Motion Analysis v SOLIDWORKSu je zmogljivo orodje, ki je pogosto premalo izkoriščeno. Razširi vgrajene zmožnosti gibanja v sestavih (kot je zaznavanje trkov v realnem času) in ponuja popolno simulacijo večtelesne dinamike, ki jo je mogoče uporabiti v številnih inženirskih aplikacijah.
Natančneje, Motion Analysis omogoča dinamiko togih teles oziroma kinematiko togih teles. To opredeljuje enega ključnih vidikov SOLIDWORKS Motion: pri simulaciji se vsa telesa obravnavajo kot ne-deformabilna.
Predpostavka togega telesa je primerna za širok spekter fizikalnih in inženirskih problemov. Pogoste uporabe segajo od napovedovanja sil in območja gibanja pri mehanizmih, do dimenzioniranja motorjev, vzmeti in blažilcev pri dinamičnih sistemih, ali napovedovanja fizike, ki zahteva kompleksne 3D kontaktne interakcije, kot so objekti, ki se premikajo skozi lijake ali po transporterjih.
V tem članku bomo obravnavali številne takšne primere — s poudarkom na tem, kdaj in zakaj uporabiti to orodje, ter na ključnih vidikih nastavitve za različne razrede problemov.
Vrste študij gibanja in licenciranje
Če ste že kdaj ustvarili motion study v SOLIDWORKS, ste verjetno opazili, da je na voljo več nivojev funkcionalnosti.
- Animation (Animacija):
Animacija na podlagi ključnih sličic, namenjena izključno vizualizaciji, brez kompleksne fizike. - Basic Motion (Osnovno gibanje):
Fizika v slogu video iger (poganja jo Nvidia PhysX), ki lahko dokaj prepričljivo simulira kompleksne 3D fizikalne pojave, vendar ni primerna za inženirske podatke ali odločitve. - Motion Analysis (Analiza gibanja):
Napreden, inženirsko zanesljiv reševalnik (poganja ga ADAMS) za dinamiko in kinematiko, vključno z napovedjo sil.
Od teh možnosti sta Animation in Basic Motion vključena v vse različice SOLIDWORKS.
Motion Analysis pa je na voljo le v SOLIDWORKS Premium (ter enakovredni 3DEXPERIENCE SOLIDWORKS Premium) ali v paketih SOLIDWORKS Simulation.
Prav tako je vredno omeniti, da gre za dodatek (add-in), ki ga je treba v SOLIDWORKS posebej vklopiti. Če menite, da bi morali imeti dostop do te funkcije, vendar je ne vidite med možnostmi, preverite, ali je dodatek naložen.
Upoštevati je treba tudi dodatno opozorilo glede podsklopa funkcionalnosti Motion, imenovanega event-based motion (gibanje na podlagi dogodkov), o katerem bomo govorili kasneje v članku.
Analiza mehanizmov
Morda najbolj očitne uporabe za Motion Analysis so načrtovanje in analiza mehanizmov, kot sta avtomobilsko vzmetenje ali letalsko pristajalno podvozje, ki sta prikazana na začetku članka.
Naše raziskovanje bomo začeli z zelo preprostim primerom — ekvivalentom »Hello World« v analizah dinamike — štirizgibnim mehanizmom (four-bar linkage).
V tem primeru je bil definiran virtualni motor, ki povzroča vrtenje. Za ustvarjanje neke obremenitve je bila uporabljena poljubna sila, med nekaterimi točkami pa je bila določena virtualna vzmet, da je simulacija postala bolj zanimiva.
Opazili boste tudi »trace path« (sled poti), ki je bila postavljena na točko, kjer se sila uporablja. Te poti je mogoče pretvoriti v SOLIDWORKS skice, kar je uporabno pri določanju območij, kjer gibanje ni dovoljeno (keep-out zones), ali pri sintezi mehanizmov.
Dimenzioniranje motorjev in aktuatorjev
Obstaja veliko možnosti za definiranje motorjev in linearnih aktuatorjev. Ta primer uporablja preprost motor s konstantno hitrostjo, vendar jih je mogoče definirati z bolj kompleksnimi vedenji, vključno z uvoženimi podatki ali uporabniškimi izrazi. Nastale sile, navor in moč je mogoče izvleči za dimenzioniranje motorjev ali kot merilo za nadaljnjo optimizacijo.
Priprava sestavov za Motion Analysis
Poglejmo najboljšo in najslabšo lastnost uporabe SOLIDWORKS Motion za analizo sestavov: uporablja vaše obstoječe sklope povezav.
Na prvi pogled se to zdi odlično! V praksi pa to pomeni, da imajo nekateri uporabniki težave, ko poskušajo svoje kompleksne sestave prenesti v Motion Analysis.
Obstajata dva glavna izziva, ki ju je treba rešiti:
- Komponente morajo biti povezane na fizično pravilen način.
- Odvečne povezave je treba odpraviti.
Najprej: za Motion Analysis obstajajo posebne tehnike povezovanja, ki jih na splošno štejemo za dobro prakso, kot je povezovanje preko referenčnih točk, koordinatnih sistemov ali druge abstraktne referenčne geometrije. Te pa običajno niso primerne za natančno izvlečenje sil v študijah gibanja.
Najpreverjenejši način, ki sem ga našel za povezovanje sestava za Motion Analysis, je izklopiti vse zatiče, osi ali pritrdilne elemente in preprosto slediti potem obremenitve ter povezati površine posameznih komponent tam, kjer bi šel pripadajoči pritrdilni element ali povezovalnik. To lahko pomeni, da je treba ustvariti nove konfiguracije sestava, ali v nekaterih primerih zgraditi drugi sestav od začetka, z mislijo na shemo povezovanja za Motion Analysis.
V primeru preprostega štiridelnega členkastega mehanizma so pritrdilni elementi izpuščeni, posamezni členki pa so povezani koncentrično glede na njihove luknje. Spodnji členek je fiksiran, preostali členki pa imajo v sestavu potrebne stopnje svobode, da omogočijo ustrezno gibanje.
Ko je Motion Analysis aktiven, boste pod zavihkom Analysis za katerikoli mate našli dodatne nastavitve. To omogoča definiranje bolj fizično utemeljenih lastnosti, kot sta trenje in togost pri povezavah. Priporočam uporabo funkcionalnosti bushing, da tem virtualnim povezavam dodelite določeno togost, kar pomaga preprečiti težave z odvečnimi povezavami, ko pride čas za izvlečenje sil.
Reševanje odvečnih povezav
Če ste seznanjeni s problemi linearne statike, se morda spomnite primera statično nedoločenega problema. Predstavljajte si vrata, obešena na dveh tečajih in obremenjena zgolj s svojo težo zaradi gravitacije. Intuitivno vemo, da bi moral vsak tečaj nositi približno polovico teže, vendar ta določitev temelji na elastični deformaciji nekje v sistemu.
Pri popolni predpostavki togosti (kot je privzeto vedenje v SOLIDWORKS Motion) je problem nedoločen, in morda boste opazili, da vso težo nosi zgornji ali spodnji tečaj brez očitnega razloga. Uporaba bushingov s togostjo, tudi zelo visoko, omogoča nekaj deformacije, kar zadostuje, da se sistem sam uravnoteži.
Optimizacija
Ko je začetna študija pripravljena, je enostavno izvajati nadaljnje iteracije ali optimizacijo z uporabo funkcionalnosti SOLIDWORKS Design Study, ki dobro deluje z SOLIDWORKS Motion. V tem primeru samodejno spreminjam dimenzije nekaj členkov s pristopom,ki temelji na tabeli, in lahko dostopam do rezultatov gibanja za kateri koli posamezen scenarij preprosto s klikom, če želim podrobneje analizirati rezultate za to iteracijo.
Določanje območja gibanja in sledenje poti (Trace Paths)
Funkcionalnost trace path v SOLIDWORKS Motion omogoča sledenje premiku katere koli točke v modelu med potekom študije, kar je zelo uporabno pri določanju območja gibanja.
V tem primeru, ki prikazuje 6-stopinjski robotski manipulator, je bilo gibanje določeno z uporabo funkcionalnosti Mate Controller v SOLIDWORKS, kar je priročen način za nadzor posameznih osi, podobno kot bi uporabili ročke za premikanje (jog handles) na upravljalniku robota.
Ko ste zadovoljni z delovanjem Mate Controllerja, lahko ustvarite motion study in uporabite wizard za uvoz poti. To omogoča izvlečenje sil v študiji gibanja, pa tudi generiranje trace paths (sledi poti).
Prikazi in vizualizacija izdelkov
Motion Analysis je odličen za pridobivanje inženirskih podatkov, vendar je z njim tudi mogoče ustvariti zabavne vizualizacije. Motion studies je mogoče upodobiti v orodjih, kot je SOLIDWORKS Visualize, kar smo naredili za spodnji primer. Premik kamere je bil določen s keyframes, ročno, medtem ko so fizikalni pojavi kock popolnoma iz SOLIDWORKS Motion, s trdnim stikom in začetno hitrostjo, določeno tako, da predstavlja met kock.
Za vizualizacijo izdelkov obstajajo resne možnosti uporabe, še posebej, če so vključene kontaktne interakcije.
Najnovejše različice SOLIDWORKSa omogočajo tudi izvoz 3D modelov (z Motion studies) v .GLTF ali .GLB format, ki je standard prijazen za VR/AR in splet. Več informacij o tem lahko najdete v SOLIDWORKS Help Files.
Napoved kompleksnih stikov
Za vedenja, ki jih ni mogoče zajeti z mates, SOLIDWORKS Motion podpira kontaktne interakcije, vključno s precej robustnimi 3D stiki. Po težavah z mates/odvečnimi povezavami so stične interakcije ena najpogostejših točk, kjer uporabniki naletijo na težave pri uporabi SOLIDWORKS Motion.
Primer zgoraj je bil izveden z privzetimi nastavitvami natančnosti stika, ki dajejo prednost hitrosti rešitve pred natančnostjo.
Zaradi tega lahko opazite neke penetracije med bloki in tlemi, prekomerno tresenje in na splošno rešitev, ki je lahko manj stabilna kot v resnici. V večini primerov pa je to zelo rešljiva težava.
Pri uporabi stičnih interakcij priporočam, da v Motion Study Properties naredite nekaj ključnih sprememb:
- Drastično povečajte Frames per second (sličice na sekundo), glede na relativno hitrost stičnih objektov.
- Bodisi povečajte drsnik 3D Contact Resolution ali omogočite Precise Contact.
Ti dve spremembi rešita večino težav s stiki. Če pa potrebujete natančnejšo kontrolo, obstajajo napredne možnosti reševalnika in alternativni solverji, ki jih lahko določite. Če nameravate reševati kompleksne stične probleme v Motion Analysis, močno priporočam, da eksperimentirate z nizom blokov ali kroglic ter preizkušate nastavitve natančnosti in reševalnika, da se spoznate z orodjem in najdete kompromis med časom reševanja in natančnostjo.
Glede na tip stika lahko tudi prihranite veliko časa reševanja, če definirate contact groups, namesto da izberete vse globalno.
Event-Based Motion za napoved časa cikla
Nobeden od dosedanjih primerov ni vključeval logike senzorjev ali zaporednih korakov — kar je zelo pogosto pri načrtovanju strojev in proizvodnji.
Lahko zaporedno izvajate različne dogodke (npr. vklop ali izklop motorjev ali aktuatorjev) z uporabo samo tehnik Motion Analysis, ki smo jih do zdaj obravnavali.
Vendar obstaja še boljši pristop, imenovan Event-Based Motion, ki omogoča definicijo virtualnih senzorjev bližine, kot je prikazano spodaj.
Event-Based Motion omogoča alternativni prikaz Motion Study, kjer se lahko preklopite na task view. Ta način omogoča zaporedno izvajanje dogodkov ali dejanj, ki temeljijo na sprožilcu naloge (task trigger), kot je npr. aktivacija proximity senzorja ali dokončanje drugega dogodka.
V tem primerku iz tutoriala je drugi robot zaporedno nastavljen tako, da izvede varilna dejanja šele, ko se material premakne na pravo mesto in sproži senzor bližine.
Ko se veriga dogodkov začne graditi, lahko to prihrani veliko časa (in živcev) v primerjavi z metodo poskušanja in preverjanja (guess-and-check), ki bi bila potrebna za zaporedje dogodkov v okolju, ki temelji zgolj na času.
Kot dodaten izhod iz event-based motion lahko natančno vidite, kdaj je bila vsaka naloga sprožena in zaključena, ter pridobite ocene skupnega časa cikla.
Licenciranje za Event-Based Motion
Za razliko od časovno osnovane Motion Analysis (ki je na voljo v SOLIDWORKS Premium in vseh različicah SOLIDWORKS Simulation), event-based motion analysis zahteva SOLIDWORKS Simulation Professional ali višje licence.
Povzetek in zaključek
Z milijoni uporabnikov SOLIDWORKSa po vsem svetu bi si želel, da bi Motion studies slišali veliko pogosteje. Veliko ljudi ima dostop do tega orodja, vendar ali ne vedo, da ga imajo, ali pa niso seznanjeni z njegovimi zmožnostmi.
Pri uporabi orodja se lahko pojavijo manjše ovire; na primer, pri standardnih mehanizmih, ki jih poganjajo assembly mates, se uporabniki morajo spoprijeti z ustreznimi shemami povezovanja, kar včasih pomeni, da je treba sestav spremeniti ali ponovno ustvariti. Pri problemih, ki vključujejo kompleksne stike, se lahko zgodi, da bodo morali uporabniki raziskati in prilagoditi privzete nastavitve natančnosti in reševalnika.
Po mojem mnenju so to majhne ovire, glede na zmožnosti, ki jih ponuja SOLIDWORKS Motion Analysis pri dinamičnih študijah. SOLIDWORKS nudi vgrajene tutoriale, zato, če imate dostop do programske opreme, priporočam, da jo preizkusite in premislite, kako in kdaj jo lahko uporabite za izboljšanje svojih naslednjih projektov!
Vir: https://blogs.solidworks.com/tech/2025/10/solidworks-motion-analysis-use-cases.html