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.

Strumienie informatyczne przedsiębiorstwa:

Aktualnie zarządzanie przedsiębiorstwem produkcyjnym wymaga stosowania systemów informatycznych typu MRP/ERP oraz systemów CAD, CAM, zarządzania obiegiem dokumentów i wielu innych. Systemy MRP/ERP są efektem procesu ewolucji polegającej na dodawaniu podsystemów obejmujących swoją funkcjonalnością coraz szersze obszary wspomagania organizacji przedsiębiorstwa – rysunek 1. Głównymi celami zastosowania systemów MRP/ERP jest planowanie i kontrola produkcji w przedsiębiorstwie i obliczanie wskaźników ekonomicznych aby maksymalizować wykorzystanie zasobów do produkcji i uzyskać odpowiednie przepływy finansów.

Systemy oprogramowania inżynierskiego (techniki CAx) – charakterystyka:

CAD (COMPUTER AIDED DESIGN)

projektowanie i modelowanie 3D oraz modelowanie 4D (3D + czynnik czasu)

tworzenie dokumentacji technicznej 2D

projektowanie architektoniczne

prezentacje, animacje 3D, tworzenie wizualizacji i renderingu, oglądanie scen w trybie Open GL, tworzenie wirtualnych spacerów po projektowanych obiektach

wspomaganie projektowanie instalacji elektrycznych i automatyki przemysłowej

projektowanie schematów układów cyfrowych

projektowanie rurociągów przemysłowych w 3D i tworzenie ich dokumentacji technicznej

tworzenie symulacji procesów w czasie rzeczywistym z wykrywaniem kolizji

przechodzenie z wymiaru 3D do 2D i odwrotnie

CAM (COMPUTER AIDED MANUFAKTURING)

projektowanie wycinania zadanych konturów na wycinarkach sterowanych numerycznie (wycinanie elektroerozyjne, laserowe, wodne i inne)

wykonywanie symulacji przebiegu obróbki

generowanie programów sterujących dla obrabiarek NC

symulacja obróbki z możliwością sprawdzenia poprawności wykonania detalu w dowolnym przekroju

graficzna symulacja procesu usuwania materiału w czasie obróbki

optymalizacja kosztów montażu i wytwarzania, szybkie kalkulowanie cen obróbki

komputerowo wspomagane planowanie i sterowanie procesami produkcyjnymi

Przykładowe moduły obróbkowe stosowane w oprogramowaniu CAM: frezowanie, toczenie, grawerowanie, wycinanie drutowe, wypalanie laserowe, wodne, plazmowe, palnikowe, sterowanie pras CNC

CAE (COMPUTER AIDED ENGINNERING)

analiza, symulacja i optymalizacja procesów wytwarzania

ocena wytrzymałości elementów maszyn i urządzeń

rozwiązywanie statyki i dynamiki układów

analiza statyczna i wytrzymałościowa naprężeń, analizy zmęczeniowe

komputerowa optymalizacja projektu

wykonywanie szerokiego spektrum analiz elementów i złożeń (z uwzględnieniem zagadnień szczelin i kontaktu)

obliczanie naprężeń, odkształceń, drgań, stateczności itp.

analiza termiczna w stanach ustalonych i nie ustalonych – obliczanie temperatur oraz przepływu ciepła)

wizualizacja wyników przeprowadzanych analiz

Obszary zastosowań systemów CAD:

Narzędzia i techniki komputerowe wspomagające prace w zakresie kompleksowo rozumianego projektowania.

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

• 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

Sprzęt dla systemów CAD:

System CAD to nie tylko programy komputerowe lecz także odpowiednio dobrany sprzęt komputerowy, skonfigurowana infrastruktura informatyczna oraz właściwie przeszkoleni użytkownicy i wdrożone procesy skoncentrowane na przetwarzaniu cyfrowych projektów.

Projektowanie, 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.

Rodzaje reprezentacji modeli 3D:

Obiekt tworzony w przestrzeni 3 wymiarowej modele krawędziowe, powierzchniowe i objętościowe.

Rodzaje reprezentacji:

a) krawędziowa

b) powierzchniowa,

c) bryłowa

Modelowanie bryłowe

Istnieją dwa podstawowe typy modeli bryłowych:

1) modelowanie ograniczone powierzchniami (B-REP - Boundary Representation) - reprezentacja brzegowa,

2) modele utworzone z pełnych brył (CSG - Constructive Solid Geometry) - konstrukcyjna geometria bryłowa

W modelowaniu typu B-REP poszczególne ściany są ograniczone krawędziami, a krawędzie są ograniczone wierzchołkami. W tego typu modelu występują więc cztery podstawowe rodzaje elementów geometrycznych: wierzchołki, krawędzie, ściany i utworzone z nich bryły.

W modelu typu CSG złożony obiekt jest opisywany za pomocą łączenia prymitywów bryłowych (prostopadłościan, walec, kula, stożek, torus). Łączenie elementów geometrycznych w obiekt jest zapisywane w strukturze wewnętrznej systemu w powiązaniu z historią połączeń

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.

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

•Podstawowa funkcja systemów CAD - Modelowanie geometryczne, komputerowy zapis konstrukcji

Model 2D - obiekt przedstawiony w rzutach na płaszczyzny (rysunki tworzone za pomocą figur geometrycznych)

Model 3D - obiekt tworzony w przestrzeni 3 wymiarowej (modele krawędziowe, powierzchniowe i objętościowe)

•Modele stosowane w systemach CAD:

· Geometryczny model wyrobu

· Model kinematyczny

· Model mechaniczny (naprężenia)

· Model dynamiczny

· Model termiczny

•Formaty plików

· DWG -format binarny

· DXF -odpowiednik w ASCII

(formaty traktowane są jako standard dla oprogramowania CAD 2D)

•Obsługiwane platformy:

Obecnie AutoCAD dostępny jest jedynie na platformę Microsoft Windows

Techniki modelowania 3D — możliwości zastosowań:

Więzy geometryczne w modelowaniu bryłowym:

Więzy geometryczne pozwalają na określenie wzajemnego położenia elementów profilu(więzy postaciowe) oraz określają wartości poszczególnych cech geometrycznych(więzy wymiarowe).

Uzasadnienie wprowadzenia systemów 3D:

- wierność reprezentacji komputerowej

- kontrola dopasowania, współdziałania elementów

- wirtualne prototypy

- automatyczne tworzenie rysunków konstrukcyjnych

- asocjatywność danych

- analizy FEM kinematyka

- rapid prototyping

- CAM

Systemy CAE – charakterystyka, metodyka MES

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.

METODYKA MES:

śledzenie i wizualizacja produkcji w toku w czasie rzeczywistym, śledzenie: rzeczywistego czasu i wydajności pracy maszyn i ludzi; przestojów planowanych, nieplanowanych i ludzi, rejestracja przyczyn przestojów nieplanowanych, i planowanych,

planowanie wykonania zleceń produkcyjnych i kontrola wykonania na poziomie operacyjnym, aktualizacja stanów magazynów materiałów, półproduktów, produktów finalnych, zbieranie informacji o wadach i jakości produkowanych części, akwizycja danych z procesu technologicznego, możliwość wymiany danych ze sterownikami i systemami wizualizacji, natychmiastowe powiadamianie o zatrzymaniach występujących w czasie produkcji, generowanie automatycznych raportów, szczegółowa analiza zgromadzonych informacji, podsumowania i rozliczenia kosztów pośrednich i kosztów bezpośrednich produkcji, możliwość wprowadzania danych automatycznie (maszyna) jak i ręcznie (człowiek), śledzenie przepływu wyrobów, genealogia produkcji, harmonogramowanie przeglądów i remontów, opcjonalnie wymiana danych z systemami klasy MRP/ERP na poziomie "wertykalnym", opcjonalnie współpraca z systemami klasy CMMS na poziomie "horyzontalnym".

Funkcje systemów CAM:

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; · robotów przemysłowych; · współrzędnościowych maszyn pomiarowych; · systemów transportowych

Sterowanie numeryczne (definicja, podstawowe funkcje, zakres zastosowań)

Sterowaniem numerycznym nazywamy przetwarzanie informacji cyfrowej oraz generację sygnałów sterujących ruchem maszyn lub urządzeń. To sterowanie służy do sterowania wytwarzaniem geometrycznie zdefiniowanych przedmiotów tzn. takie, które mogą być opisywane cyfrowo na podstawie rysunku technicznego lub modelu CAD np. sterowaniem obrabiarek. Obecnie NC wykorzystuje procesory i używa się raczej nazwy CNC (computerized numerical control) - sterowanie numeryczne przy użyciu komputera. Obecnie układy sterowania numerycznego mają jądro programu sterującego i osobną część programu przeznaczoną do komunikacji z operatorem i otoczeniem.

Sterowanie numeryczne możemy podzielić na sterowanie punktowe, odcinkowe i kształtowe.

Metody programowania urządzeń sterowanych numerycznie:

* Programowanie manualne

* Programowanie automatyczne

* Programowanie interaktywne

Programowe interfejsy wymiany danych między systemami CAD, CAM oraz systemem sterowania

Sprzężenie systemów CAD/CAM umożliwia dostęp do wspólnej bazy danych z opisem komputerowym wykonywanego produktu.

IGES: Pierwszy protokół interfejsu CAD/CAM został zdefiniowany w 1981 r. Ustala on właściwości interfejsu IGES (ang. Initial Graphics Exchange Specification), przeznaczonego głównie do przesyłania rysunków detali związanych z budową maszyn, opisywanych prostymi modelami krawędziowymi i płaszczyznowymi. Przy przenoszeniu danych detalu konstrukcyjnego z jednego do drugiego systemu CAD/CAM interfejs IGES zapewnia przetworzenie danych przez preprocesor do formatu IGES w systemie wysyłającym i odtworzenie z danych w formacie IGES postaci zapisu rysunku zrozumiałej dla tego systemu za pomocą postprocesora systemu przyjmującego.

VDA: Protokół VDA jest określony w normie DIN 66301, interfejs umożliwia przetwarzanie nieanalitycznych danych geometrycznych, tzn. nie posiadających opisu matematycznego. Są to przede wszystkim krzywe i powierzchnie o dowolnych kształtach elementów karoserii samochodowych, matryc i kształtowych elektrod erozyjnych. Protokół interfejsu pomiędzy oprogramowaniem CAD/CAM i poszczególnymi urządzeniami peryferyjnymi (ekrany, drukarki, plotery) jest określony w normie DIN 66252 jako standard GKS (niem. Grafisches Kernsystem = graficzne jądro systemu).

STEP: Jako standard STEP (ang. Standard for the Exchange of Product Modeling Data) rozwijany jest na poziomie międzynarodowym (ISO 10303) interfejs umożliwiający jeszcze szerszą, niż podane, wymianę danych.

Schemat czynności przy projektowaniu procesu z wykorzystaniem systemu CAD/CAM:

Zastosowania systemów CAPP:

CAP, CAPP – komputerowo wspomagane planowanie procesów technologicznych (ang. Computer Aided Process Planning) metody i narzędzia wspomagające projektowanie procesów technologicznych obróbki i montażu

- opracowanie dokumentacji technologicznej

- planowanie rodzajów maszyn, narzędzi, oprzyrządowania

- planowanie kolejności operacji i parametrów obróbki

- normowanie zużycia materiałów

- określanie czasów jednostkowych, kosztów

Systemy CAPP nie obejmują planowania terminów i obciążenia stanowisk roboczych (funkcje PPC)

Narzędzia modelowania brylowego w systemie Inventor:

Szkicowanie, wyciągnięcie, przeciąganie, obracanie, elementy konstrukcyjne, wyciąganie złożone, zwój, wstawianie przygotowanych elementów, wykonywanie otworów w bryłach, zaznaczanie gwintów, rysowanie użebrowań, tworzenie cienkościennych powłok

Przykłady relacji (więzów) definiowanych w modelach geometrycznych w systemie Inventor: