Świat jest płaski – z wyjątkiem w dynamice

-- środa, 08 lipiec 2009

Podejście do uczenia się trójwymiarowej dynamiki: studentom pokazywany jest cały duży obraz , który budzi ich zainteresowanie i motywację, zaczynają uczyć się podstaw , a następnie stosują podstawową wiedzę do rozwiązywania problemu.

Wprowadzanie innowacji w produktach, z których korzystamy w naszym codziennym życiu, zostało gwałtownie przyspieszone dzięki postępom czynionym w sterowaniu elektronicznym. Siłowniki, czujniki i komputerowe systemy sterowania nie mogą być jedynie dodatkami, które są dodawane po dokonaniu pewnych przemyśleń. Muszą one zostać zintegrowane z projektem systemu na samym początku. Jedynie modelowanie i analizowanie umożliwia dokonywanie kompromisów pomiędzy kwestiami mechanicznymi i elektronicznymi. Symulacje i wirtualne prototypy mogą również umożliwić skuteczniejszą współpracę między inżynierami .

Wszystkie rodzaje ruchomych systemów wymagają mechanicznego, dynamicznego modelowania i analizowania. Jedyni inżynierowie, naprawdę uczący się dynamiki na poziomie uniwersyteckim, to inżynierowie mechaniki/przemysłu lotniczego i kosmicznego, a dynamika, której się uczą, jest często jedynie dwuwymiarowa. Niewielu studentów podejmuje drugi kierunek studiów poświęcony dynamice w celu zapoznania się z kwestiami trójwymiarowymi. Dynamika wiąże się z ogromnym skokiem intelektualnym ze świata dwuwymiarowego do trójwymiarowego. Czy każdy inżynier musi zrozumieć trójwymiarową dynamikę? Istnieje szereg poziomów zrozumienia, a więc właściwie, kto powinien być w stanie rozumieć te kwestie?

W celu rozwiązania tych problemów zwróciłem się do trzech współpracowników. Byli to: Jim Ryan, kierownik globalnego programu uniwersyteckiego dla firmy MSC Software, która rozpowszechnia Adams, oprogramowania symulacji dynamiki układów wieloczłonowych, profesor Shorya Awtar z Uniwersytetu Michigan, Ann Arbor, specjalista mechatroniki/projektów maszynowych oraz profesor Phil Voglewede z Uniwersytetu Marquette, specjalista kinematyki / dynamiki.

Trzydzieści lat temu wiele skomplikowanych produktów i procesów było projektowanych w oparciu o pewne mechaniczne połączenia. Jako takie, narzędzia i techniki zostały opracowane w celu stworzenia nowoczesnych mechanizmów, które miałyby być odpowiednie dla prawie każdego zastosowania. Jednak obecnie narzędzia w projektowaniu systemów sterowania otworzyły możliwości, które 30 lat temu byłyby niewyobrażalne, umożliwiając w ten sposób większości produktów mechanicznych elektroniczne sterowanie. Przyszłość leży w złączeniu wszystkich tych poszczególnych obszarów, natomiast celem jest stworzenie optymalnej mieszanki mechaniki i elektroniki. Konieczne jest osiągnięcie lepszego zrozumienia w ramach wszystkich obszarów. Trójwymiarowa dynamika wiąże się z wieloma problemami, a więc koniecznym jest, aby inżynierowie mieli dostęp do zaawansowanych kursów z zakresu dynamiki. Komputerowe narzędzia symulujące z możliwością trójwymiarowej wizualizacji, np. MatLab i LabVIEW, to narzędzia absolutnie konieczne dla prawie każdego zestawu narzędziowego inżynierów w różnych dziedzinach . Obecnie studenci inżynierii wykorzystują takie narzędzia już na pierwszym roku studiów. Wstępne kursy dynamiki powinny zostać rozszerzone o ten zakres, aby zwiększyć ich skuteczność i dostosować je do konkretnych obecnych wymagań.

Podejście oparte na oprogramowaniu (wirtualne), które ma zastosowanie zarówno dla szkolących się specjalistów od dynamiki (potrzebujących dogłębnego zrozumienia) oraz dla inżynierów w innych dziedzinach (którzy potrzebują zrozumieć dynamikę z punktu widzenia integracji), to podejście Imitate → Assimilate → Innovate (imituj – asymiluj – twórz innowacje), które zostało przedstawione na schemacie po lewej stronie.

W fazie naśladowania (Imitate) inżynier po prostu przeprowadza symulacje na uprzednio stworzonych trójwymiarowych wirtualnych prototypach w celu szybkiego i bezbolesnego doświadczenia dynamiki (to znaczy sposobu, w jaki dane przedmioty się poruszają). W fazie asymilacji (Assimilate) inżynierowie rozważają zachowanie dynamiczne, aby lepiej zrozumieć, czym jest powodowane i w jaki sposób może to być kontrolowane w celu uzyskania wymaganego ruchu. W fazie innowacji (Innovate) inżynierowie stosują w praktyce wszystko to, czego dowiedzieli się o dynamice w celu wirtualnego zaprojektowania, zbudowania, przetestowania i ciągłego poprawiania swoich własnych systemów.

Równowaga pomiędzy zasadniczym dogłębnym zrozumieniem a wielodyscyplinarnym zakresem inżynieryjnym w dynamice stanowi klucz do innowacji.