Applicazioni di Realtà Virtuale per lo Spazio

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1 Applicazioni di Realtà Virtuale per lo Spazio Il punto di vista di un utente di sistemi VR. Valter Basso Alenia Spazio S.p.A. Stada Antica di Collegno Torino Enrico Gaia Alenia Spazio S.p.A. Stada Antica di Collegno Torino ABSTRACT Alenia Spazio (ALS) è la più grande Azienda Italiana coinvolta nello Space business (sua la realizzazione di ca. il 50% dei moduli della Stazione Spaziale Internazionale e di molti satelliti scientifici e di telecomunicazione). ALS è sensibile all innovazione ed è da sempre attenta nel recepire nuove tecnologie ed adattarle ai suoi prodotti/processi ad alta qualità. La realtà virtuale sviluppatasi grazie al business dei videogames sta diventando una tecnologia che può essere finalmente utilizzata anche per eseguire molte attività ingegneristiche. Primi utilizzi naturali sono stati: le design review di progetto, marketing; ora se ne prefigura l utilizzo per il training di personale a terra/in volo, lo sviluppo e modifica delle procedure di integrazione e prova, la definizione e gestione del layout di facility (laboratori specializzati nella realizzazione di test complessi), la visualizzazione di grandi quantità di dati. ALS, per questo e con questi obiettivi, partecipa da Gennaio 2000 al progetto di ricerca CEE Virtual and Interactive Environment and Workplace of the future (VIEW-of the future IST ); La partecipazione che si concluderà alla fine di questo anno, si è focalizzata nella raccolta dei requisiti utente e nel coordinamento ed esecuzione di dimostratori tecnologici. ALS ha ora a disposizione un laboratorio di Realtà Virtuale Immersiva e sta incrementando il suo know-how implementando algoritmi comportamentali da associare ai modelli CAD (che permettano di eseguire attività utilizzando entrambe le mani etc.) e gestendo le problematiche relative ai frequenti cambi nei modelli CAD. Lo sviluppo d interfacce sempre più flessibili e adattabili all utente/cliente fornirà strumenti in grado di sostituirsi al CAD utilizzando piattaforme scalabili, concorrenti e collaborative a basso costo, indipendenti dal SW di simulazione scelto. La portabilità, la semplicità di setup e di utilizzo di questi tools sono i prossimi obiettivi nello studio della prossima generazione di interfacce uomo macchina; ALS intende partecipare al processo di innovazione in atto.

2 INTRODUZIONE Alenia Spazio si occupa di tutte le attività che riguardano lo Space Business. In questi ultimi anni ha portato a termine con successo molti Satelliti (Scientifici di Telecomunicazioni e di TeleRilevamento) nonché molti componenti della Stazione Spaziale Internazionale. Alenia Spazio per vocazione lavora e collabora con e per altre Aziende Spaziali e le maggiori Agenzie Governative Mondiali tra le quali Agenzia Spaziale Italiana (ASI), European Space Agency (ESA) e National Aeronautics and Space Administration (NASA). Le peculiarità che contraddistinguono i suoi prodotti sono: alta tecnologia stringenti requisiti di sicurezza e di affidabilità il ciclo di vita (dalla fase concettuale alla consegna) può essere piuttosto lungo da 3 a 10 anni. alta interazione con il cliente (non ci viene richiesto solo il prodotto ma anche di seguire e documentare un processo produttivo dettagliato) la vita operativa può essere variabile da pochi giorni a 10 anni. un problema tipico del settore è quello concernente l ambiente in cui il sistema sarà usato (micro-gravità) che è in pratica non simulabile a terra (due soluzioni forniscono ambienti considerati analoghi ovvero l immersione in acqua ed il volo parabolico). Questo problema già

3 di complessa soluzione per lo sviluppo di parti meccaniche lo diventa ancora di più nel caso di sviluppo di sistemi che devono fornire un ambiente che permetta all uomo di vivere e lavorare. Nelle foto si possono vedere le attività che si possono fare a terra per simulare l ambiente operativo dei nostri prodotti. bassissimo numero di modelli di volo prodotti grandi investimenti ed alta frammentazione organizzativa. Sono spesso coinvolti molti partner industriali (in Europa esiste il ritorno geografico) rendendo necessaria un attenta gestione del processo e delle relazioni industriali. Il prodotto finale è rappresentato da: Lo Spacecraft (sia esso un Satellite, un modulo abitato o un componente di questi) è spesso il risultato dell Assemblaggio in ambienti non contaminati (Clean Rooms vedere foto) di parti fornite da partner differenti e del relativo Test per dimostrare al Cliente finale che tutti i suoi requisiti sono stati implementati. Documentazione a supporto (cartacea e multimediale: manuali di training e logistica) Corsi per operatori: astronauti o personale di supporto a terra. Supporto operativo agli utilizzatori Modelli di simulazione (dal modello CAD all algoritmo di comportamento dell aria nel modulo o di simulazione del rumore a bordo) Naturalmente Alenia Spazio per rimanere sul mercato deve investire sulle risorse. Infatti, tra le sue file, annovera personale altamente specializzato proveniente da molte branche dell Ingegneria. Inoltre investe da molti anni sugli strumenti a supporto delle sue attività (piattaforme HW e SW, collegamenti LAN/WAN, Applicazioni allo Stato dell arte) e partecipa ad iniziative di ricerca proposte dalla CEE e dall ESA.

4 Gli strumenti di supporto sono scelti tra quelli più tecnologicamente avanzati ed in ogni caso anche riconosciuti dal Cliente come validi (risultati identici a quelli raggiunti dal test relativo) all attuazione di analisi particolari o al semplice scambio di dati ingegneristici. Si fa, tra questi, uso abbondante della simulazione. Alenia Spazio è anche sviluppatore di Strumenti di simulazione e da sempre ha collaborato e collabora attivamente alla realizzazione di nuove funzionalità di strumenti commerciali e all integrazione di questi strumenti per ottimizzare i suoi processi. PERCHÉ LA REALTÀ VIRTUALE Alenia Spazio, per sua vocazione e necessità, è sensibile all innovazione tecnologica degli strumenti a supporto delle attività ingegneristiche (p.e. i disegni CAD sono da anni generati dai modelli 3D). Diverse ragioni hanno portato a sperimentare la frontiera della Realtà Virtuale: il mercato Spaziale si è evoluto in questi anni da business protetto (istituzionale/ rimborso costi) a business di mercato (competizione/ rischio). Le aziende del settore si confrontano ormai sui tempi/costi (leggi riduzione) dei progetti a parità di livello qualitativo e qualitativo. E diventato fondamentale dunque fare uso estensivo delle capacità di simulazione (che nel frattempo anche sotto questa spinta si sono evolute), piuttosto che fare ricorso al tradizionale test su modelli vicini al reale (perché questi modelli risultano troppo spesso poco aggiornati rispetto alle modifiche introdotte sul progetto e comunque diventano quasi subito investimenti a perdere buoni solo per i musei). Questa evoluzione ha permesso di ridurre i tempi/costi di progetto e ha inoltre permesso di capitalizzare l esperienza ed i modelli prodotti (simulazione) per un eventuale riutilizzazione sui nuovi prodotti. la complessità del progetto, la necessità di gestire i suoi continui cambiamenti, il turn-over del personale hanno creato la necessità di vedere/ricordare, testare correttamente soluzioni e decisioni tecniche innovative. Si è inoltre iniziato a raccogliere e categorizzare le anomalie di riscontrate nell utilizzo per permettere di analizzare/ottimizzare il processo di sviluppo del prodotto. Si sta così, a mano a mano, stringendo il gap tra tecnologia e ambiente estremo in funzione dei costi/ rischi di progettazione. Si comparano dunque i risultati delle simulazioni e gli eventi realmente accaduti nelle fasi operative e si affinano/validano le applicazioni per evitare l effettuazione di test costosissimi. Per questo l introduzione del CAD e delle simulazioni matematiche, e più in generale della gestione della conoscenza, sono avvenuti in Alenia Spazio già negli anni 80. Sono nate, al nostro interno, nuove discipline (vedi l ergonomia, l informatica) che, all inizio, sono state costrette ad approntare in modo autonomo loro sistemi di sviluppo/simulazione. La natura multidisciplinare dei nostri progetti al contrario richiede sempre di più il confronto e l amalgama dei risultati tra discipline/skill/know-how diversi (anche tra aziende diversi) Per questo in questi ultimi anni c è una grande spinta all integrazione delle metodologie e dei modelli.

5 L ESPERIENZA ALENIA SPAZIO Alenia Spazio dal 2000 partecipa al progetto CEE Virtual and Interactive Environment and WorkPlace of the future con il Ruolo di coordinamento dei requisiti e di dimostrazione dei concetti sviluppati.per supportare la fase di dimostrazione in questo progetto Alenia Spazio ha creato un laboratorio di realtà virtuale. In particolare 2 applicazioni sono in fase di utilizzazione V VIEW (di VTT) e LT (del FhG-IAO).

6 I modelli 3D provenienti dal CAD vengono integrati nel sistema VIEW. Una volta importati nel Virtual Environment questi ultimi possono essere visualizzati e navigati. L innovazione è rappresentata dalla possibilità interagire con loro utilizzando dispositivi adatti. E nata subito l esigenza di un transfer veloce delle modifiche che nascono nel CAD e la loro veloce acquisizione e riassegnazione ai comportamenti mappati in VR. E stato evidenziato che questa fase estremamente delicata ha delle notevoli lacune. E nata dunque nel corso del Progetto la necessità di portare all attenzione degli sviluppatori dei sistemi CAD la lista dei problemi riscontrati è stato dunque organizzato per la prima volta un Workshop (vedi locandina a lato) per portare alla loro attenzione di tutti il problema.. L ottimo affiatamento e l esperienza fatta in VIEW ha portato il team su suggerimento della CEE a proporre di allargare i concetti/risultati ottenuti costituendo un Network di Eccellenza Europeo (NoE) sui temi della VR e del posto di lavoro virtuale del futuro. All iniziativa hanno risposto entusiasticamente una 70na di Aziende Europee (le maggiori: Aziende Automobilistiche, Aerospaziali insieme con Centri di Ricerca ed Università). INTUITION (Network of excellence on virtual reality and virtual environments applications for future workspaces logo a lato) è il nome del Network, la proposta ha già passato la prima fase di accettazione (come primo progetto selezionato per la seconda fase) da parte CEE e se la seconda fase di selezione andrà bene si prevede di iniziare a Gennaio In questa iniziativa l Alenia Spazio istituirà e coordinerà uno User Forum Internazionale sulla VR/VE. Nel frattempo Alenia Spazio sta sviluppando algoritmi di comportamento da inserire nel suo Virtual Environment. Per questo collabora attivamente con il Politecnico di Torino (Informatica Prof. Sanna e Ingegneria Aerospaziale Prof. Maggiore) e con i partners di VIEW.

7 IL PUNTO DI VISTA DELL UTENTE Alenia Spazio è convinta che è il posto di lavoro, ovvero la sua evoluzione verso una concezione basata anche su tecniche che vedono l uso della simulazione e della VR, che in realtà rappresenta la base comune per l ingegnerizzazione dei suoi prodotti, questo per permettere al personale coinvolto di condividere pienamente tutte le informazioni sul progetto, ovvero avere a disposizione la baseline", le opzioni in discussione, le simulazioni delle varie discipline, ecc. e poter portare il proprio contributo rapidamente ed in modo concorrente. In questi anni inoltre Alenia Spazio ha sperimentato tecniche di collaborazione a distanza con i partners industriali ed è convinta dell efficacia di una soluzione che metta a disposizione una baseline comune in un unico repository di dati evitando errori e gestioni complesse dei dati. I requisiti che Alenia Spazio pensa dovrebbero essere realizzati da chi fornisce questo tipo di tecnologie sono: creare piattaforme a basso costo, scalabili, CAD indipendent, con GUI intuitiva/ semplice/ amichevole, che permettano ad un operatore di lavorare per almeno 2 ore consecutive in modo collaborativo/concorrente condividendo i dati e tenendo conto dei cambi che provengono dal progetto. Offrire le funzionalità degli strumenti che si usano attualmente (p.e. CAD ma anche visualizzazione di grandi moli di dati risultati di simulazioni). Alenia Spazio ha capito inoltre la necessità di associarsi (come in MIMOS) con altri gruppi di utenti in modo da poter effettuare pressioni sull implementazione di nuove funzionalità e nella risoluzione dei problemi nei confronti dei vendor (soprattutto Europei ma anche Americani) e con i propri partners/clienti La realtà virtuale sembra andare in questa direzione e Alenia Spazio controlla e partecipa attivamente al suo sviluppo per identificare il momento in cui utilizzarla nei suoi processi.