Sprawozdanie

Temat ćwiczenia: Wspomaganie komputerowe.

1. Wstęp - definicja technologii CA_x

Przez pojęcie „technologia CA_x” należy rozumieć szeroko pojęte wspomaganie komputerowe różnych dziedzin nauki i przemysłu, w których w procesach projektowych, badawczych i wytwórczych wykorzystuje się systemy oprogramowania inżynierskiego CAD/CAM/CAE.

Tego typu systemy i oprogramowanie stosowane jest obecnie powszechnie w różnych gałęziach przemysłu i coraz częściej w edukacji technicznej.

CAx - (Computer Assisted/Aided x) - skrót używany dla wspólnego określenia programów CAD,CAM,CAE itp.

W skład systemu CAx (CAD/CAM/CAE) wchodzą następujące główne kategorie oprogramowania:

CAD - COMPUTER AIDED DESIGN

(PROJEKTOWANIE WSPOMAGANE KOMPUTEROWO)

CAM - COMPUTER AIDED MANAGEMENT

(WYTWARZANIE WSPOMAGANE KOMPUTEROWO)

CAE - COMPUTER AIDED ENGINERING

(KONSTRUOWANIE WSPOMAGANE KOMPUTEROWO)

2. Cel stosowania technologii CA_x

Głównym celem zastosowania oprogramowania w systemie CAD/CAM/CAE/PDM jest pełna automatyzacja procesów wytwórczych.
Proces tworzenia nowego wyrobu z zastosowaniem technologii CAx obejmuje głównie:

• PROJEKTOWANIE PRZESTRZENNE (CAD)

• ANALIZY KINEMATYCZNE I WYTRZYMAŁOSCIOWE (CAE)

• DEFINIOWANIE TECHNOLOGII WYTWARZANIA (CAM)

• ZARZADZANIE PROJEKTAMI (PDM)

• ANALIZĘ KOSZTÓW PRODUKCJI

• PLANOWANIE PRODUKCJI

• SPECYFIKACJĘ MATERIAŁÓW

• PROJEKTOWANIE NARZĘDZI

3. Projektowanie wspomagane komputerowo (CAD) - opis.

CAD - zastosowanie sprzętu i oprogramowania komputerowego w projektowaniu technicznym. Metodologia CAD znajduje zastosowanie między innymi w inżynierii mechanicznej, elektrycznej, budowlanej.

Do zakresu CAD można zaliczyć:

1. Komputerowe odwzorowanie konstrukcji, w tym:

• modelowanie cyfrowe - tworzenie cyfrowej makiety wyrobu,

• wykonywanie dokumentacji rysunkowej z modeli cyfrowych,

• kreślenie - zastosowanie komputera jako rodzaju elektronicznej deski kreślarskiej - CADD.

2. Opracowywanie i zarządzanie bazami danych (elementów znormalizowanych, własności materiałowych itp.).
   

3. Symulacja, wizualizacja i animacja - CAID

Z CAD częściowo pokrywają się następujące obszary działalności inżynierskiej:

1. optymalizacja konstrukcji i procesów
   

2. wytrzymałościowe obliczenia inżynierskie
   

3. inżynieria odwrotna (ang. Reverse Engineering, RE) - skanowanie kształtów oraz struktury wewnętrznej obiektów oraz obróbka uzyskanych w ten sposób modeli cyfrowych
   

4. sieci neuronowe (algorytmy sztucznej inteligencji)
   

5. edytory tekstów i arkusze kalkulacyjne w zastosowaniu do projektowania technicznego.

Dzięki CAD inżynierowie mają łatwiejszy dostęp do zasobów wiedzy, bibliotek, know-how firmy, opracowań normatywnych, przepisów prawnych i dyrektyw obowiązujących w konkretnej gałęzi przemysłu. Mogą pracować w większych zespołach nad jednym projektem (członkowie zespołu mogą być rozproszeni geograficznie). Jest to możliwe dzięki wykorzystaniu w procesie projektowania inżynierskich baz danych, w środowiskach sieciowych.

4. Komputerowe wspomagane komputerowo (CAM) - opis.

CAM - odnosi się zwykle do wykorzystywania aplikacji sterowania numerycznego (NC) do tworzenia szczegółowych instrukcji (G-code) sterujących pracą komputerowo sterowanych numerycznie obrabiarek w procesie wytwarzania części. Producenci w wielu gałęziach przemysłu polegają na możliwościach CAM przy produkcji wysokiej jakości wyrobów.

Szersza definicja CAM obejmuje wykorzystanie komputerowych aplikacji do definiowania planów produkcyjnych dotyczących projektowania narzędzi, przygotowania modelu CAD, programowania NC, programowania współrzędnościowych maszyn pomiarowych (CMM), symulacji pracy obrabiarek i postprocessingu. Plan taki jest następnie realizowany w środowisku produkcyjnym, takim jak np. bezpośrednie sterowanie numeryczne (DNC), system zarządzania narzędziami, proces obróbki CNC lub pomiaru CMM.

Korzyści ze stosowania CAM

Korzyści ze stosowania CAM to poprawnie zdefiniowany plan produkcyjny, przynoszący oczekiwane wyniki podczas produkcji.

• Systemy CAM maksymalizują wykorzystanie pełnego zakresu oprzyrządowania produkcyjnego, w tym związanego z obróbką szybkościową i 5-osiową, tokarkami i obrabiarkami wielofunkcyjnymi, obrabiarkami elektroerozyjnymi (EDM) oraz urządzeniami pomiarowymi CMM.

• Systemy CAM wspomagają tworzenie, weryfikację i optymalizację programów NC dla zapewnienia optymalnej wydajności produkcji, jak i automatyzują proces generowania dokumentacji warsztatowej.

• Zaawansowane systemy CAM, zintegrowane z oprogramowaniem do zarządzania cyklem życia produktu (PLM), dają technologom i pracownikom produkcyjnym dostęp do narzędzi zarządzania danymi i procesem, co zapewnia wykorzystanie zawsze właściwych danych i standardowych zasobów.

• Systemy CAM i PLM mogą być zintegrowane z systemami DNC, dostarczającymi pliki bezpośrednio do obrabiarek w dziale produkcyjnym.
  

Oto przykłady aplikacji CAM:

1. NX CAM i CAM Express pozwalają programistom NC maksymalnie wykorzystywać możliwości, jakie posiadają najnowsze, najbardziej wydajne obrabiarki. NX CAM dostarcza pełen zestaw funkcji adresowanych dla obróbek szybkościowych, wielofunkcyjnych obróbek tokarsko-frezarskich oraz obróbek 5-osiowych. CAM Express zapewnia silne narzędzia programowania NC przy niskich całkowitych kosztach posiadania.
   

2. NX Tooling and Fixture Design oferuje zestaw zautomatyzowanych aplikacji do projektowania form i tłoczników, oprzyrządowania technologicznego oraz wspomagania innych procesów narzędziowych w oparciu o wiedzę i najlepsze doświadczenia przemysłowe.
   
   

5. Komputerowe Wspomaganie Analiz Inżynierskich (CAE)

CAE - polega na wykorzystaniu oprogramowania komputerowego do symulacji funkcjonowania wyrobów w celu ulepszenia ich projektów lub wspomagania procesu rozwiązywania problemów konstrukcyjnych w wielu dziedzinach przemysłu. CAE obejmuje symulację, walidację i optymalizację produktów, procesów i narzędzi produkcyjnych.

Typowy proces CAE składa się z etapów:

1. przygotowania analizy (pre-procesing),

2. obliczeń

3. wizualizacji i interpretacji wyników (post-procesing).

W fazie przygotowania analizy inżynierowie modelują geometrię oraz właściwości fizyczne produktu, jak również jego otoczenie za pomocą nadawanych obciążeń lub więzów. Następnie model jest obliczany przy użyciu odpowiednich formuł matematycznych opisujących zachodzące zjawiska fizyczne. W fazie post-procesingu prezentowane są wyniki obliczeń dla ich interpretacji przez inżyniera.

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

• Analizy statyczne i dynamiczne komponentów i zespołów przy użyciu metody elementów skończonych

• Analizy termiczne i przepływowe przy użyciu metod obliczeniowej mechaniki płynów

• Analizy kinematyczne i dynamiczne mechanizmów

• Symulacja zjawisk mechanicznych

• Analizy układów sterowania

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

• Optymalizacja produktu i związanych z nim procesów

Korzyści ze stosowania CAE

Korzyści ze stosowania CAE to redukcja kosztów i czasu rozwoju produktu, z jednoczesną poprawą jego jakości i trwałości.

• Decyzje projektowe mogą być podejmowane w oparciu o ich wpływ na funkcjonowanie produktu.

• Projekty mogą być analizowane i ulepszane przy użyciu symulacji komputerowych zamiast testowania fizycznych prototypów, co oszczędza czas i pieniądze.

• CAE umożliwia uwzględnienie funkcjonowania produktu na wcześniejszym etapie rozwoju produktu, gdy zmiany projektowe są mniej kosztowne do realizacji.

• CAE pomaga zespołom inżynierskim zarządzać ryzykiem i zdawać sobie sprawę z konsekwencji wynikających z realizacji ich projektów.

• Zintegrowane zarządzanie danymi i procesami CAE udostępnia szerszej społeczności możliwość efektywnego wykorzystywania wyników analiz i ulepszania projektów.

• Zagrożenia gwarancyjne są zredukowane dzięki identyfikacji i eliminacji potencjalnych problemów. System CAE, odpowiednio zintegrowany z rozwojem produktu i procesu produkcyjnego, umożliwia wcześniejsze rozwiązywanie problemów, co dramatycznie redukuje koszty na wszystkich etapach życia produktu.

Oto przykłady aplikacji CAE:

1. NX - jest to pakiet zintegrowanych, w pełni asocjatywnych aplikacji CAD/CAM/CAE. Programy symulacyjne NX obejmują dynamiczne symulacje ruchu, liniowe i nieliniowe analizy naprężeń, symulacje funkcjonowania kompletnych systemów, symulacje odpowiedzi dynamicznej układu, analizy drgań, analizy przepływowe i termiczne, analizy wytrzymałości, analizy wielodziedzinowe oraz analizy korelacji wyników testów fizycznych.
   

2. NX Nastran - to solver analiz metodą elementów skończonych, który oblicza naprężenia, wibracje, wytrzymałość strukturalną, przepływy cieplne, zjawiska akustyczne oraz zagadnienia lotu/aerosprężystości.
   

3. Femap - jest to niezależny od systemu CAD, oparty na Windows pre- i postprocesor, przeznaczony do zaawansowanych analiz FEA. Dostarcza inżynierom i analitykom narzędzia modelowania FEA, które pozwalają dokładnie i przystępnie realizować nawet najbardziej złożone zadania.

---