Blogi 28.11.2023

Tuotekehityksen virtualisointi vähentää tarvetta rakentaa prototyyppejä

Älykäs teollisuus

Teollisuus on isojen muutosten edessä. Vastuullisuuden, turvallisuuden ja kustannustehokkuuden vaatimukset lisääntyvät, kun yritysten pitää pystyä luomaan kestävän kehityksen mukaisia, energiatehokkaita laitteita. Perinteisen tuotekehitysprosessin on uudistuttava, jotta yritys säilyttää kilpailuetunsa.

Tavallisesti liikkuvien koneiden tuotekehityksessä joudutaan valmistamaan useampia prototyyppilaitteita, joiden avulla testataan järjestelmän toiminnallisuuksia ja mahdollisia vikatilanteita ohjausjärjestelmän ohjelmistokehityksen aikana. Fyysisten prototyyppien rakentaminen on kuitenkin yrityksille kallista, hidasta eikä mahdollista laitteen monipuolista testausta eri käyttötilanteissa. Tuotteen digitaalinen elinkaari parantaa laatua, lyhentää tuotekehityssyklejä ja tuo kustannussäästöjä. Myös markkinoille pääsy nopeutuu.

Simulaattorit osana tuotteen digitaalista elinkaarta

Simulaattori-termi voidaan ymmärtää monella eri tavalla. Yhdelle se voi tarkoittaa lentosimulaattoria, toiselle pelinomaista FPV-maailmaa ja kolmannelle jotain täysin muuta. Kun me Goforella puhumme simulaattorista, tarkoitamme tapaa, jolla mallinnetaan liikkuvan työkoneen toimintaa halutulla tarkkuustasolla ja jolla hyödynnetään siitä saatuja tietoja tuotteen konseptoinnissa, tuotekehityksessä ja käytön aikaisessa koulutuksessa. 

Kun tuotteen liikeideaa mietitään järjestelmän konseptointivaiheessa, simulointia voi hyödyntää erilaisten järjestelmän ratkaisujen konsepteissa ja niistä saatavien hyötyjen arvioinnissa. Hyviä esimerkkejä ovat työkoneen sähköisen voimansiirtolinjan parametrien mitoittaminen tai koneen käyttöliittymän toiminnallisuuden arviointi AR-/VR-/XR-teknologioita hyödyntäen. Tuotteen konseptointivaiheessa käytetään yleensä hyvin karkeaa lähestymistä työkoneen toimintojen mallintamiseen, sillä tarkoitus on saada yleisen tason käsitys haluttujen ratkaisujen vaikutuksista järjestelmän toimintaan ja vaikkapa sen toteutuskustannuksiin. 

Kun siirrytään varsinaiseen järjestelmän tuotekehitysvaiheeseen, digitaalinen elinkaariajattelu mahdollistaa karkeamman tason toimintamallien tarkentamisen. Liikkuvan koneen mallintaminen mahdollistaa työkoneen käyttäytymisen ja toimintojen simuloimisen tilanteissa, jotka vastaavat aitoa toimintatilannetta mahdollisimman tarkasti ja joissa otetaan huomioon sekä ohjausjärjestelmä että fysikaalinen käyttäytyminen. Näin työkonetta päästään testaamaan sen aidossa käyttöympäristössä ja havaitsemaan mahdollisia kehitystarpeita, joiden perusteella laitetta voidaan kehittää edelleen ennen sen varsinaista fyysistä prototyyppiä. Simuloinnin taustalla on siis vahva todellisuuspohja, ja niitä voidaan hyödyntää aiempaa monipuolisemmin osana tuotekehitystä. Tuotekehitysvaiheeseen liittyy myös laitteen toiminnallisuuden testaaminen joko laitteistopohjaisesti tai toimintoja virtualisoiden.

Tuotekehitysvaiheen jälkeen laite tai järjestelmä valmistetaan, ja se siirtyy loppukäyttäjälle. Tällöin varsinkin monimutkaisempien liikkuvien työkoneiden järjestelmää on oleellista käyttää oikein ja pystyä harjoittelemaan käyttöä virtuaalisesti. Mikäli laitteen tuotekehitys on tehty mallipohjaisesti ja simuloiden, on edellisestä tuotekehitysvaiheesta enää hyvin lyhyt matka koulutussimulaattoriin, kun hyödynnetään jo mallinnettua konetta ja luodaan sille virtuaalinen 3D-maailma, tai hyödynnetään AR-/VR-/XR-teknologioita paremman immersion saavuttamiseen. Lisäksi koulutussimulaattorin toiminta vastaa tällöin tarkemmin aitoa työkonetta. 

Lue lisää miten tuotekehitys sai potkua älykkäästä teknologiasta Avant Tecnolla

Entistä ketterämpää kehittämistä

Digitaalisessa tuotekehityksessä työkoneesta voidaan kehittää virtuaalinen prototyyppi, joka mallintaa sen toimintaa halutulla tasolla. Sen avulla voidaan mallintaa esimerkiksi laitteen fyysisiä ominaisuuksia, sen ohjausjärjestelmän toimintaa ja sensorointeja.

Virtuaalinen prototyyppi voi sisältää sekä ohjelmallista virtualisointia (SIL) että oikeita järjestelmän ohjauskomponentteja (HIL). Virtualisoinnin avulla useampi kehittäjä voi tehdä kehitys- ja testaustyötä samanaikaisesti, ja muutokset järjestelmän toimintaan on helpompi todentaa verrattuna fyysiseen prototyyppiin. Näin mahdolliset virheet eivät riko työkonetta tai aiheuta vaaratilanteita, mikä on oleellista esimerkiksi autonomisten toimintojen suunnittelussa. Virtualisointi ja simulointi tuo merkittäviä ajallisia ja taloudellisia säästöjä tuotekehityksessä. Lisäksi työkonetta ja vastaavaa simulaattoria voidaan jatkokehittää koko sen digitaalisen elinkaaren ajan, kohti koneen digitaalista kaksosta.

Simulointia kehitettäessä on kuitenkin syytä muistaa, että sitä ei tehdä vain simuloinnin ilosta. On pidettävä kirkkaana mielessä, että ensisijainen tavoite simuloinnilla on nopeuttaa tuotteen kehittämistä ja mahdollistaa tuotteen ketterä jatkokehitys. Simulointityökaluilla on mahdollista saavuttaa todella lähelle reaalimaailmaa vastaava toiminnallisuus, mutta on syytä miettiä, kuinka tarkkaa simulointia kyseisellä osa-alueella oikeasti tarvitaan. Annan esimerkin: Jos verrataan, onko simulaation vastattava reaalimaailmaa 99 % vai 92 % tarkkuudella, voi tapausten välillä olla hyvin merkittävä ero työmäärässä, mutta lopputuloksen kannalta ero ei ole merkityksellinen. Simulaatio on siis erinomainen renki, mutta huono isäntä.

Tutustu tuotekehitys- ja koulutussimulaattoreihimme

simulaattori

tuotekehitys

tuotteen digitaalinen elinkaari

älykäs teollisuus

Kimmo Rintala

Simulaattoripalvelut

Goforen simulaattoriliiketoimintaa johtava Kimmo auttaa liikkuvien työkoneiden valmistajia ohjausjärjestelmien tuotekehitykseen liittyvissä haasteissa, käyttämällä nykyaikaisia virtualisointi- ja simulaatiomenetelmiä. Kimmolla on laaja käytännön kokemus sulautettujen järjestelmien suunnittelusta sekä laitteisto- että ohjelmistopuolelta. Hän rentoutuu lentämällä ja kunnostamalla ultrakevyitä lentokoneita - saaden virkistävän kurkistuksen nykymaailmaan harrastuksen avulla, joka vaatii päivittäisen digitaalisen maailman siirtämistä taka-alalle ja keskittymistä käsillä tekemiseen.

Takaisin ylös