1.System CAD i korzyści ze stosowania tego systemu w przedsiębiorstwie.
System CAD Ogromnym ułatwieniem w pracy inżynierów-konstruktorów jest stosowanie oprogramowania spełniającego standardy systemów CAD (Komputer Aide Design - Komputerowe Wspomaganie Projektowania). Na światowym rynku oprogramowania systemy te dostępne są w dwóch wersjach tj. jako systemy CAD - ogólnobranżowe i specjalistyczne. Oprogramowanie ogólnobranżowe służy do podstawowych prac konstruktorskich i jest zarazem wspólną platformą do instalacji programów - nakładek typu specjalistycznego np. elektrotechnika, budownictwo. Wykorzystanie systemów CAD znacznie ułatwia pracę konstruktorów, w sposób znaczący zaoszczędza czas oraz zmniejsza ilość emitowanej tradycyjnej dokumentacji konstrukcyjnej, wykorzystując w tym celu wewnętrzną pamięć komputera.
Systemy CAD umożliwiają wygenerowanie przestrzennego modelu na monitorze komputera i wykonanie analogicznych czynności bez konieczności budowy takiego modelu w praktyce. Wykorzystuje się w tym celu numeryczny zapis powierzchni modelu, generujący siatkę przestrzenną, w której każdy punkt wewnątrz modelu jest jednoznacznie zdefiniowany geometrycznie.
Inną opcją systemu jest możliwość parametryzacji modelu, tzw. możliwość uzależnienia od siebie poszczególnych wymiarów lub parametrów. Ma to zastosowanie przy projektowaniu, np. liczby zębów zębatki w zależności od innego zmiennego parametru.
Oprócz tych korzyści, CAD umożliwia również:
- uzyskanie większej wydajności prac projektowych,
- wizualizację zaprojektowanego modelu,
- swobodny wybór metodologii projektowania,
- uzyskanie wspólnej bazy wiedzy w pracy zespołowej,
- stosowanie techniki pracy równoległej nad projektem wyrobu,
- szybsze reakcje przedsiębiorstwa na potrzeby rynku,
- uzyskanie pełnej kontroli projektu analiz i technologicznego wykonania,
- szybszą i dokładniejszą możliwość kopiowania dokumentów,
- lepsze dostosowanie projektów do aktualnego stanu techniki,
- oszczędność materiałów i czasu maszynowego, dzięki algorytmom optymalizacyjnym,
- lepszy przepływ informacji między pracownikami zaangażowanymi w prace projektowe.
System CAD jako narzędzie projektowe nie może pracować samodzielnie, ponieważ nie ma odpowiednich miejsc przechowywania danych elektronicznych. Najczęściej współpracują one z takimi systemami zarządzania danymi jak:
EDM - Enterprise Dokument Management - Zarządzanie Dokumentacją Projektów,
TDM - Technical Data Management - Zarządzanie Informacją Techniczną,
PDM - Product Data Management - Zarządzanie Danymi Produktu,
ECM - Engineering Component Modeling - Technika Tworzenia Modelu,
EEM - Enterprise Engineering Modeling - Kompleksowe Tworzenie Modelu.
2. Systemy CAM i CAE oraz ich wpływ na projektowanie nowych wyrobów.
System CAM Od momentu pojawienia się pierwszych systemów CAD zaistniała pilna potrzeba zintegrowania tych systemów ze sferą produkcyjną. Początkowo obrabiarki sterowane numerycznie (NC) były programowane indywidualnie, na podstawie uprzednio wykonanej dokumentacji konstrukcyjnej. Programy te tworzyli technolodzy, bardzo często dokonując żmudnych obliczeń i analiz ich praca stała się znacznie łatwiejsza po wprowadzeniu pierwszych systemów typu CAM (Komputer Aide Manufacturing - Komputerowe Wspomaganie Wytwarzania).
System ten pozwala na automatyczne generowanie kodów obrabiarki informacjami wysyłanymi bezpośrednio z komputera. Na obecnym etapie rozwoju oprogramowania systemy CAM umożliwiają automatyczne sterowanie pojedynczymi obrabiarkami NC, a jeśli wchodzą one w sklad systemów CIM, to jest możliwe sterowanie pojedynczymi gniazdami produkcyjnymi z obrabiarkami CNC, wyposażonymi w urządzenia transportujące i magazyny narzędzi.
Systemy CAM eliminują tradycyjne rozpisywanie procesów technologicznych na operacje, zabiegi, czynności, ustawienia i zamocowania obrabianego detalu. Stosowanie tych systemów wymusza także sukcesywne zastępowanie tradycyjnych obrabiarek sterowanych ręcznie obrabiarkami sterowanymi numerycznie. Stosowanie CNC daje wiele korzyści przedsiębiorstwom w zakresie wydajności i dokładności pracy.
System CAE Nową jakość w pracach inżynieryjnych wprowadza takie oprogramowanie inżynieryjne zaliczane do systemów CAE (Komputer Aided Engineering - Wspomaganie Analiz Inżynierskich). Są to programy wysoce specjalistyczne, występujące samodzielnie lub będące rozszerzeniami programów CAD-owskich. Programy te umożliwiają dokonywanie analiz inżynierskich wcześniej już zaprojektowanych części składowych projektowanego wyrobu.
Najczęściej są to analizy wytrzymałościowe wykonywane przy pomocy metody elementów skończonych - MES. Przy użyciu tej metody można obliczyć naprężenie statyczne, dynamiczne i inne specjalistyczne programy umożliwiają np. szacowanie rozkładu temperatur w masie ciała stałego lub cieczy, badanie prędkości przepływu cieczy przez ograniczone powierzchnie itp. Zastosowań programów CAE może być dużo. Są one tworzone przez wyspecjalizowane firmy informatyczne lub też tworzone samodzielnie przez przedsiębiorstwa na własny użytek. Oszczędzają one czas projektowania przez wyeliminowanie czasochłonnych i kosztownych prób w modelach rzeczywistych.
3. Etapy prac projektowych z wykorzystaniem systemów CAD/CAM/CAE/PDM.
Proces projektowania wyrobu z wykorzystaniem techniki komputerowej jest następujący:
1. Pierwszym etapem w procesie projektowania wyrobu jest przeniesienie koncepcji konstruktora na papier w postaci odręcznego szkicu detalu, maszyny bądź innego urządzenia, które przyjęto do projektowania.
2.W następnym etapie szkic taki przenoszony (przerysowany) jest na monitor komputera w skali 1:1 przy pomocy oprogramowania CAD-owskiego. Ułatwia to wykrywanie błędów, szybkie nanoszenie poprawek i zmian w konstrukcji. W celu ułatwienia analizy konstrukcyjnej rysunki takie wykonywane są w 3D (dotyczy wszystkich podzespołów i zespołów, w których rysunki wykonywane są na płaszczyźnie i nie odzwierciedlają one jednoznacznie kształtu, rozmieszczenia detali i ich wzajemnych powiązań).
3.W kolejnym etapie na rozrysowanych częściach wyrobu prowadzone są obliczenia wytrzymałościowe, mające na celu dobór odpowiednich materiałów przekrojów i profili części w zależności od ich obciążenia. Prace tego typu są najczęściej prowadzone z wykorzystaniem metody MES.
4. Po ostatecznym dobraniu gatunku materiałów, określeniu wielkości przekrojów projektowanych części i wykonaniu obliczeń wytrzymałościowych oraz na podstawie wykonanych rysunków w 3D, mogą być generowane kody na obrabiarki sterowane numerycznie tj. tokarki bądź też frezarki, a nawet centra obróbcze. Następnie kody te są przesyłane do tych obrabiarek, jeśli posiadają one interfejs umożliwiający przesyłanie danych drogą elektroniczną lub też programy te są dostarczane do obrabiarek na standardowych nośnikach informacji typu dyskietki, płytki CD. Bardzo rzadko wykorzystuje się obecnie takie nośniki jak taśmy lub karty perforowane. Związane to jest miedzy innymi z rodzajem zastosowania sterownika w obrabiarkach.
4. Korzyści z integracji systemów CAD/CAM/CAE/PDM w obszarze projektowania wyrobów.
Spośród dostępnego na rynku oprogramowania inżynierskiego szczególnie poszukiwane jest takie, które umożliwia pracę projektanta w jednym spójnym systemie. Producenci oprogramowania inżynierskiego, wychodząc naprzeciw potrzebom rynku, starają się łączyć zalety dotychczas występujących oddzielnie systemów w jednym zintegrowanym systemie CIM, którego podstawowymi elementami są system CAD/CAM/CAE/PDM/ERP. Połączenie to umożliwia stworzenie jednolitej, wspólnej platformy dla wszystkich faz rozwoju produktu, tj. od koncepcji produktu do projektu kompletnej linii technologicznej. Każdy z tych systemów powinien obsługiwać ten obszar działalności przedsiębiorstwa, do obsługi którego przygotowany jest najlepiej, tj. CAD/CAM/CAE/PDM- przygotowanie produkcji, ERP- produkcja wyrobu. Zastosowanie zintegrowanych systemów informatycznych umożliwia również symulację produkcji za pomocą technik wirtualnych, jak i w pewnych przypadkach na projektowanie oprzyrządowania. Symulacje wirtualne procesów produkcyjnych pozwalają na zidentyfikowanie i wyeliminowanie wad na długo przed uruchomieniem produkcji rzeczywistej, co zdecydowanie obniża koszty spowodowane ewentualnymi pomyłkami, dają lepsze wykorzystanie możliwości produkcyjnych i zdecydowanie krótszy czas wprowadzenia produktu na rynek.
5. Zakres wykorzystania systemów ERP i PDM w TPP. Ich podstawowe różnice.
PDM i MRP/ERP należą do najbardziej popularnych systemów informatycznych wspomagających obszar przedprodukcyjny i produkcyjny krajowych przedsiębiorstw. Porównania podobieństw i różnic systemów dokonano z uwagi na:
1)preferowany obszar zastosowania- w obu systemach punkt ciężkości został położony na obsługę innych faz cyklu życia produktu. System PDM świadczy szerszy zakres usług w fazie projektowania wyrobu, natomiast system ERP zdecydowanie bogatszą ofertę usług użytkownikowi w fazie produkcji wyrobu.
2) sposób zapisu danych o produkcie- zarówno system PDM, jak i system ERP działają w oparciu o utworzony model struktury produktu. W praktyce przedsiębiorstw produkcyjnych wykorzystuje się przynajmniej trzy typy modeli struktur, tj. jak zaplanowane, jak zaprojektowane i jak zbudowane. Struktury te różnią się innym sposobem patrzenia na te same składniki wyrobu. Najczęściej systemy PDM korzystają ze struktury wyrobu zorientowanej na projekt, która przedstawia powiązania i relacje między poszczególnymi elementami wyrobu, ułatwiające zrozumienie zasady działania jego podzespołów i zespołów. Obiekty graficzne reprezentujące elementy struktury mają połączenia z opisującymi je danymi. Systemy ERP korzystają natomiast ze struktury zorientowanej na planowanie. Struktura ta przedstawia wszystkie elementy wyrobu i ich przynależność do określonych podzespołów i zespołów wyrobu.(struktura hierarchiczna wyrobu). Odwzorowanie wyrobu w taki sposób ułatwia planowanie zapotrzebowania materiałowego i bilansowania możliwości produkcyjnych przedsiębiorstwa, uwzględniających zlecenia produkcyjne. Różnice między PDM i ERP na etapie tworzenia konfiguracji systemu polegają na tym, że system PDM ma większą łatwość tworzenia różnych struktur wyrobu. Dodatkowo w systemie PDM struktury te mogą być modyfikowane w zależności od postępu prac projektowych. Natomiast w systemie ERP raz utworzona i wygenerowana struktura wyrobu jest podstawą planowania produkcji i obowiązuje do momentu wprowadzenia nowych zmian konstrukcyjno- technologicznych.
3)możliwość dokonywania zmian i aktualizacji danych- w procesie przygotowania produkcji często zachodzi potrzeba wprowadzania zmian konstrukcyjnych lub technologicznych w nowo projektowanym wyrobie. Ponadto na etapie projektowania nie wiadomo do końca , czy nowo zaproponowana zmiana konstrukcyjna wyrobu będzie lepsza od poprzedniej. Jeśli nie, to zachodzi konieczność powrotu do wersji poprzedniej i kontynuowania nad nią prac. Sytuacja ta wymusza konieczność prowadzenia tak zwanej historii projektu. Archiwizowane są kolejne wersje projektu z takimi informacjami, jak dane wprowadzającego zmianę oraz dane i analizy inżynierskie. Zmiany te muszą być dokonane w elementach struktury produktu. Porównując przydatność systemów PDM i ERP, należy stwierdzić, że możliwość prowadzenia historii projektu ma jedynie system PDM. System ERP takiej możliwości nie ma.
4) rodzaj zapisywanych informacji- sporządzenie kompletnej dokumentacji konstrukcyjnej dla średnio złożonego wyrobu wymaga utworzenia od kilkudziesięciu do kilkuset dokumentów graficznych w postaci rysunków technicznych poszczególnych elementów składowych wyrobu. Jeśli zachodzi konieczność wprowadzenia zmian konstrukcyjnych w jednym lub kilku elementach wyrobu, system PDM oferuje nam możliwość łatwego wyszukiwania elementu w strukturze wyrobu i po wprowadzeniu zmiany system sprawdza relacje, w których element pozostaje z innymi obiektami. System wskazuje pozostałe dokumenty, które również muszą być zmodyfikowane w celu wprowadzenia żądanej zmiany.
Możliwość tworzenia archiwów elektronicznych oraz dokonywania ciągłych zmian w dokumentach mają jedynie systemy PDM. Systemy ERP nie mają odpowiednich miejsc przechowywania danych elektronicznych, dlatego nie mogą być wykorzystane do gromadzenia danych opisowych o produkcie.
Podstawowe różnice dotyczące zakresu stosowania systemów PDM, ERP i realizowanych przez nich funkcji przedstawiono na rysunku 9.12.
6.Przegląd podstawowego oprogramowania spełniającego wymagania CAD.
Do najbardziej znanych systemów spełniających wymagania CAD należą:
- CATIA- jeden z najlepszych systemów CAD/CAM/CAE/PDM dostępnych na rynku. System ten ma bardzo duże możliwości w zakresie kompletnego projektowania wyrobu, począwszy od pomysłu poprzez projekt, analizy, symulacje, optymalizacje i ustawianie obrabiarek CNC. Oprogramowanie to dostosowane jest do nowoczesnej organizacji prac projektowych, tj. projektowania współbieżnego.
- I-DEAS- umożliwia realizację projektów wyrobów od momentu powstania koncepcji aż do przekazania ich do produkcji. Oprogramowanie oferuje zaawansowane narzędzia do tworzenia nawet najbardziej skomplikowanych kształtów detali wraz z pełnymi możliwościami ich modyfikacji w kontekście złożenia kompletnego wyrobu. Pod względem możliwości i wszechstronności zastosowania oprogramowanie to porównywane jest z systemami typu CATIA.
- UNIGRAPHICS NX- zintegrowany system CAD/CAM/CAE/PDM umożliwia modelowanie w oparciu o bryły, powierzchnie i cechy konstrukcyjne. Na wykonanym modelu możliwe jest przeprowadzenie analiz wytrzymałościowych i kinetycznych. Może być wykorzystywany do generowania ścieżek narzędzi oraz do przygotowania dokumentacji 2D. Unigraphics od kilku lat rozwija technologię WAVE. Pozwala ona wyodrębnić w produkcie parametry o największej wadze i na ich podstawie zbudować model kontrolny w pełni zintegrowany ze strukturą szczegółową wyrobu. Dzięki takiego podejściu użytkownik zyskuje możliwość wykonywania wielu wariantów jednego produktu w ramach tego samego projektu.
- PROENGINEER-jest narzędziem służącym do kompleksowego wspomagania procesu projektowania produktu: od wstępnej jego koncepcji aż po technologię wytwarzania.
- SOLIDWORKS- jest doskonałym systemem parametrycznego modelowania bryłowego, przeznaczonym do projektowania pojedynczych części oraz złożonych mechanizmów. Dzięki wyjątkowo nowoczesnemu i przyjaznemu interfejsowi SolidWorks stanowi doskonałe narzędzie pozwalające inżynierowi szybko i wyjątkowo sprawnie wprowadzić nowy produkt na rynek. Zawarte w nim zaawansowane narzędzia projektowe umożliwiają podnoszenie wydajności, kreatywności oraz wpływają na jakość projektowanego wyrobu. SolidWorks dzięki przejrzystym opcjom menu i inteligentnemu systemowi ikon radykalnie zmniejsza liczbę poleceń, które należy wykonać podczas modelowania części. SolidWorks stanowi jednolity system, w którym w zależności od potrzeby możemy modelować poszczególne części, wykonywać skomplikowane wielopoziomowe złożenia, projektować elementy blaszane i dokonywać ich rozwinięć, projektować formy na podstawie stworzonych modeli oraz oczywiście wykonywać dokumentację techniczną.
- SOLID EDGE- jest rewolucyjnym systemem modelowania bryłowego przeznaczonym do projektowania zarówno złożonych mechanizmów, jak i poszczególnych części. Program zapewnia duże możliwości projektowania przestrzennego części maszyn, tworzenia złożeń, elementów giętych blaszanych oraz błyskawicznego generowania płaskiej dokumentacji technicznej na podstawie wykonanego modelu.
- MECHANICAL DESKTOP- pozwala na wykorzystywanie zasobów przeznaczonych do opracowania metod projektowania dwuwymiarowego oraz dwuwymiarowych rysunków tworzonych na podstawie archiwizowanych danych i przejście do projektowania trójwymiarowego w dogodnym dla firmy tempie.
- AUTOCAD- systemy wspomagania projektowania w przeważającej większości mają budowę modułową. Rozbudowa tych systemów poprzez dodawanie kolejnych modułów z jednej strony rozszerza możliwości konstruktora w zakresie projektowania wyrobu, lecz z drugiej- utrudnia posługiwanie się oprogramowaniem. Przedsiębiorstwa zatem zainteresowane są posiadaniem tylko tych modułów konkretnego oprogramowania, które są im niezbędne do prowadzenia prac projektowych. Najczęściej przedsiębiorstwa stosują od dwóch do pięciu systemów, wykorzystując w nich ich najsilniejsze atuty.