SALWA:

Podstawowe pojęcia komputerowego wspomagania;

Projektowanie, jest obmyślaniem nowych wytworów i układów bądź sposobów przekształcania dotychczas istniejących

Projektowanie jest czynnością poprzedzającą wytwarzanie lub przetwarzanie. Są to działania zmierzające do zaspokojenia potrzeb ludzkich.

Projektowanie odnosi się do różnych dziedzin życia. Projektuje się obiekty materialne oraz układy niematerialne. Projektuje się więc zakłady przemysłowe, osiedla, szkoły, sieci transportowe, systemy finansowe, systemy organizacji, maszyny, urządzenia itp.Projekt jest abstrakcyjnym obrazem wytworu lub układu, który ma być wytworzony.

Projekt- termin pierwotny wywodzący się łacińskiego słowa proictus – wysunięty ku przodowi. Znaczenie rzutowania w przód znaleźć też można w łacińskim słowie prioiectio – wyciągacie wysunięcie.

Znaczy tyle co pomysł, zamiar, nowa idea, sugestia, propozycja, a także w węższym znaczeniu rysunek lub opis zamierzonego do wykonania przedmiotu technicznego

Różnice w rozumieniu sprowadzają się nie tyle co do istoty tego pojęcia, ile do jego zakresu podmiotowego i przedmiotowego.

Wszelkie pojmowanie, a więc definiowanie projektowania zwężające jego zakres podmiotowy czy przedmiotowy jest z praktycznego punktu widzenia niekorzystne gdyż w sposób naturalny zawęża poszukiwania twórczych rozwiązań.

Tradycyjne metody projektowania to:

-metody ewolucji rzemieślniczej i projektowania przez kreślenie. Na pewnym etapie rozwoju społeczeństwa przemysłowego stały się one niewystarczające. Stąd pojawiła się nowa dziedzina nauki o projektowaniu.

Zaprojektowanie nowego wytworu rodzi potrzebę poszukiwania sposobu jego wykonania jak też tworzyw z jakich jest skonstruowany, to z koli generuje potrzeby w zakresie poszukiwania surowców i ich przetwarzania. Rozwój ten dotyczy zarówno kategorii jakościowych jak i ilościowych, a więc nie tylko poszukiwania nowych wytworów materiałów czy surowców, ale także zwiększania wydajności ich wytwarzania lub pozyskiwania z natury. Wykonywanie pracy przetwarzania wymaga energii w określonej postaci, a więc także sposobu jej uzyskania i przetworzenia.

Syntetaza strukturalna i synteza metryczna jako elementy procesu projektowania:

-w procesie projektowania rozróżnianym jako powtarzające się czynności analizy istniejących lub projektowanych rozwiązań oraz syntezy kolejnych rozwiązań lub ich wersji, wyróżnia się fazy syntezy strukturalnej i metrycznej:

-struktura to w ogólności zasada organizacji zbioru. Struktura maszyny to organizacja zbioru jej elementów

-synteza strukturalna to ustalenie zasad organizacji zbioru elementów

-synteza metryczna – to przypisanie elementom podukładom i układowi wartości parametrów które je charakteryzują.

-maszyny złożone mają strukturę hierarchiczną i czynności (procesy) syntezy strukturalnej i metrycznej przenikają się wzajemnie.

Fazy procesu projektowania.

•projektowanie koncepcyjne, które zaczyna się od analizy założeń i opracowania wstępnej koncepcji projektu;

•analiza projektu, która polega na symulacyjnej analizie projektowanego obiektu;

•projektowanie szczegółowe, polegające na szczegółowym projektowaniu poszczególnych zespołów i elementów;

•optymalizacja

•wykonanie dokumentacji konstrukcyjnej.

Szczegółowe zasady konstrukcji

1) funkcjonalność,

2) niezawodność,

3) trwałość,

4) sprawność,

5) lekkość,

6) taniość i dostępność materiałów,

7) właściwy układ przenoszenia obciążeń,

8) technologiczność,

9) łatwość eksploatacji,

10) ergonomiczność,

11) ochrona środowiska,

12) zgodność z obowiązującymi normami i przepisami.

Główne cele i zadania przedsiębiorstw produkcyjnych:

Cele ogólne (strategiczne):

-koncepcja na strategicznych obszarach działalności

-poprawa produktywności i udziału w określonym segmencie rynku

-poprawa elastyczności produkcji

-opracowanie i powiązanie struktury kompetencyjnej i funkcjonalnej

-wykorzystanie specyfiki aktualnej rzeczywistości

-obniżka kosztów produkcji przez analizę typu wytworzyć czy kupić

Zadania ukierunkowane na rynek, prowadzące do ciągłego wzrostu sprzedaży, obrotu i przychodów:

-poprawa renomy firmy i marki jej produktów

-ciągłe i aktywne pokonywanie barier rynkowych przy wprowadzaniu nowych produktów

-możliwie długie utrzymanie znaczącej pozycji rynkowej

Cele i zadania w realizacji produkcji:

-wykorzystanie pełnych mocy produkcyjnych

-poprawa jakości produktów

-wzrost produktywności przez wytwarzanie serii o większej liczebności wyrobów (ekonomia skali i ekonomia zakresu)

-zastosowanie nowych koncepcji w sterowaniu produkcją i logistyce

-utrzymanie optymalnych stanów zapasów

Cele finansowe:

-zapewnienie ciągłego rozwoju przedsiębiorstwa

-ciągłe efektywne inwestowanie

Zadania optymalnej realizacji zamówień produkcyjnych:

-ciągły wzrost stopnia dyspozycyjności materiałów

-zmniejszenie wskaźnika kapitał/zapasy

-skrócenie czasów przebiegu (zleceń, dostaw, projektów, produkcji)

-poprawa terminowości i stopnia dostaw

Spełnienie wszystkich wymagań klienta to warunek aby być liderem na rynku:

-technologia Twojego produktu stała się dla klienta wyróżnikiem jego wartości

-konkurencja szybciej wprowadza nowy produkt na rynek

-czas wdrożenia nowego produktu jest dłuższy niż jego obecność

-skrócenie czasu wdrożenia czasu obniża jakość produktu

-różnorodność Twojej oferty zmniejsza się, konkurencyjnej rośnie

Time to market a zysk przedsiębiorstwa:

Produkt a ocena ekonomicznych czynników rynkowych

-rynek określa wymagania wobec produktu i technologii

-zysk poprzez kontrolę kosztów i analizę rynku

Poziom inwestycji w technologie CAD/CAM

Aplikacje dyskretne - poziom rozwiązywanych zadań:

-pełna dokumentacja 2D

-przestrzenne projektowanie części

-analizy (MES, kinematyka, przepływy)

-sterowanie numeryczne obrabiarek

-zarządzanie na poziomie dokumentacji konstrukcyjnej

Model-„modus”-„modulus” – miara obraz sposób. Modelowanie stało się podstawą badań systemów w matematyce, fizyce, chemii, biologii, ekonomii, cybernetyce, analizie dynamicznej maszyn

Aby móc badań funkcjonowanie różnego rodzaju obiektów posługujemy się ich modelami.

*Model-jest uproszczonym odwzorowaniem rzeczywistego obiektu i posiada tylko niektóre cechy obiektu – najistotniejsze ze względu na konkretny cel modelowania np.:

-cechy geometryczne (model geometryczny)

-ruch elementów (model kinematyczny)

-lub inne

*Teoria która jest strukturalnie podobna do inne, co umożliwia przechodzenie od jednej teorii do innej za pomocą zwykłej zmiany terminologii; w tym znaczeniu model jest środkiem poznania.

*jest zastępującą oryginał, przyjętą formą reprezentacji, wykorzystywaną do wyjaśnienia i przewidywania zachowania się oryginału w sposób adekwatny z punktu widzenia celu rozważań

*fizyczne – atrybuty są przedstawione przez wielkości fizyczne (napięcie położenie)-np. model w tunelu aerodynamicznym

*matematyczne – obiekt i jego atrybuty są przedstawiane przez zmienne matematyczne, natomiast ich działanie przez funkcje matematyczne.

Zmienne wejściowe->układ->zmienne wyjściowe

*Model matematyczny bada zależności zmiennych wyjściowych od zmiennych wejściowych. Za zmienne wyjściowe przyjmowane są takie wielkości fizyczne, których otrzymywanie jest celem działania układu.

Pozostałe wielkości mogą być uznawane za wejściowe

W maszynach i innego rodzaju układach matematycznych zmiennymi są np.: siły, momenty obciążeń, naprężenia i odkształcenia elementów, parametry geometryczne i materiałowe, nazwy elementów, rodzaje więzów i wiele innych.

*symulacja – można ją zdefiniować jako technikę rozwiązywania problemów polegającą na śledzeniu w czasie zmian zachodzących w modelu dynamicznym

*komputerowy model symulacyjny – jest logiczno-matematycznym przedstawieniem pojęcia systemu lub działań zaprogramowanym w celu rozwiązania za pomocą komputera

*model deterministyczny- jest analitycznym przedstawieniem pojęcia systemu lub działań, w którym dla danych wielkości wejściowych wyniki są określone jednoznacznie. Dla każdego (dopuszczalnego) zestawu wartości zmiennych wejściowych pozwala wyznaczyć jednoznaczny i ściśle określony zestaw wartości na wyjściach.

Przykład: Elementarne wzoru obliczeniowe fizyki podające w sposób analityczny zależności między poszczególnymi wielkościami i pozwalające dla tych samych danych uzyskać zawsze ten sam określony (zdeterminowany) wynik.

*model stochastyczny- to model w którym powiązania funkcyjne zależą od wielkości losowych. Dal danych wielkości wejściowych wyniki mogą być jedynie przewidziane zgodnie z zasadami probabilistyki

*model wartości oczekiwanych - to model w którym wielkościom losowym zostały nadane ich wartości oczekiwane (lub średnie)

*model wartości skrajnych – to model w którym wielkościom losowym zostały nadane ich wartości skrajne z przedziału ich zmienności.

Zaawansowane metody projektowania

Zmienna losowa to zmienna przyjmująca przy realizacji doświadczenia pewną wartość liczbową zależności od losowego wyniku doświadczenia. Zatem zmienną losową X jest funkcja, której argumentami są losowe zdarzenia elementarne z rozważanego zbioru zdarzeń. W technice spotykamy zmienne losowe skokowe i zmienne losowe typu ciągłego.

Zmienna losową skokową X nazywamy zmienną X, która może przyjmować wartości ze skończonego lub przeliczalnego zbioru wartości t.j. takiego zbioru którego elementy mogą być ponumerowane w jakiejkolwiek kolejności i wpisane w postaci ciągu x1, x2, x3..

Rozkład skokowy (rozkład zmiennej losowej skokowej) uważamy za całkowicie określony teoretycznie, jeśli znane są wszystkie możliwe wartości x1,x1,x3.. jakie może przyjmować zmienna losowa X oraz znane są prawdopodobieństwa p(xi) dla każdego zdarzenia (X=xi) z rozważanego zbioru zdarzeń Σp(xi)=1

Cała masa prawdopodobieństwa równa jedności jest skupiona w przeliczonym lub skończonym zbiorze punktów.

Dystrybuanta empiryczna jest to suma częstości dla wszystkich wartości nie przekraczających x

W(x)=w(0)+w(x1)+w(x2)+…+w(x)

Dystrybuanta teoretyczna jest to wartość sum prawdopodobieństw p(x) dla wszystkich argumentów nie większych od x.

Metody Monte Carlo w modelowaniu procesów stochastycznych.

Poszukiwana jest funkcja rozkładu prawdopodobieństwa zmiennej losowej C, a także jej parametry μ-wartość średnia σ²-wariancja

C może być przedstawiona jako zmienna zależna:

C=f(α1, α2… αN) gdzie α1…-są zmiennymi losowymi, których funkcje rozkładu są znane

1.Dla każdej ze zmiennych losowych αi, na podstawie jej funkcji rozkładu o parametrach μi i σ² obliczana jest wartość i-tej zmiennej.

2.Powyższy krok jest powtarzany dla następnej zmiennej losowej do momentu wyznaczenia wartości wszystkich zmiennych losowych α.

3.Na podstawie obliczonych w krokach 1 i 2 wartości zmiennych losowych αi jest wyznaczana wartość C określona wzorem*

4.Czynności w krokach 1,2 i 3 są powtarzane aż do momentu otrzymania N wartości C.

5.Na podstawie N wartości C jest wyznaczana funkcja gęstości prawdopodobieństwa oraz wartość średnia i wariancja. C można przedstawić w postaci funkcji:

C=f(μ, σ²)

Gdzie μ, σ² są funkcjami zmiennych wejściowych lub parametrów

Inżynieria współbieżna to równolegle i jednocześnie prowadzenie prac projektowych, technologicznych i wykonawczych nad tworzeniem jednego lub kilku produktów.

Korzyści płynące z zastosowania inżynierii współbieżnej

30% do 70% zmniejszony czas rozwoju produktu

65-90% mniej zmian konstrukcyjnych

20-90% szybsze wprowadzenie na rynek

20-110% wyższa produktywność pracowników umysłowych

Projektowanie tradycyjne:

Projektowanie współbieżne:

Pro/DESKOP- jest to przyjazny, łatwo dostępny modeler bryłowy pozwalający na wykonanie modelu 3d, rysunku warsztatowego 2d oraz wizualizację projektu. Całkowicie parametryczne środowisko pozwala również na projektowanie w złożeniu oraz projektowanie współbieżne.

Parametryzacja rozumiana jest jako forma zapisu konstrukcji, w której postać konstrukcyjna oraz układ wymiarów odwzorowane są w pamięci operacyjnej komputera, natomiast zmienne wartości wymiarów czytane są ze zbiorów zewnętrznych. W ten sposób ma miejsce połączenie zapisu jakościowych cech konstrukcyjnych (geometrycznej postaci konstrukcyjnej) z ilościowymi cechami konstrukcyjnymi (wartościami wymiarów).

Zbiór cech konstrukcyjnych

-geometryczne- opisują zewnętrzna oraz makrostrukturę przyszłego środka technicznego. Można je podzielić na jakościowe oraz ilościowe. Cecha jakościowa to geometryczna postać konstrukcyjna (popularnie nazywana kształtem), która przedstawia powierzchnie zewnętrzne oraz wewnętrzne przyszłego elementu. Cechy geometryczne ilościowe – to opisujący geometrię układ wymiarów. Do tego zbioru cech należą również cechy makrostruktury, jak: chropowatość powierzchni, odchyłki kształtu i położenia. Cechy jakościowe i ilościowe są ściśle ze sobą związane.

-montażowe – określają stan wyrobu w trakcie montażu. Cechy te odnoszą się do konstrukcji wieloelementowych i podawane są najczęściej na rysunkach złożeniowych. Przykładem takiej cechy jest moment dokręcania śruby.

-tworzywowe- określają strukturę wewnętrzna przyszłego środka technicznego. Jakościowe opisują mikrostrukturę przyszłego środka technicznego. Ilościowe to m.in. granica plastyczności, odporność na naciski powierzchniowe itp.

Rodzaje parametryzacji:

-dynamiczna- realizowana jest przez manualną zmianę wartości wybranych wymiarów w wyniku czego w sposób dynamiczny następuje modyfikacja geometrycznej postaci konstrukcyjnej oraz wartości układu wymiarów. Taka parametryzacja stosowana jest w programach graficznych Pro/DESPOK, Solid Edge, Pro/Engineer, I-DEAS

-relacyjna- pozwala na zmianę wartości wymiarów wyznaczonych w sposób relacyjny do określonej zmiennej niezależnej np. wartości cech charakterystycznej, lub istotnego wymiaru. Po wprowadzeniu określonej wartości zmiennej niezależnej obliczane są wartości wymiarów po czym następuje aktualizacja istniejącej postaci zapisu konstrukcji. Taka forma jest stosowana w pakietach: Pro.Engineer, ProDeskop, I-DEAS

-programowa- bazuje na integracji języka programowania z programem graficznym np. języka AutoLISP z programem AutoCAD. Polega głównie na modelowaniu zapisu konstrukcji punkt po punkcie (np. jako efekt czytanie danych ze zbiorów zewnętrznych, wprowadzenie pętli iteracyjnych, wprowadzenie warunków ograniczających).

Techniki skracające czas projektowania i wytwarzania

Sukces rynkowego produktu zależy od jego jakości i szybkości pojawienia się w sprzedaży. W procesie projektowania należy zatem przebadać wiele różnych rozwiązań a następnie szybko wytworzyć prototyp. Można to zrobić dzięki technikom komputerowym:

Time Compression Technologies (TCT)-techniki przyspieszające wytwarzanie:

-Virtual Prototyping – wirtualne prototypowanie (badanie prototypu istniejącego w komputerze

-Rapid Prototyping-szybkie wytwarzanie modeli lub prototypów maszyn urządzeń i obiektów technicznych

-Rapid Manufakturing – szybkie wytwarzanie wyrobów użytkowych

-Rapid Tooling-szybkie wykonywanie narządzi

-Reverse Engineering – inżynieria wsteczna, czyli tworzenie modelu bryłowego w komputerze na podstawie rzeczywistego obiektu

Virtual prototyping-wirtualne prototypowanie – to badania dotyczące prototypu „wirtualnego” czyli sztucznego bo istniejącego tylko w komputerze. To proces tworzenia oraz badania wirtualnego prototypu. Obejmuje:

-komputerowe projektowanie obiektu

-symulacje procesu wytwarzania

-badania symulacyjne własności (wytrzymałościowych, funkcjonalnych, ergonomicznych, możliwości recyklingu)

Badania obiektu wirtualnego czyli modelu komputerowego mogą obejmować:

-sprawdzanie wielu wariantów rozwiązań

-sprawdzanie wykonalności (na obrabiarce numerycznej)

-symulacje procesu odlewania

-sprawdzenie możliwości montażu i wykrywacie kolizji

-badania wytrzymałościowe (MES-FEM) statyczne i dynamiczne

-wyznaczanie przepływów ciepła i rozkładów temp.

-symulacja pracy: kinematyczna (ruch) i dynamiczna (ruch +siła, momenty, tarcie…)

Programy do wirtualnego prototypowania:

Virtula prototyping pozwala zbudować realistyczny model poruszającego się prototypu i prowadzić na nim badania dotyczące kinematyki ruchu a także dynamiki z uwzględnieniem mas, sił itd. Pozwala to optymalizować projekt przed rzeczywistym wykonaniem prototypu.

Systemy do modelowania i badań symulacyjnych:

-WorkinMOdel – symulacje obiektów dwuwymiarowych

-Visual Nastram- symulacje obiektów trójwymiarowych

-ADAMS (analiza kinematyki i dynamiki)

-ADINA (liniowa i nieliniowa, statyczna i dynamiczna analiza metodą elementów skończonych)

-FIDAP (analiza przepływów)

-MATLAB + SIMULINK (modelowanie i symulacja układów dynamicznych – w tym układów sterowania)

Rapid Prototyping- jest wspólną nazwą procesów szybkiej budowy obiektów fizycznych na podstawie ich modeli komputerowych.

Systemy szybkiego wytwarzania prototypów to grupa urządzeń i technologii wchodzących w skład CAM – komputerowego wspomagania wytwarzania.

Jest to automatyczne wytwarzanie elementów maszyn lub innych przedmiotów za pomocą urządzeń sterowanych z komputera na podstawie opracowanego wcześniej modelu bryłowego.

W odróżnieniu od metod ubytkowych stosowanych przez obrabiarki, metody RP są addytywne – polegają na stopniowym nakładaniu kolejnych warstw materiału przez klejenie stapianie spiekanie czy utwardzanie różnych materiałów za pomocą lasera lub innych wiązek promieniowania.

Używana jest również nazwa Solid Freeorm Fabrication (Wytwarzanie twardych kształtów)

Pierwsze RPS powstały w latach 80-tych początkowo tylko do produkcji prototypów a obecnie znajdują coraz szersze zastosowanie także do produkcji narzędzi lub krótkich serii wysokiej jakości elementów.

Słowo „szybkie” oznacza w praktyce okres od kilku do kilkudziesięciu godzin zależnie od metody i zastosowanego sprzętu oraz złożoności modelu.

Stosuje się różne materiały np. o wysokiej temperaturze topnienia dla końcowego produktu i o niskiej temp. Topnienia jako wypełniacze separujące poszczególne części.

Ważniejsze metody Rapid Prototyping:

Stereolithography- SLA – utwardzanie fotopolimeru za pomocą lasera UV

Fused Deposition MOdeling – FDM – wtapianie porcji wypełniacza plastikowego lub drutu metalowego

Selective Laser Sintering – SLS- spiekanie za pomocą lasera cząstek plastiku, metalu, ceramiki lub szkła

Electron Beam Melting – EMB- stapianie warstw metalu w komorze próżniowej za pomocą wiązki elektronowej

Laminated Object Manufactirung – LOM – sklejanie profilowanych arkuszy plastiku, papieru lub metalu

Single Jet Inkjet – Inkjet – natryskiwanie roztopionego wosku, metalu lub materiału utwarzdanego optycznie

Tree Dimensional Priting – 3DP – sklejanie materiału proszkowanego za pomocą nastrzykiwanego kleju.

Większość technologii szybkiego prototypowania wykorzystuje zasadę dodawania materiału w trakcie budowy obiekt, w przeciwieństwie do tradycyjnych procesów obróbki, kiedy materiał jest usuwany. Jedną z najpopularniejszych technologii jest stereolitografia.

LOM- Laminated Object Manufactirung – instystut Odlewnictwa w Krakowie posiada urządzenia RPS – LOM 2030E.

Proces tworzenia modelu przebiega następująco:

-po zaprojektowaniu przestrzennego modelu bryły w programie CAD jest zapisywany w formie STL i przesłany do komputera sterującego maszyną LOM.

-oprogramowanie RPS-LOM sprawdza poprawność modelu i tnie komputerowy model bryłowy w cienkie warstewki

-maszyna laserem wycina poszczególne warstewki z podawanego z rolki specjalnego samoprzylepnego papieru i nakleja je na siebie

-dla łatwiejszego usuwania papier poza bryłą jest cięty na kwadraty

-otrzymany model laminowany (warstwowy) jest czyszczony a czasem malowany

LOM: (zalety)

-wykonywane prototypy są niezastąpione przy weryfikacji projektu i mogą być używane jako modele-matki dla sporządzania form dla odlewów metalowych

-modele LOM są łatwo obrabialne, mogą być np. szlifowane, frezowane, wiercone i malowane

-praktycznie nie ma ograniczeń co do złożoności

-wymiar prototypu jest niemal nieograniczony z uwagi na możliwości budowy prototypu w częściach i ich dokładnego sklejenia.

Modele mogą być wykorzystywanbe:

-jako model służący do bezpośredniego formowania

-jako rdzennica do wykonywania rdzeni odlewniczych

-jako modele „matki” na podstawie których wykonuje się modele odlewnicze z żywić syntetycznych do formowania ręcznego i maszynowego

-jako model wykonywania matrycy z gumy sylikonowej służącej do wykonywania modeli woskowych

-jako model wypalany po naniesienie powłoki ceramicznej.

Wykorzystanie metody RPS-LOM do wykonywania odlewów jednostkowych spowodowało skrócenie procesu technologicznego, obniżenie kosztów produkcji, podniesienie jakości i podwyższenie dokładności wymiarowej odlewów.

SL- Stereolitogragia – była pierwszą technologią szybkiego wytwarzania prototypów zapoczątkowało ją wynalezienie dodatków do płynnych żywić, które powodowały po naświetleniu, rozpoczęcie procesu polimeryzacji.

-komputerowy model bryłowy zostaje zaimportowany z systemu CAD do programu sterującego maszyną do stereolitografii

-wytwarzanie modelu polega na warstwowym utwardzaniu żywić epoksydowych lub akrylowych pod wpływem promieniowania ultrafioletowego, którego źródłem jest laser małej mocy

-jest uznawana za technikę charakteryzującą się największą dokładnością odwzorowania i jakością wykończenia

-wytwarzany obiekt powstaje na platformie zanurzonej w wannie z płynnym fotopolimerem i stopniowo obniżanej po utwardzeniu każdej kolejnej warstwy

FDM- nakładanie stopionego materiału – polega na wtapianiu w model kolejnych porcji materiału termoplastycznego. Prototyp powstaje przez doklejanie cienkiej nitki stopionego materiału termoplastycznego lub drutów metalowych (0,127-0,33 mm)

Wykorzystywany jest na przemian materiał modelowany oraz materiał podporowy – później usuwany. Technika ta dystrybuowana jest przez firmę Stratasys i jest drugą pod względem popularności zastosowania metodą RP.

Zastosowanie:

-prototypy urządzeń i części maszyn (obudowy, włączniki, wsporniki)

-prototypy opakowań szklanych i z tworzyw sztucznych (butelki słoiki)

-części zamienne maszyn i urządzeń

-pełnowartościowe narzędzia i przyrządy

-prototypy współpracujących mechanizmów

-testy funkcjonalne kształtu, dopasowania, analizy wytrzymałościowe

-badania, wizualizacje FEM

Zalety:

-możliwość uzyskania modelu w kolorach białym niebieskim żółty zielonym czarnym czerwonym oraz szarym

-duża wytrzymałość wytworzonych produktów

-dokładne i funkcjonalne prototypy przy możliwie niskim koszcie wykonania

-możliwość dalszej obróbki mechanicznej (wiercenie, frezowanie)

-możliwość nanoszenia różnorodnych powłok galwanicznych

-szczelność i odporność na działanie wody

SLS- selektywne spiekanie laserowe – używa laserów o dużej mocy do warstwowego spiekania małych cząstek plastiku, metalu, ceramiki lub szkła. Mimo że jest to proces znacznie bardziej złożony od poprzednich jest od nich atrakcyjniejszy ze względu na większy zakres dostępnych materiałów.

Technologia SLS jest idealnym rozwiązaniem w przypadku małych serii produkcyjnych. System współpracuje z materiałami bazującymi na polimidach oraz polistyrenach.

GOSPI:

2. Jakie ograniczenia programów MES:

Zdarzenia z bardzo dużymi prędkościami

Symulacja deformowania z bardzo dużymi prędkościami

Symulacja wybuchu

Penetracja w materiał i jego zniszczenie( rozerwanie)

3. Procedura postępowania w MES i analizy dynamiczne Inventor.

Etapy działań:

Niezbędnym etapem wstępnym jest określenie TYPU ANALIZY - LINIOWA czy NIELINIOWA, STATYCZNA (brak zależności od czasu) czy DYNAMICZNA, o parametrach SKUPIONYCH czy ROZŁOŻONYCH (zmieniających się w przestrzeni). Gdy istnieje stan równowagi lub zmiany przebiegają bardzo wolno i w zakresie odkształceń liniowych, elastycznych to przyjmujemy najprostszy typ: LINIOWĄ ANALIZĘ STATYCZNĄ. Wówczas czeka nas 8 zasadniczych etapów (składających się na: pre-processing, processing i post-processing):

-PRE-PROCESSING czyli budowa modelu dla MES:

MATERIAŁY - decyzja co do jednostek miar i zdefiniowanie własności użytych materiałów konstrukcyjnych (moduł Young'a, wsp. Poisson'a)

GEOMETRIA - budowa modelu geometrycznego lub zaimportowanie istniejącego z programu CAD

ELEMENTY - dobór typów (liniowe czy powierzchniowe czy objętościowe) i rodzajów elementów skończonych i ich własności (ang.: properties)

SIATKA (MESH) - podział modelu geometrycznego na siatkę (ang.: mesh) elementów skończonych (wybranych uprzednio typów)

WIĘZY (CONSTRAINTS) - zdefiniowanie więzów kinematycznych ograniczających przemieszczenia wybranych węzłów lub elementów.

OBCIĄŻENIA (LOADS) - zdefiniowanie obciążeń

-PROCESSING (SOLVING) - OBLICZENIA

- wysłanie (eksport) zbudowanego modelu do programu obliczeń macierzowych (np.: NE/Nastran lub in.)

-POST-PROCESSING czyli przeglądanie i analiza wyników obejmująca m.in.:

wczytanie (import) pliku z wynikami (uzyskanego z Nastrana lub innego solver'a)

wizualizację odkształceń modelu (odpowiednio zwielokrotnionych)

wizualizację warstwicowa (ang.: contour graph) naprężeń i in. wielkości

uruchamianie animacji

wykresy momentów i in. wielkości

odczytywanie wyników dla wskazywanych węzłów lub elementów

wydruk wyników

Analiza dynamiczna i kinematyczna (Dynamic Simulation)

Moduł Dynamic Simulation, pozwala na przeprowadzanie kinematycznej i dynamicznej analizy działania mechanizmów. W tym module można określić jakie siły, prędkości i przyspieszenia działają na poszczególne komponenty pracującego złożenia. Do określenia relacji pomiędzy współpracującymi komponentami można skorzystać z szerokiej palety dynamicznych wiązań ruchu oraz dodać elementy sprężyste i tłumiące, a także zdefiniować współczynnik tarcia w każdym wiązaniu. Do określenia warunków wymuszenia można zastosować także funkcje czasu utworzone w specjalnym edytorze.

Aby zrozumieć istotę zjawisk kinematycznych program pokazuje symulację w postaci wizualizacji 3D bezpośrednio na modelu analizowanego zespołu. Wynik analizy dynamicznej może być przedstawiony w postaci wykresu ruchu ilustrującego to jak zmienia się siła czy przyspieszenie w całym cyklu operacyjnym. Układ działających w danej chwili sił może być od razu wykorzystany do przeprowadzenia analizy naprężeń i odkształceń części w module MES, pakietu Professional uwalniając konstruktora od ponownego definiowania warunków obciążenia do prowadzenia obliczeń wytrzymałościowych.

4. Optymalizacja - jak można ją wykorzystać w programach wspomagających projektowanie.

Aby w wyniku procesu optymalizacji znaleźć najlepszą spośród kilku możliwych konfiguracji, inżynier musi mieć możliwość zmiany parametrów konstrukcyjnych. Parametry te to zmienne modelowania. Mogą to być wymiary, liczba wystąpień w szyku, właściwości materiału, obciążenia, sztywność sprężyny lub dowolny inny aspekt konstrukcyjny mogący posiadać „najlepszą” wyznaczalną wartość.

Narzędzia do optymalizacji produktów (SolidWorks Optimization):

-Analiza zamiany

Analiza zamiany to iteracyjne badania alternatywnych konfiguracji modelu. Na przykład inżynier może dodać żebro lub usunąć jedno z nich, aby stwierdzić, jak wpłynie to na pracę produktu. Analiza zamiany jest bardzo przydatna do przeprowadzania szybkiej oceny wielu opcji w celu stwierdzenia, która z wprowadzonych do elementu zmian wywiera największy wpływ. Ponieważ liczba kombinacji cech może być praktycznie nieograniczona, ważne jest, aby zapisywać poszczególne iteracje i ich wyniki, aby zapobiec duplikowaniu obliczeń lub ich utracie.

-Analiza wrażliwości

Analiza wrażliwości bada wpływ zmian parametrów produktu na jego zachowanie. Wyniki tych badań zwykle są przedstawiane na wykresach. Na osi X nanoszona jest wartość zmiennego parametru, a na osi Y odpowiedź na każdą zmianę. Małe zróżnicowanie odpowiedzi jest

dowodem niskiej wrażliwości. Tego typu analiza pomaga inżynierowi określić cechy, które wymagają przeprowadzenia dalszych badań. Ponadto analiza wrażliwości może wskazać parametry o największym znaczeniu, jak również zakres ich wartości, w którym wywierają one największy wpływ na określone kryterium.

Podstawą programu SolidWorks jest metoda optymalizacyjna DoE (planowanie eksperymentów). Aby uruchomić procedurę rozwiązania danego zadania, inżynier musi wprowadzić wartość minimalną i maksymalną dla zmiennych wymiarowych, a następnie wybrać optymalizację „Standardową” lub „Wysokiej jakości”. Metoda standardowa oparta jest na założeniu, że pomiędzy wartościami granicznymi krzywa odpowiedzi ma charakter linearny oraz że obliczana jest odpowiedź tylko dla tych wartości. Optymalizacja wysokiej jakości uwzględnia możliwość odpowiedzi drugiego rzędu pomiędzy wartościami granicznymi oraz dokonuje oceny zarówno wartości środkowej, jak i wartości granicznych.

5. Różnice między MES i MED.

MES (FEM):

-Metoda jest stosowana w wielu dziedzinach jak: mechanika ciał stałych, mechanika płynów, analiza termiczna, analiza pól magnetycznych i elektrycznych. Za pomocą metody bada się wytrzymałość konstrukcji, odkształcenia, naprężenia, przemieszczenia, przepływ ciepła, przepływ cieczy. Bada się również dynamikę, kinematykę i statykę maszyn, jak również odziaływania elektrostatyczne, magnetostatyczne i elektromagnetyczne

-Badany element traktowany jest jako ośrodek ciągły

-Najważniejszą cechą MES jest możliwość zastąpienia problemu analitycznego, zapisanego za pomocą równań różniczkowych, problemem algebraicznym

-Metoda Elementów Skończonych opiera się na przyjęciu aproksymacji pola przemieszczeń lub naprężeń czy też połączeniu tych przybliżeń w każdym elemencie.

-Analizowany obszar dzieli się na pewną skończoną liczbę geometrycznie prostych elementów, tzw. elementów skończonych.

-Zakłada się, że są one połączone ze sobą w skończonej liczbie punktów znajdujących się na obwodach. Najczęściej są to punkty narożne. Noszą one nazwę węzłów. Przemieszczenia punktów wewnątrz elementu są wyznaczane na podstawie przemieszczeń węzłów. Przemieszczenia niektórych węzłów są ograniczone przez narzucone więzy kinematyczne (utwierdzenia, przeguby i in.)

-Równania różniczkowe opisujące badane zjawisko przekształca się, przy pomocy tzw. funkcji wagowych, do równań metody elementów skończonych. Są to równania algebraiczne.

-Problemy w których dominuje nieciągłe zachowanie się elementów, nie mogą być symulowane za pomocą MES

MED (DEM) (Metoda Elementów Dyskretnych):

-MED Jest zbiorem metod numerycznych i algorytmów pozwalających na obliczanie właściwości fizycznych dużej ilości obiektów będących w stanie swobodnym.

-MED rozpatruje badany element jako nieciągłość

-W metodzie tej nacisk kładziony jest na mechanikę kontaktu i zderzeń pomiędzy odrębnymi, niezależnymi elementami

-Wykorzystywana jest w inżynierii mechaniki gruntów i materiałów sypkich

-Algorytm MED dostarcza informacji na temat prędkości, pozycji i sił działających na dane ciało lub element

-Fundamentalną jednostką MED jest pojedyncze ciało lub ziarno

-W przeciwieństwie do MES w której zakłada się często globalny funkcjonał dla całego systemu, MED traktuje indywidualną cząstkę jako podstawową jednostkę

-Oddziaływanie z sąsiadującymi elementami jest osiągane poprzez zastępowanie warunków kontaktu pomiędzy ciałami przez siły zewnętrzne

-Wszelkie oddziaływania pomiędzy ciałami następuje poprzez siły graniczne, a nie poprzez globalną macierz sztywności (jak w MES)

-MED bazuje na II prawie Newtona’a dla pojedynczych elementów i relacji „siła przemieszczenie” w momencie kontaktu elementów ze sobą

7. Moduł Desing Accelerator –

Moduł Design Accelerator służy do odwzorowywania ważnych komponentów Sprawnego projektowania. Umożliwia przeprowadzanie obliczeń inżynierskich i wspomaga podejmowanie decyzji podczas identyfikowania komponentów znormalizowanych lub tworzenia geometrii opartej na normach. Zawiera zestaw narzędzi funkcjonalnych wzbogacony o inteligentne normy dzięki czemu jesteśmy w stanie błyskawicznie zaprojektować takie elementy jak wały maszynowe, przekładnie pasowe, łańcuchowe, zębate, krzywki, połączenia wpustowe, wielowypustowe, śrubowe itp. Jednocześnie mamy możliwość błyskawicznego sprawdzenia mechanizmu pod kątem wytrzymałościowym oraz funkcjonalnym. Nadajemy obciążenia momenty wymiary geometryczne i sprawdzamy poprawność doboru np w odniesieniu do wcześniej wprowadzonych norm. Istnieje również możliwość poszerzenia funkcjonalności Inventora o projektowanie form wtryskowych oraz

symulację wtrysku co w połączeniu z funkcjami służącymi do modelowania elementów plastikowych.

8. Metody i strategie projektowania

Projektowanie to w istocie powstawanie nowych rozwiązań (koncepcji). Traktować je można podobnie jak procesy twórcze, czyli tzw. innowacje. Podstawową ideą współczesnego przygotowania nowych rozwiązań (projektów) jest wyodrębnienie problematyki projektowania jako etapu przejściowego pomiędzy pracami naukow -badawczymi a rutynowym, techniczno-organizacyjnym przygotowaniem produkcji. BADANIE->PROJEKTOWANIE->Produkowanie->Wdrażanie.

Strategia projektowania – to zespół reguł podporządkowujących określone działania każdej konkretnej sytuacji, jaka może wystąpić w trakcie procesu projektowania. Może być:

•diagnostyczna – przeprowadza się analizę istniejącej sytuacji, dokonuje oceny i drogą syntezy tworzy nowe lepsze rozwiązania. Na tej strategii oparta jest tzw. metoda Altszulera, którą można zapisać jako postępowanie: „od dołu do góry”, czyli uwzględnianie tego, co jest.

•prognostyczna – dokonuje się syntezy najlepszego rozwiązania, jakie w danym obszarze można uzyskać, tworzy się niejako rozwiązanie idealne, następnie dokonuje się analizy i oceny. Rozwiązanie idealne adaptuje się do konkretnych warunków, powtórnie analizuje i poprawia, a pozyskaniu rozwiązania ostatecznego przedstawia się do decyzji. Na tej strategii opiera się metoda Nadlera, rozumiana jako: „od góry do dołu ”, czyli uwzględnianie najlepszego, co może być .

•funkcjonalna – w strategii tej stosuje się różne podejścia i postawy projektowe w zależności od charakteru problemu i rozwiązywanych funkcji. Liczba tych postaw jest nieograniczona, najczęściej jednak stosuje się projektowanie wariantowe i wyznaczania zbioru rozwiązań dopuszczalnych W strategii funkcjonalnej znajdują zastosowania metody systemowe i algorytmiczne, oparte na wykorzystaniu komputerów w projektowaniu, dlatego tylko te są dalej omawiane.