Symulowanie ODPORNOŚCI NA ZDERZENIA w... BMW

Transkrypt

Symulowanie ODPORNOŚCI NA ZDERZENIA w... BMW

TEMAT NUMERU
Symulowanie
ODPORNOŚCI NA ZDERZENIA
w... BMW
TEKST:
ERIC WEYBRANT
Naciski BMW, by stworzyć bardziej precyzyjne modele
zderzeń pojazdów, stały się bodźcem do stworzenia nowej
technologii symulacji w ABAQUS
Symulowanie odporności na zderzenia
pojazdu jest jednym z najtrudniejszych,
ale i kluczowych, wyzwań przed którymi
obecnie stają inżynierowie samochodowi.
Zjawiska fizyczne, które składają się na
zderzenie pojazdu, są niezwykle złożone, a czas trwania całego zdarzenia jest
bardzo krótki. Do deformacji materiału
dochodzi w ułamku sekundy, a wiąże
się to z konsekwencjami stanowiącymi
o życiu lub śmierci osób znajdujących się
w pojeździe.
Zadaniem symulacji odporności na
zderzenia jest wykonanie jak najbardziej
realistycznego modelu tego, co dzieje
się podczas zderzenia pojazdu. W tej
krótkiej chwili części i zespoły ulegają
zgnieceniu, wybrzuszeniu, skręceniu,
odkształceniu, rozciągnięciu i rozerwaniu. Na ciała osób znajdujących się
w pojeździe oddziałuje przyspieszenie.
Model analizy, który dokładnie symuluje siły fizyczne występujące w takim
zdarzeniu w bardzo dużej mierze przy-
Element wywierający
nacisk
Dwukomorowy
aluminiowy wytłocznik
H = 68
Sztywne
wsporniki
W/2
350
2
3
1
W = 95
L=500
20 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] styczeń 2007
Cyan Magenta Yellow Black
DN 01(20) s. 20
czyni się do poprawy bezpieczeństwa
pojazdów.
Przyczyni się on również do obniżenia
kosztów. Wystarczy jedynie uświadomić
sobie, że fizyczny test zderzeniowy może
mieć miejsce jedynie raz, za to prawidłowy model zderzeniowy może służyć
przeprowadzeniu setek symulacji, których koszt wynosi jedynie ułamek tego,
ile kosztuje test fizyczny.
Wykonawcy oprogramowania FEA
cały czas opracowują nowe technologie
wykorzystywane do symulacji odporności na zderzenia. W firmie ABAQUS
mieliśmy możliwość współpracować
z naukowcami z BMW Group przy
kilku przedsięwzięciach z tej dziedziny.
Dzięki tej współpracy udało się opracować kilka narzędzi przedstawionych
poniżej, umożliwiających bardziej
dokładne przewidywanie strukturalnej
odporności pojazdu na zderzenia oraz
bezpieczeństwa pasażerów. Większość
z tych opracowań wykorzystała postęp,
jaki dokonuje się w komputerach o dużej
mocy obliczeniowej.
RYS. 1a. Konfiguracja służąca
do symulacji quasi-statycznego,
trzypunktowego testu zgięcia
cienkościennego aluminiowego
kształtownika wytłaczanego. Materiał to
tłoczony stop aluminium EN AW-7108 T6
TEMAT NUMERU
RYS. 1b. Końcowy, odkształcony kształt
modelu z podziałem sieciowym
RYS. 1c. Zdeformowany kształt
aluminiowego kształtownika wytłaczanego
uzyskany po przeprowadzeniu quasistatycznego trzypunktowego testu zgięcia
RYS. 1d. Kontury naprężenia Von Mises.
Wyniki symulacji dobrze odpowiadają
danym uzyskanym w eksperymencie.
Modelowanie postępującego uszkodzenia
i zniszczenia jest kluczowe dla uchwycenia
całkowitego odkształcenia materiałów
Modelowanie uszkodzeń
materiałów
BMW oraz inni producenci samochodów,
w celu zmniejszenia masy pojazdów
i podniesienia ich odporności na zderzenia, aktywnie badają możliwości nowych
materiałów konstrukcyjnych. Materiały te
obejmują różne stopy aluminium i magnezu
jak również udoskonalone stale o wysokiej
wytrzymałości. Ale materiały te czasem
ulegają innym uszkodzeniom niż materiały
należące do konwencjonalnego zestawu konstrukcyjnych materiałów samochodowych.
Na przykład – aluminium. Badania
eksperymentalne pokazują, że cienkie blachy i wytłaczane elementy cienkościenne
wykonane ze stopów aluminium mogą ulec
uszkodzeniom plastycznym spowodowanym wzrostem ziarna, wzrostem i koalescencją pustych przestrzeni w materiale.
Pęknięcia w obrębie stref ścinania mogą
powodować pęknięcia poślizgowe materiału. Inne uszkodzenia są powodowane
przez zlokalizowane niestabilności.
[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 21
DN 01(20) s. 21
TEMAT NUMERU
RYS. 2a. Symulowane
zgniecenie rury
cienkościennej ze
zgrzeinami punktowymi,
pokazujące wpływ
elementów złącznych
na przewidywane
odkształcenie
Powierzchnia
podzielona
siatką
Punkty
połączenia
RYS. 2b. Na schemacie
pokazano, jak rozłożenie
połączeń ABAQUS
pozwala elementom
złączonym niezależnym
od zazębienia łączyć się
z obszarem powierzchni
podzielonej na siatkową
zamiast z określoną
lokalizacją węzła
Aby umożliwić inżynierom lepsze
zrozumienie tego, w jaki sposób nowsze
materiały konstrukcyjne ulegają uszkodzeniom w warunkach obciążenia spowodowanego zderzeniem, do oprogramowania
ABAQUS wprowadzono ogólną strukturę
służącą do modelowania uszkodzeń materiałów. Podczas symulacji odporności
na zderzenia, po rozpoczęciu zderzenia
sztywność materiału jest stopniowo obniżana zgodnie z określoną reakcją na rozwój
uszkodzenia. Inżynierowie mogą określić
jedno lub więcej początkowych kryteriów
uszkodzenia – włącznie z wykresami plastyczności (ciągliwości), ścinania, wykresem odkształceń granicznych wyboblania,
wykresem odkształceń granicznych wyoblania Müschenborn-Sonne i kryteriów
Marciniaka-Kuczyńskiego.
Naukowcy BMW określili, że kryteria
wykresu odkształceń granicznych wyoblania Müschenborn-Sonne są szczególnie
użyteczne do ich własnych zastosowań
przy przewidywaniu przewężenia materiałów. Przy poziomach deformacji
wychodzących poza wartość graniczną
wyoblania materiał prawdopodobnie ulegnie takiemu uszkodzeniu, jak wspomniane
przewężenie lub rozdarcie. Zaletą korzystania z wykresu odkształceń granicznych
wyoblania Müschenborn-Sonne jest to,
że bierze on pod uwagę wpływ przebiegu
odkształceń na naprężenia graniczne blach,
podczas gdy tradycyjny wykres odkształceń granicznych jest prawidłowy jedynie
dla liniowych przebiegów naprężeń.
Dzięki ABAQUSowi analitycy zderzeń
mogą również włączać do swoich symulacji skutki wynikające z... procesów produkcyjnych. Dzięki uchwyceniu naprężenia, które faktycznie jest obecne w blasze
przed nastąpieniem zderzenia, symulacja
jest w stanie w bardziej dokładny sposób
odzwierciedlić rzeczywistość fizyczną
(patrz rys. 1a–1d). Struktura uszkodzeń
wprowadzona do ABAQUSA ma zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Na
przykład, może ona również zostać wyko-
rzystana w ustawieniach produkcyjnych do
symulowania cięcia metalu.
Elementy złączne niezależne od
zazębienia
Zazwyczaj zespoły samochodowe zawierają tysiące zgrzein punktowych. Sposób,
w jaki zgrzeiny punktowe ulegają uszkodzeniu i pękają podczas zderzenia w oczywisty sposób ma wpływ na strukturalną
odporność pojazdu na zderzenia. Jednym
z najbardziej użytecznych narzędzi jakie
RYS. 3. Ramy pochodzące z symulacji systemu pasa bezpieczeństwa. Wstępna prędkość
manekina została ustawiona na ok. 45 mil/h, podczas gdy fotel oraz punkty mocowania
pasa bezpieczeństwa do ramy pojazdu są nieruchome, emulując w ten sposób pojazd,
który uległ nagłemu zatrzymaniu
Promień obszaru,
na który wpływ
wywiera połączenie
DN 01(20) s. 22
TEMAT NUMERU
RYS. 4. Symulowany test
napełnionej bocznej kurtyny
powietrznej, obrazujący
ciężar ludzkiej głowy oraz
przyspieszenie zwykle
obserwowane przy bocznych
zderzeniach pojazdów
zostały opracowane dla ABAQUS do
wykonywania symulacji jest element
złączny – niezależny od zazębienia
– symulujący zgrzeiny punktowe.
Przez kilka lat współpracy z klientami technologia elementów złącznych
w ABAQUS przeszła ogromny rozwój.
Element złączny stanowi obliczeniowo
wydajne wyobrażenie 1D, które symuluje
zachowanie połączenia dwupunktowego
pomiędzy dwiema lub więcej powierzchniami. Typowy element złączny, łączący
dwie powierzchnie, składa się z elementu
łączącego oraz dwóch ograniczeń zwanych połączeniami rozdzielającymi, które
identyfikują łączone powierzchnie. Inżynierowie mogą czerpać z bogatej biblioteki
zachowań kinematycznych i związanych
z materiałem, które są dostępne wraz z elementami łączącymi, by stworzyć dowolny
rodzaj elementu złącznego, jaki tylko
mogą wymyślić. Odkształcalne zgrzeiny
punktowe zazwyczaj są modelowane z wykorzystaniem połączenia typu tulejowego,
w celu opisania ich kinematyki. Reakcje
związane z materiałem opisują sprężystość
lub plastyczność wraz z uszkodzeniami
i zniszczeniem.
To, co czyni element złączny niezależnym od zazębienia, to możliwość rozmieszczenia połączeń tak, by zostały one
rozłożone na całym obszarze zazębienia
FE (patrz rys. 2a i 2b). Zazwyczaj każdy
z elementów złącznych byłby identyfikowany za pomocą określonej lokalizacji
węzła, a więc wszystkie lokalizacje zgrzein
punktowych musiałyby być definiowane od
nowa za każdym razem, kiedy model byłby
zazębiany. Elementy złączne niezależne od
zazębienia przyczyniają się do wydajności
modelowania i pozwalają inżynierom
w wielu gałęziach przemysłu zaoszczędzić
dużo czasu. Na przykład, elementy złączne
niezależne od zazębienia są używane również do symulowania nitów w przemyśle
lotniczym i astronautycznym.
Patrząc w przyszłość producenci samochodów badają korzyści, jakie wiążą się
z zastosowaniem klejów konstrukcyjnych
do łączenia zespołów. Łączenia klejone
mogą okazać się bardziej wytrzymałe
i mogą umożliwiać lepszą redukcję hałasu,
niż łączenia wykonane za pomocą zgrzein
punktowych. Aby wykonać symulację
zachowania klejów konstrukcyjnych podczas zderzenia pojazdu, inżynier może
skorzystać z funkcji oprogramowania
ABAQUS, zwanej „elementy spójne”,
która pozwala na modelowanie odkształceń i uszkodzeń połączeń klejonych tam,
gdzie połączone elementy stykają się.
ABAQUS obsługuje również nowoczesne
zastosowania kompozytów samochodowych oraz obecnie bada kilka modeli
uszkodzeń kompozytów przeznaczonych
do analizy zderzeń.
Bezpieczeństwo pasażerów
Aby przewidzieć, co stanie się z pasażerami pojazdu podczas zderzenia, analitycy
techniczni modelują wzajemne oddziaływanie na siebie manekinów oraz siedzeń
samochodowych, systemów pasów bezpieczeństwa oraz dodatkowych poduszek
powietrznych. W systemie ABAQUS
system pasów bezpieczeństwa jest modelowany za pomocą serii charakterystycznych
elementów łączących. Są to wyobrażenia
1D reprezentujące szczególną kinematykę punktów połączeń systemu pasów.
Jednym z nich jest specjalne połączenie
typu koła pasowego zwane „pierścieniem
ślizgowym”.
Element łączący zwany pierścieniem
poślizgowym pozwala na zmianę kierunku poruszania się linki lub kabla tak,
jakby miało to miejsce na kole pasowym.
Pierścień ślizgowy modeluje zachowanie
pasa bezpieczeństwa podczas zderzenia
tak samo, jak obciążenie wywołane przez
przesuwający się manekin powoduje
odkształcenie plastyczne i rozciąganie
materiału pasa na mocowaniach. Jak
pokazano na rys. 3, do modelowania pasa
bezpieczeństwa wykorzystanych zostało
sześć pierścieni poślizgowych, poczynając
tam, gdzie pas rozwija się ze zwijacza
znajdującego się w słupku B samochodu.
Różne połączenia modelują zachowanie
zwijacza pasa oraz napinacza.
Połączenia pierścienia ślizgowego
również mają zastosowanie w innych niż
motoryzacja gałęziach przemysłu, np.
w inżynierii wodno-lądowej oraz inżynierii przybrzeżnej, gdzie mogą być wykorzystywane chociażby do modelowania
systemów kablowych.
W ABAQUS modelowanie zabezpieczeń złożonych z dodatkowych poduszek
powietrznych zostało oparte na koncepcji płynowych zagłębień opartych na
powierzchniach. Powierzchnia struktury
poduszki powietrznej została zdefiniowana
z wykorzystaniem regularnych elementów
skończonych, ale płyn znajdujący się
wewnątrz poduszki nie jest uziarniony.
Zamiast tego gaz został zdefiniowany
jako ciągłe ciśnienie, które rozchodzi
się od urządzenia nadmuchującego i jest
natychmiast odczuwalne w całej poduszce
DN 01(20) s. 23
TEMAT NUMERU
RYS. 5. Aby ograniczyć czas działania symulacji
zderzenia, ABAQUS wykorzystuje równoległe
obliczanie rozdzielonych domen. Model
jest rozdzielony na osobne domeny,
z których każda jest uruchomiona
na oddzielnym procesorze (CPU)
powietrznej. W miarę rozwoju symulacji
do ciśnienia zamkniętego płynu, znajdującego się na granicy wgłębienia, dodawane
są odkształcenia struktury wypełnionej
płynem. Zagłębienia płynowe oparte na
powierzchniach są wykorzystywane również w przemyśle wytwórczym do modelowania procesu formowania z rozdmuchiwaniem.
Podobnie jak wiele modeli FEA, modele
poduszek powietrznych są weryfikowane
poprzez porównywanie wyników symulacji z danymi z eksperymentów. Producent poduszek powietrznych opracowuje
produkt, wykonuje testy fizyczne i mierzy
reakcję fizyczną systemu. Następnie
symulacja jest tak opracowywana, by
modelowała test fizyczny. Im bardziej
wyniki symulacji zgadzają się z wynikami
eksperymentów, tym bardziej producent
może być pewny – korzystając z modelu
– że właściwie przewidzi zachowanie
konstrukcji poduszek powietrznych.
Rysunek 4 pokazuje wyniki symulowanego testu impaktora bocznej kurtyny
powietrznej (model kurtyny powietrz-
nej udostępniła Autoliv GmbH.). W tej
symulacji poduszka powietrzna została
podzielona na 18 komór, by przybliżyć
niejednolite rozłożenie gazów i gradientów ciśnienia obserwowanych podczas
napełniania. Każda z komór została oddana
w modelu jako zagłębienie płynowe oparte
na powierzchni. Powierzchnia poduszki
powietrznej została przedstawiona za
pomocą elementów membranowych
i wykorzystuje model materiału specjalnej
tkaniny, który jest dostępny w ABAQUS.
Impaktor został oddany jako struktura
sztywna o masie całkowitej wynoszącej
7,2 kg oraz prędkości początkowej równej
4500 mm/s skierowanej na napełniającą
się poduszkę. Wyniki symulacji pokazują
bliską zbieżność z próbami fizycznymi.
Moc obliczeniowa
Aby lepiej obsługiwać modelowanie
zderzeń i podobnie złożone symulacje,
ABAQUS rozwinął swoją prędkość komputerowego przetwarzania równoległego
wykorzystując metodę rozkładu domeny.
Pomysł polega na podzieleniu modelu
DN 01(20) s. 24
symulacji na oddzielne domeny i uruchomieniu każdej domeny na osobnym procesorze (CPU). Tam, gdzie domeny łączą się,
udostępniona została wymiana informacji,
by zapewnić spójną kolejność obliczeniową. Teoretycznie model jest tak rozłożony,
by każdy procesor (CPU) wykonywał
zbliżoną pracę (patrz rys. 5).
W przypadku symulacji zderzenia, która
obejmuje krytyczne odkształcenia materiałów, bardzo nieznaczne różnice numeryczne wypływające z kolejności, w której
informacje są wymieniane pomiędzy
domenami, mogą prowadzić do znacznych
niezgodności w wynikach, kiedy ten sam
model jest uruchamiany z wykorzystaniem
różnej liczby domen. Wprowadzenie obliczania równoległego stanowi dodatkowe
kroki mające na celu zminimalizowanie
tych efektów i zapewnienie powtarzalności
wyników. A co za tym idzie, powtarzalność
wyników stwarza pewność, że... symulacja
jest poprawna.
Autor jest menedżerem samochodowym
firmy ABAQUS Inc.
KĄCIK
TECHNIKA,
KTÓRĄ ŁATWO
ZASTOSOWAĆ
PROJEKTANTÓW
PŁYNNY, GŁADKI RUCH
Projekt cylindra powietrznego, w którym zredukowano do minimum zjawisko tarcia
Ruch jest zawsze skomplikowanym przedsięwzięciem
w skrajnie czystym otoczeniu, takim jak przetwarzanie
płytek półprzewodnikowych. Doskonałe uszczelnienie
zasadniczo powoduje większe tarcie. Nowy projekt
cylindra powietrznego firmy Airpot zapewnia niskie
zanieczyszczenie i zużycie. Firma gwarantuje nawet, że
sam cylinder przetrwa urządzenie, w którym jest zainstalowany. Wykorzystując technikę zwaną „Siła Bez Tarcia”,
firma redukuje tarcie o trzy rzędy wielkości w porównaniu z poprzednim projektem cylindra powietrznego.
W projekcie zwanym Airpel-AB (od określenia air bearing – łożysko powietrzne), zastosowany jest specjalnie
ukształtowany tłok ze stali nierdzewnej, dokładnie dopasowany do cylindra ze szkła borosilikatowego, który wytwarza wokół tłoka efekt działania łożyska powietrznego. To
samo powietrze stosowane do dostarczania siły napędowej,
o ciśnieniu 5 psi lub wyższym doprowadzanym do cylindra,
wytwarza również poduszkę pneumatyczną pełniącą rolę
osłony radialnej tłoka, uniemożliwiając jego kontakt ze
ścianką cylindra. Ruch przegubów kulowych o ultra niskim
tarciu łączących pręt powoduje minimalną redukcję siły.
Otwór przelotowy
powietrza cylindra
To urządzenie jednostronnego działania rozciąga się
na skutek dostarczonego powietrza i nie ma sprężyny
zwrotnej, zatem trzeba wykorzystywać zewnętrzną siłę
przywracającą. Ponieważ nie jest wymagane oliwienie,
powietrze doprowadzane do sterownika pneumatycznego musi być suche i przefiltrowane (1 mikron lub mniej)
przez filtr koalescyjny.
Urządzenia rozruchowe zasilane powietrzem o ciśnieniu równym 5 psi napędzają lub wytrzymują siłę od
2g do 58 kg w przedziale temperaturowym -20 to 90°C.
Oprócz zastosowania w półprzewodnikach i innych
pomieszczeniach czystych, cylindry przeznaczone są do
mechanizmów pozycjonowania wspierających materiały
delikatne, optykę oraz ciecze, a także do mechanizmów
umożliwiających czułą kontrolę siły utrzymywania bądź
mocowania materiałów kruchych.
Kontakt:
Inżynier Aplikacyjny, Airpot
e-mail: [email protected]
Szklany
cylinder
Beztarciowy tłok
i łożyska powietrzne
Tylna głowica
cylindra
Przednia głowica
cylindra
Rura
Pręt
Przegub kulowy
o niskim tarciu
USZCZELKA ustala położenie
szklanego cylindra i izoluje go
od beztarciowego tłoka
i łożyska powietrznego
Tutaj jest luz,
by pręt mógł
się obracać
Uszczelka cylindra
DN 01(20) s. 25
NAPĘDY I STEROWANIE
Zautomatyzowany
ratownik
WYNALAZCA Daniel Theobald
stwierdził, że robot Bear („Miś”)
wypełnia lukę między
małymi robotami
do przeprowadzania
kontroli, a zdalnie
obsługiwanymi pojazdami
Humanoidalny robot
firmy Vecna może chodzić,
biegać, podnosić ciężkie
przedmioty oraz wchodzić
po schodach na swoich
ruchomych nogach
z napędzanymi gąsienicami
Pewnego dnia zobaczysz go na filmie
wideo, jak ratuje ofiary na polu walki,
a może przejdziesz obok niego, kiedy
będzie maszerował przez zatłoczony
korytarz szpitala. W każdym razie na
pewno nie będziesz przygotowany na
pierwsze spotkanie z robotem Bear (Battlefield Extraction Assist Robot - Robot
wspomagający ratowanie ludzi na polu
walki). Nie jest to przecież robot do
malowania samochodów. Opracowany
w Massachusetts dla armii amerykańskiej,
ma on jedynie dalekie powinowactwo
z tysiącami robotów przemysłowych, które
są jego przodkami. W skali robotyki jest
czymś mniej niż robotem montującym linie
produkcyjne, a czymś więcej niż... robot
C3PO z Gwiezdnych Wojen lub Terminator Schwarzeneggera.
Pod wieloma względami robot ten sprawia wrażenie zaczerpniętego z kart historii
fantastyki naukowej. W odróżnieniu od
swoich poprzedników jego zdolność poru-
szania nie zależy od prowadnic, suwnic lub
stołów obrotowych. Ma on nogi, kolana,
łokcie i twarz. Wkrótce będzie kucał, podniesie osobę ważącą około 113 kg i zniesie
ją po schodach. Co więcej, będzie mógł
utrzymać równowagę, jeśli ranny żołnierz
będzie się ruszał na jego rękach. Jest silny,
mobilny, na swój sposób mądry… jest
humanoidalny.
TEKST:
CHARLES J. MURRAY
DN 01(20) s. 26
– Im dalej posuwamy się w pracach nad
robotami, tym bardziej przybliżamy się do
ludzkiej formy androida – zauważa Gary
Gilbert, szef inżynierii wiedzy Centrum
Badań Zdalnej Medycyny i Technologii
Armii Amerykańskiej. – Forma humanoidalna ma pewne cechy, które umożliwiają
robotom wykonywanie wielu czynności,
jakie chcemy, aby wykonywały.
STOSUJĄC dynamiczne równoważenie,
inżynierowie umożliwili „Misiowi” stanie
i chodzenie na... gąsienicach
Wypełnienie niszy rynkowej
Po ponad 3 latach jego konstruowania,
robot Bear naprawdę przyjął formę humanoidalną i cały czas staje się coraz bardziej
ludzki. Inżynierowie wojskowi mówią,
że potrzebują tych ludzkich cech, ponieważ zadania, jakie będzie
wykonywał na polu walki,
wymagają zręczności i siły.
Początkowo zadania te będą
obejmować ratowanie ofiar z pola
walki i unieszkodliwianie bomb – operacje, które lepiej wykonywać za pomocą
robotów, niż żywych żołnierzy.
– Musi on dotrzeć na miejsce, wykonać
swoją misję, bezpiecznie wrócić i ochraniać ofiary przed zagrożeniami otoczenia
– mówi Gilbert.
Chociaż robot Bear do poruszania się
używa kół, jego obecny prototyp wykorzystuje ruchome nogi na bazie gąsienic,
które umożliwią mu wykonywanie bardziej zaawansowanych zadań. Obejmują
one przymocowywanie się do pojazdu
naziemnego, wyjeżdżanie na pole walki,
wysiadanie z pojazdu, znajdowanie ofiary i umieszczanie jej na noszach w celu
ewakuacji. Daniel Theobald, prezes firmy
Vecna Technologies Inc. mówi, że wynalazł robota Bear, ponieważ zobaczył lukę
na rynku robotów mobilnych. Według
niego rynek składał się z dwóch klas robotów: małych rzeczywistych robotów, które
mogły pędzić pod samochodem w trakcie
poszukiwania bomb; oraz dużych zdalnie
sterowanych pojazdów, obejmujących
czołgi i samoloty bezzałogowe.
– Ujrzeliśmy między tymi klasami
próżnię – mówi Theobald. – Było zapotrzebowanie na robota, który mógłby wejść
w ciasne przestrzenie – w budynkach i na
schodach, gdzie nie mogą się dostać pojazdy. Ale jednocześnie była potrzeba, aby
robot był wystarczająco silny, żeby mógł
oddziaływać na otoczenie.
Theobald przewidział, że jego nowy
robot będzie zdolny podnosić setki kilogramów, przewyższając w ten sposób moc
małych mobilnych robotów, które zazwyczaj nie mogą podnieść więcej, niż około
3–5 kg. Wyposażając robota w taką siłę,
Theobald wierzył, że może on wypełnić
ważną niszę – podnoszenie rannych żołnierzy, podnoszenie małych pojazdów, rato-
inżynieryjny Vecna zaprojektował na
zamówienie niezależny od położenia zbiornik hydrauliczny dla systemu, głównie po
to, aby płyn hydrauliczny nie wylał się
z robota, kiedy ten się pochyli lub znajdzie
w nietypowej pozycji. System hydrauliczny umożliwia ramionom i tułowiu robota
Bear podnoszenie około 180 kg.
– Stosując hydraulikę idziemy niewątpliwie na kompromis – mówi Theobald, którego praca magisterska w MIT obejmowała
opracowywanie algorytmów sterowania
opartych na sieci Web dla robota badającego
Marsa. – Systemy hydrauliczne są dość ciężkie i płacimy za to swoją cenę. Zaletą natomiast jest to, że w jednym momencie całą
moc można skupić w jednym stawie. Jeśli
natomiast umieścilibyśmy silniki elektryczne w różnych miejscach robota, otrzymalibyśmy tylko to, co jest dostępne z każdego
pojedynczego silnika. Aby uzyskać taką
samą moc, potrzebowalibyśmy naprawdę
ogromnych silników elektrycznych.
wanie cywilów podczas nuklearnych lub
biologicznych ataków i sprawdzanie, czy
pod ciałami martwych zwierząt znajdują
się bomby. Przewidywał nawet, że będzie
używany w szpitalach, gdzie mógłby przenosić pacjentów, czy pomagać ludziom po
amputacjach lub osobom starszym.
– Musisz być silny, abyś mógł oddziaływać na otoczenie w odpowiedni sposób
– mówi Theobald. – Musisz być w stanie
przenosić ludzi, odgruzowywać, a nawet
podnieść samochód, by udzielić pomocy
osobie, która została w nim uwięziona.
Jednak wykonanie takiego robota było
niemałym wyczynem inżynierii. Aby
wykonać to zadanie, Theobald uznał, że do
napędzania swojej górnej części korpusu
robot musi używać hydrauliki. Zastosował
cylindry hydrauliczne o ciśnieniu 1500 psi
firmy Quincy Ortman Cylinder, zasilane
zaworami firmy HydraForce Inc. Zespół
Uczenie równowagi
Bear podnosi masywne ciężary, i w związku z tym czeka go inne wyzwanie – równowaga. Chcąc zapobiec przewraceniu się
robota podczas podnoszenia rannego żołnierza, przechodzenia po kłodzie drewna
lub schodzeniu ze wzgórza, inżynierowie
zastosowali... dynamiczne równoważenie.
– Kiedy przeskalujesz odcisk stopy
robota, chcąc, by był on dostatecznie
masywny, trafisz na problem równowagi
– mówi Theobald.
Dynamiczne równoważenie rozwiązuje
tę kwestię, utrzymując środek ciężkości
FIRMA Vecna zastosowała 21
mikrokontrolerów z mikrochipem PIC
w ruchomych stawach robota Bear
DN 01(20) s. 27
robota nad jego nogami (lub kołami, zależnie od przypadku). Podobnie jak człowiek,
robot Bear musiał nauczyć się balansować
swoim ciężarem podczas stania. Jeżeli
pochylił się do przodu, musiał nauczyć się
odchylać do tyłu, aby umieścić swój środek
ciężkości nad stopami. Jeżeli natomiast
odchylił się do tyłu, musiał pochylić się
do przodu.
Aby to osiągnąć, Theobald i kierownik ds. produkcji robotyki Jamie Nichol
zastosowali czujniki, które umożliwiają
robotowi Bear kontrolowanie swoich
kończyn, tułowia i nóg. Bezwładnościowe
urządzenie pomiarowe tułowia wykrywa
położenie robota, podczas gdy urządzenie
kodujące złącza optycznego z firmy U.S.
Digital śledzi przesunięcie kątowe trasy
części korpusu. Sygnały z urządzenia
kodującego są wysyłane do mikrokontrolerów 21PIC z Microchip Technology
Inc., które mieszczą się w stawach robota.
Mikrokontrolery stawów są podzielone na
5 podsieci: lewa ręka; prawa ręka; lewa
noga; prawa noga; tułów.
– Chcieliśmy każdemu stawowi dać
własną niezależność – zauważa Jamie
Nichol, którego praca doktorska na Uniwersytecie Stanford dotyczyła mechatroniki i kinematyki. – W ten sposób ograniczyliśmy przepływ danych w wewnętrznej
sieci robota. Inżynierowie Vecna
mówią, że ograniczenie
przepływu w sieci było
decydujące, ponieważ robot
wykorzystuje centralny
komputer, który musi przeprowadzać zaawansowane
prace pomocnicze. Centralny komputer użytkowy
oparty na systemie Linux z płytą
główną EPIA-M z firmy Via Technologies
wykonuje bardziej zasadnicze obliczenia,
łącznie z obsługą własnych algorytmów
równoważenia i zaawansowanych programów koordynacji. W oparciu o decyzje
WIDOK z tyłu pokazuje górny korpus
robota Bear z systemem hydraulicznym
zawierającym cylindry o ciśnieniu
1500 psi i niezależny od położenia
zbiornik hydrauliczny, sterowany
przez mikrokontrolery PIC znajdujące
się w każdym stawie
DN 01(20) s. 28
W ZESPOLE projektowym firmy Vecna w trakcie wykonywania projektu
pracowało do 12 osób. Stoją od lewej: Dr. Jamie Nichol,
kierownik ds. produktów robotyki; Jonathon Klein, dyrektor ds. zastosowania;
Scott Kullberg, starszy inżynier ds. Oprogramowania i Josh Ornstein,
robotyk. Oparty o robota: wynalazca Daniel Theobald
Zginanie
łokcia
Zginanie
łokcia
Główny
procesor
Tylny siłownik
ramienia
Tylny siłownik
ramienia
Przedni siłownik
ramienia
Przedni siłownik
ramienia
Siłownik
podudzia
Zginanie
kolana
Obracanie
nadgarstka
Sieć prawego ramienia:
Interfejs
radiowy
Obracanie
nadgarstka
Obracanie
korpusu
Zginanie
szyi
Sieć tułowia:
Obracanie
szyi
Siłownik
podudzia
Zginanie
kolana
Rolki gąsienic
uda
Rolki gąsienic
uda
Rolki gąsienic
podudzia
Rolki gąsienic
podudzia
Sieć nogi prawej:
Sieć lewego ramienia:
podjęte przez te programy, procesor wysyła
sygnały do mikrokontrolerów na węzłach,
które „rozmawiają” z silnikami, zaworami i innymi siłownikami napędzającymi
robota.
Nogom lub kołom robota Bear kierunek
nadają również mikrokontrolery, znajdujące się w kolanach i biodrach. Podczas
gdy pierwsze wersje robota Bear wykorzystywały do przemieszczania się koła,
obecne prototypy stosują cztery napędzane
silnikami gąsienice. Gąsienice – znajdujące się nad i pod kolanami na każdej nodze
– są napędzane przez silniki szczotkowe
z magnesami trwałymi o mocy 2 KM
firmy MagMotorCorp. Napęd odbywa się
poprzez redukcyjną przekładnię planetarną. Zasadniczo gąsienice tworzą nogi
robota, umożliwiając mu stanie w pozycji
wyprostowanej oraz chodzenie, wchodzenie po schodach lub przechodzenie przez
przeszkodę (patrz symulacja wideo na
stronie http://www.tatrc.org/website_robotics/bear.html).
– Zaprojektowaliśmy dwie niezależne
nogi z gąsienicami, tak więc robot może
wpełznąć na schody, utrzymując kontakt
z górną częścią każdego stopnia – mówi
Theobald. W ten sposób masywny robot
wchodząc lub schodząc po schodach nie
uszkodzi fragmentu stopni. – Oczywiście,
jeżeli niesiesz człowieka, nie chcesz podejmować ryzyka, które nie jest konieczne
– dodaje Theobald.
Zginanie
nadgarstka
Zginanie
nadgarstka
Sieć nogi lewej:
ARCHITEKTURA sieci robota Bear
obejmuje pięć podsieci i 21 inteligentnych
węzłów w stawach i siłownikach. Wszystkie
podsieci komunikują się z centralnym
procesorem, który podejmuje decyzje
Nowe wyzwanie: autonomia
Są powody, dla których inżynierowie armii
amerykańskiej wyrażają swoje zadowolenie z humanoidalnej konfiguracji robota
Bear.
– Wielu ludzi mówiło „Nie potrzebujesz
tego” – twierdzi Gilbert z armii amerykańskiej. – Przekonywali: użyj tylko 4 kół
lub podnośnika widłowego. Okazuje się
POCZĄTKOWO prototyp inżynieryjny łączył
koła i gąsienice, by umożliwić robotowi
wchodzenie po schodach
DN 01(20) s. 29
jednak, że takie kształty, w takiej konfiguracji, nie mogą pokonać schodów; nie
mogą skręcić wystarczająco ostro i nie są
przy tym dość delikatne.
Gilbert dodaje, że armia ma również
nadzieję, iż zafunduje przyszłym robotom
typu Bear niezależną inteligencję. Dzisiaj,
jak mówi, Bear jest nadal obsługiwany za
pomocą zdalnego sterowania. W końcu
inżynierowie armii mają nadzieję na wykorzystanie lasera, radaru i czujników typu
sonar, aby umożliwić przyszłym robotom
wyczuwanie, rozumienie i samodzielne
radzenie sobie ze środowiskiem, w którym
się znalazły.
– Roboty nadal znajdują się w stadium
początkowym, a autonomia jest wciąż
największym wyzwaniem w robotyce
– mówi Gilbert. Na razie inżynierowie
robota Bear odnieśli sukces, osiągając
dwa pierwsze cele programu: dowód
wykonalności pomysłu i umiejętność
wchodzenia po schodach. Może on teraz
stać na ruchomych nogach z gąsienicami
i biegać. Jednak lista celów do osiągnięcia
w niedalekiej przyszłości jest wciąż długa:
reakcja na nieoczekiwane przeszkody,
zbieganie bokiem ze wzgórza, wyczuwanie otoczenia.
– Ostatecznym celem tego programu
jest całkowita autonomia, a jedyną drogą
do jego osiągnięcia jest... zabranie się
do pracy, co właśnie zrobiliśmy – mówi
Gilbert.
WYKORZYSTUJĄC hydrauliczną górną
część korpusu, robot może
podnieść do 180 kg
DN 01(20) s. 30
W CELU wykrywania położenia i ruchu
robota, inżynierowie z firmy Vecna
zastosowali optyczne urządzenie
kodujące U.S. Digital (na zdjęciu) oraz
bezwładnościowe urządzenie pomiarowe
ARTYKUŁ SPONSOROWANY
PowerMILL Modelling
– analiza i modyfikacja geometrii
modelu na stanowisku CAM
Często spotykanym problemem jest
potrzeba analizy geometrii i modyfikacji
modelu 3D tuż przed przygotowaniem
technologii. Firma Delcam rozwiązała ten
problem poprzez wprowadzenie modułu
CAD PowerMILL Modelling w pełni
zintegrowanego z programem CAM
PowerMILL.
Program PowerMILL Modelling
został pomyślany i stworzony jako w pełni
zintegrowany moduł CAD uruchamiający
się w głównym oknie dialogowym programu PowerMILL. Głównym zadaniem, jakie postawiono przed modułem
PowerMILL Modelling jest możliwość
przeanalizowania modelu z punktu
widzenia technologii oraz, jeśli jest to
wymagane, naprawa geometrii modelu
i mp o r t ow a n e g o z d ow o l n e g o p ro gramu CAD do programu PowerMILL.
PowerMILL Modelling, a właściwie
narzędzia, jakie zawiera w sobie pozwalają między innymi na identyfikację
i naprawę źle przyciętych powierzchni, przy wykorzystaniu grupy narzędzi
służących do edycji granic i obszarów
cięcia dowolnej powierzchni. Możliwość
automatycznego wyszukania i usunięcia
duplikatów powierzchni pozwala na
powierzchni i nieciągłości w geometrii
umożliwiają wyeliminowanie drobnych
błędów konstrukcyjnych modelu oraz
tych powstałych przy translacji z/do
innych formatów.
PowerMILL Modelling posiada bogatą
listę narzędzi służących do analizy modelu:
● Wizualne porównanie dwóch modeli
– jest to narzędzie pozwalające na
wizualne porównanie modelu pierwotnego i zmodyfikowanego. Przy
pomocy tej funkcji w sposób łatwy
i szybki znajdziemy i zidentyfikujemy
zmiany, jakie zostały wprowadzone do
modelu.
● Cieniowanie minimalnego promienia
– jest to narzędzie pozwalające na
szybką lokalizację promieni, które są
zbyt małe, aby mogły zostać obrobione
przez najmniejszy frez jakim dysponuje użytkownik.
uniknięcie wielu nieporozumień i błędów przy generowaniu ścieżki narzędzia.
Opcje zaawansowanego modelowania
powierzchniowego, jakie są dostępne
w PowerMILL Modelling wraz z narzędziem do znajdowania brakujących
01-793 Warszawa, tel./fax (22) 832 47 09
www.toruscadcam.com.pl
● Dynamiczne przekroje – to narzędzie
pozwalające na tworzenie dynamicznych przekrojów modelu i generowanie
krzywych z wybranych przekrojów.
Dotyczy to również geometrii opisanych
trójkątami (STL, DMT).
● Kontrola powierzchni – jest to narzędzie
pozwalające na kontrolę zdefiniowanych przez użytkownika parametrów
powierzchni takich jak: promienie maksymalne i minimalne, wektor normalny
powierzchni, kąt pochylenia itd.
Zaletą PowerMILL Modelling jest jego
prosta i funkcjonalna budowa. Ponieważ
moduł zawiera narzędzia i funkcje do
RYS. 3. Wstawianie brakujących
powierzchni w modelu bryłowym
RYS. 2. Cieniowanie minimalnego
promienia
RYS. 1. Edycja granic i obszarów cięcia
dowolnej powierzchni należącej do modelu
Dystrybucja i serwis techniczny
TORUS Spółka z o.o., ul. Rydygiera 12,
● Cieniowanie podcięć – jest to metoda
cieniowania, dzięki której użytkownik
może sprawdzić model pod kątem
podcięć z punktu widzenia frezowania
3-osiowego z możliwością deklaracji
wartości kąta, poniżej której pojawi się
ostrzeżenie o podcięciu.
● Cieniowanie gładkości – jest to metoda
cieniowania, pozwalająca na analizę
modelu pod kontem ciągłości oraz
styczności powierzchni, z których zbudowany jest model.
analizy i naprawy geometrii, to czas
p otrzebny na przyswojenie wiedzy
niezbędnej do jego obsługi jest bardzo
krótki. PowerMILL Modelling został
pomyślany jako wsparcie stanowiska
CAM. Technolog wykorzystując go rozwiązuje problem z uszkodzonymi modelami oraz nie technologicznymi elementami
geometrii we własnym zakresie, przez co
nie ma potrzeby, aby projekt wracał do
pracowni CAD i tam był korygowany.
Pozwala to na skrócenie czasu realizacji
projektu i zwiększenie wydajności pracy.
Adam Barycki
DN 01(20) s. 31
PROGRAMY
Elementarz modelowania
powierzchniowego (cz. III)
Jeszcze przed kilkoma laty konstruktor zajmujący się
definiowaniem modeli powierzchniowych, szczególnie
w zakresie zewnętrznych powierzchni estetycznych (karoseria
samochodu, obudowa odkurzacza, itp.) musiał posiadać
ogromną wiedzę z zakresu matematycznego opisu krzywych
i powierzchni stosowanych w systemach CAD. Znajomość
matematycznych mechanizmów zastosowanych w algorytmach
obliczeniowych i powiązanych wprost z funkcjami, jakie ma do
dyspozycji konstruktor, nie jest moim zdaniem głównym zadaniem
konstruktora, bo powinien się on skupić na zdefiniowaniu takiego
modelu geometrycznego, który spełnia wszystkie wymagania
techniczne, technologiczne, estetyczne czy funkcjonalne
TEKST I RYSUNKI:
ANDRZEJ WEŁYCZKO
Czy stopień powierzchni w obu kierunkach głównych powinien być równy?
Na te i podobne pytania „guru” modelowania powierzchniowego odpowie bez
zastanowienia, bo przez lata dokonywał
takiego wyboru. Ale jaka będzie odpowiedź... początkującego konstruktora?
Czy w związku z tym można całkowicie
zapomnieć o MATEMATYCE, która przecież gdzieś „w tle” bez udziału konstruktora decyduje o rezultacie zastosowania
konkretnej funkcji? Czy dzisiejsze systemy
CAD faktycznie „zwalniają” konstruktora ze znajomości teorii modelowania
powierzchniowego? Moim zdaniem: i tak,
i nie. Tak, bo – jak już napisałem wcześniej
– wiele funkcji dzisiejszych systemów
CAD dokonuje wyboru rodzaju krzywej lub
powierzchni oraz ich parametrów w sposób
automatyczny, a kryterium tego wyboru
jest spełnienie wymagań zdefiniowanych
przez konstruktora. Nie – bo taki automatyczny wybór nie zawsze jest najlepszy i
konstruktor musi „ręcznie” zmodyfikować
rozwiązanie proponowane przez system
CAD. Na przykład zmienić stopień krzywej
lub lokalnie zmodyfikować sieć punktów
kontrolnych powierzchni, aby zapewnić
lepszy rozkład zmian krzywizny.
No tak, ale co to jest stopień krzywej lub
sieć punktów kontrolnych powierzchni?
I tu powracamy do tytułowego „elementarza”, który powinien wyjaśnić przynajmniej podstawowe pojęcia modelowania
powierzchniowego.
W każdym systemie CAD możemy bez
problemu narysować linię (płaską lub przestrzenną). Sytuacja się nieco komplikuje,
kiedy trzeba zdefiniować krzywą. I nie mam
tu na myśli typowych krzywych (okrąg,
elipsa, parabola, itp.), których równania
kanoniczne [F(x,y)=0 lub F(x,y,z)=0] są od
wieków znane, a każda z nich może być precyzyjnie wykreślona. Możemy też wskazać
kilka punktów krzywej, na przykład 3 punkty okręgu i bez znajomości jego równania
jednoznacznie zdefiniować okrąg. Ale jak
zdefiniować takie równanie dla dowolnej
krzywej? Czy po wskazaniu kilku lub
kilkunastu punktów można wygenerować
równanie jednej krzywej? W tym miejscu
chciałbym zwrócić uwagę, że w definicji
krzywych dowolnych (swobodnych) istotne
jest to, żeby przechodziła ona przez ograniczoną liczbę punktów (na przykład tylko
punkt początkowy i końcowy) oraz aby była
„gładka”. Trzeba też zauważyć, że wraz ze
wzrostem liczby zadanych punktów krzywej jej równanie(a) staje się coraz bardziej
złożone. A to w kontekście algorytmów
oznacza więcej czasu na obliczenia. Ale
problemem jest nie tylko równanie, bo
Rozwój aplikacji wspomagających modelowanie powierzchniowe prowadzi do zdefiniowania takiego interfejsu użytkownika,
w którym konstruktor jest w coraz większym zakresie „zwolniony” z obowiązku
wyboru typu krzywej lub powierzchni, czyli
funkcji, jaką powinien zastosować. Wybór
algorytmu jest coraz częściej dokonywany
przez system CAD, w oparciu o wymagania
zdefiniowane przez konstruktora. Przykłady
takich wymagań można mnożyć:
● Potrzebuję taką krzywą płaską, która
połączy dwie inne krzywe. Krzywa
łącząca musi mieć ciągły i jednorodny
przebieg zmian krzywizny, a w punktach
skrajnych musi zachować ciągłość typu
G2 ze wskazanymi krzywymi. Co jest
ważniejsze dla konstruktora: spełnienie
powyższych wymagań czy zastosowanie wybranego typu krzywej, na
przykład krzywej Béziera lub B-Spline?
Która z tych krzywych najlepiej spełnia
wymagania konstrukcyjne? Czy lepiej,
aby konstruktor dokonywał takiego
wyboru czy może system CAD?
● Potrzebuję powierzchnię, która wypełni przestrzeń pomiędzy wskazanymi
krzywymi granicznymi z zachowaniem
ciągłości typu G0 wzdłuż jednej krzywej i ciągłości typu G2 wzdłuż innej.
Powierzchnia typu UPBS czy NURBS?
DN 01(20) s. 33
PROGRAMY
RYS. 1
krzywa musi być nie tylko precyzyjnie
zdefiniowana, ale jej model matematyczny
musi także umożliwiać w miarę lokalne
modyfikacje (na przykład w celu uzyskania lepszego rozkładu zmian krzywizny),
zapewnić „gładkość”, możliwość obliczenia pochodnych w dowolnym punkcie
(ciągłość typu G1, G2, G3), stabilność po
zmianie kryteriów konstrukcyjnych oraz
łatwość wizualizacji.
Dlatego w systemach CAD zastosowano parametryczną definicję krzywej:
● F: [0,1] → (f(u), g(u)) – dla krzywej
płaskiej,
● F: [0,1] → (f(u), g(u), h(u)) – dla krzywej przestrzennej,
gdzie:
f, g i h są wielomianami,
a u jest parametrem z zakresu [0,1].
RYS. 2
Kształt takiej krzywej jest określony
przez jej punkty skrajne (początek i koniec)
oraz funkcje f, g, h, które opisują charakter
zmian współrzędnych x, y i z dowolnego
punku krzywej – gdzieś pomiędzy jej
początkiem i końcem. Napisałem „gdzieś”,
bo istnieje nieskończenie wiele krzywych
swobodnych „rozpiętych” na dwóch lub
więcej punktach. Czy wobec tego, wracając
do świata CAD, należałoby powiedzieć,
że system arbitralnie wybiera jedną spośród
wielu teoretycznie możliwych krzywych?
W pewnym uproszczeniu można odpowiedzieć twierdząco, choć oczywiście zależy
to od systemu i algorytmu realizowanego
RYS. 3
DN 01(20) s. 34
RYS. 4
PROGRAMY
RYS. 5
przez wybrane polecenie. W systemach
CAD powszechnie zastosowanie znalazły
krzywe Béziera. Użytkownik systemu CAD
nie widzi równań takiej krzywej, bo dla niego
nie są one istotne. Zamiast równań widzi
(i ma możliwość ich modyfikacji) punkty
kontrolne krzywej lub inaczej wielobok
kontrolny.
Rozważmy przykład takiej krzywej z 4
punktami kontrolnymi (P0, P1, P2 i P3):
● Liczba punktów wieloboku kontrolnego
decyduje o tak zwanym stopniu swobody krzywej (d°). Mówimy, że krzywa
jest stopnia N, jeśli jest opisana przez
N+1 punktów kontrolnych.
● Punkty P0 i P3 definiują początek i koniec krzywej, czyli krzywa ma zwrot od
P0 do P1 (u = 0 dla P0 i u = 1 dla P1).
● Punkt P1 określa wektor styczności tej
krzywej w jej punkcie początkowym,
a punkt P3 w punkcie końcowym.
● Krzywa Béziera nie przechodzi przez
punkty P1 i P2, ale każdy z tych punktów wpływa na kształt krzywej, bo
dla dowolnego u jest określona siła
„przyciągania” krzywej przez każdy
punkt kontrolny (inaczej: waga punktu
– przyp. autora).
● Przesunięcie jednego z punktów
kontrolnych wpływa na kształt całej
krzywej, choć najbardziej w tej części
krzywej, która jest najbliżej modyfikowanego punktu kontrolnego, bo jego
waga w tym punkcie krzywej jest największa. Funkcje definiujące wagi są
obliczane automatycznie przez algorytm
definiujący krzywą Béziera i nie mogą
być modyfikowane.
● Możliwa jest modyfikacja położenia
punktów P0 i P3, ale zazwyczaj nie ma
takiej potrzeby, bo początek i koniec
krzywej wynika z wymagań konstrukcyjnych.
Choć maksymalna liczba punktów
kontrolnych teoretycznej krzywej Béziera nie jest ograniczona, to praktyczne
zastosowanie znajdują krzywe, które są
opisane przez 2 do 6 punktów kontrolnych – zazwyczaj nie więcej niż 16. Do
wieloboku kontrolnego krzywej Béziera
zawsze można dodać nowy punkt, czyli
każdą krzywą stopnia N można zamienić
na krzywą stopnia N+1 bez zmiany kształtu
krzywej. Oczywiście, wraz ze wzrostem
liczby punktów kontrolnych, czyli stopnia
krzywej rośnie możliwość zdefiniowania
bardziej skomplikowanej krzywej oraz
możliwości modyfikacji jej kształtu. Ale
nie zawsze jest możliwe działanie odwrotne, bo zmniejszenie stopnia krzywej skutkuje zazwyczaj wygenerowaniem krzywej,
która różni się od krzywej pierwotnej. I nie
ma w tym nic złego, pod warunkiem, że
różnice... mieszczą się w zakresie akceptowalnym przez konstruktora.
Czy krzywa Béziera może być zastosowana w definiowaniu skomplikowanych
krzywych? Czy 16 punktów kontrolnych
zawsze wystarczy do spełnienia wszystkich
wymagań konstrukcyjnych? Z pewnością
nie. Dlatego w systemach wspomagających modelowanie powierzchniowe, aby
uniknąć bardzo skomplikowanych równań
opisujących kształt krzywych złożonych
stosuje się pewien wybieg. Jedną skomplikowaną krzywą można przecież...
Kontynuacja tematu w następnym
odcinku cyklu „Elementarz”.
REKLAMA
DN 01(20) s. 35
ROZWIĄZANIA: CAD
Modele
TEKST:
KAREN FIELD
CAD
do ponownego wykorzystania
skracają czas projektowania
Oto jak Alloy Ltd., firma zajmująca się projektowaniem,
pomogła SunCorp zastosować pojedynczy zbiór danych
w całej gamie produktów
DN 01(20) s. 36
TE MODELE bezprzewodowych telefonów
powstały w oparciu o współny projekt.
Ich stacje bazowe uwydatniają różnice
między samymi słuchawkami...
ROZWIĄZANIA: CAD
Dopasowanie tworzywa
do płytki obwodu drukowanego
podczas fazy projektowania.
Inżynierowie lubią wykorzystywać
podczas procesu projektowania narzędzie
nakładania przezroczystych warstw,
które umożliwia im pracę wewnątrz,
jak i na zewnątrz...
JEDNA wspólna platforma...
Inżynierowie przemysłowi najpierw wykonali
oszacowanie rozmiaru i kształtu wspólnej
wewnętrznej płytki obwodu drukowanego,
której projekt z modelu na model
pozostaje niezmienny
SunCorp, producent telefonów z Hong
Kongu, jeszcze kilka lat temu niewiel znaczył, zwłaszcza w porównaniu do konkurentów takich jak Siemens i Phillips. Dziś
wywalczył drugą (!) pozycję na świecie
wśród dostawców cyfrowych telefonów
bezprzewodowych – za sprawą innowacyjnego procesu projektowania, dzięki któremu firma była w stanie w rekordowym
czasie wyprodukować różnorodne mikrotelefony, przeznaczone na różne rynki.
Wszystkie w oparciu o wspólną platformę
projektową...
Aby dokonać takiego wyczynu, SunCorp rozpoczął współpracę z Alloy Ltd.,
konsultingową firmą projektującą, która
utorowała drogę innowacyjnemu procesowi rozwoju produktu. Proces ten pozwala
generować opłacalne kosztowo, łatwe do
wdrożenia projekty, które mogą obejmować całe rodziny produktów.
– Podstawową zasadą jest to, że na
początku każdego projektu przyjmujemy
inteligentne założenia dotyczące ograniczeń, jakie nieuchronnie będą mieć miejsce
– mówi Gus Desbarats, przewodniczący
i założyciel Alloy. Ten wyszkolony projektant ze stopniami naukowymi z inżynierii
mechanicznej i systemowej twierdzi, iż
proces ten wymaga szacowania takich
parametrów, jak wielkość i kształt głównych komponentów wewnętrznych – parametrów, które we wszystkich odmianach
modelu pozostaną niezmienne.
W toku prac projektowych Alloy wykorzystuje cyfrową technologię rozwoju
produktu UGS NX (dawniej: Unigraphics
– przyp. redakcji). Na początku procesu,
szacowania głównych komponentów
wewnętrznych są odwzorowywane w programie NX jako część zespołu. – Podczas
fazy projektowania przemysłowego
zespół jest upoważniony do korygowania
przyjętych kształtów, lecz tylko w granicach pewnych warunków brzegowych
TRZY bardzo różne rozwiązania designerskie. Te trzy modele różnią się wieloma szczegółami budowy. Ale w zasadzie... tylko szczegółami
Nordycki:
surowy, minimalistyczny
wzór „Nordycki”
Niemiecki:
kształt „dostosowany
do konkretnego celu”,
prosty, lecz posiadający
wiele funkcjonalnych
detali wizualnych
Łaciński:
kształt bardziej kanciasty
z mocniej zarysowanymi
liniami.
DN 01(20) s. 37
ROZWIĄZANIA: CAD
uzgodnionych na początku – podkreśla
Desbarats. Następnie zespół szybko przechodzi od szkicu przewodniego do trójwymiarowego, posługując się wewnętrznymi
założeniami, pomijając całkowicie projektowanie 2D.
– Poprzez tworzenie trójwymiarowych
ilustracji, a następnie trójwymiarowych
szkieletów brył, już we wczesnej fazie
projektowania za pomocą NX, nie tylko
można wyeliminować wszelkiego rodzaju
problemy interpretacyjne nieodłącznie
związane z przekazywaniem szkicu projektu przemysłowego, ale również uczynić
cały ten proces bardziej skutecznym,
gdyż modele te nadają się ostatecznie do
ponownego wykorzystania – dodaje Desbarats. Alloy szacuje, że proces ten może
zredukować wysiłek po stronie inżynierów
mechaników o jakieś 40 procent.
– Na tym etapie w pierwszym rzędzie
wyeliminowaliśmy konieczność uciekania się przez inżynierów projektu do
inżynierii wstecznej lub borykania się
z przybliżonymi szacowaniami. Jeśli na
przykład musieliby pobrać powłokę Alias
z powstającego obrazu trójwymiarowego,
musieliby najpierw znaleźć sposoby, aby
skutecznie przekonwertować go w bryłę
parametryczną w narzędziu do modelowania brył, które stosowali – mówi
Desbarats. – W przeciwieństwie do tego,
my dostarczamy model dopracowany do
najdrobniejszych szczegółów, włącznie
z parametrem grubości ścianek.
Inżynierowie projektanci mogą wówczas pracować jednocześnie nad różnymi
aspektami projektu lub różnymi modelami
tworząc w NX link falowy, aby wszystkie
modele miały dostęp do wspólnego pakietu
danych. W przypadku SunCorp, odmiany
modelu zawierały takie szczegóły jak:
profil zewnętrzny, element słuchawki
telefonicznej oraz ramkę wyświetlacza
(patrz rys.).
Desbarats wspomina, iż metoda ta ma
jeszcze dwie inne zalety. – Jedna to ta, że
możemy być o wiele bardziej innowacyjni
jeśli chodzi o całościowy kształt urządzenia, ponieważ mamy lepsze wyczucie co
do tego, jakie zagrożenia stoją za naszymi
decyzjami – dodaje. – A druga to ta, że
istnieje mniejsze prawdopodobieństwo
pojawienia się konieczności wprowadzenia późniejszych zmian do projektów, które
tworzymy.
NIEKTÓRE z wielu różnic
a) Różne profile zewnętrzne:
Kanciasty
b) Różne rozwiązania konstrukcyjne:
Zaokrąglony
DN 01(20) s. 38
Te same wyświetlacze...
Różne rozwiązania
obudowy wyświetlaczy
Inaczej rozwiązana
część słuchawkowa
Boczny uchwyt
Brak bocznego
uchwytu
Metale
Najlepsze, co może zaoferować
metalurgia proszków
Konkurs projektowy uwydatnia zalety metalurgii
proszków
TRENDY
Procesy metalurgii proszków (powder metal – PM) stają się coraz
bardziej znane dzięki możliwościom wytwarzania skomplikowanych
części charakteryzujących się sporą odpornością mechaniczną przy
jednoczesnym utrzymywaniu niewielkich kosztów produkcji. Konkurs Powder Metallurgy Design Awards 2006, sponsorowany przez
Federację Przemysłu Metalurgii Proszków (Metal Powder Industries
Federation), był okazją do zaprezentowania kolekcji najlepszych podzespołów stosowanych w ogrodnictwie, pojazdach terenowych oraz
w branży urządzeń, sprzętu, elektroniki i narzędzi produkowanych
przy zastosowaniu technologii metalurgii proszków. Poniżej przedstawiamy trzy zwycięskie produkty, z których każdy w nowatorski sposób
wykorzystuje operacje drugorzędne do zwiększenia rewelacyjnych
właściwości tej technologii.
SŁUŻY DŁUŻEJ
Stalowy nóż oprawkowy M2 wyprodukowany przez
Pacific Sintered Metals zdobył główną nagrodę
w kategorii wielofunkcyjnych narzędzi ręcznych
i rekreacji. Nóż montowany jest w narzędziach
instalacyjnych, które rozszerzają i mocują rurki
w wymiennikach ciepła. Pacific Sintered produkuje
części w pełnej gęstości 8,1 g/cm3, używając procesu prasowania i spiekania w obecności cieczy.
Aby nadać części większą odporność na zużycie,
jest ona następnie poddawana obróbce cieplnej do
61-63 HRC i potrójnie odpuszczana w celu uzyskania odpowiedniej wiązkości. Cienkie i schodkowe
elementy części są formowane w technologii odlewu
precyzyjnego, co przyczyniło się do 90-procentowej
redukcji kosztów w porównaniu z nożami M2 wykonywanymi metodą obróbki skrawaniem.
EKONOMICZNY HAMULEC OSTRZA
Technologia metalurgii proszków pomogła zmniejszyć o prawie 20%
koszt wytworzenia zespołu hamulca ostrza w kosiarce, który otrzymał główną nagrodę w kategorii ogrodnictwa. Wcześniej bęben i koło
pasowe tego zespołu wykonywano stosując obróbkę skrawaniem,
odlewanie i tłoczenie. Firma Burgess-Norton Mfg. Co. wykorzystała
technologię PM dodając elementy, które ułatwiają montaż ostrza
kosiarki. Są to między innymi formowany klin na kole pasowym
i sześciokątne zagłębienia na bębnie. Koła pasowe są połączone
razem za pomocą spiekania tak, że tworzą jeden element. Burgess-Norton formuje części do gęstości 6,9 g/cm3 przy ostatecznej
wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 280 MPa i twardości
rzeczywistej rzędu 50-80 HRB.
PODNOSZENIE JAKOŚCI KÓŁ ZĘBATYCH
Wykonane ze stali nierdzewnej koło zębate do wału korbowego Capstan Atlantic zdobyło wyróżnienie w kategorii
sprzętu i urządzeń. Jest to 18-zębowe koło „śrubowe” montowane w przydomowych generatorach rezerwowych. Na
początku produkowano je w jakości klasy 7 AGMA, jednak
Capstan podniosła jakość do klasy 10 – dzięki zastosowaniu cyklu borowania, obróbki powierzchni czołowej, przeciągania i toczenia. Koło to charakteryzuje się gęstością
7,0 g/cm3, granicą plastyczności powyżej 450 MPa, wytrzymałością na rozciąganie wynoszącą 520 MPa, i twardością rzeczywistą rzędu 52-60 HRA.
DN 01(20) s. 39
MATERIAŁY
Niewzmacniane
tworzywa sztuczne
stają się coraz
TEKST:
JOSEPH OGANDO
twardsze
MATERIAŁY z grupy Primospire,
pokazane tutaj jako surowe,
plastikowe części przeznaczone
do obróbki, są najbardziej sztywnymi
tworzywami termoplastycznym
bez wzmocnienia dostępnymi na rynku.
Materiał ten jest także dostępny
w handlu, w wersji przystosowanej
do formowania wtryskowego
Samousztywniające się polimery z Solvay Advanced Polymers
zastępują w zastosowaniach wojskowych, medycynie
i przemyśle metale i tworzywa kompozytowe.
Jaka będzie przyszłość tworzyw sztucznych bez wypełnienia?
Inżynierowie zainteresowani zastępowaniem metali przez tworzywa sztuczne,
mają teraz nową broń w swoim arsenale.
Niewzmocnione tworzywo termoplastyczne o nazwie Primospire jest najsztywniej-
szym tworzywem spośród dostępnych
obecnie na rynku.
Najmocniejsza i najsztywniejsza klasa
Primospire charakteryzuje się modułem
wygięcia 82 737 barów oraz wytrzyma-
DN 01(20) s. 40
łością na rozciąganie 2068 barów. Takie
wartości czynią z niej tworzywo około dwa
do trzech razy sztywniejsze i wytrzymalsze
niż powszechnie dziś stosowane tworzywa konstrukcyjne (patrz dane odnośnie
wytrzymałości na rozciąganie – rys.1). Te
charakterystyki mechaniczne, wykraczające poza zakresy danych pochodzą z „czystej” czyli niezmodyfikowanej żywicy.
– Nawet w stanie czystym, Primospire jest
faktycznie bardziej wytrzymały, niż większość tworzyw sztucznych wzmacnianych
MATERIAŁY
Procentowa strata materiału
2.0
1.8
PPS
1.6
PEEK
1.4
Polyimide (PI)
1.2
Primospire SRP
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
6
12
18
24
Czas zużycia w godzinach
Podatność tworzyw na rozciąganie
1.6
40
1.4
35
Elastyczność
1.2
30
Wytrzymałość
1.0
25
0.8
20
0.6
15
0.4
10
0.2
5
0
Primospire
SRP
PPS
PI
stopienia tych tworzyw w stopniu umożliwiającym ich dalszą obróbkę – mówi Nick
Malkovich, dyrektor do spraw aplikacji
obronnych w firmie Solvay. – Bez materiałów, które można formować lub kształtować przy pomocy wtryskarek, wyłoniła
się jedynie możliwość zastosowania ich
w kilku niszowych aplikacjach, tak więc te
tworzywa zostały głównie w laboratoriach
– dodaje.
Ważny przełom pojawił się, kiedy
specjaliści z firmy Mississippi Polymer
Technologies (MPT) opracowali sposób
modyfikacji polifenylenu, umożliwiając
topienie go i dalszą przeróbkę metodami
wtryskowymi. W 2004 r. firma wprowadziła na rynek pierwszy z tych materiałów
o wspólnej nazwie „Parmax”. Później
Solvay wykupił MPT i zmienił nazwę produktu na Primospire. W tym miesiącu Solvay wprowadziła odmianę reprezentującą
poprzednio niedostępną klasę materiałów
PEEK
PEI
PC
0
Wytrzymałość na rozciąganie (KSI)
Co to jest?
Tworzywa z grupy Primospire są oparte
na strukturze chemicznej parafenylenu
zastępującego resztę acylową kwasu benzoesowego. – Przeważająca większość
polimerów konstrukcyjnych o wysokiej
wytrzymałości ma grupy fenylenowe, jako
podstawowe składniki struktury – mówi
El-Hibri. Ale inne polimery także zawierają molekularne grupy łączące – na przykład
estry – stanowiące słabe ogniwa w szkielecie polimerowym. Prawdziwy polifenylen,
jakim jest Primospire, poprzedza te osłabiające grupy i posiada wyłącznie wiązania
fenylenu z fenylenem.
Takie tworzywa należą do szerszej kategorii, znanej jako polimery ze „sztywnym
kręgosłupem”. Ich budowy chemiczne różnią się, ale ich właściwości mechaniczne są
pochodną stosunkowo długich i sztywnych
cząsteczek, które w istocie umożliwiają
polimerowi wzmacnianie samego siebie.
Rzeczywiście, Solvay używa terminu
„polimer samowzmacniający się” zamiast
terminu „sztywny kręgosłup”.
Jakkolwiek by je nazywać, ta klasa
polimerów nie jest czymś nowym. Firmy
chemiczne, pracujące dla potrzeb wojska,
a także uniwersytety pracowały nad różnymi polimerami „ze sztywnym kręgosłupem” już od wczesnych lat sześćdziesiątych. – Wszystkie te wysiłki z reguły szły
na marne, ponieważ nie znano sposobu,
Wskaźnik procentowej utraty materiału
Elastyczność (MSI)
włóknami szklanymi – mówi Jamal ElHibri, starszy wspólnik firmy Solvay.
To, że materiały te mają tak wysoką
sztywność bez wzmocnień, stanowi
duże osiągnięcie. Tworzywa sztuczne
bez wypełnienia zwykle ważą mniej,
niż porównywalne z nimi tworzywa
wzmacniane. Na przykład jedna z klas
tworzywa Primospire charakteryzuje
się ciężarem właściwym 1,19 – w porównaniu do wartości 1,3 i więcej dla
typowych konstrukcyjnych tworzyw
termoplastycznych ze wzmocnieniem.
Primospire bez wypełnienia ma także
izotropowe właściwości mechaniczne.
Konstruktorzy nie muszą się już dłużej martwić zorientowaniem włókien
szklanych lub węglowych w formie
z tworzywem – a więc, wynikającymi
stąd różnicami w kierunkowości charakterystyk wytrzymałościowych.
formowanych wtryskowo. Materiał ten
nosi nazwę Primospire PR-250.
Gdzie takie tworzywa mogą
znaleźć zastosowanie?
Połączenie takich cech, jak wysoka
wytrzymałość i mała masa czynią z tych
materiałów nie tylko dobre zamienniki dla
metali, ale także zamienniki dla niektórych wzmacnianych tworzyw sztucznych.
I zdaniem Lorenzo DiSano – dyrektora
produktu w firmie Ensinger, będącej
w skali światowej wiodącym dostawcą
rynkowych kształtek z tworzywa sztucznego – dokładnie taka jest tendencja.
DiSano twierdzi, że materiały zaczęły
podbijać cztery różne rynki. – Pierwszym
z nich był przemysł obronny. Materiały
te cechuje stosunek wytrzymałości do
ciężaru, który czyni je atrakcyjnymi dla
komponentów, które mogą latać – dodaje
DiSano.
DN 01(20) s. 41
MATERIAŁY
CHOĆ Primospire nadaje się bardziej
do formowania wtryskowego,
może mieć także zastosowanie tam,
gdzie wielkość produkcji lub kształt
bardziej potrzebują obróbki maszynowej.
Przykładem tego są elementy ortopedyczne
– takie jak pokazane na zdjęciu
W skład tej długiej listy wchodzi
dosłownie wszystko – od obudów podzespołów elektronicznych, do wzmocnień
konstrukcji, stosowanych w wojskowych
samolotach, lub w helikopterach. DiSano
i Malkovich wspominają także, że materiał
wzbudził zainteresowanie pod kątem jego
zastosowania w strukturach aerodynamicznych dla rakiet, a także jako zamiennik
metalu... w łuskach amunicyjnych.
W ślad za tym może pójść lotnictwo
cywilne. El-Hibri stwierdza, że tworzywo
to ma dobre właściwości ognioodporne.
– Byliśmy zaszokowani jego indeksem
tlenowym – dodaje El-Hibri zauważając,
że do spalania potrzebuje atmosfery zawierającej co najmniej 55 procent tlenu, podczas, gdy większość tworzyw sztucznych
o wysokich parametrach wymaga zawartości tlenu w granicach od 30 do 40 procent.
Solvay poddał także tworzywo Primospire
testowi OSU na odporność cieplną. ElHibri stwierdza, że niemodyfikowany Primospire PR-250, w klasie umożliwiającej
formowanie na wtryskarkach, znosi obciążenie cieplne w wysokości 28 KW/m2 bez
potrzeby stosowania środków nadających
mu cechy ogniotrwałości, wobec wartości
30 do 40 KW/m2 dla cięższych tworzyw
sztucznych, zawierających takie środki
w swoim składzie.
Kolejną dziedziną zastosowań, jak się
wyłania, są urządzenia, używane w medycynie. Materiał został już wykorzystany
praktycznie w elementach stosowanych
w chirurgii ortopedycznej. DiSano twierdzi, że takie elementy były przede wszystkim wykonywane ze stali nierdzewnej.
– Korzystną cechą tworzywa Primospire
jest jego przenikalność dla promieni Roentgena, w odróżnieniu od stali, która nie
przepuszcza tych promieni – dodaje. Niektórzy użytkownicy próbowali dla takich
zastosowań używać tworzyw sztucznych
wzmacnianych włóknami węglowymi,
ale obróbka maszynowa powodowała,
że włókna te... zostawały odsłonięte na
powierzchni.
DiSano przewiduje wiele innych
zastosowań w medycynie w przyszłości.
Zauważa on, że materiały z grupy Primospire znoszą dobrze sterylizację za pomocą
pary, lub tlenku etylenu. Są one także zgodne z USP, klasa VI.
Materiały z grupy Primospire wykazały
się także nieoczekiwanie dużą odpornością
na wiele substancji chemicznych, a także
korzystnymi cechami trwałości (patrz
wykres), które sprawiają, że są dobrym
materiałem do produkcji części używanych
w technologiach przemysłu chemicznego
oraz dla zastosowań w produkcji komponentów półprzewodnikowych – twierdzi
DiSano.
Możliwości dalszej poprawy
Pomimo wszystkich swoich korzystnych
właściwości, jest jeszcze dużo możliwości
poprawienia własności Primospire. Solvay postrzega to tworzywo jako składnik
DN 01(20) s. 42
w mieszaninach lub w stopach z innymi
materiałami o bardzo dobrych właściwościach – stwierdza El-Hibri. Jeden z takich
obszarów dotyczy polepszenia właściwości
termicznych. Materiały z grupy Primospire
mają temperaturę przejścia w stan szklisty
ok. 157°C do stanu umożliwiającego ich
wyciskanie, oraz temperaturę 167°C do
stanu umożliwiającego formowanie.
– Nie jest to ekstremalnie wysoka temperatura, ponieważ temperatura w której
następuje wygięcie w przypadku tych
materiałów jest bardzo bliska ich temperatury przejścia w stan szklisty – dodaje
El-Hibri, mając na myśli to, że zachowują
sztywność w miarę wzrostu temperatury.
Ensinger poszukuje także sposobów na
polepszenie własności materiału podstawowego. Firma jest w trakcie badań nad
wzmocnieniem Primospire za pomocą
nanorurek węglowych, aby – zdaniem
DiSano – jeszcze bardziej poprawić moduł
i właściwości związane z kurczeniem się.
Firma zastosowała także własne elementy
nanoceramiczne o nazwie EWS jako dodatek do Primospire, aby zwiększyć jego
twardość i odporność na ścieranie. DiSano
mówi, że właśnie ten składnik będzie docelowo brany pod uwagę w takich zastosowaniach, jak pierścienie CMP w przemyśle
produkcji półprzewodników.
WZORNICTWO
Nowe szaty PKP
Myśląc o lokomotywie
intuicyjnie kojarzymy ją
z tuwimowskim czarnym i tłustym
pojazdem, któremu daleko do sterylnych
i wypieszczonych współczesnych owoców
wzornictwa. Choć dziś parowozy spotykamy najczęściej
w bajkach, a ich rolę przejęły znacznie nowocześniejsze
lokomotywy elektryczne i spalinowe, w naszym mniemaniu
lokomotywy nadal są raczej maszynami niż dziełami stylistów.
Mimo to, a może właśnie dlatego, warto spojrzeć na ten temat
bliżej. Oczywiście banałem byłaby kosmopolityczna analiza
światowej czołówki w tym zakresie, dlatego proponuję studium
poprawy stylistycznej jednej z rodzimych lokomotyw, na tle tak
– bardzo oczekującej „drugiej młodości” – floty lokomotyw PKP
Eksploatowane obecnie przez PKP Cargo1)
lokomotywy to w zdecydowanej większości konstrukcje z lat 60. Wiek pojazdów
często przekracza 30 lat, z czego historią
już 46 letnią może poszczycić się np. jedna
z najszybszych lokomotyw na PKP – importowany z Czechosłowacji elektrowóz EP05
(Fot. 1.). Tabor młody więc nie jest, choć
jego starzenie liczy się nieco inaczej niż na
przykład samochodów. Taki stan struktury
wiekowej taboru nie jest czymś nie spotykanym w Europie, można więc powiedzieć,
że sytuacja ta jest normalna. Co więcej,
mimo swego rodzaju „historyzmu” wzorniczego, pojazdy PKP wbrew pozorom do
brzydkich nie należą (Fot. 2.).
TEKST:
MACIEJ TURKOWSKI
RYSUNKI:
WIKTOR JARAWKA,
MACIEJ TURKOWSKI
FOTO:
WIKTOR JARAWKA,
MACIEJ TURKOWSKI,
WWW.RAIL.PL
WWW. BANA.XT.PL
Ale do zaniedbanych – napewno tak.
Ich uroda, i to szczególnie w ostatnich
latach, została skutecznie zeszpecona
prowadzonymi remontami o znamionach
fałszywie pojmowanej modernizacji estetycznej. Polegało to przede wszystkim na...
usuwaniu wszelkich oryginalnych detali
znamiennych dla poszczególnych typów
oraz na rezygnacji z barw fabrycznych. Tak
potrzebne więc odmładzanie taboru osiągano m.in. zastępując aluminiowe listwy
malowanymi na żółto paskami, a ogromne
stare lampy zasłaniając tarczą z otworami
DN 01(20) s. 43
WZORNICTWO
przystosowanymi do nowych reflektorów
halogenowych (Fot. 3.).
Kolejne przypadkowe i nieprzemyślane próby tego typu nie doprowadziły do
wypracowania spójnego kierunku identyfikacji wzorniczej lokomotyw PKP.
Analiza przypadku
1. Geneza EP09. Lokomotywa EP09 jest
najmłodszą lokomotywą PKP. Najmłodszą, ale nie młodą – bo jej początki konstrukcyjne sięgają lat 70., kiedy to kolej
zgłosiła zapotrzebowanie na produkcję
szybkich lokomotyw przystosowanych do
prędkości 160 km/h. Frekwencja przewozów pasażerskich będąca w owych latach
w fazie prosperity, wymuszała równie
szybkie – jak zamówione lokomotywy
– reakcje kolejowych biur projektowych
(Rys. 1.).
Niestety, mimo że dokumentacja
techniczna nowej lokomotywy nosiła
datę 1980, pojazd w dwóch sztukach (!)
wprowadzono do eksploatacji dopiero w...
1988 r. (Fot. 4.).
Po serii prób i usunięciu wykrytych
usterek w okresie 1992-1996 wyprodukowano resztę lokomotyw, w sumie 46
egzemplarzy, które w tej samej liczbie
jeżdżą do dziś, obsługując głównie pociągi
Intercity. Ciekawostką jest to, że do obsługi
tych najszybszych połączeń wykorzystywane są nadal – wspomniane na wstępie –
46-letnie EP05!
2. Kolorystyka. Pojawienie się nowych
lokomotywy EP09 wniosło pewne innowacje w przyjętym do tej pory malowaniu.
Dotychczas – poza kilkoma wyjątkami
– dominującym na lokomotywach był
kolor zielony. „Dziewiątki” wyróżniono
kolorem żółtym, który w parze z pomarańczem, a następnie brązem, przyjmował
przez lata różne odcienie.
Trudno zrozumieć koncepcję kolorystyczną tej lokomotywy – zwłaszcza
w kontekście malowania wagonów i innych
elementów taboru, choć mając na względzie przytoczone wcześniej próby poprawy
stanu rzeczy przez zakłady
naprawcze, trzeba przyznać, iż
fabryczne i oryginalne sposoby
malowania (pozostając prostymi) nie wpadły przynajmniej
w sidła pretensjonalności.
Podobnie prosty, i adekwatny
do formy schemat malowania
przyjęto dla EP09. Horyzontalny podział kolorów nawiązujący do podziału bryły jest tu
poprawną klasyką. Jak zgubny
jest brak tych elementarnych
zasad w zakresie nadawania
kolorystyki formom przemysłowym, pokazuje kolejna próba
poszukiwania nowej jakości
przez zakłady naprawcze, na
nieszczęście wdrożona na
większości lokomotyw tej serii
w bieżącym roku (Fot. 5.).
FOT. 2. Wzorcowy przykład nowoczesnej i ponadczasowej formy.
Całkowicie polska konstrukcja lokomotywy ET22 z 1967 r.
FOT. 3. Mutacja wzornicza lokomotywy
EU07 jako próba odświeżenia taboru
RYS. 1. Elewacja boczna i czołowa
lokomotywy EP09
FOT. 1. Eksploatowany do dziś elektrowóz z 1960 roku
dostosowany do prędkości 160 km/h
DN 01(20) s. 44
WZORNICTWO
FOT. 4. EP09 w malowaniu z 1988 r.
FOT. 5. Aktualna wersja kolorystyczna. Zwraca uwagę
rezygnacja z aluminiowych detali (liter), brak nawiązania
szablonu do podziału bryły oraz nieuzasadniony wybór
umiejscowienia i wielkości napisów
3. Bryła. Nie sposób nie zauważyć konkretnych wad konstrukcji, które przekładają się na niekorzystne odczucia wizualne.
Do nich należą:
● ostrość krawędzi, którą czyta się jako...
siermiężną kanciastość (w zamyśle
miała nadawać znamiona agresywności
i dynamiki sylwetki);
● niekorzystne ukształtowanie gabarytów
czołownicy (pomarańczowej płyty ze
zderzakami – przyp. autora), co skutkuje wrażeniem odcięcia pudła pojazdu
ponad nią i jego rozdzielenia na dwie,
całkowicie niespójne części (Fot. 6.);
● stosunkowo mały rozstaw reflektorów
(przy ich standardowo dużej średnicy)
powoduje wrażenie swoistego „zeza
zbieżnego” oraz dodatkowe spotęgowanie wielkości ich przekroju.
Ponadto ciekawym, choć raczej negatywnym efektem, jest niewielkie pochylenie ścian bocznych pudła oraz... mnogość
FOT. 7. Widok detali poszycia pudła
zrębów i nawisów będących „resztą”
z przecięć płaszczyzn tworzących zaprojektowaną bryłę (Fot. 7.). Cechą charakterystyczną jest również niesymetria
elewacji bocznych, co wynika z lokalizacji
technicznych urządzeń wewnątrz.
Projekt
1. Założenia. Mimo rocznikowo relatywnej
nowoczesności, lokomotywa EP09 okazała
starzeć się dość szybko. Dodatkowo utożsamianie jej z pociągami Intercity wymusza
poszukiwanie przemyślanych rozwiązań
mających na celu przeprowadzenie jej skutecznego liftingu. Ponadto, zakładając realność wdrożenia projektu, należy wziąć pod
uwagę możliwie najprostsze (czyli najtańsze)
rozwiązania. Z tych powodów do niezbędnego minimum należy ograniczyć konieczność
zarówno projektowania nowych detali, jak
i prac modyfikujących nadwozie. Zidentyfikowanie niedoskonałości pudła lokomotywy
oraz ograniczenia technologiczno-kosztowe
modernizacji, uściśliły najważniejsze kierunki zmian. Są nimi:
● poprawy wyglądu czoła lokomotywy
– elementu najsilniej wpływającego na
FOT. 6. Powierzchnia czołownicy
stała się elementem obcym
i dominującym zarazem, dezintegrując
elementy czoła lokomotywy
jakość oceny estetycznej zbliżającego
się pociągu;
● malowania.
Realizacja powyższego możliwa jest
dzięki:
● integracji elementów bryły w obrębie
czoła lokomotywy (podzielonych
dotychczas monstrualną czołownicą);
● wprowadzeniu nowych reflektorów;
● wprowadzeniu nowych barw i szablonu
malowania.
2. Projekt. Pomysł na próbę integracji
czołowej części bryły został oparty na
wykorzystaniu różnicy ukształtowania
powierzchni na niej występujących, tzn. na
płaskości płyty czołownicy i wypukłości
(szpiczastości) w przekroju poziomym
górnej części pudła. Przedłużając ujemnie pochyłe płaszczyzny przodu do dołu,
doprowadzimy do przecięcia ich z czołownicą w taki sposób, że krawędzie przecięcia
widoczne z przodu stworzą szeroko rozwartą literę „V” (zależności geometryczne
tego rozwiązania przedstawia poniższy
schemat umieszczony na rys. 2.)
Uzyskany w ten sposób szpic istotnie
osłabia czołownicę jako negatywną domi-
FOT. 8. Wizualizacje 3D
DN 01(20) s. 45
WZORNICTWO
nantę, zwiększa znaczenie i oddziaływanie
rekinowatego dziobu, który w ten sposób
nabiera dynamiki i charakteru, a nowa
całość jest spójna z ostrą bryłą całej lokomotywy (fot. 8 i 9.). Uzupełnieniem projektu jest zamontowanie nowych, mniejszych
reflektorów halogenowych i odpowiednie
dopasowanie ich do obudów. Dodatkowym
nowym detalem jest oprawka na zespół
reflektorów, która w wersji ostatecznej
wymaga jeszcze finalnego wystudiowania,
podobnie jak otoczenie reflektora górnego
(fot. 10.).
Tu nie sposób nie wspomnieć o kolejnej
inicjatywie autorstwa zakładów naprawczych, które jedną z EP09 wyposażyło
w rzeczone nowe (małe) reflektory ustawiając je jednak w pozycji pionowej(!).
Z punktu widzenia zarówno intuicyjnego,
jak i analizy porządku architektonicznego
czoła tej lokomotywy, wybór taki... zastanawia (fot. 11.).
Uzupełnieniem projektu jest nowy schemat malowania. Realizacja tego zadania
jest ściśle związana ze swego rodzaju
danymi wejściowymi. Warto przypomnieć
– choć to oczywiste – że lokomotywa
ciągnie wagony, a te są jej nieodłącznym
tłem graficznym. Dlatego też dopasowanie
kolorystyczne tych dwóch elementów jest
niezbędne i może zostać oparte o jedną
z podstawowych zasad kompozycyjnych;
podobieństwo bądź kontrast. Zasadne
jest również uwzględnienie zabiegów
graficznych, które pozostając w zgodzie
z naturalnym podziałem elementów bryły,
pozwolą na maskowanie elementów
łatwobrudzących czy tych, które łamią
systematykę i symetrię pudła (choć czasem
może być to atutem wartym podkreślenia).
Ponadto tworząc nowy szablon malowania
w kontekście całej floty lokomotyw, pozostaje wykonanie analizy jego elastyczności
dla stylistyki każdego z pojazdów. Jako że
EP09 kursuje prawie wyłącznie z wagonami w malowaniu PKP Intercity, kontekst
graficzny jest znany (Fot.12.).
Obecnie właścicielem lokomotyw jest
PKP Cargo, co z oczywistych względów
uniemożliwia swobodę w identyfikacji
wizualnej „dziewiątki”, mając na uwadze
dopasowanie jej do wagonów Intercity. Do
takich jednak przymiarek zachęca z kolei
perspektywa dość rychłego przekazania
EP09 spółce Intercity. Dokładny termin
takiej decyzji nie jest jednak na razie znany.
Przedstawione na rys. 3. propozycje
malowania są praktyczną odpowiedzią
na obie ewentualności, tzn. zarówno gdy
lokomotywa – będąc na stanie Cargo
– „wymusi” malowanie nawiązujące do
całej floty lub gdy „da” całkowitą swobodę
w dopasowaniu jej do wagonów – w przypadku przekazania jej dla Intercity.
Wersja pomarańczowa jest przykładem
koncepcji kontrastującej dla wagonów,
która stanowi zmodyfikowany i stosowany
do tej pory szablon szybkich lokomotyw
FOT. 9. Fotografie modelu poglądowego
w skali 1:50
FOT. 10. Propozycja nowej oprawy lamp
FOT. 11. Jedna z kolejnych prób zmian
stylistycznych autorstwa zakładów
naprawczych
RYS. 2. Schemat idei projektu
DN 01(20) s. 46
WZORNICTWO
PKP (patrz EP05 – przyp. autora). Idea ta
ma też element zbieżny z Intercity, ponieważ nawiązuje do jednego z kolorów logo,
jak również do koloru ich mocno eksponowanego gadżetu reklamowego – pomarańczy. Spełnia zasadę dopasowania przy
jednoczesnych ograniczeniach wynikających z własności i kolorów stosowanych
przez Cargo. Druga zasadnicza wersja
kolorystyczna... to koncepcja nawiązująca
do barw Intercity. Wychodząc z założenia,
że bladoniebieska barwa wagonów przełożona na obiekt jakim jest lokomotywa nie
będzie wyglądała korzystnie, zaproponowano ciemniejszy odcień niebieskiego (ze
spektrum barw występujących na wagonach). Różne układy i propozycje barw
dla lokomotyw Intercity przedstawiają
zamieszczone obok rysunki.
Jeśli chodzi o obszary pudła malowane
na ciemno szaro, jest to próba zespolenia
(maskowania) elementów takich jak okna
czy żaluzje wentylatorów. Przedstawiane
wzory cechuje prawie całkowita monolityczność, co daje szansę korzystnej neutralności w przypadku zestawienia z innymi
wagonami o całkowicie odmiennej kolorystyce (np. pociągi międzynarodowe).
RYS. 3. Koncepcje malowania
1)
Podsumowanie
Poprawa „gotowego dzieła” zawsze wiąże
się z ryzykiem niekorzystnego eklektyzmu. Wymusza konieczność wyważenia
pomiędzy czystością formy i pozorną
efektownością. Dlatego chyba najlepszą
wytyczną tego typu działań jest po prostu... ograniczenie zwodniczej ekstrawagancji. W większości przypadków takie
podejście może nie wróży powszechnego
(pretensjonalnego) zachwytu nad poprawionym dziełem, ale daje duże szanse
na „drugą młodość”, która nie przeminie
równie szybko, jak tymczasowe mody
i trendy.
Przedstawiony temat
i projekt praktycznej
jego realizacji wydają
się rozsądną propozycją.
Uwzględniając realne
warunki i możliwości
PKP – głównie finansowe,
praca powyższa pretenduje do jej wdrożenia.
Ewentualna realizacja
byłaby dowodem, że PKP
widzi „diabła w szczegółach” i pokazuje
nie tylko otwartość na potrzebę zmian, ale
i potrafi zrobić to ekonomicznie i profesjonalnie. Gdyby do tego doszło – byłby
to pierwszy zrealizowany i kompleksowy
projekt poprawy stylistycznej lokomotywy
w Polsce. Licząc na podobne inicjatywy
w komórkach decydujących o funkcjonowaniu PKP jako całości, może zatapiając
się w drzemce wewnątrz estetycznego,
szybkiego i bezpiecznego pociągu, coraz
rzadziej pytalibyśmy o nowe autostrady.
Zupełnie jak na reklamach...
FOT. 12. Wagon 1 klasy
w aktualnym malowaniu
PKP Intercity
Po przekształceniu w 2001 roku PKP w spółkę skarbu państwa, wyodrębniono m.in. spółkę PKP Cargo SA, będącą właścicielem wszystkich lokomotyw
i odpowiedzialną za przewozy towarowe)
DN 01(20) s. 47
FLESZ
NOWE
TECHNOLOGIE
Zarządzanie energią i użyciem baterii w produktach
przenośnych jest możliwe dzięki analogowemu
i cyfrowemu sterowaniu, co obejmuje także mikrosterowniki
(MCU) oraz cyfrowe procesory sygnału (DSP).
Przedstawiamy pięć przykładów.
TEKST: RANDY FRANK

MASKA Z WYŚWIETLACZEM PRZEZIERNYM
DataMask produkowana przez Pelagic Pressure Systems
Dzięki nowoczesnemu systemowi komputerowemu i bezprzewodowej
technologii zastosowanej przez firmę Pelagic, nurkowie mogą sprawdzić,
ile zostało im jeszcze powietrza nie martwiąc się o stan energii w bateriach
zasilających system pomiarowy. Komputer otrzymuje informacje
o ciśnieniu powietrza i mieszance azotowo-tlenowej za pośrednictwem
bezprzewodowo przekazywanego sygnału, wysyłanego przez czujniki
umieszczone na butlach (system obsługuje do trzech butli) i wyświetla
dane na wyświetlaczu przeziernym w dolnej części DataMask.
Aby wykorzystać mikrosterownik o ultraniskim poborze mocy i przedłużyć
czas działania produktu, inżynierowie firmy Pelagic wybrali MSP430 firmy
Texas Instruments. Charakteryzuje się on niskim prądem upływowym na
wtyku wynoszącym 50 nA, a oprócz tego jest wyposażony w urządzenia
peryferyjne na strukturze półprzewodnikowej, zoptymalizowane pod kątem
precyzyjnego odczytu i pomiaru.
SYNTEZOWANE DŹWIĘKI
Korg RADIAS
RADIAS łączy syntezator, efektor i wokoder (cyfrowa synteza głosu) w jedno urządzenie.
Syntezator ma 24 głosy, rozmaite algorytmy syntezy z licznymi efektami, nowy filtr grzebieniowy
(interfencje sygnału) i możliwości kształtowania fali i kilka dodatkowych możliwości. 16-pasmowy
wokoder to jedna z funkcji, jakie zapewnia 16-bitowy cyfrowy procesor sygnału TMS320VC5502 Texas
Instruments. Inżynierowie firmy Korg uznali, że 300-MHz (600 MIPS) cyfrowy procesor sygnału VC5502
z rdzeniem zoptymalizowanym do obróbki dźwięku to najlepsze wyjście, jako że może on z łatwością
zaimplementować złożone funkcje potrzebne RADIAS, a oprócz tego pobiera niewiele mocy.
DN 01(20) s. 48

FLESZ

PRZENOŚNY ODTWARZACZ WIDEO
Przenośne odtwarzacze wideo Toshiba Gigabeat
Najnowsze przenośne odtwarzacze serii V, przeznaczone do natychmiastowego
odtwarzania cyfrowych filmów wideo, wyposażone są w 3,5-calowy wyświetlacz
ciekłokrystaliczny TFT i baterie o wydłużonym czasie pracy. Jeśli chodzi
o funkcje zarządzania zasilaniem, Gigabeat bazuje na układzie scalonym
MC13883 produkcji Freescale Semiconductor. Układ sygnału mieszanego
łączy litowo-jonową ładowarkę baterii (z obsługą interfejsową samochodowego
zestawu CEA-936) i nadajnik-odbiornik USB On-the-Go (OTG). Oprócz
możliwości ładowania litowo-jonowych baterii poprzez złącze USB, układ scalony
ma zabezpieczenie przepięciowe na wypadek awarii wysokonapięciowych źródeł
zasilania.
ODBIORNIK TRZECH SYSTEMÓW
NAWIGACJI SATELITARNEJ
Topcon GR-3
Dzięki możliwości odbierania sygnałów ze
wszystkich istniejących i planowanych systemów
satelitów nawigacyjnych (GPS, GLONASS
i systemu Galileo Unii Europejskiej), 72 uniwersalne
kanały odbiornika GR-3 mogą śledzić jednocześnie
do... 36 satelitów. Urządzenie to, zasilane przez
dwie baterie litowo-jonowe wielokrotnego użytku
(3900 mAh, 7,2V) zapewniające 14 godzin
pracy bez potrzeby ładowania, wyposażone jest
w dodatkowe gniazdo dla baterii, a w sytuacjach
awaryjnych może wykorzystywać baterie AA.
Baterie można wymieniać bez przerywania pracy,
bez ryzyka utraty sygnału czy namiaru własnej
pozycji. „Inteligentna” dwugniazdowa ładowarka
baterii litowo-jonowych bierze na siebie delikatne
zadanie ładowania baterii, a oprócz tego może
służyć jako zewnętrzne źródło zasilania.

DWUKOŁOWY ŚRODEK TRANSPORTU
Transporter osobisty Segway i2, Segway Inc.
Z cała pewnością można powiedzieć, że jazda z maksymalną prędkością 20 km/h,
pojazdem i2 firmy Segway (którego zachowanie równowagi zależy od zasilania
bateriami) dostarcza silnych wrażeń. Dwie baterie litowo-jonowe napędzające i2
zapewniają zasięg do 38,5 km bez konieczności ładowania. Baterie litowo-jonowe
Saphion nie wymagają dużej konserwacji i mogą działać w temperaturze nawet
- 10°C. Segway PT wykorzystuje kilka produktów firmy Microchip Technology,
między innymi 8-bitowe mikrosterowniki Flash PIC16F. Sterowniki te wykonują
różne zadania – w tym zarządzają zasilaniem.
DN 01(20) s. 49
KATASTROFY
Historie prawdziwe
„
Następnie prawnicy wzięli się za krzemicę, jako kolejny przypadek,
który może być rozpatrywany w kategoriach powództwa grupowego
i zaczęli skarżyć firmy, które były producentami wyrobów krzemowych.
Obecnie liczba pozwów zbliża się do 100 000. Zarówno w przypadku
procesów dotyczących pylicy azbestowej, jaki i krzemowej, rzucono na
ekspertyzy sądowe oskarżenie o „fałszywą naukę”. Mimo to wydaje się,
że pozwani w sprawie azbestu byli skazani na wydanie w ramach ugody
prawie niekończącej się serii czeków.
...wierzyli że smoła papierosowa
pokryje w jakiś sposób kanciaste
cząsteczki krzemionki...
Poprzednio opisaliśmy, jak decyzja Sądu Najwyższego w sprawie
Daubert doprowadziła do podwyższenia standardów odnośnie dowodów naukowych oraz do ograniczenia liczby przypadków uznawania
fałszywego naukowego dowodzenia, tzw. „fałszywej nauki”. Co więcej,
ostatnia ustawa Kongresu przesunęła znaczną część pozwów grupowych
z sądów państwowych do sądów federalnych, w których standardy sprawiedliwości wydają się być wyższe.
Gazety donoszą o opiewających na wiele miliardów dolarów ugodach
w sprawach pozwów grupowych przeciwko jednej firmie lub grupie
firm. Można by pomyśleć, że strony, które poniosły straty, uzyskały
namacalne zadośćuczynienie za swoje krzywdy. Nie zdarza się to jednak
często, o czym przekonałem się kilka lat temu przy okazji sprawy rezerwacji biletów lotniczych. Spędziłem kilka dni na składaniu dokumentów
dotyczących mojej podróży w nadziei, że otrzymam darmowy bilet.
Zostałem natomiast nagrodzony stertą – w większości przypadków bezużytecznych – bonów, dających mi zniżki na przyszłe bilety. Duże sumy
prawdziwych pieniędzy dostali oczywiście... prawnicy.
Są jednak przypadki, gdy sprawiedliwości stało się zadość. W jednym
z procesów z powództwa grupowego zwycięski adwokat, by zaspokoić
swoje męskie ego, przeznaczył sporo ze swojego dziewięciocyfrowego
honorarium na zakup głównej ligowej drużyny baseballowej. Ale drużyna będąca własnością prawnika, stała się bandą dobrze opłacanych
zawodników nie wykorzystujących w pełni swoich możliwości i nie
będących w stanie doprowadzić do spotkań barażowych, które są
potrzebne do... wypracowania zysku. Co więcej, lokalni fani nienawidzą
prawnika za to, co stało się z mistrzowską drużyną.
Roszczenia od „naćpanych”?
Pylica azbestowa i krzemowa są budzącymi strach chorobami. Pracowałem z górnikami wydobywającymi rudę molibdenu, którzy chorowali
na pylicę krzemową i, jak mówili, czuli się jak „naćpani”. Ciągle kasłali
i spluwali. Większość z nich dużo paliła, gdyż wierzyli że smoła papierosowa pokryje w jakiś sposób kanciaste cząsteczki krzemionki i sprawi,
że będą one bardziej znośne...
Z pewnością wielu górników było poszkodowanych z powodu tych
chorób, ale liczba pozwów w sprawie pylicy azbestowej dochodzi do
1 miliona. Nie mogę sobie jakoś wyobrazić, by prawie milion osób cierpiało z powodu azbestu. Miałem do czynienia z tą substancją wiele lat
temu i nie odczułem jej zgubnych skutków. W każdym przypadku lekarze użyli promieni rentgena do wykazania pylicy azbestowej. Wypłaty
związane z pozwami w sprawie azbestu doprowadziły do bankructwa
ponad 70 firm.
DN 01(20) s. 50
Expert bez wskazówki
Miarka się jednak przebrała. Niektóre spośród 10 000 pozwów w sprawie
krzemionki zostały pogrupowane zgodnie z prawem federalnym i powędrowały przed sąd federalny w Teksasie. Adwokaci obrony wykorzystali
podział na grupy do uzyskania numerów ubezpieczenia społecznego
powodów zachorowań na krzemicę, które porównali z powodami zachorowań na pylicę azbestową. Dzięki temu odkryli, że ponad połowa stron
procesujących się w sprawie krzemicy złożyła również pozwy... w sprawie pylicy azbestowej. Prawdopodobieństwo, że osoba cierpiąca na jedną
z tych chorób cierpi również na drugą, jest małe. Często ten sam lekarz
odczytał te same wyniki prześwietlenia promieniami rentgena. Wstępna
diagnoza mówiła o pylicy azbestowej i nie wspominała o krzemicy,
a drugi odczyt wykrył krzemicę bez pylicy azbestowej. Było to zbyt wiele
dla federalnego sędziego, który zapytał eksperta: „Co się stało z pierwszą
chorobą?” Odpowiedź brzmiała: „Nie wiem”. Odtąd sędziowie stosowali
w odniesieniu do fałszywych dowodów pylicy azbestowej i krzemicy
takie terminy, jak „bezwartościowe”, „fałszywy problem” i określano
te sprawy jako „spreparowane dla pieniędzy”. Taki rozwój wypadków
sprawił, że niektórzy pozwani w sprawie pylicy azbestowej przestali
płacić roszczenia lub żądają dalszego uzasadnienia.
Pewien lekarz podpisał ponad 100 000 (!) diagnoz dotyczących
pylicy azbestowej oraz ponad 10 000 innych diagnoz. Ta ilość odczytów
prześwietleń promieniami rentgena nie mieści się w głowie. Możliwe,
że w odczytach pomogli technicy, co jest dopuszczalne, jeżeli pracę
nadzoruje ktoś wyższy rangą. Na nieszczęście dla radiologów Kongres
zainteresował się skandalem i rozpoczął dochodzenie. W sądzie pojawili
się trzej lekarze, ale dopiero... po otrzymaniu wezwania. Wszyscy trzej
odmawiali zeznań, aby uniknąć samooskarżenia. Mają stanąć przed wielką ławą przysięgłych, gdzie mogą zostać do ich złożednia zmuszeni.
Opisane tu postępowania sądowe dotyczące roszczeń w sprawie pylicy
azbestowej i krzemowej są dowodem na to, że ostatnie ustawodawstwo
federalne i decyzje Sądu Najwyższego przynoszą pożądane efekty.
Wycofanie spraw związanych z pylicą krzemową z sądów stanowych
i przekazanie ich do jednego sądu federalnego umożliwiło sprawdzenie
numeru ubezpieczenia społecznego. Obrona miała wielkie szczęście
natrafiwszy na bardzo przenikliwego przewodniczącego sądu. Prawdopodobnie sprawa Daubert zachęciła sędziego, aby był tak dociekliwy tak
jak i w tym przypadku.
Dla zainteresowanych: dziennik The Wall Street Journal dysponuje
bardzo dobrym sprawozdaniem z rozwoju sytuacji w przypadku pylicy
azbestowej i pylicy krzemowej.
Historie prawdziwe
KATASTROFY
Sprawa zalanej kwasem autostrady
giczna ze źródłem kobaltu 60, która miała określić grubość stali pod
środkowym żebrem. Test ten był stratą czasu i pieniędzy. Radiografia
jest użyteczna do sprawdzania braku ciągłości w gęstości, co może
się wydarzyć w przypadku kruchego pęknięcia. Korozja zmniejszyła
grubość metalu do grubości krawędzi noża, co było niewykrywalne za
pomocą radiografii. Sprawą kluczową było to, czy zbiornik skorodował
od środka czy od zewnątrz. Wnętrze zbiornika ma grubą na 0,6 cm powłokę gumową, której zadaniem jest ochrona przed atakiem kwasu. Istniało
prawdopodobieństwo, że powłoka ta została w jakiś sposób uszkodzona,
co doprowadziło do korozji.
Jedynym sposobem określenia stanu gumowej powłoki było wejście
do wypełnionego oparami zbiornika i sprawdzenie jej stanu. Zadanie to
przypadło mnie – jako metalurgowi – więc założyłem gumowy kombinezon z aparatem tlenowym i wszedłem do zbiornika z nożem Swiss Army
w ręku. Mam lekką klaustrofobię i niezbyt lubię zanurzać się w trujące
opary. To było najdłuższe 15 minut w moim życiu.
Kiedy myślę o prawdziwej męczarni, przed oczami widzę podróż
autostradą Turnpike w New Jersey w gorący sierpniowy dzień, w zatłoczonym samochodzie jadącym zderzak w zderzak z innymi pojazdami
po ośmiopasmowej jezdni, z wyłączoną klimatyzacją, termometrem
wskazującym wysoką temperaturę, przy kończącym się paliwie i braku
stacji benzynowej w zasięgu najbliższych 20 mil. Jedyne, co mogłoby
być od tego jeszcze gorsze, to zatrzymanie ruchu, co właśnie... miało
miejsce w tym przypadku.
Miejsce zbrodni
24 lata temu w sierpniowe popołudnie autostradą jechała ciężarówka
cysterna. Kierowca usłyszał „trzask” i zatrzymał się, aby sprawdzić co
się stało. Zbiornik ciężarówki pękł w połowie, na skutek czego ponad
19 tysięcy litrów skoncentrowanego kwasu chlorowodorowego rozlało
się na kilku pasach ruchu. Kwas chlorowodorowy, zwany również kwasem solnym, jest szeroko stosowany do czyszczenia, wytrawiania oraz
w innych podobnych celach. Jest to silna substancja, która wyżera większość typów stali i powinna być przechowywana z dala od żywych istot.
Ruch został oczywiście zatrzymany nie tylko na pasach jezdni
zalanych kwasem solnym, ale też, za sprawą gapiów, na pasach prowadzących w przeciwnym kierunku. Policjant przebywający na miejscu
wypadku dobrze kierował ruchem, aż nagle zauważył, że jego oddech
skrapla się, co było zjawiskiem niespotykanym w czasie sierpniowej
pogody. Wpadł w panikę. Koła samochodów znajdujących się blisko
wycieku kwasu ewidentnie skorodowały w ciągu kilku minut.
Śledztwo
Ciężarówka została w końcu odholowana i pojawili się eksperci w celu
przeanalizowania awarii. Scenariusz awarii odgrywał kluczową rolę
w określeniu, jakie kontrole wymiarów zalecą różne strony zaangażowane w produkcję, eksploatację i konserwację zbiornika. Jako metalurg
zostałem zaangażowany w tę sprawę przez lokalną firmę doradczą.
Zbiornik miał na obwodzie dziewięć żeber wzmacniających, które
miały zapobiec jego zgnieceniu wskutek działania ciężaru 20 ton płynu.
Żebra były kanałami szerokimi na około 15 cm i głębokimi na 10 cm
z kołnierzami zespawanymi ze zbiornikiem wokół jego obwodu. Pęknięcie miało miejsce pod środkowym piątym żebrem, które kończyło się
przy otworze wlewowym u góry zbiornika.
Chcieliśmy znać pełne wymiary pęknięcia, które w dużym stopniu
zostało zasłonięte przez żebro. Została zaangażowana firma radiolo-
„
Koła samochodów znajdujących
się blisko wycieku... skorodowały
w ciągu kilku minut
Dowód rzeczowy
Moje badanie wykazało, że powłoka gumowa mocno przylegała do
metalu wzdłuż krawędzi pęknięcia, więc korozja nie miała miejsca
wewnątrz zbiornika.
Przebadałem dokładne próbki stali pochodzące ze zbiornika, ale nie
znalazłem niczego niewłaściwego. Zbiornik został wyprodukowany ze
stali niskowęglowej i miał odpowiednią mikrostrukturą i właściwości
mechaniczne. Jednak taka stal nie jest przeznaczona do kontaktu ze
skoncentrowanym kwasem chlorowodorowym.
Było oczywiste, że korozja nastąpiła od zewnątrz, ponieważ skorodowane było dno środkowego żebra. I faktycznie pewna część skorodowanego od zewnątrz metalu została zamalowana. Malowanie zostało
prawdopodobnie przeprowadzone... zamiast wyeliminowania wycieku
kwasu.
A zatem, co się stało? Do uszkodzenia doszło z powodu rozlania kwasu
podczas napełniania. Konstrukcja otworu wlewowego była wykonana
w taki sposób, że rozlany kwas mógł dostać się w okolice żebra, spłynąć
po zewnętrznym obwodzie i doprowadzić do korozji zbiornika, nie pozostawiając śladów korozji. Był to rodzaj bomby zegarowej, która w końcu
doprowadziła do pęknięcia zbiornika.
Można było uniknąć problemu, a następnie katastrofy, gdyby
zespawać parę blach stalowych nad otworami o wymiarach przekraczających 10 x 15 cm w środkowym żebrze.
Koszt takiej operacji wyniósłby mniej niż 100
dolarów(!).
Ken Russell ([email protected]) jest
emerytowanym profesorem metalurgii
i techniki jądrowej na MIT. Specjalizuje się
w metaloznawstwie, metalurgii sądowej oraz
analizach przypadków defektów, awarii
i uszkodzeń
DN 01(20) s. 51
PRENUMERATA
ZAPRASZAMY DO BEZPŁATNEJ PRENUMERATY!
Jedynym warunkiem uzyskania prenumeraty jest wypełnienie poniższej ankiety
lub formularza dostępnego na stronie
www.designnews.pl.
Ankietę w wersji papierowej prosimy przesłać faksem (22) 653 36 12
lub pocztą tradycyjną pod adresem redakcji.
Prenumerata rozpocznie się od następnego wydania.
Wszystkie dane, po ich uważnej analizie, posłużą starannemu przygotowaniu kolejnych edycji magazynu.
Imię i nazwisko:
Jestem zainteresowany poruszeniem i opisaniem
Stanowisko:
w Design News następujących tematów i zagadnień:
Nazwa firmy:
.....................................................................................................................
Adres firmy
.....................................................................................................................
Kod pocztowy i miejscowość:
.....................................................................................................................
Ulica:
.....................................................................................................................
tel./faks:
.....................................................................................................................
e-mail:
.....................................................................................................................
1. Główny produkt końcowy wytwarzany
w Państwa firmie – pod wskazanym
w ankiecie adresem
....................................................................
2. Z poniższych kategorii proszę wybrać
jedną (lub więcej) najlepiej opisującą
podstawową działalność prowadzoną
pod tym adresem:
Działalność produkcyjna
Składowanie
Handel hurtowy
Usługi transportowe
Badania i rozwój (projektowanie
albo inżynieria) na potrzeby:
Zakładu produkcyjnego
Zakładu nieprodukcyjnego
Dyrekcja albo dział sprzedaży
lub inne działy należące do:
Zakładu produkcyjnego
Zakładu nieprodukcyjnego
3. Jaka jest przybliżona liczba pracowników zatrudnionych pod danym
adresem? (Proszę zaznaczyć tylko jedną
możliwość)
1000 lub więcej
500–999
250–499
100–249
1–99
4. Proszę wybrać jedną z podanych
poniżej funkcji projektowych najlepiej
opisujących działalność Państwa pod
wskazanym adresem:
Projektowanie systemów
lub produktów
Funkcje związane z pracami badawczo-rozwojowymi
Projektowanie urządzeń dla zakładów
przemysłowych
Testowanie i ocena, zapewnienie
niezawodności, kontrola jakości i standaryzacja
Inne aplikacje konstrukcyjno-projektowe (proszę podać przykłady)
6. Projektuje, zatwierdza bądź wybiera
Pan/Pani produkty i sprzęt w obszarze
następujących gałęzi przemysłu:
Motoryzacja/ciężarówki
Sterowanie/części maszyn
Opakowania
Przemysł medyczny/służba zdrowia
Komputery/sprzęt biurowy
Komunikacja
AGD/produkty konsumpcyjne
Przemysł lotniczy/militaria
Produkcja półprzewodników
Procesy produkcyjne
....................................................................
....................................................................
5. Czy jako projektant jest Pan/Pani
odpowiedzialny/a za wybór bądź
zatwierdza Pan/Pani zakup:
Części elektryczne i elektroniczne
Części napędów
Elementy urządzeń przenoszenia
mocy i łożysk
Sterowanie ruchem
Komponenty do montażu, mocowania
i łączenia
Oprogramowanie CAD/CAM/CAE
Części do komputerów/obwody
DN 01(20) s. 52
Wysyłając powyższy formularz, wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych, zgodnie z Ustawą
z dnia 29.08.1997 r. O Ochronie Danych Osobowych (Dz.U.
nr 133, poz. 883).
data........... podpis..........................
DOSTAWCY
AUTOMATYKA
DLA
PRZEMYSŁU
KATALOG 2007
ELEKTRONIKA
ELEKTROTECHNIKA
ŁĄCZENIE I MONTAŻ
MATERIAŁY
• PONAD 350 HASEŁ!
• DOSTĘPNY TAKŻE ON–LINE!
MECHANIKA
• WYGODNA I PRZYJAZNA
WYSZUKIWARKA!
OPROGRAMOWANIE
• JUŻ TERAZ DODAJ
SWOJĄ FIRMĘ!
PNEUMATYKA I HYDRAULIKA
www.designnews.pl/katalog
DN 01(20) s. III

Symulowanie ODPORNOŚCI NA ZDERZENIA w... BMW

Transkrypt

Podobne dokumenty

Spodnie damskie Cool Capri

nowości - Design News Polska