1

HISTORIA projektowania

Lata 50te – Massachusetts Institute of Technology MIT – prace nad numerycznym sterowaniem obrabiarek

Rok 1963 praca I. Sutherland dotycząca wprowadzania i wyprowadzania komputera informacji graficznej

Rok 1963 T.E. Johanson opracował program dający wrażenie trójwymiarowości płaskiej dokumentacji
technicznej.

1965 firmy IBM, Mc Dannell Boening opracowały eksperymentalny system integrujący komputerowe
projektowanie z numerycznym programowaniem obrabiarek

Lata siedemdziesiąte – nowa tendencja uwzględniająca:



Rozwój tanich monitorów z pamięcią



Rozwój tanich mikrokomputerów



Koncepcja pamięci wirtualnej

W wyniku uogólnienia doświadczeń dotyczących programowania strukturalnego oraz pamięci wirtualnej
powstały tzw. Systemy „pod klucz” (ang. Turkey)

Lata osiemdziesiąte i dziewięćdziesiąte to bardzo duże możliwości oprogramowania na stacjach roboczych
przenoszone sukcesywni e na PC.

CAD – Computer Aided Design (Komputerowo wspomagane projektowanie) – narzędzia i techniki
wspomagające pracę projektanta w zakresie projektowania, geometrycznego modelowania, obliczeniowej
analizy FEM oraz tworzenia i opracowywania dokumentacji konstrukcyjnej.

CAE – Computer Aided Engineering (Komputerowe Wspomaganie Prac Inżynierskich) – w skład tej klasy
systemów wchodzą narzędzia inżynierskie, które obejmują swym zasięgiem komputerowo wspomagane
analizy sztywności i wytrzymałości konstrukcji oraz symulacje procesów zachodzących w zaprojektowanych
układach.

CAP – Computer Aided Planning (Komputerowo Wspomagane planowani) – metody i narzędzia
wspomagające projektowanie technologiczne w zakresie opracowywania dokumentacji technologicznej z
uwzględnieniem modelu geometrycznego przedmiotu, stanów pośrednich, narzędzi, oprzyrządowania,
rodzaju maszyn, parametrów obróbki ale bez konkretnego określania terminów, stanowisk wytwórczych.

W zakresie CAP zalicza się, więc prace związane z programowaniem urządzeń sterowanych numerycznie,
obrabiarek robotów, współrzędnościowych maszyn pomiarowych, systemów transportowych.

CAPP – Computer Aided Process Planning (Komputerowo Wspomagane Planowanie Procesów) –
rozwiązanie tego akronimu jest szersze jak wyżej opisanego CAP. W zakresie zastosowań CAPP mieszczą
się wszystkie metody i techniki technologicznego przygotowania produkcji realizowanej w
konwencjonalnych technologiach, wspomaganych technikami i systemami ekspertowymi.

CAM – Computer Aided Manufacturing (Komputerowo Wspomagane Wytwarzanie) – techniki i narzędzia
wspomagające tworzenie i aktywizowanie programów NC na poziomie wydziału produkcyjnego oraz
nadzór, sterowanie urządzeniami i procesami wytwarzania oraz montażu na najniższym poziomie systemów
wytwórczych.

Dotyczy to zazwyczaj wszystkich urządzeń sterowanych numerycznie a więc i obrabiarek
współrzędnościowych i maszyn pomiarowych.

2

CAQ – Computer Aided Quality Assurance (Komputerowo Wspomagane Sterowanie Jakością) – metody i
techniki komputerowego wspomagania projektowania, planowania i realizacji procesów pomiarowych i
procedur kontroli jakości. Systemy te są najczęściej powiązane z systemami CAD poprzez model
geometryczny lub poprzez programy bądź procedury pomiarowe.

TDM – Team Data Management, (ale również Total Data management i Technical Data Menagement)
Zarządzanie Danymi w pracy grupowej, (ale również totalne zarządzanie danymi i zarządzanie danymi
technicznymi w obszarze inżynierskim).

Powiązane funkcjonalnie i poprzez modele danych poszczególne systemy Cx umożliwiają realizacje
procesów wytwarzania w oparciu o koncepcję nazywane powszechnie CIM Computer Integrated
Manufacturing – Komputerowo Zintegrowane Wytwarzanie.

Grafika komputerowa:

Aby założyć projekt muszą być zamknięte wszystkie inne pliki np. ipt

Wiązania kontaktowe – zaznaczasz element, prawy klawisz myszy

Modelowanie geometryczne – to całość zagadnień związanych z trójwymiarowym odwzorowaniem
komputerowym cech konstrukcji

Podział modeli geometrycznych:



Krawędziowe



Bryłowe



Powierzchniowe



Hybrydowe

Model krawędziowy – może być utworzony trzema sposobami: I sposób polega na połączeniu liniami
prostymi lub krzywymi punktów opisanych trzema współrzędnymi X,Y,Z, w drugim punkty mogą być
definiowane w lokalnych układach współrzędnych odpowiednio rozmieszczonych w przestrzeni, 3 dotyczy
obiektów defilowanych w jednym układzie współrzędnych, a następnie przesuwanych i obracanych.

Model powierzchniowy – w modelu tym przestrzeń obejmująca przez model ograniczający ściany,
wyznaczające krawędzie, które przecinają się w narożach

W modelach spotykanych w praktyce powierzchnie opisujące można podzielić na dwie grupy:

Powierzchnie opisywane analitycznie w sposób zupełny

Powierzchnie nie dające się opisać analitycznie w sposób zupełny czyli powierzchnie swobodne.

Model bryłowy – Tworzenie na podstawie elementów bryłowych tzw. Prymitywów. Elementy są
sparametryzowane i mogą być przywoływane na ekran w określonym miejscu

Elementy są kojarzone między sobą za pomocą operacji logicznych sumowania, odejmowania i iloczynu.

Inny sposób tworzenia modeli bryłowych to obrót zamkniętego konturu wokół osi lub jego przesunięcie
wzdłuż linii kierunkowej.

3

Pojęcie więzów: pomiędzy elementami geometrycznymi linie, łuki okręgi można nałożyć relacje powiązań
nazywane więzami

Rodzaje więzów:



Geometryczne



Wymiarowe



Parametryczne

Rozróżnia się następujące więzy geometryczne:

Współliniowość, równoległość, prostopadłość, poziomość, pionowość, współśrodkowość, identyczność
promieni, styczność, wzajemnego przylegania w jednym punkcie, przynależności

Parametryzacja modeli bryłowych układów złożonych

Tworzenie modeli złożonych można sprawdzić do odbierania bryłom składowym swobody, czyli nadawania
im więzów.

Podział więzów montażowych:



Przylegania



Kątowe współbieżne



Kątowe przeciwbieżne



Wyrównania



Obrotowe

Przesyłanie dokumentacji technicznej pomiędzy pakietami CAD i CAM. Norma IGES.

W komputerowo wspomaganym procesie projektowo-konstrukcyjnym zachodzi często potrzeba wymiany
informacji o komputerowym odwzorowaniu konstrukcji między systemami wspomagającymi poszczególne
etapy procesu wytwarzania.

Integracja procesów projektowania, konstruowania, wytwarzania możliwa jest pod warunkiem, że istnieje
dostęp do wspólnego odwzorowania konstrukcji. Problemy z tym związane rozwiązane zostały przez
stosowanie pre- i postprocesorów.

Zadaniem preprocesorów jest przekazanie struktury danych odpowiadających odwzorowaniu konstrukcji z
systemu wyjściowego (np. CAD) do postprocesora systemu docelowego (np. CAM).

Z kolei postprocesor tworzy odwzorowanie konstrukcji właściwie dla docelowego systemu (np. CAM).

W celu uproszczenia procedury przenoszenia dokumentacji technologicznej pomiędzy systemami CAD i
CAM wprowadzono w roku 1981 normę IGES (ang. Initial Graphicks Exchange Specification).

Norma ta reguluje zasady tworzenia jednolitych odwzorowań konstrukcji w systemach CAD. Stosowanie tej
normy pozwala na opracowanie dla każdego systemu tylko jednego pre- i postprocesora.

Zadaniem preprocesora jest wówczas przekształcenie odwzorowania konstrukcji systemu wyjściowego w
odwzorowanie zgodne z normą IGES, natomiast postprocesor systemu docelowego przetwarza je do postaci
wymaganej właśnie w tym systemie.

4

Wektoryzacja - (trasowanie) polega na zamianie grafiki rastrowej na grafikę wektorową. W procesie
wektoryzacji piksele opisujące daną bitmapę zostają zgrupowane w większe obiekty wektorowe na zasadzie
podobieństwa koloru. Proces wektoryzacji niemal każdej bitmapy deformuje jej pierwotny wygląd. Tylko
bitmapa przedstawiająca prosty kształt ma szanse być poprawnie przekształcona.

Programami obsługującymi są m.in. Corel Trace, Macromedia Flash, Adobe Ilustrator, Macromednia
Freehand, Inkscape

Procesem odwrotnym do wektoryzacji jest rasteryzacja grafiki.

Stosuje się również wektoryzację ekranową, polegającą na „obrysowaniu” rysunku rastrowego na ekranie
monitora.

Rzadziej stosuje się metodę wektoryzacji za pomocą tzw. digityzera (myszki z celownikiem poruszającej się
po swego rodzaju tablecie).

Rasteryzacja – w grafice komputerowej działanie polegające na jak najwierniejszym przedstawieniu
płaskiej figury geometrycznej na urządzeniu rastrowym, dysponującym skończoną rozdzielczością.

Rasteryzacji mogą podlegać krzywe: odcinki, okręgi, elipsy, łuki eliptyczne, krzywe sześcienne, krzywe
sklejane (np. Beziera), przekroje stożków, jak również powierzchnie wielokątów, kół, powierzchnie
zdefiniowane krzywymi sklejanymi itp.

Rasteryzacja:

W 1965 roku Bresenham opracował tzw. algorytm Bresenhama z punktem środkowym, działający na
liczbach całkowitych, służący do konwersji dowolnych odcinków, okręgów oraz elips; algorytm był i jest
implementowany sprzętowo. Podobnie rzecz ma się z wypełnianiem powierzchni – wypełnianie dowolnych
wielokątów jest skomplikowane i kosztowne obliczeniowo, jednak istnieją bardzo efektywne algorytmy,
które są implementowane sprzętowo w akceleratorach 3D.

W najprostszych przypadkach, gdy urządzenie rastrowe jest dwukolorowe, algorytm rasteryzujący zapala
piksele leżące najbliżej krzywej.

Gdy docelowe urządzenie potrafi wyświetlać więcej kolorów (lub poziomów szarości), możliwe jest
zastosowanie technik odkłócających (z ang. antyaliasingu), które powodują zniknięcie „schodków”

W najogólniejszym przypadku intensywność koloru lub też stopień przezroczystości danego piksela jest
proporcjonalny do pola powierzchni części wspólnej figury i piksela.

Autotypia - metoda odwzorowywania intensywności koloru za pomocą punktów o różnym polu
powierzchni. Małe punkty dają wrażenie małej intensywności koloru, duże tworzą ciemne partie obrazu.

Binaryzacja (konwersja obrazu kolorowego na obraz monochromatyczny – kilka warstw kolorów –
określony kolor do odseparowania)

Grafika hybrydowa – Cosistent Software (Wise Image)

-

poprawa obrazów

-

edycja rastrów

-

Grafika hybrydowa

-

edycja kolorów

-

raster na wektor

-

Interfejs i automatyzacja

5

METODYKA PROJEKTOWANIA MODELI TRÓJWYMIAROWYCH Z ZASTOSOWANIEM
TECHNOLOGII WIRTUALNEGO PROTOTYPOWANIA

Prototypowanie nowych wyrobów ma na celu badanie właściwości wyrobu przed rozpoczęciem jego
produkcji, sprawdzenie poprawności konstrukcji, określenie wybranych parametrów procesów
produkcyjnych i montażowych przez wskazanie cech wymagających szczególnej uwagi podczas planowania
technologii wytwarzania.

Prototypowanie dzielimy na wirtualne i fizyczne. Obydwa typy służą do komunikacji w ramach zespołu
projektującego nowy wyrób oraz między tym zespołem a jego otoczeniem (dostawcy, klienci, obsługa
techniczna, serwis).

Wizualizacja wirtualna bazuje nie tylko na przetwarzaniu modelu geometrycznego, lecz także dotyczy analiz
i symulacji komputerowych cech kinematyki, dynamiki, wytrzymałości materiałów.

Celem prototypowania fizycznego jest dostarczenie „prototypowych” (wstępnych) egzemplarzy nowego
wyrobu. Egzemplarze takie mogą być wykorzystane do:

1) Przedstawienia lub do prezentacji koncepcji – prototyp koncepcyjny
2) Demonstracji i oceny kształtu – prototyp wizualny
3) Analizy funkcjonowania wyrobu – prototyp funkcjonalny

W zakresie tematyczny prototypowania fizycznego wpisuje się także wytwarzanie form i narzędzi w
technologicznych Rapid Tooling dzięki zwiększonej dokładności cech geometrycznych w stosunku do
modeli klasycznych.

Technologię Reverse Engineering stosuje się w procesie projektowania nowego wyrobu, gdy niezbędna jest
znajomość cech geometrycznych opisujących kształty istniejącego wyrobu.

Zastosowanie techniki Reverse Engineering występuje, gdy:

1) Wystąpi potrzeba opracowania technologii produkcji nowego wyrobu, którego kształt został

zaprojektowany przez projektanta wzorów przemysłowych, grafika komputerowego

2) Niezbędna jest zmiana cech geometrycznych wyrobu wynikająca z analizy dotychczasowego

zachowania się modelu lub wytworu w czasie symulacji komputerowych lub tekstów na obiektach
materialnych

3) W czasie regeneracji zużytych lub uszkodzonych w wyniku eksploatacji części i wyrobów, dla

których nie zachowała się szczegółowa dokumentacja konstrukcyjna lub technologiczna

4) W procesie projektowania wyrobów, których cechy geometryczne uzależnione są od warunków

montażowych, części współpracujących w wyrobie.

Przykładowe narzędzia sterowane w Reverse Engineering:

- MicroScibe G2

- 3d laser scanner Picza model LPX-250

Zalety i wady Rapid Prototyping – RP

Zalety

Wady

- Szybkie tworzenie wzorców fizycznych

- Część wzorcowa jest do dyspozycji już
podczas opracowywania konstrukcji

- Ograniczone wymiary tworzonych obiektów

- Ograniczona liczba materiałów

- Części spełniają wymagania

6

- Możliwość budowy części o złożonej
geometrii i powierzchni swobodnych

- Małe koszty w odniesieniu do klasycznej
obróbki ubytkowej w produkcji jednostkowej
i mało seryjnej

wytrzymałościowe w ograniczonym zakresie

- Ograniczona dokładność ±0,1 mm natomiast
jakość powierzchni jest zależna od przyjętej
normy wytwarzania

- Niezbędna jest dodatkowa obróbka
wygładzająca

Jedna z najnowszych metod zastosowanych w procesach modelowania geometrycznego oraz montażu
elementów jest technika Adaptive Design (adaptacyjność) zastosowana w pakiecie Autodesk Inventor Series.

Pod pojęciem adaptacyjności należy rozumieć zdolność do dopasowania się cech geometrycznych części do
cech części współpracujących bez konieczności opisywania zależności między nimi w postaci zmiennych
parametrów.

Adaptive Design umożliwia także zbudowanie, a następnie analizę cech kinematycznych modelu
trójwymiarowego wstępnie na szkicach, przed utworzeniem pełnego modelu 3D, co znacznie skraca czas
opracowania projektu.

Które elementy geometrii mogą być adaptacyjne?



niezwymiarowana geometria szkicu



elementy utworzone z niezwymiarowanej geometrii szkicu



elementy zawierające niezidentyfikowane kąty i wydłużenia



elementy konstrukcyjne, które odnoszą się do geometrii innych części



szkice zawierające projektowane punkty początkowe



części, które zawierają adaptacyjne szkice lub elementy



podzespoły, które zawierają części z adaptacyjnymi szkicami lub elementami

Jak modele oznaczane są jako adaptacyjne? (pominąć)

Jakie są ograniczenia używania? (pominąć)

Sprężyny adaptacyjne.