegg vil det i de aller fleste tilfeller oppstå et behov for å endre på 3D-modellen underveis i et prosjekt. Er modellen bygget på en strategisk måte vil denne endringen ta kortere tid. Digitale tvillinger er et spennende konsept som brukes i stadig flere sammenhenger og som også er aktuelt for 3D-modellering. Ved å koble sammen regneark og analyseprogrammer med en 3D- modeller vil en ha mulighet til å automatiser manuelle og tidkrevende prosesser for å ytterligere spare inn ressurser. På grunn av teknologiske framskritt blir bedrifter stadig mer effektive og det er viktig å bruke slike verktøy for å ikke tape i sitt marked. Digitale tvillinger er også et godt verktøy for å optimalisere konstruksjoner. For å kunne etablere en best mulig strategi ble det først sett på hvilke strategier som allerede er utarbeidet og hvilken forskning som er gjort på dette. Videre ble det gjennomført tester av disse for å se hvilke strategier som skilte seg ut. Det som raskt blir tydelig i arbeidet er at det viktigste for å spare ressurser internt i en bedrift er ikke hvilken strategi en velger, men at alle i bedriften modellerer etter samme strategi. På denne måten vil modellene være lett gjenkjennelige og det er lettere å overta en modell etter en annen ingeniør. Likvel er Resilient Modeling strategy det som anbefales å implementere i bedriften. Dette er en helhetlig metode som i større grad endrer DAK-ingeniørenes tankesett i stede for å styre med rigide regler. Videre anbefales det å etablere Design Intent som et naturlig steg i alle modelleringsprosesser. Dette innebærer at det må legges en plan i forkant og ingeniøren må tenke gjennom hvilke endringsbehov som mest sannsynlig vil inntreffe. For å kunne forutse slike ting kreves det et visst erfaringsbehov og derfor anbefales det at det er de erfarne DAK-ingeniørene som bygger de parametriserte modellene for bedriften.

Most people who have done CAD modelling are familiar with the problem of a model breaking after changing one minor detail. One of the reasons why this problem arises is because, up until now, the focus in school has been to learn the functions of the CAD program rather than focus on strategies and routines for planning the model. The choice of strategy concerned when only constructing a part does not matter that much. This is because either strategy will result in the same model. In addition, there is no particular difference in difficulty using them. On the other hand, when you try to alter the model, minor flaws in your modelling technique will shine through and in the worst case cause the model to break on update. Proper planning and strategy use will result in a robust model and handle changes in an easy and predictable way. In this thesis there is conducted tests to find the best parametric model building strategy. Constructing CAD models is time-consuming work and therefore a company could save resources on reusing existing models. This means a company would have to invest some extra resources upfront, but would save for each time the engineer uses the old model for new projects. This is where a robust model that is as flexible as possible saves the most. However, it is easy for one engineer to come up with a proper robust model, but the work may be for nothing if it is impossible for a second engineer to use and make changes to it. The changes should be possible to make fast and easy. This is where the need for a companywide strategy is important. Digital twins is an exciting consept and it could be used in many different areas. One of these areas is 3D modelling, where the concept is based around connecting early calculations with FEA and CAD. The successful making of a Digital Twin will result in the automation of trivial, repetitive and time-consuming tasks. Optimization is an example of time-consuming work that is possible to automate. Ultimately, all this automation helps the company to stay ahead in its industry. To be able to establish a best practise strategy, we searched for existing strategies and if there were any studies done around the effectiveness of these strategies. Further, we conducted tests of our own to explore these researched techniques. It quickly became apparent that the most important thing for efficient CAD-modelling is not the choice of strategy, but rather to settle on one strategy and stick with it throughout the organisation. This ensures that the companies’ engineers understands each other’s work even if the original creator of the model is not there to explain it. The paper did end up with a recommendation for a strategy for components: “Resilient Modelling Strategy”. This is because its focus is towards guiding the engineers’ actions instead of controlling the actions with firm rules. The concept of Design Intent has shown its value and it is recommended that this be implemented in all CAD processes. In short, this entails that there is to be a plan prepared ahead of all CAD work. It should at a minimum cover some thoughts about how the models intended use is and basic information about parameters and structure. Therefore, it forces the designing engineer to think about choices that otherwise would be swept under the rug. This demands a high level of knowledge by the engineer and should be done by an experienced engineer to secure the models usefulness.