1. Charakterystyka nowoczesnych metod w inżynierii produkcji

Komputerowa integracja danych obejmujących:

a) modele produktu

b) modele procesów wytwarzania

c) modele środków produkcji
Automatyzacja poszczególnych faz rozwoju produktu pozwalająca na skrócenie czasu przygotowania produkcji.
Bazy danych umożliwiające sprawne tworzenie i zarządzanie dokumentacją w projektowaniu i produkcji.

1. Systemy oprogramowania inżynierskiego (techniki CAx) – charakterystyka

Techniki CAx - Metody i narzędzia automatyzacji i komputerowego wspomagania w inżynierii produkcji

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

1. Obszary zastosowań systemów CAD

Zastosowania:
- Projektowanie urządzeń mechanicznych, elektronicznych, budowli, pojazdów…
- Dziedziny projektowania inżynierskiego, gdzie tworzy się dokumentację konstrukcyjną na podstawie geometrycznych modeli obiektów 2D i 3D.

Zadania systemów CAD: – wspomaganie konstruktora:
• projektowanie koncepcyjne • modelowanie geometryczne obiektów
• analizy obliczeniowe i symulacyjne
• opracowanie dokumentacji konstrukcyjnej
• opis struktury produktu na podstawie rysunków złożeniowych, tworzenie list kompletacyjnych
• karty i formularze technologiczne dla obróbki konwencjonalnej
• wymiana danych z innymi systemami(standardy IGES, VDA, DXF...)
• obsługa baz danych

Podstawowa funkcja CAD – modelowanie geometryczne, komputerowy zapis konstrukcji

1. Rodzaje reprezentacji modeli 3D

Reprezentacja modelu – zbiór reguł wykorzystanych do opisu kształtu obiektu
Reprezentacja obiektu - Obiekt w systemie 3D jest konstruowany w przestrzeni trójwymiarowej w typowym układzie kartezjańskim. Przedmiot może być przedstawiony za pomocą linii, powierzchni lub elementów objętościowych. Istnieją trzy rodzaje modeli służących do przedstawienia obiektu w systemie CAD-3D:
- modele krawędziowe - składają się z punktów i krawędzi - krawędziami mogą być linie proste lub krzywe; do budowania modelu drutowego wykorzystywane są punkty i linie ta jak w modelu 2D
- 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 (najpopularniejsze w obszarze budowy maszyn). Pozwala na wizualizacje wyrobu
- Reprezentacja modelu bryłowego w systemie reprezentacji brzegowej (b-rep) – opisuje bryłę za pomocą: powierzchni ograniczających, wierzchołków, krawędzi, ścian
- Reprezentacja modelu bryłowego za pomocą Konstruktywnej geometrii brył CSG – jest tworzony przez łączenie podstawowych elementów objętościowych (np. kula, walec); do łączenia elementów wykorzystywane są operacje Boole’a:suma, różnica.

1. Ograniczenia stosowania modeli 2D

Obiekt przedstawiony w rzutach na płaszczyzny rysunki tworzone za pomocą figur geometrycznych. Ograniczeniem jest przedstawienie tylko płaskich figur geometrycznych.
· 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. Techniki modelowania 3D — możliwości zastosowań

1. Więzy geometryczne w modelowaniu bryłowym

Więzy geometryczne to relacje między elementami modelu geometrycznego (odcinkami, łukami, okręgami, punktami), na przykład:

· prostopadłość, · równoległość, · styczność,

· połączenie końców, · równość długości, · konkretny wymiar liczbowy,

· inne zależności okreslone równaniem lub nierównością.

1. Proces projektowania (definicje, etapy)

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 trzy podstawowe fazy:
- faza koncepcji,
- faza konstruowania (geometryczne kształtowanie wyrobu),
- faza przygotowania dokumentacji

1. Uzasadnienie wprowadzenia systemów 3D

- wierność reprezentacji komputerowej

- kontrola dopasowania, współdziałania elementów

- wirtualne prototypy -generowanie kodów CNC

- automatyczne tworzenie rysunków konstrukcyjnych

- asocjatywność danych:

- analizy FEM kinematyka

- rapid prototyping

- CAM

1. Pojęcie cyfrowej makiety wyrobu — DMU

Cyfrowa makieta wyrobu (Digital Mock-Up lub DMU) - Technologia, która pozwala zastąpić fizyczne prototypy wirtualnymi, przy użyciu trójwymiarowych technik grafiki komputerowej.
Budowa wirtualnych makiet wiąże się z nadaniem im (w sposób symulacyjny) wszystkich cech rzeczywistego obiektu, których znajomość jest istotna w odniesieniu do celu stosowania takiej makiety
DMU pozwala inżynierom zaprojektować i skonfigurować kompletny produkt oraz zatwierdzać ich kolejne projekty bez konieczności budowy fizycznych modeli

Rendering proces przekształcania opisu matematycznego przedmiotów uzyskanego przez modelowanie CAD w obraz wielobarwny, z uwzględnieniem położenie obserwatora, źródeł oświetlenia, tekstur powierzchni

1. Zastosowanie cyfrowej makiety wyrobu

Zadania DMU:

-kinematyka -wykaz części -podział na sekcje

-znakowanie 2D i 3 D, adnotacje -lokalizatory

-wykrywanie kolizji -porównywanie

1. Systemy CAE – charakterystyka

CAE – komputerowo wspomagane prace inżynierskie - systemy tworzące narzędzia inżynierskie umożliwiające wykonywanie analiz i obliczeń konstrukcyjnych.
Aplikacje zorientowane problemowo z różnych dziedzin techniki (naprężenia, rozkłady temperatur, przepływy) programowanie często przedstawiane jako część systemu CAD

1. Podstawowe metody stosowane w systemach CAE

- MES – metoda elementów skończonych – najczęściej stosowana metoda do obliczeń CAE. (MES jest to metoda obliczeń fizycznych opierająca się na podziale badanego ciała na skończenie małe elementy i wykonanie obliczeń dla punktów węzłowych)

- komputerowa analiza sztywności

- obliczenia wytrzymałości konstrukcji

- symulacja procesów zachodzących w projektowanych układach

1. Zadania realizowane w systemach CAM i powiązania CAM z innymi systemami informatycznymi

CAM – komputerowo wspomagane wytwarzanie

systemy informatyczne wspomagające:

- tworzenie programów sterujących NC

- uruchamianie programów NC (symulacja, weryfikacja)

- sterowanie i nadzorowanie urządzeń i procesów wytwarzania oraz montażu na najniższym poziomie

systemów wytwórczych (poziom wydziału produkcyjnego

Funkcje systemów CAM odnoszą się zazwyczaj do wszystkich urządzeń sterowanych numerycznie:

- obrabiarek

- współrzędnościowych maszyn pomiarowych

- robotów przemysłowych

- systemów transportowych

1. Sterowanie numeryczne (definicja, podstawowe funkcje, zakres zastosowań)

Sterowanie programowe maszyn technologicznych charakteryzujące się tym, że program przekazywany jest do układu sterowania w postaci tekstowej (jako ciąg symboli literowych i cyfrowych).
Opis procesu wytwarzania - powinien zawierać informacje o:
* kształcie drogi narzędzi,
* parametrach technologicznych procesu (prędkości, posuwy),
* wymianie narzędzi,
* czynnościach pomocniczych.

Podstawowe zadanie realizowane w systemach NC to sterowanie przemieszczeń względnych między narzędziem i przedmiotem obrabianym w przestrzeni opisanej za pomocą układu współrzędnych oraz sterowanie realizacją funkcji przełączających

1. Metody programowania urządzeń sterowanych numerycznie

- ręczne - maszynowe - WOP - CAD/CAM

1. Jak powinny być przygotowane dane geometryczne dla programowania obróbki tokarskiej w systemach CAM

2. Przykłady cykli stosowanych przy programowaniu obróbki tokarskiej

- cykl zgrubnego planowani dowolnego konturu

- cykl toczenia zgrubnego równolegle do konturu

-cykl toczenia rowka

- cykl wiercenia głębokich otworów

- cykl nacinania gwintów

1. Schemat czynności przy projektowaniu procesu z wykorzystaniem systemu CAD/CAM

1. Parametryzacja w systemach CAD

PARAMETRYZACJA to zastąpienie liczbowych wymiarów zmiennymi (reprezentowanymi przez nazwę)– czyli parametrami - oraz możliwość wprowadzania równań i nierówności określających zależności między tymi zmiennymi i automatycznie modyfikującymi model geometryczny.
A więc parametryzacja stanowi pomost między modelem geometrycznym a modelem matematycznym i zapewnia wzajemną zgodność tych modeli
Nie wszystkie programy CAD umożliwiają stosowanie parametryzacji modeli geometrycznych oraz więzów

1. Komputerowe wspomaganie w projektowaniu ergonomicznym

2. Obszary zastosowań systemu CATIA

a) Zastosowania w obszarze organizacji wytwarzania:

- projektowanie zakładów przemysłowych (optymalizację przestrzeni zakładu, optymalizację infrastruktury zakładu)

- projektowanie instalacji (rurowych- ogrzewanie, odpylania, wentylacji/klimatyzacji)

- projektowanie i analizę układów ergonomicznych ( poprzez definiowanie wirtualnych manekinów)

- zarządzanie bazą danych Cax (Team PDM)

b) Zastosowania w obszarze CAD:

- modelowanie bryłowe

- Tworzenie złożeń zespołów maszynowych (również przy wykorzystaniu biblioteki elementów standardowych)

- Zautomatyzowane tworzenie dokumentacji technicznej (na podstawie modelu)

- Uproszczone modelowanie elementów kształtowych

- analizę funkcjonalną modelu

- projektowanie form wtryskowych

- analizę MES

- modelowanie powierzchniowe, w tym:

-klasyczne modelowanie powierzchniowe

- tworzenie scen renderowanych

- budowę modelu na podstawie danych pomiarowych lub szkiców

C) Zastosowania w obszarze CAM:

- wspomaganie technologii wytwarzania w zakresie obrobki skrawaniem

- syntezę i analizę wirtualnej makiety wyrobu, w tym m.in.:

- analizę kinematyczną układów

- analizę przestrzenną

- analizę struktularną

1. Przykładowe narzędzia modelowania brylowego w systemie CATIA

o Pad- wyciągnięcie;

o Pocket - wykonywanie zagłębień (wycięć);

o Shaft - wykonywanie brył obrotowych z profili (obrót);

o Hole — wykonywanie otworów (w tym otworów gwintowanych);

o Groove — wykonywanie rowków i wycięć w bryłach obrotowych;

o Edge fillet - wykonywanie zaokrągleń krawędzi;

o Chamfer — wykonywanie fazowań;

o Shell — wykonywanie elementów cienkościennych z brył;

o Thread/Tap — wykonywanie gwintów zewnętrznych i wewnętrznych;

o Thickness — zmienianie grubości elementów ścianowych.

1. Przykłady relacji (więzów) definiowanych w modelach geometrycznych w systemie CATIA

wiezy postaciowe - pozwalają na określenie wzajemnego położenia elementów profilu

o symmetry — symetria elementów względem wybranej osi,

o midpoint — środek odcinka prostej wyznaczany przez dowolny punk

o equidistant point — wzajemna odległość pomiędzy trzema punktami,

o fix — utwierdzenie elementu,

o coincidence — współliniowość,

o concentricity — współosiowość,

o tangency — styczność,

o parallelism — równoległość,

o parpendicular — prostopadłość,

o horizontal — orientacja pozioma,

o vertical — orientacja pionowa

więzy wymiarowe - określają wartości poszczególnych cech geometrycznych

o distance — odległość pomiędzy dwoma elementami,

o length — długość elementu,

o angle — kąt,

o radius/diameter — długość promienia lub średnicy,

o semimajor axis — długość dłuższej średnicy elipsy,

o semiminor axis — długość krótszej średnicy elipsy

1. Rapid Prototyping – przykłady stosowanych technologii

Techniki automatycznego wytwarzania obiektów fizycznych (części, zespołów, prototypów) bezpośrednio na podstawie danych 3D.

-Stereolitografia (SLA) - utwardzanie fotopolimeru za pomocą lasera UV

- Selective Laser Sintering - spiekanie za pomocą lasera cząstek tworzyw sztucznych, metalu, ceramiki lub szkła

-LOM - wytwarzanie obiektów prze laminowanie (duże gabaryty modeli; problem z otworami; materiał: papier, tworzywa sztuczne, kompozyty, ceramika, metale)

- FDM- modelowanie przez osadzenie topionego materiału (model z dwóch materiałów; model + suport; ślady włókien w przekroju)

- BMP - wytwarzanie strumieniem cząstek

- 3D Printing - sklejanie materiału proszkowego za pomocą natryskowego kleju

1. Zastosowania wirtualnego prototypowania i wirtualnej rzeczywistości

Symulacja komputerowa fizycznego produktu, która może być przedstawiana, analizowana oraz testowana w obrębie cyklu życia produktu nazywa się wirtualnym prototypowaniem.
W szczególności dotyczy ona procesu projektowania, wytwarzania, serwisu jak również recyklingu, tak jak to ma miejsce w przypadku obiektu rzeczywistego
Tworzenie oraz badanie wirtualnego prototypu nosi nazwę wirtualnego prototypowania
Obszary wirtualnego prototypowania:
• Komputerowo wspomagane projektowanie
• Realistyczna wizualizacja i animacja
• Obliczenia inżynierskie metodą elementów skończonych
• Systemy symulacji mechanicznej