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.
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.
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.
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
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: - Szybkie tworzenie wzorców fizycznych - Część wzorcowa jest do dyspozycji już podczas opracowywania konstrukcji - Możliwość budowy części o złożonej geometrii i powierzchni swobodnych - Małe koszty w odniesieniu do klasycznej obróbki ubytkowej w produkcji jednostkowej i mało seryjnej
Wady: Ograniczone wymiary tworzonych obiektów - Ograniczona liczba materiałów - Części spełniają wymagania 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