Specjalność WIP

Zakład Inżynierii Wirtualnej na kierunku Mechanika i Budowa Maszyn prowadzi specjalność Wirtualna Inżynieria Projektowania na studiach magisterskich. Absolwenci tej specjalności nabywają umiejętności: modelowania produktu technicznego od koncepcji do wytwarzania z zastosowaniem metod wirtualnego projektowania, integrowania elementów procesu projektowania w informatycznym środowisku pracy inżyniera, tworzenia zaawansowanych, specjalizowanych programów komputerowych wraz z organizacją platformy obliczeniowej oraz metodycznego przygotowania do samodzielnego działania i pracy w zespole.

Przedmioty

Semestr II

Przedmioty specjalnościowe – podstawowe

1. Numeryczna mechanika płynów CFD – Computational Fluid Dynamics (CFD)
2. Wizualizacja danych NAUKOWYCH – Scientific Data Visualization

Przedmioty specjalnościowe – obieralne

3a. Podstawy obliczeń równoległych – Basics of parallel computations
3b. Bazy danych w zastosowaniach technicznych – Technical applications of data bases
3c. Obliczenia inżynierskie w języku Python – Engineering Computational in Python
4a. Fotorealizm w inżynierii wirtualnej – Photorealism in Virtual Engineering
4b. Graficzne interfejsy użytkownika dla aplikacji inżynierskich – Graphical User Interfaces (GUI) for engineering applications

Semestr III

Przedmioty specjalnościowe – podstawowe

1. Metoda elementu skończonego w statyce i dynamice – Finite Element Method in statics and dynamics
2. Skanowanie przestrzenne i obróbka sygnału – 3D scanning and data processing
3. Prezentacja i komunikacja w projektach technicznych – Presentation and communication in technical projects

Przedmioty specjalnościowe – obieralne

4a. Projektowanie wirtualne z optymalizacją strukturalną – Virtual Design with structural optimization
4b. Optymalizacja topologiczna w projektowaniu – Topological Optimization in design
5a. Elementy ergonomii w systemach wirtualnych – Introduction to Ergonomy in virtual systems
5b. Zaawansowane modelowanie powierzchniowe – Advanced surface modelling
5c. Platformy systemowe CAD/CAM – CAD/CAM integration platforms

Prace dyplomowe

Obszary prac:

Zaawansowane modelowanie 3D, powierzchniowe i bryłowe, w różnych systemach CAD, wizualizacje danych naukowych i fotorealistyczne, budowa modeli numerycznych dla obliczeń MES, w tym z użyciem technik uczenia maszynowego

Analizy numeryczne strukturalne i przepływowe, w tym analizy wielkoskalowe z wykorzystaniem komputerów równoległych o wielkiej mocy obliczeniowej oraz specjalistycznego oprogramowania stosowanego m.in. w przemyśle lotniczym. Wykonywane analizy w szczególności obejmują:
– symulacje numeryczne MES w zakresie struktury projektowanej konstrukcji oraz analiza wytrzymałości,
– symulacje numeryczne w zakresie aerodynamiki obiektów oraz przepływu płynu wewnątrz konstrukcji,
– symulacje numeryczna w zakresie aerosprężystości oraz interakcji struktura-płyn,
– rozwój narzędzi numerycznych do modelowania i symulacji

Optymalizacja topologiczna konstrukcji – poprawa właściwości mechanicznych konstrukcji, poprzez określenie optymalnego rozkładu (kształtu) materiału w domenie, przy założonych ograniczeniach bazowych. Cechą charakterystyczną opracowanej nowej metody optymalizacji strukturalnej (integracja analizy aerosprężystości i inspirowanej biologicznie optymalizacji strukturalnej), jest niezależność wyniku optymalizacji od początkowej konfiguracji. Umożliwia to prowadzenie analiz w celu udoskonalenia istniejących już konstrukcji, poprzez efektywne poszukiwanie konfiguracji o zmniejszonej masie i podwyższonej sztywności. Metoda nadaje się także doskonale do analizowania wielu przypadków obciążenia, którym podlega struktura.

Inżynieria Odwrotna – wykonywanie pomiarów przestrzennych (skanowanie 3D) obiektów za pomocą skanerów optycznych laserowych, światła strukturalnego i stykowych, opracowywanie na podstawie danych pomiarowych, w pełni parametrycznych modeli geometrycznych, w specjalistycznym oprogramowaniu Reverse Engineering;

Wykonywanie modeli rzeczywistych oraz prototypów na podstawie modeli CAD z użyciem technik Rapid Prototyping (drukarki 3D) oraz 5 osiowej frezarki sterowanej numerycznie;

Wykorzystanie systemów komputerowego wspomagania prac inżynierskich CAx przez studentów w zadaniach przemysłowych (praktyki, staże) i tworzeniu konstrukcji innowacyjnych pojazdów i maszyn

Przykładowe realizacje:

2019

– Badania aerodynamiki bolidu Formuły Student
– Opracowanie felg kompozytowych dla bolidu Formuły Student
– Projekt i budowa pojazdu napędzanego wkrętarką akumulatorową
– Projekt i budowa drona w układzie latającego skrzydła
– Projekt i budowa quadrocoptera z obudową wytworzoną metodą druku 3D i składanymi ramionami wirników
– Projekt dwukołowego pojazdu DiWheel
– Model silnika pulsacyjnego
– Projekty dronów o budowie wzorowanej na sylwetkach organizmów żywych: mewy, sokoła wędrownego i ważki (w tym symulacje CFD)
– Projekty i budowa drukarek 3D (różne modyfikacje: dodatkowa głowica frezująca, druk ciągły, druk z czekolady, …)
– Optymalizacja strukturalna skrzydła samolotu bezzałogowego
– Optymalizacja ramy bolidu Formuły Student z użyciem algorytmów genetycznych
– Redukcja oporów za modelem samochodu ciężarowego z użyciem analizy LES
– Obliczenia aerodynamiczne dla modelu ciągnika siodłowego z naczepą w środowisku TAU-Code
– Obliczenia i optymalizacja samolotu J-1 Prząśniczka
– Implementacja techniki Chimera w programie przepływowym Edge
– Budowa modelu 3D odcinka lędźwiowego ludzkiego kręgosłupa
– Analiza modalna serc ludzkich

Co jeszcze poza nauką

Koło naukowe

Ze specjalnością WIP powiązane jest Koło Naukowe Inżynierii Wirtualnej Projektowania. Oficjalny fanpage koła, prowadzony przez studentów na facebooku, to https://www.facebook.com/iwp.put/. W trakcie realizacji prac dyplomowych oraz podczas działań powiązanych z kołem naukowym studenci mają dostęp do laboratoriów Zakładu Inżynierii Wirtualnej:

– Laboratorium Inżynierii Wirtualnej wyposażone jest w maszyny Rapid Prototyping pracujące w technologiach SLA (V-Flash, XYZprinting NOBEL), FDM (BFB, XYZprinting daVinci Pro) i LOM (SOLIDO), obrabiarkę CNC 5-cio osiową firmy InfoTec i inne, a także: skaner trójwymiarowy stykowy MicroScribe 3D, skanery bezstykowe: ScanBright, Creaform i Roland, zestawy do budowy mini-robotów Mindstorms, robot LynxArm oraz robot Hexapod. Oprogramowanie wykorzystywane w laboratorium to 3D Doctor, Oprogramowanie Rapid Prototyping AXON, oprogramowanie Visual Reality, oprogramowanie robotów BASICstamp. Dodatkowo w laboratorium dostępne są zestawy Arduino umożliwiające sterowanie prototypami urządzeń budowanych w ramach prac dyplomowych i działalności koła naukowego.

– Laboratorium komputerowe wyposażone jest w 16 stacji roboczych, na których zainstalowane jest oprogramowanie do modelowania CAD i obliczeń inżynierskich, takie jak: CATIA V5, SolidWorks, SolidCAM, Hyperworks, NX, FEMAP, Geomagic, RhinoCeros i Octave. Wykorzystanie wirtualnych maszyn VMWARE pozwala na realizowanie zadań obliczeniowych, programistycznych oraz analizy i wizualizacji danych.

– Laboratorium Obliczeń Równoległych. Laboratorium wyposażone jest w 100-procesorowy klaster obliczeniowy pracujący pod kontrolą systemu Linux, składający się z 20 węzłów połączonych szybką siecią światłowodową w technologii Infiniband. Zainstalowane na nim oprogramowanie umożliwia prowadzenie wielkoskalowych obliczeń z zakresu aerodynamiki i hydrodynamiki (CFD), aerosprężystości (oddziaływań płyn-struktura) oraz wytrzymałości materiałów i optymalizacji topologicznej konstrukcji. Wykorzystywany jest również do rozwoju własnego oprogramowania, takiego jak: MES3D, MF3, CosmoProjector