Przyczyny rozwoju systemów wspomagaj

ą

cych

prace in

ż

ynierskie

Wymagania rynkowe:
Konieczno

ść

zaproponowania klientowi

nowoczesnego i ciekawego produktu oraz
T (time) – skrócenie czasu projektowania i
wykonania wyrobu
Q (quality) – zapewnienie wysokiej jako

ś

ci wyrobu

C (cost) – obni

ż

enie kosztów produkcji

S (service) – zapewnienie obsługi serwisowej
Wzrost mo

ż

liwo

ś

ci obliczeniowych sprz

ę

tu

komputerowego (procesorów, kart graficznych).
CAD (Computer Aided Design – komputerowe
wspomaganie projektowania) – systemy
wspomagaj

ą

ce projektowanie in

ż

ynierskie, głównie

w zakresie modelowania geometrycznego cz

ęś

ci i

zespołów oraz tworzenia i edycji dokumentacji
konstrukcyjnej.
CAE (Computer Aided Engineering – komputerowe
wspomaganie oblicze

ń

i analiz in

ż

ynierskich) –

systemy wspomagaj

ą

ce projektowanie i zwi

ą

zane z

nim obliczenia i analizy (oparte głównie na metodzie
elementów sko

ń

czonych).

CAP (Computer Aided Planning – komputerowe
wspomaganie planowania) – systemy
wspomagaj

ą

ce projektowanie technologiczne (co i

jak nale

ż

y wykona

ć

w procesie wytwórczym).

CAM (Computer Aided Manufacturing –
komputerowe wspomaganie wytwarzania) –
systemy integruj

ą

ce fazy projektowania i

wytwarzania. W praktyce skrót CAM dotyczy
głównie systemów do programowania off-line
obrabiarek sterowanych numerycznie.
CAQ (Computer Aided Quality assurance -
komputerowe wspomaganie zapewnienia jako

ś

ci) -

wspomaganie projektowania, planowania i realizacji
procesów pomiarowych oraz procedur kontroli
jako

ś

ci. PDM (Product Data Management –

zarz

ą

dzanie danymi produktu) – systemy słu

żą

ce

do gromadzenia i udost

ę

pniania danych produkcie,

integruj

ą

przepływ dokumentacji elektronicznej w

przedsi

ę

biorstwie PLM (Product Lifecycle

Management – zarz

ą

dzanie cyklem

ż

ycia produktu)

– systemy wspomagaj

ą

ce wszystkie procesy

zwi

ą

zane z powstaniem, wytworzeniem i obsług

ą

produktu.

Cechy współczesnych programów CAD/CAM/CAE
Parametryczno

ść

– modele opisane s

ą

przez

parametry, ka

ż

dy parametr posiada swoj

ą

nazw

ę

i

warto

ść

, zmiana modelu nast

ę

puje przez zmian

ę

warto

ś

ci parametrów, wprowadzanie zmian jest

mo

ż

liwe na dowolnym etapie projektowania.

Integracja wewn

ę

trzna (asocjatywno

ść

) – ka

ż

da

zmiana wprowadzona na dowolnym etapie
projektowania powoduje zmiany we wszystkich
elementach projektu (model cz

ęś

ci – zło

ż

enie –

rysunek). Otwarto

ść

– oprogramowanie poprzez

swoje interfejsy umo

ż

liwia komunikacj

ę

i wymian

ę

danych z innymi programami CAX.Rozwojowo

ść

–

programy s

ą

stale rozwijane, pojawiaj

ą

si

ę

nowe

wersje zwi

ę

kszaj

ą

ce funkcjonalno

ść

oraz

rozszerzaj

ą

ce mo

ż

liwo

ś

ci oprogramowania.

Budowa pakietowo-modułowa – oprogramowanie
zbudowane jest z modułów, z których tworzone s

ą

pakiety dedykowane dla konkretnych grup
odbiorców.

Oprogramowanie in

ż

ynierskie umownie mo

ż

na

podzieli

ć

na trzy kategorie.Poziom najni

ż

szy (low-

end) - obejmuje programy, których głównym
zadaniem jest wykonywanie elektronicznej
dokumentacji konstrukcyjnej (rysunków). Programy
te mog

ą

posiada

ć

pewne stosunkowo proste

mo

ż

liwo

ś

ci w zakresie modelowania 3D. Do

programów takich nale

żą

: AutoCAD (Autodesk),

BricsCAD (Bricsys), Draft Sight (Dassault
Systemes– bezpłatny). Poziom

ś

redni (mid-range) –

w zakresie CAD obejmuje programy umo

ż

liwiaj

ą

ce

parametryczne modelowanie 3D. Mo

ż

na przy ich

pomocy tworzy

ć

modele cz

ęś

ci, zło

ż

e

ń

oraz

opracowywa

ć

dokumentacj

ę

konstrukcyjn

ą

(rysunki). Cz

ę

sto do programów tych doł

ą

czan jest

w postaci zintegrowanych dodatków
oprogramowanie z zakresu CAM/CAE.Do
programów tej kategorii nale

żą

: SolidWorks

(Dassault Systeme), Inventor (Autodesk), SolidEdge
(Siemens PLM Software). Poziom najwy

ż

szy (high-

end) – tworz

ą

kompleksowe programy

CAD/CAM/CAE o rozbudowanych modułach,
umo

ż

liwiaj

ą

ce konfigurowanie pakietów w

zale

ż

no

ś

ci od potrzeb u

ż

ytkownika. Wspomagaj

ą

prace in

ż

ynierskie na ka

ż

dym etapie powstawania

wyrobu. Podstawow

ą

zalet

ą

tych programów jest

zawarcie całego cyklu projektowego w jednym

ś

rodowisku bez potrzeby wymiany plików.

Programami takimi s

ą

: CATIA (Dassault Systeme),

NX (dawniej Unigraphics) (Siemens PLMSoftware),
Pro/ENGINEER (PTC Corporate).

Model 2D – przedstawienie cz

ęś

ci w kilku rzutach z

wykorzystaniem zasad rysunku technicznego,
Model 2D - do budowy modelu wykorzystywane
elementy 2D (linie (odcinki), okr

ę

gi, łuki, splajny),

element okre

ś

lony jest przez typ i współrz

ę

dne

punktów charakterystycznych

Rodzaje modeli 3D – model kraw

ę

dziowy, model

powierzchniowy, model bryłowy

Z przedstawieniem modelu bryłowego lub
powierzchniowego wi

ąż

e si

ę

problematyka

renderingu (obrazowania). Uwzgl

ę

dniane s

ą

przy

tym: kolor (lub tekstura powierzchni) oraz sposób
o

ś

wietlenia.

Metoda modelowania bryłowego CSG (Constructive
Solid Geometry). Model budowany z prymitywów
geometrycznych (prostopadło

ś

cian, walec, kula,

torus, ostrosłup, sto

ż

ek) z wykorzystaniem algebry

Boole’a.

Metoda modelowania 3D B-Rep (Boundary
Representation). Model opisany jest przez
ograniczaj

ą

ce go

ś

ciany, kraw

ę

dzie i punkty (bardzo

zło

ż

ona logiczna i fizyczna struktura danych).

Technika modelowania FBM (Feature Based
Modelling) – modelowanie oparte na cechach
(features). Cechy (obiekty, operacje)

Jaki model zastosowa

ć

?

Symulacje ruchu, symulacje wytrzymało

ś

ciowe

(CAE) -Na ogół 3D bryłowy, cz

ę

sto uproszczony

Programowanie i symulacja obróbki (CAM) - W
zale

ż

no

ś

ci od rodzaju obróbki: kraw

ę

dziowy (2D lub

3D) lub powierzchniowy
Produkcja (warsztat) - 2D (rysunek wykonawczy lub
zło

ż

eniowy)

Grafika prezentacyjna - 3D (pełny model)

Podstawowe operacje – obrót (dodanie i wyci

ę

cie),

wyci

ą

gni

ę

cie po

ś

cie

ż

ce, wyci

ą

gni

ę

cie po profilach,

faza, zaokr

ą

glenie

Inne operacje – na ogół automatyzuj

ą

prac

ę

, daj

ą

si

ę

utworzy

ć

z poprzednich

ż

ebro skorupa

Relacje rodzic – potomek mi

ę

dzy operacjami

geometrycznymi
Edycja drzewa operacji: wygaszanie, przewijanie,
zmiana kolejno

ś

ci

Edycja parametrów modelu – wymiary pochodz

ą

ce

ze szkiców i z definicji operacji
Algebra Boole’a w operacjach geometrycznych.
Dodawanie i odejmowanie s

ą

domy

ś

lnie przypisane

do rodzaju operacji, na przykład wyci

ą

gni

ę

cie

powoduje scalanie w jedn

ą

brył

ę

(dodanie),

wyci

ę

cie spowoduje usuni

ę

cie fragmentu istniej

ą

cej

bryły (odj

ę

cie). U

ż

ytkownik mo

ż

e te

ż

sam

decydowa

ć

o rodzaju wykonywanej operacji

Boole’a.

Operacje tworzenia powierzchni – wyci

ą

gni

ę

cie,

obrót, wyci

ą

gni

ę

cie po

ś

cie

ż

ce i profilach, wg

granicy
Krzywe – elementy modelu powierzchniowego
Splajny - gładkie krzywe opisane przez wielomiany.
Definiowane s

ą

przez podanie współrz

ę

dnych

kolejnych punktów le

żą

cych na nich lub których

odległo

ść

nie wykracza poza granice zadanej

tolerancji. Dodatkowo definiowane s

ą

kierunki

stycznych do splajnu w punktach kra

ń

cowych.

Wprowadzone punkty nazywane s

ą

punktami

dopasowania. Na podstawie tych danych program
CAD oblicza współrz

ę

dne tzw. punktów steruj

ą

cych

oraz przypisuje im wagi decyduj

ą

ce o stopniu

oddziaływania danego punktu steruj

ą

cego na kształt

splajnu.

Przykłady definiowania krzywych
W modelowaniu powierzchniowym stosowana jest
inna technika tworzenia modelu - nie jest konieczne
okre

ś

lenie od razu granic powierzchni. Mo

ż

na to

pozostawi

ć

do ostatniej fazy tworzenia modelu.

Ł

ą

czenie powierzchni: przycinanie, wydłu

ż

anie,

zaokr

ą

glanie

Powierzchnie – dodawanie i edycja punktów

Jaki sposób modelowania wybra

ć

?

W wi

ę

kszo

ś

ci współczesnych programów CAD 3D

istnieje mo

ż

liwo

ść

zarówno modelowania

bryłowego, jak i powierzchniowego. Zwykle oba
sposoby s

ą

parametryczne. Jednak modelowaniu

cz

ęś

ci maszyn na ogół projektanci posługuj

ą

si

ę

modelowaniem bryłowym.
• Jest ono szybsze. Model mo

ż

na uzyska

ć

przy

mniejszej liczbie kroków ni

ż

przy oddzielnym

tworzeniu ka

ż

dej ze

ś

cian − powierzchni.

• Uzyskuje si

ę

krótsze i bardziej przejrzyste drzewo

operacji geometrycznych, co ułatwia zarz

ą

dzanie

parametrami.
• Przy modelowaniu powierzchniowym projektant
musi zadba

ć

o spójno

ść

modelu(wspólne kraw

ę

dzie

i wierzchołki), w modelowaniu bryłowym zwykle
zapewnia to system w sposób automatyczny.
Istniej

ą

jednak sytuacje, w których modelowanie

powierzchniowe jest niezb

ę

dne. Dotyczy to

zwłaszcza skomplikowanych powierzchni
odwzorowuj

ą

cych

Przekształcenie modelu powierzchniowego w
bryłowy
W programach CAD obsługuj

ą

cych oba sposoby

modelowania model powierzchniowy mo

ż

na

przekształci

ć

na bryłowy. W przypadku

powierzchni otwartych przez nadanie grubo

ś

ci

powierzchniom. W przypadku powierzchni
zamkni

ę

tych równie

ż

przez wydanie polecenia

wypełnienia modelu.
Modele hybrydowe
Istniej

ą

sytuacje, w których tylko dla fragmentu

cz

ęś

ci uzasadnione jest zastosowanie technik

modelowania powierzchniowego. Tworzone s

ą

wówczas tzw. modele hybrydowe zawieraj

ą

ce

operacje bryłowe i powierzchniowe, przy czym
ko

ń

cowych krokach projektowych zwykle nast

ę

puje

przekształcenie elementów powierzchniowych i
ostatecznym efektem jest model bryłowy.

Ci

ą

gło

ść

krzywych i powierzchni

W modelowaniu powierzchniowym wa

ż

ne jest

zachowanie ci

ą

gło

ś

ci modelu. Wyró

ż

nia si

ę

nast

ę

puj

ą

ce rodzaje ci

ą

gło

ś

ci odnosz

ą

ce si

ę

zarówno do krzywych, jak i powierzchni:
– spójno

ść

(wspólna kraw

ę

d

ź

, brak szczeliny)

– styczno

ść

– ci

ą

gło

ść

krzywizny

– ci

ą

gło

ś

ci gradientu (brak gwałtownej zmiany

krzywizny)
O rodzaju wymaganej ci

ą

gło

ś

ci decyduje zwykle

rodzaj i przeznaczenie cz

ęś

ci. W przypadku cz

ęś

ci

maszyn zwykle wystarcza ci

ą

gło

ść

pierwszego lub

drugiego typu. Dla zewn

ę

trznych powierzchni

wyrobów, zwłaszcza takich, w których wygl

ą

d jest

elementem jako

ś

ci, wymagana jest ci

ą

gło

ść

krzywizny lub gradientu.

Ocena modelu powierzchniowego
Programy CAD 3D daj

ą

u

ż

ytkownikowi do

dyspozycji narz

ę

dzia oceny jako

ś

ci powierzchni.

Przykładem mo

ż

e by

ć

narz

ę

dzie o nazwie „zebra”.

Opiera si

ę

ono na symulacji odbicia liniowych

ź

ródeł

ś

wiatła na bardzo połyskliwej powierzchni. Przez

analiz

ę

refleksów

ś

wietlnych mo

ż

na dostrzec

lokalne zmiany na powierzchni oraz oceni

ć

rodzaj

ci

ą

gło

ś

ci w miejscach styku powierzchni. Je

ś

li

uzyskane paski nie pasuj

ą

do siebie wówczas

mamy do czynienia co najwy

ż

ej ze spójno

ś

ci

ą

, je

ś

li

pasuj

ą

do siebie, lecz wyst

ę

puje gwałtowna zmiana

kierunku − mamy do czynienia ze styczno

ś

ci

ą

, je

ś

li

paski w sposób ci

ą

gły przechodz

ą

przez granic

ę

powierzchni mamy do czynienia co najmniej z
ci

ą

gło

ś

ci

ą

krzywizny.

Modelowanie zło

ż

enia

Zadaniem jest powi

ą

zanie cz

ęś

ci w zło

ż

enie tak,

aby:
• w jednym dokumencie wyst

ę

powało wiele cz

ęś

ci,

• mo

ż

liwo

ś

ci ruchu były takie jak w mechanizmie,

• wyst

ę

powały powi

ą

zania z modelami cz

ęś

ci

Przykłady innych wi

ą

za

ń

: równolegle, prostopadle,

koncentrycznie, stycznie, wspólne

Obiekty bryłowe zło

ż

enia

S

ą

to obiekty, które istniej

ą

tylko w pliku zło

ż

enia. Z

reguły operacje Boole’a zwi

ą

zane z tymi obiektami

odnosz

ą

si

ę

do wi

ę

cej ni

ż

jednego komponentu

zło

ż

enia. Najcz

ęś

ciej obiekty takie stosuje si

ę

do

modelowania operacji monta

ż

owych np. otwory pod

kołki ustalaj

ą

ce, spawanie (modele spoin).

Metody modelowania zło

ż

e

ń

Metoda „od dołu w gór

ę

” (Bottom-up Design)

Jest to tradycyjna metoda modelowania zło

ż

enia.

Najpierw modelowane s

ą

cz

ęś

ci. Nast

ę

pnie

wstawiane s

ą

do modelu zło

ż

enia i nadawane s

ą

im

wi

ą

zania. Ewentualne zmiany dokonywane s

ą

przez

indywidualn

ą

edycj

ę

modeli cz

ęś

ci b

ę

d

ą

cych

komponentami zło

ż

enia. Metoda stosowana jest

powszechnie w sytuacji, gdy cz

ęś

ci – komponenty

s

ą

ju

ż

zaprojektowane. W szczególno

ś

ci dotyczy to

cz

ęś

ci typowych i znormalizowanych pochodz

ą

cych

z bibliotek oraz modeli pobieranych ze stron
internetowych producentów zespołów.

Metoda „od góry w dół” (Top-down Design)
nazywana tez projektowaniem w kontek

ś

cie

zło

ż

enia. W metodzie tej modelowane cz

ęś

ci

powstaj

ą

w

ś

rodowisku zło

ż

enia, przez co ich

obiekty mog

ą

by

ć

odniesione do istniej

ą

cych

elementów zło

ż

enia. Powstaj

ą

zatem asocjatywne

powi

ą

zania mi

ę

dzy modelami cz

ęś

ci i zło

ż

eniem.

Przy wprowadzaniu zmian w zło

ż

eniu cz

ęś

ci takie

dostosowuj

ą

si

ę

automatycznie do wprowadzonych

zmian, dzi

ę

ki czemu zmiany takie wymagaj

ą

mniejszego nakładu pracy.

Warstwy s

ą

podstawowym narz

ę

dziem organizacji

danych rysunkowych.
Podstawowe atrybuty warstw:
• widoczno

ść

(widoczna lub ukryta)

• kolor (kolor znajduj

ą

cych si

ę

na niej obiektów)

• rodzaj linii (ci

ą

gła, kreskowa, punktowa …)

• szeroko

ść

linii (cienka, normalna, gruba …)

Techniki rysowania – rysowanie precyzyjne -
współrz

ę

dne (globalne i lokalne) Elementy rysunku

powinny by

ć

narysowane dokładnie (nie w

przybli

ż

eniu). Nie przestrzeganie tej zasady mo

ż

e

uniemo

ż

liwi

ć

wykorzystanie danych rysunkowych w

innych programach CAX. Mo

ż

e te

ż

powodowa

ć

trudno

ś

ci w pracy nad rysunkiem (np. przy

kreskowaniu). W rysowaniu precyzyjnym
wykorzystywanych jest kilka technik. Jedna z nich
polega na wprowadzaniu współrz

ę

dnych punktów

charakterystycznych w globalnym lub lokalnym
układzie współrz

ę

dnych.

Techniki rysowania - rysowanie precyzyjne – tryb
lokalizacji Polega na wykorzystaniu istniej

ą

cych

punktów charakterystycznych rysunku – przy
najechaniu kursorem w okolice takiego punktu
pojawia si

ę

znacznik tego punktu, dalsze zbli

ż

anie

kursora powoduje przyci

ą

gni

ę

cie go do punktu.

Ś

ledzenie polega na wy

ś

wietlaniu pomocniczych

linii umo

ż

liwiaj

ą

cych wła

ś

ciwe odniesienie

wstawianego punktu wzgl

ę

dem istniej

ą

cych

(współpracuje z trybem lokalizacji).

Rysowanie precyzyjne – ograniczenie ruchu kursora
- tryb orto, siatka i skok kursora Podstawowe
obiekty rysunkowe: odcinek, okr

ą

g, łuk, elipsa,

splajn

Wymiary i tolerancje wymiarów
Wymiary mog

ą

mie

ć

ró

ż

ny stopie

ń

zespolenia z

rysunkiem. Wymiary zespolone w przypadku
modyfikacji wymiarowanego obiektu
dostosowuj

ą

si

ę

do wprowadzonych zmian

(dostosowuj

ą

poło

ż

enie ko

ń

ców pomocniczych linii

wymiarowych i zmieniaj

ą

tekst wymiaru).

Wymiary nie zespolone nie zmieniaj

ą

si

ę

i pozostaj

ą

na swoim miejscu podczas zmiany przypisanych im
obiektów geometrycznych
Tolerancje wymiarów w rysunkach CAD traktowane
s

ą

jako wła

ś

ciwo

ś

ci wymiarów. Wprowadzane s

ą

przez edycj

ę

tych wła

ś

ciwo

ś

ci.

Istotnym elementem wi

ę

kszo

ś

ci rysunków s

ą

ró

ż

nego rodzaju napisy. Programy CAD oferuj

ą

wiele mo

ż

liwo

ś

ci w zakresie wprowadzania i

modyfikacji tekstu. Mo

ż

na wybiera

ć

rodzaj czcionki.

Mog

ą

to by

ć

czcionki typy TrueType. S

ą

to czcionki

rozpoznawane przez system operacyjny Windows.
System ten decyduje o grubo

ś

ci czcionki. W

programie AutoCAD i programach pokrewnych
stosowane s

ą

te

ż

czcionki typu *.SHX. Dla tych

czcionek o grubo

ś

ci linii decyduje program CAD.

Grubo

ś

ci

ą

t

ą

mo

ż

na sterowa

ć

tak, jak w przypadku

obiektów geometrycznych (linii, łuków itp.). W
tek

ś

cie mog

ą

wyst

ę

powa

ć

znaki specjalne

niedost

ę

pne bezpo

ś

rednio z klawiatury. Dost

ę

p do

tych znaków umo

ż

liwiany jest b

ą

d

ź

przez wybór z

listy rozwijalnej, b

ą

d

ź

przez wprowadzenie

specjalnego kodu. Np. dla AutoCAD mo

ż

na

wykorzysta

ć

nast

ę

puj

ą

ce kody steruj

ą

ce:

%%c − daje w tek

ś

cie symbol

ś

rednicy

∅

,

%%d − daje w tek

ś

cie symbol stopnia °,

%%p − daje w tek

ś

cie symbol ±,

%%nnn − daje w tek

ś

cie symbol o kodzie ASCII nnn

(nnn jest liczb

ą

całkowit

ą

z zakresu 0−255).

Programy CAD na ogół nie wymagaj

ą

tworzenia

tabel przez rysowanie obramowania komórek, a
nast

ę

pnie wstawiania tekstu. Udost

ę

pniaj

ą

obiekty o

nazwie tabela. Obiekty te z wygl

ą

du i w działaniu

swym przypominaj

ą

arkusz kalkulacyjny. Komórki

mog

ą

zawiera

ć

dane liczbowe, tekstowe, niekiedy

równie

ż

symbole graficzne.

Oznaczenia rysunkowe
Wstawianie do rysunku oznacze

ń

chropowato

ś

ci

powierzchni mo

ż

na usprawni

ć

stosuj

ą

c technik

ę

bloków. Nale

ż

y w tym celu utworzy

ć

zestaw

typowych oznacze

ń

, ewentualnie doł

ą

czaj

ą

c do nich

warto

ś

ci potrzebnych parametrów w postaci

atrybutów bloku. Po wstawieniu bloku – oznaczenia
chropowato

ś

ci w razie potrzeby mo

ż

na edytowa

ć

warto

ść

parametru chropowato

ś

ci.

Kreskowanie
Zamkni

ę

ty obszar mo

ż

na wypełni

ć

okre

ś

lonym

wzorem lub kolorem. W szczególno

ś

ci kreskowanie

odnosi si

ę

do przekrojów. Programy CAD

udost

ę

pniaj

ą

bibliotek

ę

wzorów. Wypełnienie lub

zakreskowanie obszaru odbywa si

ę

przez wybór

wzoru i parametrów kreskowania (odległo

ść

mi

ę

dzy

kreskami i k

ą

t). Nast

ę

pnie wskazywany jest obszar

do zakreskowania przez okre

ś

lenie elementów

ograniczaj

ą

cych lub punktu wewn

ą

trz

kreskowanego obszaru. Powstały obiekt stanowi
cało

ść

i jako cało

ść

mo

ż

e by

ć

modyfikowany, o ile

nie zostanie rozbity na elementy składowe.

Rysunki w programach CAD 3D
Model 3D Widoki standardowe (od przodu, z lewej
strony) Pierwszy rzut (rzuty) z wykorzystaniem
widoków standardowych 3D. Przekroje, wyrwania,
przerwania, szczegóły mog

ą

by

ć

utworzone w

oparciu o istniej

ą

ce rzuty

Główne dokumenty konstrukcyjne:
• modele 3D cz

ęś

ci

• modele 3D zło

ż

e

ń

• rysunki wykonawcze
• rysunki zło

ż

eniowe,

• specyfikacje cz

ęś

ci

Jak zwi

ę

kszy

ć

efektywno

ść

projektowania ?

Wyeliminowa

ć

zb

ę

dne czynno

ś

ci i ruchy

Zautomatyzowa

ć

czynno

ś

ci rutynowe

Wykorzystywa

ć

powtarzalne elementy rysunków i

modeli 3D (wcze

ś

niej opracowane)

Uporz

ą

dkowa

ć

zasoby własne (pracowni/firmy)

Automatyzacja czynno

ś

ci rutynowych –

automatyzacja wymiarowania
Sposoby zwi

ę

kszenia wydajno

ś

ci: warto

ś

ci

domy

ś

lne systemu i dokumentów (szablony

dokumentów), uporz

ą

dkowanie zasobów -

ujednolicenie formatów arkuszy, szablonów
dokumentów, biblioteki materiałowe, szablony tabel,
konfiguracje modeli (mniej plików), ujednolicona
lokalizacja elementów modelu (biblioteka projektu),
wykorzystanie powtarzalnych elementów –
biblioteka elementów znormalizowanych, zasoby
internetowe, baza wiedzy – inteligentne
komponenty, projektowanie oparte na regułach,
sprz

ę

t usprawniaj

ą

cy manipulowanie modelem –

manipulatory 3D

Moduły specjalizowane programów CAD - moduły
lub grupy funkcji wspieraj

ą

ce specyficzne dla dane

bran

ż

y zadania projektowe

Cz

ęś

ci z blachy, projektowanie form i matryc

(Analiza pochylenia

ś

cian modelu, Analiza

mo

ż

liwo

ś

ci wyj

ę

cia przedmiotu z formy, Okre

ś

lenie

powierzchni podziału formy, Wspomaganie
projektowania stempla i matrycy), projektowanie
konstrukcji spawanych (Szkielet konstrukcji,
Konstrukcja w oparciu o bibliotek

ę

profili, listy

elementów ci

ę

tych, Zamykanie ko

ń

ców,

Wzmocnienia, Modelowanie spoin) przewody
elektryczne i rurowe.

Rodzaje materiałów prezentacyjnych:
• 2D (ulotki, foldery, katalogi),
• 3D – animacje, materiały interaktywne
(manipulowanie obiektami, demonta

ż

, tworzenie

przekrojów, wygaszanie elementów)
Zastosowanie materiałów prezentacyjnych:
2D – marketing tradycyjny,
– strony internetowe,
3D – strony internetowe - filmy,
– strony internetowe - materiały z interakcj

ą

(wariantowanie wyrobu przez kupuj

ą

cego),

– recenzowanie konstrukcji

Elementy składaj

ą

ce si

ę

na wygl

ą

d modelu

Model,

ź

ródła

ś

wiatła i rodzaj o

ś

wietlenia, Kolory i

tekstury, Otoczenie (scena)

Mo

ż

liwo

ś

ci prezentacyjne samego programu

CAD: formaty grafiki (jpeg, tiff), niska rozdzielczo

ść

,

uwzgl

ę

dnia o

ś

wietlenie

Projektowanie tradycyjne:
projekt – prototyp - test
Analiza konstrukcji jako alternatywa projektowania
tradycyjnego:
• krótszy czas,
• mniejszy koszt
• mo

ż

liwo

ś

ci analizy wielu rozwi

ą

za

ń

(optymalizacja)

Wi

ę

kszo

ść

programów CAE korzysta z metody

elementów sko

ń

czonych (MES, FEM). Polega ona

na podziale modelu na niewielkie fragmenty o
prostych kształtach (elementy). W odró

ż

nieniu od

tradycyjnych metod obliczeniowych mo

ż

e by

ć

zastosowana zarówno do prostych, jak i
skomplikowanych modeli. Elementy posiadaj

ą

wspólne punkty – w

ę

zły Ruch ka

ż

dego z w

ę

złów

opisany jest przez przemieszczenia na kierunkach
XYZ. S

ą

to tzw. Stopnie swobody. Ka

ż

dy z w

ę

złów

posiada trzy stopnie swobody. Program oparty na
FEM zapisuje równania zarz

ą

dzaj

ą

ce zachowaniem

ka

ż

dego z elementów bior

ą

c pod uwag

ę

ich

powi

ą

zania z innymi elementami.

Równania te wi

ążą

ze sob

ą

zmienne (np.

przemieszczenia przy analizie napr

ęż

e

ń

) z danymi

(wła

ś

ciwo

ś

ci materiału, obci

ąż

enia, wi

ę

zy).

Nast

ę

pnie program tworzy układy równa

ń

. Mog

ą

one zawiera

ć

setki, tysi

ą

ce, a nawet miliony równa

ń

.

W analizie statycznej obliczane s

ą

dla ka

ż

dego z

w

ę

złów przemieszczenia na kierunkach X,Y,Z.

Maj

ą

c dane przemieszczenia, program oblicza

odkształcenia na ró

ż

nych kierunkach. Odkształcenie

jest stosunkiem zmiany długo

ś

ci do oryginalnej

długo

ś

ci. Ostatecznie program u

ż

ywa zale

ż

no

ś

ci

matematycznych do obliczenia napr

ęż

e

ń

na

podstawie odkształce

ń

. Gdy do cz

ęś

ci przykładane

jest obci

ąż

enie, stara si

ę

ona przeciwstawi

ć

obci

ąż

eniu wytwarzaj

ą

c siły wewn

ę

trzne, które s

ą

ró

ż

ne w zale

ż

no

ś

ci od miejsca. Intensywno

ść

tych

sił wewn

ę

trznych nazywana jest napr

ęż

eniem.

Napr

ęż

enie jest sił

ą

przypadaj

ą

c

ą

na jednostk

ę

powierzchni. Napr

ęż

enie w punkcie odnosi si

ę

do

niewielkiej powierzchni wokół tego punktu. Gdy
napr

ęż

enia osi

ą

gn

ą

pewien poziom, materiał mo

ż

e

ulec uszkodzeniu. Poziom ten zale

ż

y od rodzaju i

stanu materiału.

Powy

ż

ej przedstawiono najcz

ę

stszy przypadek

analizy - analiz

ę

liniow

ą

. Po cofni

ę

ciu obci

ąż

enia

cz

ęść

wraca do pierwotnej postaci. Obliczane s

ą

w

niej: przemieszczenia, odkształcenia, napr

ęż

enia i

siły reakcji.
Innym rodzajem analizy jest analiza nieliniowa.
Wyst

ę

puje ona, gdy zale

ż

no

ść

napr

ęż

enie –

odkształcenie nie jest liniowa. Zjawiska takie maj

ą

miejsce przy du

ż

ych odkształceniach (gdy

odkształcenie wpływa na sztywno

ść

) lub przy

stykaj

ą

cych si

ę

cz

ęś

ciach.

Analiza wyboczenia - Smukły pr

ę

t poddany sile

osiowej ulega wyboczeniu zanim ulegnie
zniszczeniu wskutek przekroczenia dopuszczalnych
napr

ęż

e

ń

.

Analiza dynamiczna – obliczanie cz

ę

stotliwo

ś

ci

drga

ń

własnych (cz

ę

stotliwo

ś

ci rezonansowych)

Analiza termiczna - Wynikami oblicze

ń

s

ą

: rozkłady

temperatury, napr

ęż

enia, odkształcenia i

przemieszczenia spowodowane zjawiskami
cieplnymi

Optymalizacja konstrukcji
Obliczane jest optymalne rozwi

ą

zanie problemu w

oparciu o:
• Funkcj

ę

celu – okre

ś

lenie celu analizy np.

minimalizacja masy modelu,
• Zmienne konstrukcyjne – dopuszczalny zakres
zmian wymiarów
• Ograniczenia – okre

ś

lenie warunków, które musi

spełnia

ć

konstrukcja np. maksymalna warto

ść

napr

ęż

e

ń

Analiza FEA - kroki

1. Wybór rodzaju analizy.
2. Okre

ś

lenie materiałów komponentów bior

ą

cych

udział w analizie.
3. Okre

ś

lenie obci

ąż

e

ń

i wi

ę

zów.

4. Dyskretyzacja modelu (podział na małe elementy)
– na ogół automatyczna z mo

ż

liwo

ś

ciami

modyfikacji.
5. Uruchomienie analizy (obliczenia).
6. Przegl

ą

danie i interpretacja wyników. W razie

potrzeby powrót do p. 2,3,4.

Inne oprogramowanie CAE
Oprogramowanie do analizy ruchu - symulacja i
analiza efektów ruchu elementów (oddziaływania
siłowe, z uwzgl

ę

dnieniem tłumienia i tarcia)

Analiza przepływów – analiza dynamiczna
przepływu płynów przez modele cz

ęś

ci

Obrabiarki sterowane
Numerycznie

obrabiarki pracuj

ą

ce w cyklu automatycznym

dane dotycz

ą

ce obróbki zapisane s

ą

w postaci

programu i
obejmuj

ą

:

tor ruchu narz

ę

dzia wzgl

ę

dem przedmiotu

obrabianego

sposób przejazdu (z posuwem szybkim, z

posuwem roboczym)

parametry skrawania (n lub vc, f lub vf)
czynno

ś

ci pomocnicze (wł

ą

czanie/wył

ą

czanie

obrotów wrzeciona, wł

ą

czanie/wył

ą

czanie

chłodziwa, wymiana narz

ę

dzia i in..)

Oprogramowanie nazywane CAD/CAM słu

żą

ce do

programowania off-line obrabiarek sterowanych
numerycznie - przykładowe programy:
• Mastercam, EdgeCAM, PowerMill, AlphaCAM,
Esprit, SurfCAM, SolidCAM,
• moduły technologiczne du

ż

ych pakietów

oprogramowania (CATIA, NX Unigraphics),
Pro/ENGINEER

We współczesnych programach CAD/CAM
obserwuje si

ę

znaczne podobie

ń

stwo w zakresie

interfejsu u

ż

ytkownika. Wykorzystano przy tym ide

ę

modelowania obiektowego (FM – feature
modelling), analogicznie do programów CAD do
modelowania bryłowego. Cech

ą

takich programów

jest parametryczno

ść

, daj

ą

ca mo

ż

liwo

ść

edycji

wyst

ę

puj

ą

cych

Praca z programem CAD/CAM)
1 Wybór obrabiarki
2 Wczytanie (opracowanie) modelu
geometrycznego przedmiotu obrabianego i
półfabrykatu
3 Okre

ś

lenie układu współrz

ę

dnych

4 Dobór narz

ę

dzi

5 Definiowanie zabiegów obróbkowych,
generowanie dróg narz

ę

dzia

6 Symulacja i weryfikacja obróbki
7 Generowanie kodu (programu obróbkowego)

Model półfabrykatu
Dane o półfabrykacie wykorzystywane s

ą

do:

• generowania dróg narz

ę

dzia przy obróbce

zgrubnej
• weryfikacji obróbki
Proste kształty półfabrykatów (prostopadło

ś

cian,

walec) definiowane s

ą

przez podanie parametrów.

Zło

ż

one – przez wczytanie pliku z modelem

geometrycznym półfabrykatu.

Układ/układy współrz

ę

dnych

Układ współrz

ę

dnych zwi

ą

zany z przedmiotem

obrabianym okre

ś

la si

ę

przez wskazanie osi układu.

W niektórych przypadkach przez transformacj

ę

(przesuni

ę

cie, obrót) modelu przedmiotu

obrabianego.

Narz

ę

dzia

W programie obróbkowym odwołanie do narz

ę

dzia

odbywa si

ę

przez podanie numeru narz

ę

dzia oraz

numeru korektora, gdzie znajduj

ą

si

ę

dane o

narz

ę

dziu, z których układ sterowania korzysta

podczas realizacji obróbki. Do tego mo

ż

e by

ć

doł

ą

czony komentarz z opisem narz

ę

dzia .

W programie CAD/CAM dane te s

ą

bardziej

obszerne i zawieraj

ą

kształt oraz wymiary narz

ę

dzi

(ewentualnie równie

ż

oprawek). Wynika to z

potrzeby obliczania drogi narz

ę

dzia, z wymaga

ń

zwi

ą

zanych z przeprowadzeniem symulacji obróbki.

Do narz

ę

dzia zwykle przypisane s

ą

domy

ś

lne

parametry skrawania.

Biblioteki narz

ę

dzi

Informacje o narz

ę

dziach w programach CAD/CAM

zapisane s

ą

w bibliotekach posiadaj

ą

cych struktur

ę

tabel. Istnieje mo

ż

liwo

ść

sortowania i filtrowania

zawartych w nich danych. Podczas pracy
programista wybiera narz

ę

dzie z biblioteki, w

przypadku braku narz

ę

dzia definiuje nowe.

Definiowanie zabiegu obróbkowego
Wybór cyklu obróbkowego (np. frezowanie konturu,
frezowanie kieszeni itp.)
Wskazanie geometrii, w oparciu o któr

ą

zostanie

utworzona droga narz

ę

dzia

Wskazanie lub zdefiniowanie narz

ę

dzia oraz

parametrów skrawania (pr

ę

dko

ść

, posuw).

Okre

ś

lenie parametrów cyklu obróbkowego

(szczegóły dotycz

ą

ce obróbki)

Symulacja obróbki

Zadanie - sprawdzenie poprawno

ś

ci realizacji cykli

obróbkowych.
Ruchy narz

ę

dzia na tle modelu przedmiotu

obrabianego.
Sposoby: ci

ą

gły/”krok po kroku”, z/bez

ś

ladu

narz

ę

dzia.

Weryfikacja obróbki
Zadanie - sprawdzenie rezultatów obróbki, wykrycie
kolizji narz

ę

dzia/oprawki z materiałem.

Ruchy narz

ę

dzia na tle modelu półfabrykatu ze

stopniowym usuwaniem naddatku w trakcie
przemieszczania si

ę

narz

ę

dzia.

Postprocesor
W programie CAD/CAM przetwarza drogi narz

ę

dzia

na kod programu. Działa zwykle w oparciu o
interpretacj

ę

pliku tekstowego

zawieraj

ą

cego formaty kodu odnosz

ą

ce si

ę

do

danego sterownika i obrabiarki. Wiele
postprocesorów – mo

ż

liwo

ść

szybkiego otrzymania

kodu z tego samego pliku CAD/CAM dla wielu
obrabiarek.

Cykle frezarskie – obróbka konturu
Frez porusza si

ę

wzdłu

ż

wskazanego zarysu

składaj

ą

cego si

ę

z odcinków, łuków i splajnów.

Cykle frezarskie – obróbka kieszeni
Frez usuwa materiał znajduj

ą

cy si

ę

wewn

ą

trz

zamkni

ę

tego zarysu. Wewn

ą

trz kieszeni mog

ą

znajdowa

ć

si

ę

wyspy – obszary materiału, które

powinny by

ć

pomini

ę

te podczas obróbki.

Cykle frezarskie – obróbka powierzchni płaskich
Obróbka obszaru ograniczonego zamkni

ę

tym

zarysem z mo

ż

liwo

ś

ci wychodzenia freza poza

zarys.
Zabiegi wiertarskie
Wykonywanie otworów we wskazanych punktach
przedmiotu narz

ę

dziem poruszaj

ą

cym si

ę

wzdłu

ż

swojej osi.
Przykłady zabiegów wiertarskich: wiercenie,
pogł

ę

bianie, wytaczanie, gwintowanie.

Cykle frezarskie – obróbka zgrubna powierzchni
krzywoliniowych
Program generuje drogi narz

ę

dzia w obszarze

mi

ę

dzy półfabrykatem a przedmiotem obrabianym.

Cykle frezarskie – obróbka wyko

ń

czeniowa

powierzchni krzywoliniowych
Frez prowadzony jest wzdłu

ż

powierzchni tak, aby

parametry zwi

ą

zane z nierówno

ś

ci

ą

powierzchni po

obróbce nie przekraczały zadanej warto

ś

ci.

Dane zawarte w pliku CAD:
• geometria modelu
• historia budowy
• atrybuty
• dokładno

ść

• wygl

ą

d

• powi

ą

zania miedzy plikami (rysunek-cz

ęść

-

zło

ż

enie-cz

ęś

ci)

Potrzeba wymiany plików:
• specjalizacja w poszczególnych obszarach CAx
• powi

ą

zania kooperacyjne

• brak integracji programów CAx w ramach
przedsi

ę

biorstwa

Wymiana plików mi

ę

dzy programami CAx powoduje

utrat

ę

cz

ęś

ci danych.

CAD 1 CAD 2 CAM CAE - Wymiana bezpo

ś

rednia

CAD 1 CAx Plik w formacie neutralnym - Wymiana
po

ś

rednia

DWG/DXF
DWG jest formatem binarnym opracowanym przez
firm

ę

Autodesk wykorzystywanym w programie

AutoCAD i programach pochodnych. Słu

ż

y do

zapisywania modeli 2D i 3D. Format zastrze

ż

ony

(nie udost

ę

pniana specyfikacja). DXF jest

popularnym neutralnym formatem wymiany danych
kraw

ę

dziowych 2D i 3D.

STEP
Nazwa jest skrótem od STandard for the Exchange
of Product model data. Jest to norma
mi

ę

dzynarodowa ISO 10303 okre

ś

laj

ą

ca zasady

zapisu modelu produktu i procesów jego
wytwarzania przy pomocy technik CAx. Norma
obejmuje wszystkie obszary cyklu

ż

ycia produktu.

Zastosowanie normy opiera si

ę

na tzw. Protokołach

aplikacyjnych (Application Protocols). Najwa

ż

niejsze

z punktu widzenia wymiany
danych CAD s

ą

protokoły: AP203 i AP214.

Wi

ę

kszo

ść

modeli bryłowych i powierzchniowych

wymieniana jest obecnie przy pomocy tego
neutralnego standardu.
STL
Jest to format, w którym powierzchnie lub

ś

ciany

modelu bryłowego s

ą

aproksymowane przy pomocy

trójk

ą

tnych powierzchni płaskich

(faset). Format wykorzystywany jest powszechnie w
technikach szybkiego prototypowania oraz w
systemach CAM.

Zarz

ą

dzanie dokumentacja

Wi

ę

kszo

ść

dokumentacji w zapisie elektronicznym

w wielu plikach
Istniej

ą

powi

ą

zania mi

ę

dzy plikami, cz

ę

sto do

ść

rozbudowane
Narz

ę

dzia zarz

ą

dzania plikami oferowane przez

system operacyjny zwykle s

ą

niewystarczaj

ą

ce

W zarz

ą

dzaniu dokumentacj

ą

mo

ż

na wykorzysta

ć

oprogramowanie PDM/PLM
PDM – product data management
PLM – product lifecycle management

PDM powstał jako odpowied

ź

na potrzeby

in

ż

ynierów w zakresie zarz

ą

dzania gwałtownie

rosn

ą

c

ą

liczb

ą

plików generowanych przez

systemy CAD. PDM pozwolił na: standaryzacje
elementów, gromadzenie plików i sterowanie nimi,
obsług

ę

BOM (list kompletacyjnych), sterowanie

wersjami elementów, dokumentów i BOM, szybkie
znajdowanie powi

ą

za

ń

mi

ę

dzy zło

ż

eniami i

cz

ęś

ciami.

SolidWorks Workgroup PDM
Organizowanie dokumentów w projekty i
podprojekty, brak dublowania si

ę

dokumentów.

Zachowanie struktury zintegrowanych dokumentów
Zarz

ą

dzanie dost

ę

pem do dokumentów i

uprawnieniami u

ż

ytkowników.

Praca na aktualnej wersji dokumentu. Zmiany mo

ż

e

wprowadza

ć

tylko wła

ś

ciciel dokumentu. Mo

ż

liwo

ść

projektowania współbie

ż

nego.

Zarz

ą

dzanie wersjami dokumentu.

Mo

ż

liwo

ść

raportowania zmian.

Bezpiecze

ń

stwo danych – mo

ż

liwo

ść

tworzenia

kopii zapasowych serwera.
Mo

ż

liwo

ść

monitorowania bie

żą

cego stanu projektu.

Mo

ż

liwo

ść

wyszukiwania plików wg kryteriów

zwi

ą

zanych z wła

ś

ciwo

ś

ciami dokumentów.

Przyczyny rozwoju systemów PLM

Wzrost znaczenia serwisu, doradztwa i obsługi
posprzeda

ż

nej.

Konieczno

ść

szybkich zmian w projekcie i produkcji.

Mi

ę

dzynarodowa sie

ć

wytwórców – produkty

powstaj

ą

w kooperacji (projekt, komponenty,

monta

ż

). Wła

ś

ciciel znaku towarowego lub firma

wiod

ą

ca zarz

ą

dza sieci

ą

kooperantów. Wymaga to

bardzo sprawnego zarz

ą

dzania danymi.

Ró

ż

ne systemy w ramach przedsi

ę

biorstwa:

planowanie, produkcja, zbyt, serwis.
PLM jest rozległym projektem. Wymaga

ż

mudnego

opisania procesów wyst

ę

puj

ą

cych w

przedsi

ę

biorstwie. Mo

ż

e by

ć

potrzeba zmiany

procesów.

Oprogramowanie PDM/PLM – główni dostawcy
oprogramowania: Dassault (ENOVIA, SolidWorks
PDM), Siemens (TeamCenter), Parametric
Technology (Pro/Engineer)(WinChill), Autodesk
(Productstream, Vault)