CAx – ZALICZENIE

1. Systemy oprogramowania inżynierskiego (techniki CAx) – charakterystyka

- CAD (Computer Aided Design)

Komputerowe wspomaganie projektowania – zastosowanie systemów komputerowych do wspomagania w tworzeniu, modyfikacji, analizie i optymalizacji projektu.

- CAPP (Computer Aided Process Planning)

Komputerowe wspomaganie planowania procesów technologicznych – metody i narzędzia wspomagające projektowanie procesów technologicznych obróbki i montażu.

- CAE (Computer Aided Engineering)

Zastosowanie systemów komputerowych do analizy obliczeniowej konstrukcji, symulacji i wirtualnych testów produktu.

- CAM (Computer Aided Manufacturing)

Komputerowe wspomaganie wytwarzania – zastosowanie systemów komputerowych do programowania i sterowania procesu wytwarzania, programowania urządzeń NC.

- CAT (Computer Aided Testing)

Wspomaganie komputerowe badań doświadczalnych – planowanie badań symulacyjnych, badania prototypów.

- CAQ (Computer Aided Quality Control)

Komputerowo wspomagane systemy sterowania jakością – projektowanie, planowanie i realizacja procesów pomiarowych, a także procedur kontroli jakości.

- CIM (Computer Integrated Manufacturing)

Komputerowo zintegrowane wytwarzanie – działania w kierunku integracji wszystkich elementów komputerowego wspomagania o zarządzania produkcją.

1. Proces projektowania (definicje, etapy)

Projektowanie – planowanie układów (systemów) materialnych w obszarze techniki (przygotowanie technologii; organizacja produkcji ..)

Projekt – to tymczasowe przedsięwzięcie podejmowane w celu wytworzenia unikalnego wyrobu lub dostarczenia unikalnej usługi

Cechy jakimi powinien charakteryzować się projekt :

- zorientowanie na cel
- skoordynowane podejmowanie powiązanych ze sobą działań (złożoności)
- skończony czas trwania (projekty mają swój początek i koniec)
- wyjątkowość (niepowtarzalność)

Projektowanie i konstruowanie – działania twórcze związane z tworzeniem środków technicznych lub opracowywaniem przedsięwzięć organizacyjnych w związku z wcześniej rozpoznanymi potrzebami

Projektowanie – jest procesem stopniowego określania cech obiektu, począwszy od ogólnych aż do coraz bardziej szczegółowych, obejmuje czynności i zdarzenia występujące pomiędzy pojawieniem się problemu a powstaniem dokumentacji opisującej rozwiązanie problemu

Proces projektowania konstrukcyjnego dzieli się na fazy:

- faza koncepcji
- faza konstruowania (geometryczne kształtowanie wyrobu)
- faza przygotowania dokumentacji

1. Systemy CAD

Jest to proces projektowania, w którym komputer wykorzystywany jest na każdym etapie jako podstawowe narzędzie pracy projektanta.

Elementy systemu:

Metody, oprogramowanie i sprzęt komputerowy )stacje robocze, urządzenia wyjściowe CAD)

Zastosowania :

Projektowanie urządzeń mechanicznych, elektronicznych, budowli, pojazdów
(dziedziny projektowania inżynierskiego, gdzie tworzy się dokumentację konstrukcyjną na podstawie geometrycznych modeli obiektów 2D i 3D)

1. Sprzęt dla systemów CAD

- Stacje robocze CAD
- Digitizery
- Plotery
- Manipulatory 3D (SpacePilot, SpaceExplorer, SpaceNavigator)

Zadania systemów CAD:

- projektowanie koncepcyjne
- modelowanie geometryczne obiektów
- analizy obliczeniowe i symulacyjne
- opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej
- opis struktury produktu na podstawie rysunków złożeniowych, tworzenie technologiczne dla obróbki
- karty i formularze technologiczne dla obróbki konwencjonalnej
- wymiana danych z innymi systemami (IGES, VDA, STEP, DFX)
- obsługa baz danych

1. Rodzaje modeli geometrycznych 3D w CAD

- Modele krawędziowe – układają się z punktów i krawędzi – krawędziami mogą być linie proste lub krzywe

- Modele powierzchniowe – zbudowane z powierzchni (niekoniecznie płaskich) oraz krawędzi ograniczających te powierzchnie; stosowane tam, gdzie wymagane są nieregularne obiekty (np. skomplikowane modele samochodów)

- Modele bryłowe – zbudowane są z powierzchni i krawędzi ograniczających te powierzchnie oraz dodatkowo przestrzeni ograniczonej przez te powierzchnie – model bryłowy najwierniej odzwierciedla rzeczywiste przedmioty

1. Ograniczenia stosowania modeli 2D

Widoki reprezentują obiekty, ale nie ma bezpośredniej zależności między nimi.

Niezależne płaskie widoki nie są związane za pomocą określonych relacji.

Zmiana obiektów nie powoduje automatycznej aktualizacji widoków.

1. AutoCAD – metodyka pracy komunikacja z programem, rysunek prototypowy, warstwy, metody precyzyjnego kreślenia, bloki

Autodesk – oprogramowanie do dwuwymiarowego i trójwymiarowego modelowania geometrycznego .

Metodyka pracy :

Elektroniczny arkusz – narzędzia analogiczne jak przy ręcznym wykonywaniu rysunków

Efektywne narzędzia edycyjne (przesuwanie, kopiowanie, obroty, usuwanie obiektów)

Warstwy rysunkowe usprawniają zarządzanie i wizualizację

Baza elementów wielokrotnie wykorzystywanych.

Komunikacja z programem :

- wprowadzanie poleceń z klawiatury
- za pomocą okien narzędziowych
- za pomocą menu głównego
- za pomocą pasków narzędziowych

Systemy współrzędnych w modelowaniu geometrycznym :

- globalny układ współrzędnych
(GUW – WCS)

- lokalny (roboczy) układ współrzędnych
(LUW – UCS)

Rysunek prototypowy (plik *.dwt) :

- rodzaj i dokładność jednostek miary
- granice rysunku, definicje warstw
- style wymiarowania, tekstu, tabeli, polilinii
- bloki ramek tytułowych wraz z tabelkami i znakami firmowymi
- definicje rodzajów linii, ustawienia skoku, siatki i trubu orto
- inne ustawienie i konwencje

Metody i narzędzia do precyzyjnego kreślenia :

- współrzędne
- pozycjonowanie względem istniejących obiektów
- konstrukcje geometryczne

Bloki :

Do wykonywania złożonych rysunków bardzo często wykorzystuje się wielokrotnie te same elementy. Zamiast rysować za każdym razem element od nowa lub go kopiować, można zapisać powtarzające się elementy w postaci bloków.

Blokiem może być jeden obiekt (np. tranzystor) lub zbiór dowolnej liczby elementów (np. silnik). Elementy wchodzące w skład bloku stanowią całość.

Możemy tworzyć biblioteki bloków (np. biblioteka części maszyn, biblioteka części elektronicznych).

1. Techniki modelowania 3D

System modelowania 3D pozwala na budowę obiektów trójwymiarowych bezpośrednio w przestrzeni.

Projektowanie w 3D :

- Tworzone są modele geometryczne 3D rzeczywistych obiektów
- Pojedynczy model może być przedstawiany w różnej orientacji
- Modyfikacje wykonywane są bezpośrednio na modelu

Systemy CAD 2D a 3D :

Systemy CAD 2D i 3D nie są względem siebie konkurencyjnymi, a raczej uzupełniają się wzajemnie, ponieważ mają odmienny obszar zastosowań.

Systemy 2D mają zastosowanie głównie do tworzenia dokumentacji konstrukcyjnej. Ich niewielkie wymagania sprzętowe i łatwość obsługi zapewniają dużą wydajność.

Modelowanie w systemie 3D jest bardziej pracochłonne. Dlatego stosuje się je najczęściej w przypadkach, gdy dane w nich zawarte wykorzystywane są do celów symulacyjnych lub technologicznych.

Zastosowania modeli 3D :

- Model 3D służy przygotowaniu danych do produkcji wyrobu
- Tworzenie modeli jest najczęściej połączone z symulacją ich zachowania pod wpływem określonych warunków zewnętrznych
- Raz utworzony model 3D może być wykorzystany do wielu celów – symulacji i analiz.

1. Więzy geometryczne w modelowaniu bryłowym

Relacje między elementami geometrycznymi, takie jak: prostopadłość, równoległość, styczność, łączność końców, równość długości, itp.

2. Metodyka łączenia elementów podczas tworzenia modeli mechanizmów

Podczas opracowywanie projektu mechanicznego w programie Austodesk Inventor stosuje się zwykle kilka kolejnych kroków :

• Zaplanowanie struktury bieżącego zespołu oraz wygenerowanie części i podzespołów na jego potrzeby

• Wczytanie wygenerowanych części do środowiska zespołu lub generowanie ich z poziomu złożenia

• Ustalenie części bazowej zespołu, która będzie stanowiła odniesienie dla pozostałych elementów i podzespołów

• Pozycjonowanie względem siebie wczytanych części za pomocą wiązań zespołów

• Analizowanie zdefiniowanego zespołu, czyli kontrola kolizji detali i sprawdzenie własności fizycznych zespołu jako całości oraz poszczególnych jego części

• Tworzenie prezentacji montażu i demontażu zespołu

• Generowanie rysunku złożeniowego oraz rysunków wykonawczych poszczególnych części.

Metody tworzenia zespołu :

- „od dołu do góry”
- „od góry do dołu”
- kombinacja obu technik

1. Systemy CAE – zastosowanie i charakterystyka

Zastosowanie specjalistycznego oprogramowania komputerowego, którego zadaniem jest wspomaganie pracy inżyniera w zakresie projektowania konstrukcji wraz z wykonaniem obliczeń wytrzymałościowych opartych o metodę elementów skończonych (MES) lub metodę elementów brzegowych (MEB) a także innych analiz technicznych.

Zaletą stosowania systemów CAE jest możliwość poznania zachowania obiektu w rzeczywistych warunkach pod wpływem: obciążenia, drgań, temperatury, itp. Z zastosowaniem obliczeń i symulacji komputerowych.

Aplikacje CAE wspierają szeroki zakres dyscyplin inżynierskich oraz zjawisk, włączając w to:

- Analizy statyczne i dynamiczne komponentów i zespołów przy użyciu metody elementów skończonych (FEA - Finite Element Analysis)

- Analizy termiczne i przepływowe przy użyciu metod obliczeniowej mechaniki płynów (CFD - Computational Fluid Dynamics)

- Analizy kinematyczne i dynamiczne mechanizmów (Dynamika układów wieloczłonowych)

- Symulacja zjawisk mechanicznych (MES - Mechanical Event Simulation )

- Analizy układów sterowania

- Symulacje procesów wytwarzania, takich jak odlewanie, formowanie i tłoczenie

- Optymalizacja produktu i związanych z nim procesów.

1. Podstawowe metody stosowane w CAE

MES - zaawansowana metoda rozwiązywania układów równań różniczkowych, opierająca się na podziale dziedziny (tzw. dyskretyzacja) na skończone elementy, dla których rozwiązanie jest przybliżane przez konkretne funkcje, i przeprowadzaniu faktycznych obliczeń tylko dla węzłów tego podziału.

MEB - zaawansowana matematycznie metoda obliczeń fizycznych. Metoda ta wykorzystuje rozwiązanie fundamentalne równania różniczkowego. Aproksymacja następuje tylko na brzegu obszaru. Otrzymuje się brzegowe równanie całkowe. Rozwiązanie daje rozkład funkcji lub jej pochodnej na brzegu obszaru.

1. Funkcje systemów CAM

Systemy zintegrowane łączą moduły komputerowego wspomagania projektowania i produkcji określane skrótami CAD i CAM. Takie połączone systemy nazywa się CIM (ang. Computer Integrated Manufacturing) czyli wytwarzanie zintegrowane komputerowo.

CAM oznacza użycie komputerów do konfigurowania, harmonogramowania i sterowania procesami wytwarzania. Systemy CAM automatyzują lub wspomagają planowanie obróbki detali, które mają być wytworzone, a następnie sterują procesami wytwarzania. Na podstawie wprowadzonych przez użytkownika informacji o pożądanym kształcie detalu, programy CAM potrafią przeprowadzić symulacje obróbki, jeśli jest ona zgodna z oczekiwaniami i działa poprawnie, generowany jest tzw. Kod NC, który następnie jest przesyłany do obrabiarki. Maszyna odczytuje koc KC i wykonuje polecenia, w takiej kolejności jak przebiegały podczas procesu symulacji.

1. Metody programowania urządzeń sterowanych numerycznie

Sterowanie numeryczne - nazywamy przetwarzanie informacji cyfrowej oraz generację sygnałów sterujących ruchem maszyn lub urządzeń. Sterowanie to służy do sterowania wytwarzaniem geometrycznie zdefiniowanych przedmiotów tzn. takie, które mogą być opisywane cyfrowo na podstawie rysunku technicznego lub modelu CAD, np. sterowaniem obrabiarek.