komputerowo wspomagane projektowanie

Komentarze

Transkrypt

komputerowo wspomagane projektowanie
Komputerowe systemy
wspomagające projektowanie
W celu przeprowadzenia przeglądu zagadnień związanych z
komputerowymi systemami wspomagającymi projektowanie,
należy w pierwszej kolejności odpowiedzieć na pytanie:
W czym tkwi istota tego rodzaju projektowania?
W klasycznym podejściu projektowany obiekt powstawał w
wyobraźni projektanta a materialną formą projektu był zbiór
dwuwymiarowych rysunków technicznych.
Współczesne oprogramowanie, pozwala zbudować wirtualny
projekt w przestrzeni trójwymiarowej.
Powstaje wtedy pewien matematyczny zapis jednoznacznie
opisujący cechy konstrukcyjne projektu.
Projekt wirtualny może być przetwarzany na wiele sposobów.
Można łatwo i bezbłędnie tworzyć rzuty i przekroje oraz
prezentować je w sposób dynamiczny.
Wirtualne projektowanie nie wymaga już tak precyzyjnej
wyobraźni przestrzennej jaka była potrzebna w projektowaniu
klasycznym.
Wirtualny projekt jest czytelniejszy w odbiorze a model
matematyczny projektowanego obiektu pozwala na precyzyjny
opis przestrzeni.
W naszym kraju historia wdrażania systemów wspomagających
projektowanie (CAD) to niestety historia pełna nieporozumień i
niepowodzeń.
Systemami CAD nazywano i niestety ciągle się nazywa
programy wspomagające sporządzanie rysunków
technicznych.
Systemy te mają kilkudziesięcioletnią tradycję i rzeczywiście
wywodzą się z programów wspomagających kreślenie.
Warto wyjaśnić nieporozumienie związane ze skrótem CAD.
Systemy CAD zostały opracowane z myślą zastąpienia
tradycyjnych technik kreślarskich.
Pierwotnie skrót ten określał komputerowe wspomaganie
rysowania (kreślenia) (ang. drafting, drawing).
Wszystkie rysunki wymagały od inżyniera umiejętności
dokładnego prowadzenia ołówka, a także wytrwałości przy
nanoszeniu jakichkolwiek zmian i poprawek.
Komputery pozwalały na wielokrotne i nieporównywalnie
szybsze dokonywanie wszelkich zmian.
A zatem pierwsze systemy CAD okazały się w praktyce
elektronicznymi odpowiednikami desek kreślarskich,
zestawów krzywików, itp.
Dopiero, gdy systemy wspomagające rysowanie rozwinęły
się do poziomu modelowania postaci konstrukcyjnej, literę
D zaczęto uważać jako projektowanie (ang. design).
Obecnie zakres pojęciowy terminu ‘CAD - komputerowe
wspomaganie projektowania’ obejmuje zastosowanie
komputera zarówno:
¾ w czynnościach zapisu cech konstrukcyjnych,
¾ w czynnościach doboru cech konstrukcyjnych,
¾ opracowywanie dokumentacji projektowej.
Klasyfikacja komputerowych systemów wspomagających
prace inżynierskie
Istnieje wiele podejść do topologii komputerowych systemów
wspomagających prace inżynierskie.
Podejścia te różnią się sobą w zależności od dziedziny wiedzy
reprezentowanej przez osobę opracowującą sieć relacji
pomiędzy tymi systemami.
Próbę pełnego przedstawienia takich relacji podjął A.W.
Scheer opracowując ‘model Y’ systemu zarządzania
przedsiębiorstwem.
poziom strategiczny
poziom zarządzania
poziom operacyjny
marketing
produktu
zapotrzebowanie
LOGISTYKA
gospodarka
materiałowa
zarządzanie
produkcją
CAD, CAE
planowanie
procesów
sterowanie
sterowanie
urządzeniami
wytwarzaniem
akwizycja
danych
spedycja
robotyzacja
transportowanie
magazynowanie
ROZWÓJ PRODUKTU
zarządzanie
cyklem życia
zarządzanie
zleceniami
Scheer podkreśla, że w ramach tego modelu dąży się do
kompleksowego rozważenia wszystkich funkcji
przedsiębiorstwa przemysłowego, starając się rozwiązać
zarówno zadania o charakterze ekonomicznym, jak i
technicznym.
Model ten pokazuje dwa zasadnicze systemy przedsiębiorstwa
przemysłowego zawierające:
9 podstawowe ekonomiczne funkcje planistyczne
ukierunkowane na zlecenie (lewe ramię modelu Y),
9 podstawowe funkcje techniczne ukierunkowane na
produkt (prawe ramię modelu Y).
marketing
produktu
zapotrzebowanie
LOGISTYKA
gospodarka
materiałowa
zarządzanie
produkcją
CAD, CAE
planowanie
procesów
sterowanie
sterowanie
urządzeniami
wytwarzaniem
akwizycja
danych
spedycja
robotyzacja
transportowanie
magazynowanie
ROZWÓJ PRODUKTU
zarządzanie
cyklem życia
zarządzanie
zleceniami
Komputerowe
systemy
wspomagające prace
inżynierskie skrótowo
oznaczane jako CAx
są zawarte w
prawym ramieniu
modelu Y.
CAD (Computer Aided Design)
komputerowo wspomagane projektowanie
Są to narzędzia i techniki wspomagające prace w zakresie
projektowania, modelowania geometrycznego, obliczeniowej
analizy z wykorzystaniem metody elementów skończonych
oraz tworzenia i opracowywania dokumentacji projektowej.
Systemy CAD są też stosowane do opracowywania
dokumentacji technologicznej (karty i formularze operacji
technologicznych wraz ze szkicami), przeznaczonej do obróbki
na konwencjonalnych obrabiarkach.
CAE (Computer Aided Engineering)
komputerowo wspomagane prace inżynierskie
W skład tej klasy systemów wchodzą m.in. narzędzia
inżynierskie, umożliwiające komputerową analizę sztywności i
wytrzymałości konstrukcji oraz symulację procesów
zachodzących w zaprojektowanych układach, w tym symulacje
kinematyczne i dynamiczne działania maszyn oraz procesów
wytwórczych.
Do klasy CAE zalicza się także wszystkie systemy
problemowo zorientowane i aplikacje z różnych dziedzin
techniki.
PPC (Production Planning and Control)
komputerowo wspomagane planowanie
W skład tej klasy systemów wchodzą m.in. metody i narzędzia
wspomagające projektowanie technologiczne, obejmujące
opracowanie dokumentacji technologicznej z uwzględnieniem
modelu geometrycznego przedmiotu, jego stanów pośrednich,
narzędzi, oprzyrządowania, rodzaju maszyn i parametrów
obróbki.
Systemy CAP wspomagają prace związane z
programowaniem urządzeń sterowanych numerycznie:
obrabiarek, robotów, współrzędnościowych maszyn
pomiarowych, systemów transportowych, itp.
CAPP (Computer Aided Process Planning)
komputerowo wspomagane planowanie procesów
Ta klasa systemów jest szersza niż klasa CAP.
W zakresie zastosowań CAPP mieszczą się także wszystkie
metody i techniki technologicznego przygotowania produkcji
realizowanej w konwencjonalnych technologiach,
wspomaganych technikami komputerowymi i systemami
ekspertowymi.
CAM (Computer Aided Manufacturing)
komputerowo wspomagane wytwarzanie
Są to techniki i narzędzia wspomagające tworzenie i
aktywizowanie programów sterowania numerycznego
obrabiarek oraz maszyn do szybkiego wytwarzania prototypów
(Rapid Prototyping).
Ich funkcje odnoszą się zazwyczaj do wszystkich urządzeń
sterowanych numerycznie, a więc do obrabiarek,
współrzędnościowych maszyn pomiarowych, robotów,
systemów transportowych oraz innych urządzeń
obsługiwanych np. za pomocą sterowników PLC.
CAQ (Computer Aided Quality Control)
komputerowo wspomagane sterowanie jakością
Są to metody i techniki komputerowego wspomagania
projektowania, planowania i realizacji procesów pomiarowych,
a także procedur kontroli jakości.
Systemy te, najczęściej sprzężone z systemami CAD przez
model geometryczny lub przez programy bądź procedury
pomiarowe, są zintegrowane z systemami PPC, CAP i CAM,
głównie w części odnoszącej się do pomiarów na
współrzędnościowej maszynie pomiarowej.
Ponadto, istnieją systemy komputerowe oparte na
zintegrowanych modelach danych, takie jak np.
ƒ EDM/PDM (Engineering Data Management/Product Data
Management) - zarządzanie danymi inżynierskimi /
zarządzanie danymi produktu - komputerowe systemy, techniki
i narzędzia, opracowane na podstawie informatycznych metod
przetwarzania danych,
ƒ TDM (Team Data Management, również Total Data
Management lub Technical Data Management) - zarządzanie
danymi w pracy grupowej, również totalne zarządzanie danymi
lub zarządzanie danymi technicznymi,
ƒ CIM (Computer Integrated Manufacturing) - komputerowo
zintegrowanego wytwarzanie - powiązane funkcjonalnie i
poprzez modele danych poszczególne systemy CAx.
Podstawowe funkcje programów CAD
PODSTAWOWE FUNKCJE
CAD
odwzorowanie
konstrukcji
analizy
inżynierskie
przetwarzanie
danych
tworzenie
rysunków 2D
obliczenia, np.
wytrzymałościowe
archiwizacja
danych
tworzenie
rysunków 3D
symulacje na
modelach
biblioteki
elementów
gotowych
optymalizacja
Podstawowe funkcje programów CAD
PODSTAWOWE FUNKCJE
CAD
odwzorowanie
konstrukcji
analizy
inżynierskie
przetwarzanie
danych
tworzenie
rysunków 2D
obliczenia, np.
wytrzymałościowe
archiwizacja
danych
tworzenie
rysunków 3D
symulacje na
modelach
biblioteki
elementów
gotowych
optymalizacja
Komputerowe odwzorowanie konstrukcji, czyli modelowanie
geometryczne pozwala na uzyskanie:
¾ rysunków płaskich, także izometrycznych,
¾ rysunków trójwymiarowych odpowiednio:
‰ krawędziowych (drutowych, belkowych),
‰ powłokowych,
‰ bryłowych.
Uzyskane modele geometryczne wykorzystuje się m.in. do:
9 generowania klasycznej dokumentacji technicznej,
9 przeprowadzenia analizy tolerancji i pasowań,
9 animacji ruchu elementów konstrukcji,
9 badań symulacyjnych na modelach (m.in. prototypy
wirtualne),
9 szybkiego (komputerowego) tworzenia prototypów,
9 tworzenia programów sterujących obrabiarkami
numerycznymi.
Podstawowe funkcje programów CAD
PODSTAWOWE FUNKCJE
CAD
odwzorowanie
konstrukcji
analizy
inżynierskie
przetwarzanie
danych
tworzenie
rysunków 2D
obliczenia, np.
wytrzymałościowe
archiwizacja
danych
tworzenie
rysunków 3D
symulacje na
modelach
biblioteki
elementów
gotowych
optymalizacja
Wspomagane komputerowo analizy inżynierskie pozwalają
m.in. na przeprowadzenie:
¾ różnego rodzaju obliczeń, w tym obliczeń
wytrzymałościowych,
¾ różnego rodzaju symulacji, np. wariantowanie postaci
konstrukcyjnej na podstawie obliczeń
wytrzymałościowych, różnego rodzaju wizualizacje,
¾ jedno i wielowymiarowej optymalizacji, np. postaci
konstrukcyjnej elementów składowych maszyny,
¾ procesu wyboru poprzedzającego podejmowania decyzji.
model krawędziowy
model powłokowy
model bryłowy
ANSYS - Fire and Smoke Propagation
Podstawowe funkcje programów CAD
PODSTAWOWE FUNKCJE
CAD
odwzorowanie
konstrukcji
analizy
inżynierskie
przetwarzanie
danych
tworzenie
rysunków 2D
obliczenia, np.
wytrzymałościowe
archiwizacja
danych
tworzenie
rysunków 3D
symulacje na
modelach
biblioteki
elementów
gotowych
optymalizacja
Przetwarzanie danych przez programy CAD polega głównie
na ich gromadzeniu oraz wykorzystywaniu w procesie
projektowania, np. tablic danych potrzebnych do
projektowania, biblioteki gotowych podzespołów.
Pojawia się jednak pytanie dotyczące korzystania z
zaawansowanego oprogramowania wspomagającego
projektowanie.
Czy można korzystać z niego bez przygotowania i
odpowiedniej wiedzy z zakresu projektowania, np.
modelowania geometrycznego?
Pytanie to można sformułować szerzej, czy projektant może
nieświadomie korzystać z programów wspomagających istotne
elementy procesu projektowania, np. korzystać z metody
elementów skończonych nie znając uwarunkowań stosowania
tej metody?
Zapewne może ale ryzyko popełnienia błędu jest wtedy bardzo
duże.
Projektowanie współbieżne
podatność
montażowa
technologiczność
wytwarzania
transport
recykling
PROJEKTOWANIE
ZORIENTOWANE
(projektowanie dla …)
niezawodność
koszt
bezpieczeństwo
środowisko
jakość
obsługiwalność
Analiza procedur projektowania obiektów technicznych,
pokazuje, że:
9 postaci konstrukcyjne obiektów technicznych są na ogół
kompromisem szeregu parametrów i właściwości z
różnym priorytetem,
9 celowa zmiana parametrów lub właściwości jednego z
elementów powoduje na ogół zmianę charakterystyk
pozostałych elementów.
Najodpowiedniejszym rozwiązaniem problemu efektywnego
uwzględniania żądanych właściwości w projektowanym
obiekcie byłoby równoczesne uwzględnianie wszystkich
zadanych właściwości, oczywiście z zadaną hierarchią
ważności.
Taki sposób postępowania nazywa się projektowaniem
współbieżnym (ang. Concurrent Engineering)
lub niecałkowicie zamiennie
ƒ
Simultaneous Design
ƒ
Engineering Life Cycle
ƒ
Engineering Process Driven Design
ƒ
Team Approach
Projektowanie sekwencyjne a projektowanie współbieżne
a)
PROJEKTOWANIE
OBIEKTU
dokumentacja
projektowa
PLANOWANIE
PRODUKCJI
dokumentacja
produkcyjna
czas do produkcji
PRODUKCJA
b)
PROJEKTOWANIE
OBIEKTU
dokumentacja
projektowa
PLANOWANIE
PRODUKCJI
zysk
czasowy
dokumentacja
produkcyjna
czas do produkcji
PRODUKCJA
Problem projektowania sekwencyjnego ‘over the wall’
DZIAŁ
MARKETINGU
DZIAŁ
FINANSOWY
BIURO
PROJEKTOWE
BIURO
TECHNOLOGICZNE
UŻYTKOWNICY
OBIEKTU
Metodyka zintegrowanego projektowania współbieżnego
pozwala na poprawę konkurencyjności wyrobu poprzez:
9 zmniejszenie kosztów,
9 zapewnienie jakości,
9 skrócenia czasu wprowadzania produktu na rynek
(harmonogram).
KOSZT
JAKOŚĆ
CZAS
złoty trójkąt zarządzania projektami obiektów technicznych
ANALIZA
OCENA
SYNTEZA
właściwości
charakteryzujące obszary
funkcjonalne cyklu życia
maszyny
czynniki brane pod uwagę
podczas projektowania
FUNKCJONALNOŚĆ
moc, szybkość, ruch,
zasięg, itp.
TECHNOLOGICZNOŚĆ
WYTWARZANIA
tolerancje, pasowania,
kształt, itp.
ESTETYKA
kształt, wielkość, kolor,
tekstura, stylizacja, itp.
PODATNOŚĆ
TRANSPOTROWA
wymiary, ciężar,
orientacja, itp.
ERGONOMICZNOŚĆ
rozmieszczenie,
oświetlenie, hałas, itp.
NIEZAWODONOŚĆ
struktura funkcjonalna,
wytrzymałość, itp.
TRWAŁOŚĆ
materiał odporny na
korozję, zmęczenie, itp.
NAPRAWIALNOŚĆ
kształt, dostępność,
zamienność, itp.
BEZPIECZENSTWO
stabilność, materiał,
kształt, itp.
PODATNOSC NA
RECYKLING
materiał
biodegradacyjny, itp
INNE
inne czynniki
projektowania
Zapewnienie wymagań zintegrowanego projektowania
współbieżnego spełniają dwa wzajemnie powiązane elementy:
‰ zespoły projektowe,
‰ system komputerowy.
Zespoły projektowe tworzy się oddzielnie dla każdego obiektu
projektowanego.
Oprócz projektantów, najczęściej w skład takiego zespołu
wchodzą m.in.:
9 menedżerowie z zakresu marketingu,
9 technolodzy,
9 specjaliści inżynierii materiałowej,
9 specjaliści od montażu,
9 specjaliści od zapewnienia jakości,
9 analitycy rynku,
9 przedstawiciele handlowi,
9 specjaliści mający doświadczenie w zakresie eksploatacji
obiektów podobnego przeznaczenia.
Właściwy przebieg procesów projektowania oraz planowania
produkcji umożliwia odpowiednia konfiguracja systemu
komputerowego zapewniająca dostęp do
usystematyzowanych danych i ich integrację.
Narzędziem sterowania zintegrowanym projektowaniem
współbieżnym jest wymieniony już CAPP obejmujący takie
komputerowe systemy wspomagające prace inżynierskie jak
CAD, CAM i systemy doradcze.
Wszystkie te elementy wspomagają proces wyboru decyzji
podejmowanych przez członków zespołów w celu zbudowania
kompromisowego rozwiązania projektowego.

Podobne dokumenty