استخدام واقعة الافتراضية لتعزيز التحقق من التصميمات الهندسية

لماذا الواقع الافتراضي هو إعادة تشكيل التصميم الهندسي

وقد ترك الواقع الافتراضي جذوره في المقامرة لتصبح أداة عملية عالية الأثر للهندسة، كما أن عملية التحقق من تصميمها تفي بالمواصفات والمهام المتوخاة، ويمكن صنعها منذ وقت طويل على رسمين من الدي دي، ونماذج من نوع CAD ينظر إليها على الشاشات المسطحة، والنماذج الفيزيائية، وهذه الأساليب تعمل، ولكنها تنطوي على بقع عمياء.

ويزيل مركز البحوث والتطوير هذه البقع العمياء، إذ يقوم المهندسون بإغراقها داخل نموذج تفاعلي كامل النطاق، وهو يوفر سياقاً مكانياً لا يمكن أن يتطابق مع عرض 2D، ويمكن للمهندسين أن يتجولوا حول هيكل افتراضي، وأن يمتدوا إلى أماكن ضيقة، وأن يرصدوا كيف تتناسب المكونات مع أي زاوية قبل قطع أي مواد، ويتحول ذلك من النظر إلى تصميم إلى داخله إلى تغيير في كيفية العثور على الأخطاء، وكيفية تعاون الأفرقة، وكيفية اتخاذ القرارات.

وتنضج التكنولوجيا بما يكفي للاستخدام اليومي، وتقدم الرؤوس الحديثة للأجهزة ذات الترددات العالية الاستبانة، وترتيبات مريحة للدورات الممددة، والتكامل السلس مع منابر رئيسية للأجهزة المعنية بالتصنيف والتصنيف المتطور، وتنتج عن ذلك عملية تحقق تستوعب قضايا أكثر قبل ذلك، وتخفض التغييرات في المراحل المتأخرة من حيث التكلفة، وتعطي أصحاب المصلحة فهما حقيقيا للمنتج النهائي.

كيف يمكن للشركة أن تحقق من قائمة مرجعية إلى تجربة

تعتمد تدفقات العمل التقليدية للتحقق على تناوب نموذج على شاشة، واستعراض القطعتين المقطعيتين من الـ2D، وتشغيل برامج الكشف عن التداخل، وهذه الأساليب تحدد التداخلات الجيولوجية، ولكن المشاكل التي لا تظهر إلا عندما تختبر التصميم على نطاق بشري، مثلا، يمكن للكشف عن الاصطدام أن يخبرك بتداخل الأنابيب، ولكن لا يمكن أن يخبرك أن مقبض الصمام مرتفع جدا بالنسبة لعامل للوصول إلى أو أن مقبض الخدمة قد تم قطعه.

عندما تضعين جهازاً للرأس وتخطوين إلى مبنى افتراضي، تفهمين بشكل غريزي الحجم، المسافة، والعلاقات المكانية، يمكنكِ أن تتوقّفي تحت لوحة قيادة، وتبحثي عن التطهير فوق ممرّ، وتتواصلي لمعرفة ما إذا كان فريق التحكم في مُدّة ذراع مريحة، ويكشف هذا التقييم العملي عن مسائل قد تظل مُخبأة إلى أن يتمّ البناء أو التجمع.

كما تدعم المنابر الحديثة للترددات المنخفضة جدا التفاعل في الوقت الحقيقي، ويمكن للمهندسين استخدام أجهزة التحكم لنقل المكونات، واتخاذ القياسات، والتقديرات، والتنافس بين بدائل التصميم، ويحول هذا الاستكشاف السوائل التحقق من استعراض ثابت إلى تحقيق نشط، ويمكن أن تختبر الأفرقة سيناريوهات متعددة في دورة واحدة، وتستكشف " ما إذا " أسئلة دون انتظار رسوم أو نماذج جديدة.

ويتضح التكامل مع الأدوات الهندسية القائمة، إذ أن منابر مثل [(FLT:0]) تضخم الوحدة و] أدوات أوتودسك غير الملزمة تتواصل مباشرة مع برامجيات CAD مثل سولاند ووركس، و Revit، و CATIA.

الفوائد الأساسية التي تدفع عائد الاستثمار

الفهم المكاني وكشف الأخطاء في جدول الأعمال الإنساني

وتتمثل أفضل ميزة للمؤسسة في رؤية العلاقات المكانية والشعور بها، إذ أن برامج الكشف عن الأشعة الأرضية ذات الصلة بالأشعة الأرضية فعالة في العثور على الأجسام المتقطعة، ولكنها لا تستطيع تقييم الآثار أو الوصول إلى الصيانة أو العوامل البشرية، وفي VR، يمكن لمهندس الصيانة أن يحاول الوصول إلى مرشّح، وأن يكتشف أن وصول الشعاعات الهيكلية إلى المسافات، ويمكن لضابط الأمان أن يسير في طريق الإجلاء ويجد أن الباب يتحول إلى مسارات الحقيقية مكلفة.

وقد أفاد معهد ليان للبناء بأن استعراضات التصميم غير المتطورة تحدد قضايا أكثر بكثير من الاستعراضات التقليدية القائمة على الشاشة - من جانب بعض التدابير التي تزيد بنسبة تتراوح بين 30 و40 في المائة، وكل مسألة توجد في النموذج الافتراضي هي مسألة لن تسبب تغييراً مكلفاً أثناء البناء، وفي مشاريع البنية التحتية الكبيرة، حيث يمكن أن تشكل إعادة العمل الميدانية نسبة تتراوح بين 5 و10 في المائة من مجموع التكاليف، يحقق هذا الكشف المبكر وفورات كبيرة.

التعاون المتعدد التخصصات بدون جارجون

ويجمع المشروعات الهندسية بين المتخصصين من مختلف المفردات والمنظورات، ويفكر مهندس هيكلي من حيث الحمولات والانكماشات؛ ويركز مهندس من وزارة التخطيط على التدفق والوصول؛ ويهتم العملاء بالأجهزة التجميلية والوظيفية، وكثيرا ما تكافح هذه المجموعات للاتصال الفعال باستخدام رسومات الـ 2D.

ويمكن أن تجتمع الأفرقة كغوار داخل النموذج الافتراضي، بغض النظر عن الموقع المادي، إذ يمكن لمهندس هيكلي في نيويورك، ومهندس كهربائي في سنغافورة، وموكل في لندن أن يتجمعوا في غرفة مراقبة افتراضية، ويمكنهم أن يبرزوا العناصر، ويجمعوا الشروح في الحيز 3D، ويناقشوا التغيرات في الوقت الحقيقي، وهذا يضغط على دورات اتخاذ القرارات، ويحتاج استعراض يستدعي مرة أخرى إلى جولات متعددة من الشعارات التصميم وتبادل الرسائل الإلكترونية إلى أن يُنجز في وقت متأخر.

التكلفة وضغط الوقت عبر دورة حياة المشروع

فالصور الأولية المادية باهظة الثمن وبطيئة في التعديل، إذ أن مجموعة كاملة من السيارات الداخلية أو ردهة البناء يمكن أن تكلف عشرات الآلاف من الدولارات وأن تأخذ أسابيع لبناء كل تصميم يتطلب نموذجا أوليا جديدا أو إعادة تشغيل مكلفة، ويقلل VR بشكل كبير من هذا التقلب المادي، ويقوم المصنعون الآليون الآن بتقييم عشرات من متغيرات التصميم تقريبا، ويضعون تقارير عن المواهب المادية فقط بالنسبة للمرشحين النهائيين.

وتأتي وفورات الوقت في نفس النمط، إذ يمكن أن تستغرق عملية استعراض تصميمي نموذجية تشمل السفر، والجداول، وتبادل الوثائق شهرا، ويتيح إجراء استعراضات متزامنة عن بعد تضغط على الدورة إلى أسبوع أو أقل، ويتضح من الخطأ السابق أن تكون أرخص عملية إصلاحها، وتستوعب قاعدة " ١-١٠-١ " المعروفة جيدا، مشكلة تتكبد تكلفة كشفها في المرحلة المفاهيمية، تكاليف ١٠,٠ دولار أثناء التصميم، و ١٠٠ دولار بعد الانتاج.

تبسيط الظروف العالمية الحقيقية قبل أن تكون موجودة

ولا تقتصر المنصات الحديثة على قياس الأرض الثابتة، إذ تدمج المحاكاة الفيزيائية، مما يسمح للمهندسين باختبار الأداء الوظيفي، ويمكن أن تخضع جمعية هيكلية لتحميل افتراضي، مع تصوير التشوهات في الوقت الحقيقي، ويمكن إظهار تدفق الهواء باستخدام مسارات الجسيمات، ويمكن تشغيل سيناريوهات الإجلاء في حالات الطوارئ، مع قيام المشاركين بالبحر من خلال الدخان للتحقق من علامات الخروج وخبرات المسار.

وهذه المحاكاة لا تقدر بثمن بالنسبة للامتثال التنظيمي، ففي الهندسة البحرية، يمكن للطاقم أن يمروا عبر غرفة محركات افتراضية للتحقق من أن إمكانية الوصول إلى الصيانة تفي بمتطلبات نظام SOLAS، وفي الفضاء الجوي، يمكن للمهندسين أن يؤكدوا أن التقني الذي يرتدي بدلة بيئية كاملة يمكن أن يعمل موصلات داخل خليج المحيط الضيق، وتتجاوز هذه عمليات التحقق الهندسة التي يثبتون أن أعمال التصميم في ظل قيود تشغيلية حقيقية، قبل أن يتم بناء أي معدات.

تطبيقات الصناعة والتطبيقات السريعة

الهندسة المدنية والهيكلية

ويمكن لمشاريع البنية التحتية الكبيرة أن تستفيد استفادة كبيرة من مصممي جسر VR. يمكن أن يسيروا على سطح السفينة، ويفحصوا المعالم وتدفقات المشاة، وتستخدم مشاريع المستشفيات VR للتحقق من أن الممرات تستوعب النقالات وأن غرف التشغيل لديها تصاريح كافية للمعدات، ويستخدم مديرو التشييد نماذج محاكاة من 4D إلى 3D مع تحديد مواعيدها إلى مجموعات معقدة، ويمكنهم تحفيز حالات التأخير في تركيب الفولاذ، والحركات السوقية.

كما يستفيد أصحاب المصلحة من القطاع العام، ويمكن لمجالس المدن والمجموعات المجتمعية أن تستخدم مركز فيينا الدولي لتشهد تطوراً كاملاً، مما يوفر معلومات أكثر استنارة مما يتيحه إصدار إعلان رقم 2D، مما يبني الدعم ويقلل من مخاطر الاعتراضات في المراحل المتأخرة، فعلى سبيل المثال، استخدم مشروع آخر لمركز العبور من خلالات في مراكز المراقبة الداخلية لإظهار المعالم وخبرات البرامج في اللجان العامة، مما أدى إلى تعديلات في التصميم تجنّب إعادة العمل المكلفة أثناء البناء.

تصميم الميكانيكيين والمنتجات

وبالنسبة للمصنعين، يتيح مركز البحوث الزراعية تصميماً شاملاً لأغراض التأديب والتصميم مقابل الخدمة، وقد يكشف من خلال فتحة إلكترونية لمقارنة المحركات أن تغيير مرشح النفط الروتيني يتطلب إزالة عيب تصميمي متعدد العناصر من شأنه أن يُحبط الميكانيكيين ويزيد من تكاليف الضمان، ويستخدم مصممو المنتجات اختبارات الاختبار الافتراضية للمستخدمين، ويقيّمون مدى راحة الشخص في الوصول إلى الضوابط أو يقرأون عرضاً في موقع التشغيل المعتزم.

كما أن تصميم الأدوات يستفيد من ذلك، إذ يمكن للمهندسين تحفيز أجزاء التحميل والتفريغ إلى التثبيت، وتحقيق أقصى قدر من الوقت في الدورة، وتحديد التدخل المحتمل قبل قطع الأدوات، مما يقلل من الوقت والتكاليف المرتبطة بتراخيص الأدوات، وأفاد أحد موردي السيارات بأن خفض دورات تنقيحات الموت بنسبة 40 في المائة بعد اعتماد استعراضات للأدوات القائمة على أساس VR.

الفضاء الجوي والسيارات

وتواجه هذه الصناعات متطلبات شديدة من حيث الوزن والسلامة والامتثال التنظيمي، وهي أساسية لاستراتيجياتها الرقمية للتعبئة، ويمر مهندسو الفضاء الجوي عبر كابينات افتراضية للتحقق من الامتثال للإجلاء، والتحقق من الملعب، وفتح الممر، وكشف الإشارة إلى معايير التصديق، وتستخدم أفرقة التصميم الآلي في تقييم السطح الخارجي في ظروف الإضاءة المختلفة دون نماذج للبناء، كما أنها تجري عمليات محاكاة افتراضية لتصميم المسافرين، وتتعقب مسارات.

وقد أصبحت القدرة على اختبار مئات من المتغيرات تقريبا قبل الالتزام بالصور الأولية المادية ضرورة تنافسية، إذ أن الشركات التي تتقن هذه العملية تجلب منتجات أكثر أمانا وأكثر صقلا إلى السوق بسرعة أكبر، فالسفن، على سبيل المثال، تستخدم VR لإجراء استعراضات داخلية كاملة النطاق لطائراتها ال ٧٧٧ و ٧٨٧، مما يقلل الحاجة إلى نماذج مادية ويمك ِّن الأفرقة الهندسية الموزعة من التعاون عن بعد.

الهندسة العملية والنباتية

وتعاني النباتات والمصافي ومراكز البيانات من الكثافة في الرصيف والتصنيع والمعدات، وتكشف أجهزة التمشيح في الهواء عن مقابر الصمامات في مرتفعات حرجة، وألواح أدوات تحجب طرق الهروب، وأجهزة الأنابيب التي تتدخل في سفر أطقم الحفر، ويمكن لمشغلي النباتات المشاركة في عمليات الاستعراض المبكر، والإسهام في المعرفة العملية التي تحول دون إعادة تصميمات باهظة الثمن، ويمكن إجراء تدريب على عمليات الصقل في مكان آمن في VR.

إدماج مركز البحوث الزراعية في تدفقات العمل الهندسية الثابتة

ولا بديل عن الأدوات الموجودة - بل هو طبقة إضافية تعززها، ومفتاح التكامل الناجح هو تبادل البيانات بين بيئة جمهورية صربسكا ونظام الإدارة المتكاملة المركزية أو نظام الإدارة المستدامة للأراضي، ويمكن أن تكون منابر مثل ] Autodesk’s VRحل والوحدة تدعم تدفق العمل اليدوي المغلقة.

ويتبع التبني الناجح عادة نهجا تدريجيا، وكثيرا ما تبدأ الشركات بغرفة مخصصة لاستعراض نتائج العمليات الميدانية تحدد فيها الأفرقة الدورات العادية، حيث تنمو الثقة، فإنها تنشر رؤسا قائما بذاته للمهندسين الأفراد لاستخدامها في مكاتبهم لإجراء عمليات تفتيش سريعة، كما أن الجيل الحالي من المعدات مثل محطة HTC Vive Focus 3 و Meta Quest Pro يقدمان ما يكفي من الحلول والراحة للدورات التي تستغرق ساعة واحدة.

والتدريب هام ولكنه غير مكثف، ففي حين أن التفاعلات بينات VR غير ملائمة، تحتاج الأفرقة إلى توجيه بشأن أفضل الممارسات: كيفية إنشاء المشاهد، ودعوة المشاركين من بعد، واستخدام أدوات الشروح 3D بفعالية، إذ تعين شركات كثيرة بطلاً في مجال حقوق الإنسان داخل كل فريق من أفرقة المشاريع لتسهيل الدورات وضمان استخدام التكنولوجيا في كامل إمكاناتها - ليس كجديدة بل كأداة تحقق جدية.

معالجة الحواجز المشتركة

وقد يتعلق الاستثمار الأولي في المعدات والبرامجيات بالشركات الأصغر حجما، ولكن التكاليف قد انخفضت بشكل كبير، إذ أن الرؤوس المستقلة القادرة تتكبد الآن تكاليف أقل من تركيبة هندسية عالية المستوى، كما أن تدفق أجهزة VR القائمة على السحابات يزيد من انخفاض الطلب على المعدات المحلية، مما يتيح للشركات إمكانية الوصول إلى عمليات استعراض غير مكتملة دون نفقات رأسمالية كبيرة، كما أن نماذج الاشتراك الشهري لمنصات التعاون في مجال حقوق الملكية الفكرية تخفض تكاليف الدخول.

المقاومة الثقافية هي عقبة أخرى، فالمهندسون الذين يعتادون على تدفق العمل بالفئران والزجاج قد يجدون أن الضوابط الافتراضية مربكة في البداية، وأفضل طريقة للتغلب على ذلك هي من خلال التظاهر، وعندما يقف مهندس متشكك داخل تصميمهم، ويكتشفون مسألة غير مرئية على الشاشة، تصبح القيمة واضحة على الفور، وقد وجدت المشاريع الرائدة التي تنطوي على خطأ بسيط في النجاح تساعد على بناء المستشفى الذي يُمسك به في المتوسط.

ويستلزم أمن البيانات الاهتمام، إذ تمثل النماذج الهندسية ملكية فكرية هامة، إذ تتطلب دورات استعراض الأداء على أساس الكلاود تشفيرا قويا، وضوابط الوصول، والامتثال لمعايير الأمن في الصناعة، ولا تزال خيارات النشر في فترات سابقة هامة بالنسبة للدفاع، والفضاء الجوي، وغير ذلك من المشاريع الحساسة، وينبغي أن تتحقق الشركات من أن مقدم خدماتها من خلال نظام رصد الأداء يلبي احتياجاتها الأمنية قبل نشرها، كما أن بعض البائعين يقدمون الآن هياكل لا تحظى بالثقة وشواغل نهاية المطاف.

ما يأتي التالي: AI, Haptics, and Digital Twins

ولا يزال نظام المراجعة الداخلية للحسابات يتطور بسرعة، وقد بدأت الاستخبارات الفنية تساعد خلال دورات استعراض الأداء، وإجراء عمليات فحص آلي لقواعد التصميم، وكشف انتهاكات التطهير مع تحركات المستعملين عبر النموذج، ويمكن أن تقترح خوارزميات التصميم الجامدة مخططات بديلة تستند إلى معايير الأداء، وجميعها متاحة في البيئة غير المفرغة.

وتتقدم التغذية المرتدة الهباتية من الاهتزازات البسيطة إلى القفازات التي تسمح للمهندسين بمقاومة " العجل " عند محاولة تأقلم جزء من عدم الانحياز، مما يضيف بعداً لاكتمال التحقق، ويؤكد أن الصلات قابلة للتنبؤ مادياً، كما أن الواقع المزخروط يتزامن أيضاً مع رؤساء الكائنات الحية المثبتة يتيحان أن تكونا متداخلة على النماذج المادية المباشرة.

والمقصد النهائي هو التمثيل الافتراضي الرقمي المتزامن تماماً لأصل يتلقى بيانات مباشرة عن مادة اليوتوت، ويمكن للمهندسين أن يجتازوا محطة توليد طاقة افتراضية، وأن يشاهدوا قراءات درجة الحرارة في الوقت الحقيقي على سطح المعدات، وأن يقارنوها بالنموذج الحراري للتصميم، وهذا يغلق حلقة التحقق من التصميم عن طريق العمل في عمليات طويلة الأجل، مما يجعل من VR أداة تخدم دورة حياة الأصول بأكملها.

وستستمر برامج التعاون القائمة على الكلاب في التحسن، مما سيمكن من الوصول إلى غرف الاستعراض الافتراضي المستمر لأي من أصحاب المصلحة في أي وقت، وبما أن هذه التجارب ستخفض من درجة الاحترار، فإن هذه التجارب ستصبح غير متجانسة على الرؤوس المحمولة، وسيصبح التحقق الهندسي عملية متاحة على الصعيد العالمي وتعجل بعملية الابتكار وتضفي الطابع الديمقراطي على استعراض الخبراء.

خاتمة

وقد نضج الواقع الافتراضي ليصبح أداة عملية عالية المستوى للتحقق من التصميم الهندسي، وهو يكشف عن المسائل المكانية وقضايا المفاعلات البشرية التي لا يمكن أن تكشف عنها الشاشات، وينسق الأفرقة المتعددة التخصصات حول فهم مشترك، ويقلل بشكل كبير من الحاجة إلى نماذج مادية، ويجعل إدماجه مع نظام تقييم الأداء، ونظام إدارة الأراضي، ومنابر المحاكاة امتدادا طبيعيا لتدفق العمل الهندسي الرقمي، وليس تجربة معزولة.

أما بالنسبة للقادة الهندسيين، فإن السؤال المطروح لم يعد هو ما إذا كان ينبغي اعتماد نظام رصد الأرض ولكن كيفية نشره على نحو أكثر فعالية، فالشركات التي تستثمر الآن في المعدات، والتكامل، والتدريب ستؤدي إلى تحقيق مزايا دائمة في نوعية التصميم، وتنفيذ المشاريع، والترضية العملية، وبما أن التكنولوجيا لا تزال تتقدم بمساعدة من منظمة العفو الدولية، وتلقي تعليقات متشائمة، ودمج ثنائي رقمي - VR، ستتحول إلى أداة تحقق موحدة، باعتبارها أساسية، كما أن نظم تفاعلية فعالة وقائمة على الإطلاق، وستت على صناعة أكثر كفاءة.