Virtuální prototypování

Jak s příručkou pracovat

Kapitoly na sebe navazují, ale každou lze číst i samostatně. Opakují se v nich čtyři typy bloků, podle kterých se rychle zorientujete:

• Úvodní odstavecO čem kapitola je a proč na ní záleží.
• Pro představuPřirovnání z běžného života pro rychlé pochopení principu.
• PříkladJak princip použila modelová firma Zdvih s.r.o.
• Zapamatujte siShrnutí kapitoly v několika bodech.

Rozcestník: co právě řešíte?

Nemáte čas číst vše? Najděte svou otázku a skočte rovnou do příslušné kapitoly.

Příklad, který nás provede

Odborně se mluví o modelování, simulaci a vizualizaci systému v provozních podmínkách a o zdokonalování návrhu iteracemi bez výroby fyzických kusů. Prakticky to znamená, že stroj můžete zatížit, rozpohybovat, srazit s překážkou, nechat řídit programem nebo člověkem a sledovat, co se stane - opakovaně, bezpečně a s měřením všeho, co vás zajímá.

Virtuální prototyp nenahrazuje fyzické zkoušky úplně. Jeho úkolem je, aby do zkušebny přišel už odladěný návrh a aby fyzických kol bylo co nejméně. Zpravidla tak zbude jeden ověřovací prototyp místo několika vývojových.

Čtyři vrstvy virtuálního prototypu

Užitečné je představit si prototyp jako dort o čtyřech patrech. Ne každý projekt potřebuje všechna patra - a čím víc pater, tím víc dat a práce (viz Pět úrovní věrnosti).

• vrstva 1

  Geometrie

  Tvar a rozměry ve skutečném měřítku 1:1, obvykle převzaté z CAD. Odpoví, zda se vše vejde a jak to vypadá.

  Vejde se složená ruka jeřábu za kabinu?

• vrstva 2

  Fyzika

  Hmotnosti, těžiště, klouby, pohony, tření, lana, kontakty. Odpoví, jak se stroj pohybuje a jaké síly v něm působí.

  Jak se rozkývá břemeno, když obsluha prudce zastaví otáčení?

• vrstva 3

  Řízení a senzory

  Řídicí logika (PLC, regulátory, autonomie) a modely senzorů. Odpoví, zda stroj dělá, co má, a jak reaguje na okolí.

  Zastaví omezovač momentu pohyb včas?

• vrstva 4

  Člověk a prostředí

  Obsluha (např. ve VR), terén, hala, další stroje. Odpoví, jak se se strojem pracuje ve skutečných podmínkách.

  Vidí obsluha na hák, když stojí u ovládání?

Virtuální prototyp skládáme po vrstvách. Každá další vrstva odpoví na další typ otázek.

Digital mock-up, virtuální prototyp, digitální dvojče

Tři pojmy, které se často zaměňují. Liší se tím, co model umí a kdy v životě výrobku vzniká.

Hranice nejsou ostré: z dobrého virtuálního prototypu se po spuštění výroby často stává základ digitálního dvojčete. Proto se vyplatí stavět ho od začátku tak, aby šel napojit na skutečná data.

Lineární vývoj vs. vývoj řízený simulacemi

Řada firem vyvíjí lineárně: koncept → návrh → výroba fyzického prototypu → zkoušky. Když zkouška neprojde, vrací se zpět do návrhu a celý cyklus se opakuje. Každé kolo stojí týdny a statisíce.

Při vývoji řízeném simulacemi (Simulation Driven Product Development, SDPD) probíhá smyčka návrh–test ve virtuálním prostředí. Fyzicky se vyrábí až návrh, který virtuálními zkouškami prošel. První fyzický kus pak slouží hlavně k ověření - a někdy rovnou jde do výroby.

Zásadní rozdíl je v rychlosti učení. Virtuální kolo trvá hodiny až dny, takže za stejný čas proběhne desetkrát víc pokusů. A protože je levné, mohou se do něj zapojit i výroba, servis, obchod a zákazník - ještě než se cokoli vyrobí.

Cena pozdní změny

V praxi se často uvádí orientační pravidlo desetinásobku: chyba, kterou opravíte v návrhu za 1 korunu, stojí ve fázi prototypu zhruba 10 korun, ve výrobě 100 a u zákazníka 1 000. Přesná čísla se v každém oboru liší, princip ale platí všude.

Virtuální prototyp posouvá objevování chyb doleva - do fáze, kdy je změna jen úpravou modelu. Proto se vyplatí hlavně u výrobků, kde je fyzický prototyp drahý, zkoušky rizikové nebo kde se čeká víc kol vývoje.

Kalkulačka: vyplatí se virtuální prototyp?

Porovnejte náklady a čas obou přístupů pro váš projekt. Virtuální cesta má vstupní náklad (stavbu modelu), ale každé další kolo je levné. Na konci počítáme i s fyzickým prototypem na ověření.

Co virtuální prototyp přináší

• Méně fyzických prototypů a kratší vývoj
• Testy situací, které jsou naostro nebezpečné nebo nemožné (prudké zastavení, kolize, porucha)
• Porovnání mnoha variant konstrukce místo jedné nebo dvou
• Řídicí software se ladí souběžně s mechanikou, ne až na hotovém stroji
• Výroba, servis a obchod připomínkují návrh od začátku
• Zákazník vidí a „osahá“ stroj dřív, než existuje
• Model se dál využije pro výcvik obsluhy, marketing a servisní návody
• Měření všeho: síly, rychlosti, kolize, časy - bez čidel a kabelů

Simulační smyčka a časový krok

Smyčka se opakuje desítky až stovky krát za sekundu. Délce jednoho kroku se říká časový krok (Δt). Kratší krok znamená přesnější a stabilnější výsledek, ale víc výpočtů. U strojů s rychlými ději (nárazy, tuhé pružiny, hydraulika) se proto fyzika často počítá v několika menších pod-krocích na jeden snímek obrazu - tzv. substepping.

Pro inženýrské použití je důležitý pevný časový krok: fyzika běží vždy se stejným Δt bez ohledu na to, jak rychle se zrovna vykresluje obraz. Jen tak dostanete při opakování stejné výsledky. Unreal Engine to umožňuje asynchronním během fyziky s pevným krokem; inženýrská jádra (AGX, MuJoCo) pracují s pevným krokem standardně.

Co se děje v jednom kroku

1. Vstupy

   Povely z řízení (PLC, autonomie, skript) nebo od člověka (joystick, VR ovladač).

2. Síly a pohony

   Gravitace, motory, hydraulické válce, pružiny, tlumiče, tření.

3. Kolize a kontakty

   Které díly se dotýkají a jakou silou se navzájem tlačí.

4. Řešič

   Spočítá nové polohy a rychlosti všech těles tak, aby držely klouby a nepronikala do sebe.

5. Senzory a měření

   Virtuální čidla změří vzdálenosti, síly, úhly; data se zapisují do logu.

6. Zobrazení

   Obraz se vykreslí na monitor nebo do VR headsetu. Pak vše znovu.

Kolizní tvary: co vidíte vs. co se počítá

Model z CAD má často miliony trojúhelníků. Kontrolovat každý proti každému v každém kroku by bylo příliš pomalé. Fyzika proto počítá s kolizními tvary - zjednodušenými obálkami z krabic, válců, koulí a konvexních těles. Na obrazovce vidíte detailní díl, ale srážky se počítají s jeho zjednodušenou „slupkou“.

Kvalita kolizních tvarů rozhoduje o výsledku. Příliš hrubé tvary způsobí falešné kolize nebo mezery; příliš jemné zpomalí simulaci. Příprava kolizí je proto jedním z nejpracnějších kroků - a místem, kde se nejčastěji chybuje.

Řešič, klouby a pohony

Stroj se v simulaci skládá z těles (segmenty ramene, kola, rám) a vazeb mezi nimi (čep, posuvné vedení, kulový kloub). Vazba říká, jak se tělesa smí vůči sobě pohybovat. Na vazby lze nasadit pohony: motor s momentem, lineární aktuátor nebo hydraulický válec.

Řešič (solver) je část fyzikálního jádra, která v každém kroku hledá nové polohy a rychlosti tak, aby byly splněny všechny vazby a kontakty najednou. Herní řešiče obvykle počítají iteračně a přibližně - stačí, aby to „vypadalo dobře“. Inženýrská jádra jako AGX Dynamics nebo MuJoCo řeší vazby přesněji, a proto zvládnou i dlouhé řetězce těles, těžká břemena na lanech nebo velké poměry hmotností bez „gumového“ chování.

Rychlost vs. přesnost

Každá simulace je kompromis. Kinematická animace je okamžitá, ale nezná síly. Herní fyzika je rychlá a stabilní, ale zjednodušená. Inženýrská fyzika v enginu (AGX, MuJoCo) drží reálný čas a přitom počítá vazby a kontakty důvěryhodně. Klasické CAE (FEM, CFD, offline multibody) je nejpřesnější, ale počítá minuty až dny a bez interakce.

Virtuální prototyp v enginu cílí na pravý horní roh, kam se dá v reálném čase dostat: dost přesně pro rozhodnutí o konstrukci a řízení, dost rychle pro interakci, VR a tisíce opakovaných běhů.

Engine v reálném čase, nebo klasické CAE?

Nejde o „buď, anebo“. Engine a klasické inženýrské výpočty (CAE) odpovídají na jiné otázky. Tabulka pomůže rozhodnout, co kam patří.

Osm oblastí využití

• Ověření funkce a prostoru

  Dosahy, kolize, sekvence pohybů, sestavitelnost a servisní přístup na modelu 1:1.

  Složí se ruka jeřábu bez kolize s kabinou?

• Virtuální zprovoznění (VC)

  Skutečný řídicí program (PLC) se připojí k virtuálnímu stroji a odladí dřív, než stroj existuje. Pojmy a modely popisuje německá směrnice VDI 3693.

  Test sekvence balicí linky měsíc před montáží.

• Testování řízení a autonomie

  Software stroje běží proti simulaci (software-in-the-loop) nebo skutečná řídicí jednotka proti simulaci (hardware-in-the-loop).

  Autonomní nakladač projede tisíc scénářů za noc.

• Trénink AI a syntetická data

  Engine zná každý pixel scény, takže obrázky rovnou anotuje. Proměnlivé počasí, světlo a rozmístění zvyšují odolnost modelu.

  Kamera se učí rozpoznat palety v různém osvětlení.

• Operátorské simulátory

  Výcvik obsluhy na stroji, který se chová jako skutečný. Z prototypu vznikne simulátor ještě před uvedením stroje na trh.

  Jeřábník trénuje jemné ukládání břemene.

• Design review a ergonomie ve VR

  Tým i zákazník si stroj projdou v měřítku 1:1, zkontrolují výhled, dosahy a přístup k údržbě.

  Výhled z ovládacího stanoviště na hák.

• Prodej, konfigurátor a servis

  Interaktivní ukázky na veletrhu i v prohlížeči (Pixel Streaming), varianty výbavy, servisní a montážní návody ve 3D.

  Zákazník si na webu poskládá jeřáb a uvidí ho v pohybu.

• Rozmístění a tok materiálu

  Stroj v kontextu haly nebo staveniště. Pro dlouhá období a celé provozy je vhodnější dynamická simulace výroby, fyzika se nasazuje na kritická místa.

  Projede vůz s jeřábem vraty a otočí se na dvoře?

Platformy postavené na Unreal Engine

Že engine zvládne vážnou inženýrskou práci, dokládají simulátory, které na něm stojí. Některé jsou open source a dají se použít jako hotový základ, jiné jsou komerční produkty.

Unreal Engine

Unreal Engine od Epic Games je engine pro grafiku a interakci v reálném čase. Pro virtuální prototypování jsou podstatné hlavně tyto jeho části:

• NaniteZobrazí detailní geometrii z CAD a 3D skenů bez ruční optimalizace.
• Lumen a ray tracingRealistické světlo a odrazy - důležité pro design review i pro simulaci kamer.
• Chaos PhysicsVestavěná fyzika: tuhá tělesa, vazby, vozidla, látky, destrukce; podle Epic s dvojitou přesností.
• Blueprint a C++Logika stroje vizuálně (Blueprint) i v kódu (C++) - od prototypu po výkonnou implementaci.
• Python a Remote ControlAutomatizace editoru, dávkové běhy variant, ovládání simulace z jiných programů.
• OpenXRPodpora VR a AR headsetů pro design review a výcvik.
• Sequencer a Movie Render QueueVidea a rendery z prototypu pro prezentace a marketing.
• PCG a Learning AgentsProcedurální generování prostředí a trénink AI posilovaným a imitačním učením.

Fyzikální jádra: čím počítat

Fyzikální jádro (physics engine) je „mozek“, který počítá pohyb. Volba jádra je nejdůležitější technické rozhodnutí projektu, protože určuje, jak přesné výsledky dostanete.

• součást UE

  Chaos Physics

  Tuhá tělesa, klouby, pohony, vozidla (Chaos Vehicles), látky a destrukce. Zvládne tisíce těles a je přímo v enginu.

  Hodí se pro

  Kinematika, dopravníky, jednodušší dynamika, interakce a VR.

  Licence

  V ceně Unreal Engine.

• Algoryx

  AGX Dynamics for Unreal

  Inženýrská multibody fyzika: hydraulika, pohony a převody, lana a kabely, pásy a kola, deformovatelný terén. Plugin je zdrojově na GitHubu.

  Hodí se pro

  Jeřáby, těžké a mobilní stroje, robotika, operátorské simulátory, autonomie.

  Licence

  Komerční licence AGX Dynamics; zkušební a akademické licence na vyžádání.

• Google DeepMind

  MuJoCo

  Přesná kontaktní dynamika navržená pro robotiku a řízení. Do UE ho vnáší například open-source plugin Unreal Robotics Lab; fyzika běží ve vlastním vlákně a engine vykresluje.

  Hodí se pro

  Manipulace robotů, chůze, posilované učení.

  Licence

  Open source (Apache 2.0).

• standard FMI

  Externí modely (FMU)

  Hydrauliku, pohon nebo tepelný systém lze namodelovat v Modelice či Simulinku, zabalit jako FMU a spustit v UE - například open-source pluginem UEFMI (ORNL).

  Hodí se pro

  Subsystémy, které už máte namodelované jinde.

  Licence

  Standard FMI je otevřený; licence podle nástroje, který FMU vytvořil.

Propojení: jak se prototyp napojí na okolní svět

Síla otevřeného stacku je v propojení. Prototyp nemusí být uzavřený svět; může přijímat data z CAD, poslouchat skutečné PLC nebo robotický software a posílat výsledky dál.

Licence a náklady

Unreal Engine je zdarma pro firmy s ročním obratem pod 1 mil. USD, pro studenty a vzdělávání. Firmy nad touto hranicí, které nevyvíjejí hry, platí předplatné 1 850 USD za uživatele a rok (ceník Epic Games). Hry a aplikace prodávané koncovým uživatelům se řídí jinými podmínkami.

K enginu se přičítají licence fyzikálního jádra (AGX je komerční, Chaos a MuJoCo ne), případně konektorů a PLC simulátorů. Největší položkou ale obvykle nejsou licence, nýbrž práce na přípravě dat a modelu.

Pět úrovní věrnosti

Prvním krokem není sběr dat, ale rozhodnutí, na jakou otázku má prototyp odpovědět. Z toho plyne potřebná úroveň věrnosti a z ní seznam dat. Stavět vždy nejvyšší úroveň je drahé a zbytečné.

1. 1
   Vizuální modelVzhled, proporce, prostor.CAD nebo 3D sken, materiály
2. 2
   KinematikaDosahy, kolize, sekvence pohybů.+ osy, rozsahy, rychlosti
3. 3
   DynamikaSíly a rázy v pohybu, časy cyklu.+ hmotnosti, těžiště, pohony
4. 4
   Kontakt a poddajnostTření, lana, hydraulika, terén.+ materiálové parametry, měření
5. 5
   Řízení a validaceSkutečné PLC/SW, senzory, ověřené predikce.+ řídicí program, validační data

Vstupní data: kontrolní seznam

Seznam pomůže připravit podklady. Většinu dat firma už má - jen jsou rozházená mezi konstrukcí, nákupem a automatizací. Sloupec „Když chybí“ ukazuje, jak se dá chybějící údaj nahradit.

Hardware

Fyzika strojů zatěžuje hlavně procesor, zobrazení grafickou kartu. Tabulka uvádí praktické doporučení pro inženýrskou práci - nad rámec minimálních požadavků Epic Games.

Tým

U menšího projektu stačí dva lidé, kteří pokryjí více rolí. Klíčová je ale účast konstruktéra zadavatele: zná stroj, dodá data a posoudí, zda se model chová správně.

• Simulační inženýr

  Mechanika a fyzikální model: tělesa, vazby, pohony, parametry, validace.

• Vývojář Unreal Engine

  Blueprint a C++, logika, rozhraní (OPC UA, ROS 2), měření a výstupy.

• 3D technický specialista

  Převod CAD, zjednodušení, kolizní tvary, materiály, prostředí.

• Automatizér

  PLC, řídicí logika a I/O - jen pro virtuální zprovoznění.

• Konstruktér zadavatele

  Otázky, data, kritéria a odborná kontrola chování modelu.

Kolik to trvá

1. Položte otázku a kritéria

   Co přesně ověřujeme, v jakých scénářích a kdy je výsledek „vyhovuje“. Z toho plyne úroveň věrnosti.

   Při nouzovém zastavení otáčení s břemenem 1 200 kg na vyložení 8 m nesmí odlehčit žádná podpěra; břemeno se uklidní do 5 s.

2. Seberte data

   Podle kontrolního seznamu. Chybějící údaje nahraďte odhadem a poznamenejte si to.

   CAD ruky a podvozku, katalog válců, hmotnosti segmentů, diagram nosnosti.

3. Připravte geometrii

   Import přes Datasmith, sloučení dílů do pohyblivých celků, středy otáčení v osách čepů, kolizní tvary.

   Z 2 400 dílů vznikne 9 pohyblivých celků s jednoduchými kolizními tvary.

4. Sestavte fyzikální model

   Tělesa s hmotností a těžištěm, vazby, pohony s reálnými limity, materiály a tření.

   Segmenty jako tělesa, čepy jako klouby, válce jako hydraulické pohony v AGX.

5. Připojte řízení a vstupy

   Logika v Blueprintu/C++, nebo skutečné PLC (OPC UA), robotický software (ROS 2), joystick či VR.

   Ovládání joystickem a model omezovače momentu.

6. Měřte

   Virtuální čidla a logování veličin, které odpovídají na otázku. Výstup do CSV, grafů a videa.

   Síly v podpěrách, úhel náklonu, výchylka břemene.

7. Validujte

   Porovnejte s měřením nebo výpočtem a ověřte citlivost (viz Validace).

   Síly v podpěrách souhlasí s měřením na předchozím modelu jeřábu do 6 %.

8. Iterujte varianty

   Parametrizujte model a spouštějte varianty dávkově (Python, příkazová řádka), nejlépe přes noc.

   40 kombinací rampy zpomalení otáčení a tlumení ventilů; vítězné nastavení jde do řídicí jednotky.

Validace: můžeme modelu věřit?

Hezký obraz nic nedokazuje. Důvěru v model budují dvě kontroly. Verifikace odpovídá na otázku „počítáme model správně?“ - tedy bez chyb v nastavení, jednotkách a parametrech. Validace odpovídá na otázku „počítáme správný model?“ - tedy zda se chová jako skutečnost v rozsahu, pro který ho používáme.

Rámec pro posuzování důvěryhodnosti modelů dávají například standard NASA-STD-7009 nebo řada norem ASME V&V. Pro běžný průmyslový projekt postačí jednoduchý kontrolní seznam níže, zdokumentované předpoklady a jasně řečený rozsah platnosti.

• Statická kontrola: součet hmotností a poloha těžiště odpovídají CAD
• Jednoduché případy souhlasí s ručním výpočtem (rovnováha, kyvadlo, volný pád)
• Poloviční časový krok dá prakticky stejný výsledek
• Výsledek odpovídá měření v několika bodech (zkušebna, předchozí stroj)
• Citlivost: změní se závěr, když nejisté parametry (tření, tuhost) posunete o ±20 %?
• Předpoklady a rozsah platnosti jsou sepsané a zadavatel je schválil

• Nakládací jeřáb: břemeno v pohybu a řízení
• Robotické pracoviště a virtuální zprovoznění
• Dopravník a třídění balíků
• Stroj v terénu: průjezdnost a náklon
• Autonomní robot ve skladu
• Pracoviště obsluhy ve VR

• Generativní navrhování

  Software navrhne tvar dílu podle zadaných cílů a omezení. Vybraný díl pak ověříte ve virtuálním prototypu celého stroje.

• Optimalizace parametrů

  Dávkové běhy variant (návrh experimentů) najdou nejlepší kombinaci rozměrů, hmotností a nastavení řízení.

• Digitální dvojče

  Po spuštění provozu se prototyp napojí na data ze senzorů skutečného stroje: sledování, diagnostika, předvídání poruch.

• Výcvik obsluhy

  Z prototypu se stane výcvikový simulátor se scénáři, hodnocením a záznamem chyb.

• Marketing a prodej

  Fotorealistické rendery, animace, konfigurátory a interaktivní ukázky bez fyzického kusu.

• Sdílená data (PLM, PIP)

  Produktová inovační platforma drží data, verze a připomínky všech oddělení na jednom místě.

• Špatná data, špatný výsledek

  Odhadnuté hmotnosti a tření bez citlivostní analýzy vedou k přesvědčivým, ale chybným závěrům.

• Hezký obraz není důkaz

  Fotorealistické zobrazení svádí k důvěře. O správnosti rozhoduje validace, ne kvalita renderu.

• Kompromisy reálného času

  Zjednodušené kolize, umělé tlumení a příliš dlouhý krok mohou zkreslit rychlé děje. Kontrolujte nezávislost na časovém kroku.

• Sim-to-real gap

  Co funguje v simulaci, nemusí fungovat v realitě - hlavně u senzorů a autonomie. Přidávejte šum, zpoždění a variabilitu.

• Engine není pevnostní výpočet

  Napětí, únavu, proudění a teplo počítejte v CAE. Engine dodá zatížení a kritické situace.

• Certifikace stále chce zkoušky

  Normy a schvalování vyžadují fyzické zkoušky a předepsané výpočty. Prototyp snižuje jejich počet a riziko, že neprojdou.

• Model bez otázky, nebo místo výpočtu

  „Uděláme model a uvidíme“ končí drahou animací. Nosnost či statickou stabilitu spočítáte rychleji konvenčně. Prototyp nasazujte na děje v čase, souhru s řízením a člověka u stroje.

• Údržba a verze

  Engine, pluginy i fyzikální jádra se vyvíjejí. Počítejte s aktualizacemi a verze zamrazte na dobu projektu.

• Služba: virtuální prototypováníJak s virtuálními prototypy pracujeme pro výrobce strojů.
• Datasmith: CAD do Unreal EngineJak připravit a převést modely z CAD a BIM softwarů.
• Jak fungují virtuální simulaceOd sběru dat přes 3D prostor a fyziku po výstup.

Virtuální prototyp (VP)

Digitální model výrobku, který se chová jako výrobek skutečný: má hmotnost, pohony, klouby a řízení.

Digital mock-up (DMU)

Statická digitální sestava výrobku pro kontrolu tvaru, zástavby a kolizí.

Digitální dvojče

Model konkrétního existujícího stroje nebo provozu, který se s ním průběžně synchronizuje daty.

SDPD

Simulation Driven Product Development - vývoj výrobku řízený simulacemi.

Engine reálného času

Software, který počítá a zobrazuje 3D svět tak rychle, že s ním lze plynule interagovat (např. Unreal Engine).

Fyzikální jádro

Část softwaru, která počítá pohyb těles, vazby a kontakty (Chaos, AGX Dynamics, MuJoCo).

Časový krok (Δt)

Délka jednoho kroku simulace. Kratší krok = přesnější a stabilnější výsledek, víc výpočtů.

Substepping

Rozdělení jednoho snímku obrazu na více kratších fyzikálních kroků.

Řešič (solver)

Algoritmus, který v každém kroku najde polohy a rychlosti těles splňující všechny vazby a kontakty.

Multibody dynamika (MBD)

Výpočet pohybu soustav těles spojených vazbami - základ simulace strojů.

Vazba (constraint)

Omezení vzájemného pohybu dvou těles - čep, posuvné vedení, kulový kloub.

Kolizní tvar

Zjednodušená obálka dílu, se kterou fyzika počítá srážky místo detailní sítě.

Virtuální zprovoznění (VC)

Odladění řídicího programu (PLC) proti virtuálnímu modelu stroje před fyzickým zprovozněním.

SIL / HIL

Software-in-the-loop / hardware-in-the-loop: řídicí software nebo skutečná řídicí jednotka běží proti simulaci.

OPC UA

Otevřený standard průmyslové komunikace, přes který lze propojit PLC se simulací.

ROS 2

Robot Operating System - otevřený software a komunikační vrstva pro roboty.

FMI / FMU

Standard pro výměnu simulačních modelů; FMU je model zabalený podle FMI.

Datasmith

Sada nástrojů Unreal Engine pro import CAD, BIM a 3D scén.

Syntetická data

Automaticky anotované obrázky a měření vygenerované simulací pro trénink AI.

Domain randomization

Náhodné obměny prostředí (světlo, textury, rozmístění) pro odolnější AI.

Sim-to-real gap

Rozdíl mezi chováním v simulaci a ve skutečnosti.

Verifikace a validace (V&V)

Kontrola, zda model počítáme správně (verifikace) a zda odpovídá skutečnosti (validace).

CAE

Computer Aided Engineering - inženýrské výpočty, např. FEM (MKP) pro pevnost a CFD pro proudění.

Generativní navrhování

Software navrhuje varianty tvaru podle zadaných cílů a omezení.

1. Epic Games (2026). UE5 is becoming the platform of choice for robotics simulation. Unreal Engine Spotlight, 8. 4. 2026. https://www.unrealengine.com/spotlights/ue5-is-becoming-the-platform-of-choice-for-robotics-simulation
2. Epic Games (2024). Unreal Engine, Twinmotion and RealityCapture pricing update. Unreal Engine Blog.
3. Algoryx Simulation (2026). AGX Dynamics for Unreal - documentation. https://us.download.algoryx.se/AGXUnreal/documentation/current/
4. Dosovitskiy, A., Ros, G., Codevilla, F., López, A., Koltun, V. (2017). CARLA: An Open Urban Driving Simulator. Proceedings of the 1st Conference on Robot Learning (CoRL), 1-16.
5. Shah, S., Dey, D., Lovett, C., Kapoor, A. (2018). AirSim: High-Fidelity Visual and Physical Simulation for Autonomous Vehicles. In Field and Service Robotics, Springer, 621-635.
6. Todorov, E., Erez, T., Tassa, Y. (2012). MuJoCo: A physics engine for model-based control. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 5026-5033.
7. Tobin, J., Fong, R., Ray, A., Schneider, J., Zaremba, W., Abbeel, P. (2017). Domain randomization for transferring deep neural networks from simulation to the real world. IEEE/RSJ IROS, 23-30.
8. Modelica Association (2022). Functional Mock-up Interface Specification 3.0. https://fmi-standard.org
9. VDI/VDE 3693 Blatt 1 (2016). Virtuelle Inbetriebnahme - Modellarten und Glossar. Verein Deutscher Ingenieure.
10. ISO 23247-1:2021. Automation systems and integration - Digital twin framework for manufacturing - Part 1: Overview and general principles. ISO.
11. NASA (2016). NASA-STD-7009A: Standard for Models and Simulations. National Aeronautics and Space Administration.
12. Sargent, R. G. (2013). Verification and validation of simulation models. Journal of Simulation, 7(1), 12-24.
13. Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. White paper.

Jak citovat tuto publikaci (ČSN ISO 690:2022)NEPOR, Vladimír. Virtuální prototypování: srozumitelná příručka pro praxi. Online. Vrealmatic, 2022. Aktualizováno 5. 10. 2026. Dostupné z: https://vrealmatic.com/publikace/virtualni-prototypovani. [citováno RRRR-MM-DD].

Sdílet