При проектировании коммуникационных киосков LinkNYC для работы на улицах большого города компании TEN TECH LLC требовались современные технологии моделирования, которые могли обеспечить долговечность и функциональность нового оборудования. Использование разработанной компанией Dassault Systèmes платформы 3DEXPERIENCE в облаке позволило компании TEN TECH разработать долговечную, готовую к производству конструкцию, которая уже сегодня успешно эксплуатируется на улицах Нью-Йорка. Компания TEN TECH смогла представить высококачественный и визуально привлекательный продукт как своим клиентам, так и муниципалитету Нью-Йорка и добилась быстрого одобрения проекта.
Новые времена – новые телефоны
Дни аналоговых таксофонов подходят к концу, и даже если вам удастся найти такой телефон, то он, вероятнее всего, будет в неисправном состоянии, особенно в том случае, если таксофон установлен на улице города. Сегодня настоящим королем цифровых коммуникаций стал сотовый телефон: крупные города по всему миру начинают приспосабливаться к этой реальности и внедряют технологии нового поколения. Состояние оставшихся, уже потрепанных жизнью таксофонов служит своеобразным напоминанием, что любые новые общедоступные устройства связи должны выдерживать интенсивное использование и даже иметь защиту от вандализма.
Суматоха на улицах Нью-Йорка безусловно создает неблагоприятные условия для инновационных технологий уличной телефонной связи. Но это отнюдь не умерило стремления властей города заменить каждый таксофон на улицах мегаполиса на нечто совершенно иное – систему высокотехнологичных уличных киосков LinkNYC, которые могли бы обеспечить бесплатный публичный Wi-Fi-доступ с помощью защищенной частной сети, доступ к широкополосному Интернету, возможность зарядки мобильных устройств, совершения бесплатных звонков на любые номера США. Также в числе требований были: встроенный сенсорный экран для просмотра карты города и доступных городских сервисов, возможность экологического мониторинга и многое другое. Кроме того, эти киоски отображают рекламу на большом экране, что позволяет минимизировать стоимость таких аппаратов для муниципалитета и налогоплательщиков.
В настоящее время количество установленных в городе киосков приближается к 1700. При этом всего за два года ими успели воспользоваться более 5 млн человек. Эти ультрасовременные аппараты появляются по всему Манхэттену и в близлежащих районах, власти города намерены увеличить сеть до 7500 устройств. Аналогичные проекты в настоящее время разворачиваются и в других крупных городах США и Европы.
Опыт работы с оборонными заказами
Перед TEN TECH LLC стояла задача подтвердить функциональность и надежность киосков LinkNYC. Опыт компании по созданию долговечных и высококачественных инженерных решений для военных нужд помог ей получить контракт на техническое обслуживание оборудования от компании Comark, которая входит в CityBridge Consortium, отвечающий за разработку и производство киосков LinkNYC. «Слова о том, что нам нельзя было ошибиться, возможно, звучат банально, но в нашем случае было именно так, – утверждает Уилл Виллерс (Will Villers), основатель и вице-президент TEN TECH LLC по инженерной деятельности. – Возврат уже установленного киоска – это намного более критичный процесс, чем отзыв сотового телефона производителем. Мы стараемся добиваться исключительной надежности всех продуктов, которые проектируем или помогаем проектировать».
Виллерс основал эту компанию, после того как ушел из другой фирмы, «бизнес-модель которой была скорее ориентирована на количество, нежели на качество, что шло вразрез с его убеждениями». Фокус TEN TECH LLC на качество способствовал росту бизнеса на протяжении всех восьми лет существования организации.
Разработка устройств для каменных джунглей
Итак, в чем кроется секрет стоек LinkNYC, способных противостоять суровой городской среде как с точки зрения непогоды, так и человеческого фактора? «У каждого города свои уникальные требования, – подчеркивает Виллерс. – В Калифорнии нередки землетрясения, во Флориде – ураганы, а в Бостоне или Нью-Йорке температура может подниматься до 45 градусов летом и опускаться намного ниже нуля зимой. Кроме того, необходимо, чтобы стойки могли противостоять физическому воздействию (и городские власти публикуют подобные требования), например столкновению с автомобилем или автобусом, или – и мы действительно проводили подобные испытания – выдерживать удары бейсбольной биты (в случае если вдруг кто-то попытается взломать стойку в надежде получить наличные, которых там, разумеется, нет)» (см. рис. 1).
Прежде чем запускать новые киоски в эксплуатацию, необходимо добиться того, чтобы каждый киоск LinkNYC оставался на том месте, где он был установлен. «Для нас все это началось как проект гражданского строительства, – говорит Виллерс. – Сначала предстояло определиться с тем, каким будет идеальный каркас устройства и насколько глубоко необходимо закрепить в цементе стальные балки. Это было очень похоже на проектирование небольшого здания».
Рис. 1. Моделирование столкновения автомобиля с киоском LinkNYC
При правильной фиксации на тротуаре это «маленькое здание» также должно было выполнять роль своеобразного отбойника, принимая удар на себя и защищая прохожих от столкновения с автомобилем. «В качестве материала для отделки из-за прочности использовался алюминий, – рассказывает Виллерс. – Чтобы выдерживать подобные нагрузки, необходим баланс гибкости и прочности: стойка должна быть гибкой, чтобы поглощать энергию, и в то же время прочной, чтобы не допускать деформации. Моделирование является прекрасным инструментом для достижения при проектировании такого баланса. При разработке механики конструкции мы использовали ПО Abaqus для анализа напряжения, расчета деформации изгиба, оценки устойчивости и т. д.».
Внешний вид киосков, напоминающих по форме обелиск, был разработан известным промышленным дизайнером Масамичи Удагавой (Masamichi Udagawa). Новые стойки получились одновременно компактными и широкими, с ровными линиями и удобным доступом для пользователей, стоящих на земле. Но при этом они были достаточно высоки (2,9 метра), чтобы быть заметными на людном тротуаре. «Одно дело – создать некий эстетически приятный объект, – объясняет Виллерс. – Но совсем иная по сложности задача – добиться сохранения устройством функциональности и работоспособности в любых условиях, в том числе в условиях снежной зимы» (см. рис. 2).
Демонстрация с платформой 3DEXPERIENCE
Эстетичный дизайн сыграл важную роль, когда специалистам TEN TECH LLC пришлось представлять результаты руководителям проекта LinkNYC и другим заинтересованным сторонам. «С полной определенностью можно сказать, что их внимание привлек вид проекта в 3DEXPERIENCE на экране компьютера, – рассказывает Виллерс. – Вместо того чтобы показывать сложные инженерные уравнения и диаграммы, мы им наглядно продемонстрировали наши широкие технические возможности. Заказчикам сразу стало понятно, насколько современными методами мы пользуемся» (см. рис. 3).
Платформа также помогла специалистам TEN TECH LLC подготовить всю необходимую клиентам документацию и подтвердить необходимые квалификацию и сертификацию. Это стало важным фактором для получения окончательного разрешения от инженера-консультанта штата Нью-Йорк.
Дождь, снег, солнце и электроника
Внутри LinkNYC тоже предстояло решить немало инженерных проблем. Необходимо было защитить многочисленную электронику от воздействия окружающей среды, оптимальным образом соединить ее и обеспечить надлежащее функционирование без перегрева. «Защита всех внутренних частей киоска – кабелей, разъемов и скрытой электроники, 55-дюймового ЖК-экрана, который генерирует немало тепла, а также защита устройства от дождя и солнца – все это делало данный проект чрезвычайно интересным, – вспоминает Виллерс. – Не менее важным было оградить устройство от попадания влаги. Мы приложили немало усилий для создания резиновых прокладок и, так как электроника работает на открытом воздухе, нам пришлось создавать защиту от воды». Каждое устройство подвергалось испытаниям на водонепроницаемость в специальном душе, имитирующем сильный дождь.
Однако самым актуальным вопросом был отвод тепла из корпуса устройства. «С учетом того, что основное питание поступало по проложенным под землей кабелям городских электросетей, нам приходилось уделять особое внимание системе охлаждения: некоторые компоненты в случае перегрева просто отключались, другие могли даже загореться, – поясняет Виллерс. – Мы использовали стратегии проектирования, опираясь на наш опыт работы в оборонной промышленности, которого не было у гражданских разработчиков потребительских устройств».
Кроме использования большого количества вентиляторов было важно предусмотреть рациональное размещение компонентов в таком порядке, чтобы электронные модули не создавали помех друг другу. Также было необходимо выбрать расположение вентиляционных отверстий для отвода горячего воздуха, чтобы он не попадал на пользователей или прохожих. Решения о внутренней компоновке стали частью общего цикла разработки, так как требования к проектированию повлияли на геометрию всей конструкции (рис. 4).
Рис. 2. Каркас киоска с забетонированными ножками основания
Рис. 3. Изображение внешнего корпуса киоска Link в CATIA
Рис. 4. Гидрогазодинамический расчет тепловыделения электронных модулей
Работа с облаком
TEN TECH LLC сумела справиться со столь сложной задачей благодаря платформе 3DEXPERIENCE в облаке. «Облачная версия платформы оказалась как нельзя кстати при реализации этого проекта, – говорит Виллерс. – Мы могли получить доступ ко всему портфолио инструментов для моделирования SIMULIA, где бы мы ни находились и когда бы ни возникала такая потребность. Наша команда могла работать как единый организм и днем и ночью, даже из номера в отеле с медленным Wi-Fi во время командировок, и по-прежнему получать сборки и выполнять анализ без каких-либо проблем».
По словам Виллерса, благодаря использованию облачной версии платформы, внесение изменений в дизайн не составило большого труда: «У нас был доступ ко всему пакету инструментов SIMULIA для расчета статики сооружений, линейной и нелинейной статики, гидрогазодинамических расчетов, анализа усталости и прочности и даже к инструментам для оптимизации форм скоб (мы могли проделать все эти вычисления и вручную, но было любопытно увидеть результат компьютера). Кроме того, мы выполнили ряд оптимизаций. За счет интеграции работа комплекса инструментов проходила максимально слаженно. Когда вы производите изменения в CATIA, все это сразу же отражается в SIMULIA, и все члены вашей команды мгновенно получают доступ к обновленной информации и могут координировать свою работу. Поскольку основной проект был реализован в виде сборки SolidWorks, переход к 3DEXPERIENCE для анализа не составил никакого труда. Подобная совместная работа в облаке, на наш взгляд, имеет множество преимуществ».
Виртуальная установка
Инженеры пришли к выводу, что визуализация почти завершенных проектов помогает лучше донести идею до любой вовлеченной в проект аудитории.
«Качество графики на платформе 3DEXPERIENCE заметно лучше, чем во многих других CAD-приложениях, – заявляет Виллерс. – Нам удалось показать, как будут выглядеть киоски, установленные на фоне городского ландшафта. Когда у вас есть возможность продемонстрировать свою продукцию в подобном формате, даже не имеющие технического образования и опыта работы люди обычно находятся под сильным впечатлением. Как правило, работа инженеров представляется скучной, однако, если вы можете выполнять такие интересные операции, вас начинают замечать.
Мы были уверены в финальном дизайне, при этом работа над прототипами была сведена к минимуму. Наши клиенты теперь могут просто брать CAD-файлы и передавать их на производство, – продолжает Виллерс. – Сами стойки изготавливаются в Массачусетсе, а затем перевозятся в Нью-Йорк. Каждый установленный киоск LinkNYC хорошо справляется с городскими трудностями. Мы не получали жалоб от клиента. С первого раза при помощи облачной версии платформы 3DEXPERIENCE нам удалось создать удачную продуманную конструкцию».
