Aplikace CAD/CAM v technologii obrábění I - EAC

1. Aplikace CAD/CAM v technologii obrábění I - EAC Aplikace CAD/CAM v technologii I – HC1 Ing. Martin Madaj Ing. Jan Zouhar

2. Obsah • Zařazení pojmů CAD a CAM v kontextu PLM • CAx technologie • CAD; rozdělení podle velikosti • Neparametrické a parametrické modelování • Parametrické 3D CAD systémy – principy práce • Synchronní technologie • Výhody a nevýhody jednotlivých přístupů k modelování • Trendy ve vývoji CAx technologií

3. Zařazení pojmů CAD a CAM v kontextu PLM • PLM (Product Lifecycle Management) je soubor systémů určených ke správě celého životního cyklu výrobku, od prvotní myšlenky přes návrh, výrobu, prodej, komunikaci se zákazníky a subdodavateli, inovace, atd. • PLM je jedním ze základních prvků technologie informační struktury společnosti, mezi které dále náleží: • CRM (Customer Relationship Management) – systémy pro spolupráci se zákazníky k reflektování jejich požadavků, připomínek a názorů. • SCM (Supply Chain Management) – řízení dodavatelského řetězce pro zabezpečení. • ERP (Enterprise Resource Planning) – podnikové plánování zdrojů.

4. Zařazení pojmů CAD a CAM v kontextu PLM • V rámci PLM se nacházejí čtyři hlavní oblasti PPM (Product and Portfolio Management), Product Design (CAx), Manufacturing Process Management (MPM) a Product Data Management (PDM). Uvedené oblasti se navzájem prolínají…

5. CAx technologie • CAD je pouze jednou skupinou náležící do CAx technologií, proto je nejprve nutné zabývat se tímto pojmem. • CA – computer-aided / počítačem podporované… (další se doplní podle konkrétní technologie). • CAx zahrnuje mnoho oblastí, ve kterých je pro řešení úloh souvisejících s výrobním procesem (tvorba modelu, analýzy, vizualizace, kontrola kvality, plánování výroby, atd.) využito výpočetní techniky. • Mezi CAx lze zařadit např. CAD, CAE (Computer Aided Engineering), CAM (Computer Aided Manufacturing), CAQ (Computer Aided Quality).

6. CAD (Computer Aided Design) • Počítačem podporované konstruování, resp. obecně počítačem podporovaná návrhová činnost. • Elektronická tvorba, modifikace, správa a sdílení návrhové dokumentace je rychlejší než dříve u ručních postupů. • Celosvětové využití 2D a 3D aplikací v různých oblastech (strojírenství, stavebnictví, infrastruktura, reklama, …). • Základ pro práci s dalšími aplikacemi (CAE, CAM). • Úspora času, konkurenční výhoda.

7. CAD systémy – rozdělení podle velikosti • Malé: např. AutoCAD LT, poskytuje pouze 2D nástroje, osekaná verze oproti „velké“ verzi AutoCAD; některé aplikace mohou obsahovat také základní drátové 3D. • Střední nižší: „plný“ AutoCAD, TurboCAD Professional, Microstation. • Střední vyšší: Autodesk Inventor, Solid Edge, SolidWorks, atd.; všechny CAD aplikace střední třídy umožňují vytvořit 3D model a vizualizovat je. Stejně jako u malých aplikací, výkresová dokumentace je samozřejmostí – ne vždy je ale vytvořena na základě předchozího 3D modelu (viz např. AutoCAD x Inventor). • Velké: Catia, NX, Pro/E – mají všechny vlastnosti výše uvedených kategorií, jsou složeny z různých modulů, které si zákazník zvolí podle potřeby, moduly jsou specializované. U těchto aplikací se nejedná pouze o CAD, ale obecně o CAx (toto je trend i u středních aplikací). • Rozdělení podle velikosti je závislé zejména na množství funkcí, které je daná aplikace schopna poskytnout.

8. Neparametrické modelování a systémy • Modelování: • Všechny objekty se musí kreslit (modelovat) přesně, tedy s přesně zadanými rozměry a polohou, neexistují mezi nimi automaticky udržitelné vztahy (např. kolmost dvou úseček). • Systémy: • 2D: AutoCAD, AutoCAD LT, klony aplikace AutoCAD, jiné 2D aplikace. • 3D: AutoCAD, CoCreate (nyní pod PTC, nazývají modelování jako „přímé“ (explicit)).

9. Parametrické modelování a systémy • Modelování: • Všechny objekty (2D i 3D) jsou definovány pomocí parametrů (kóty a vazby, jsou navzájem zaměnitelné). Existuje vzájemná asociativita mezi modelem a výkresem – změny se okamžitě promítají jak do výkresu, tak i zpětně do modelu. Existuje historie modelu (strom). Prvky součástí jsou na sobě vzájemně závislé – toto přináší výhody i nevýhody. • Systémy: • 2D: Solid Edge 2D Drafting • 3D: Alibre Design, Autodesk Inventor, SolidWorks, SolidEdge (nyní se synchronní technologií), Kompas-3D, Pro/ENGINEER, CATIA, NX 6; další aplikace např. ze stavebnictví.

10. Parametrické 3D CAD systémy – principy práce • Vytvoření 2D geometrie – lze kreslit „od oka“, rozměry a geometrické vazby je možné dodat později. • Vytvoření 3D prvku ze 2D geometrie – vysunutí, rotace, šablonování, tažení, atd. • Vytvoření dalších 3D prvků – zkosení, zaoblení hran. • 3D prvky tvoří součást – ta je vytvořena operacemi přičtení, odečtení, průnik. • Sestava vytvořená ze součástí. • Výkresová dokumentace ze součástí nebo sestav. • 3D modely využitelné pro analýzy pomocí MKP, kinematické a dynamické analýzy, vizualizace (reklama, marketing), rapid prototyping, atd.

11. Synchronní technologie • Stejné funkce jako u parametrického modelování, ale navíc lze modelovat i bez historie součásti. • Modelování nezávislé na předchozí historii součásti (modelování bez stromu). • Modelování nezávislé na CAD systému, který vytvořil zdrojová data („mrtvé“ součásti z jiných CAD systémů). • Není nutné brát tak velký ohled na logiku modelování – jednotlivé prvky nejsou vzájemně tak závislé jako při parametrickém modelování. • Parametrizace pouze těch dat, které potřebuji – vyberu si pouze konkrétní prvky, které zakótuji (např. určím jejich polohu k vzhledem k jiným prvkům), přepočet geometrie pak probíhá pouze pro konkrétní prvky.

12. Synchronní technologie -aplikace • Solid Edge se synchronní technologií. • NX 6. • CATIA V6, resp. nějaká obdoba synchronní technologie od Dassault Systemes???

13. Výhody a nevýhody jednotlivých technologií • Neparametrické modelování – výhody: • Okamžitá změna geometrie bez nutnosti přepočítávat další prvky (malá časová náročnost). • Nehrozí, že by se při změně geometrie „rozpadl“ celý model (např. hlášení o tom, že nelze sestavit následující (závislou) geometrii). • Neparametrické modelování – nevýhody: • Není historie modelu (pozor od AutoCAD 2007 je možné částečné zachovat historii 3D prvků modelu). • Nemožnost automatizovaných (hromadných) změn (velká časová náročnost). • Nelze propojit vzájemně více prvků (jejich rozměry – parametry) dohromady (viz automatizované změny).

14. Výhody a nevýhody jednotlivých technologií • Parametrické modelování – výhody: • Automatizované změny – možnost okamžité změny celé součásti jediným parametrem. • Snadná tvorba různých variant součástí. • Asociativita (popř. obousměrná asociativita) – díky parametrům snadná změna geometrie, která se okamžitě projeví i v jiné aplikaci, ve které je model načtený (např. CAD -> CAM, CAD <-> CAE). • Parametrické modelování – nevýhody: • V případě velkých modelů časová náročnost při provádění změn (strom se musí přepočítat celý). • Možnost havárie modelu při provedené změně (geometrie se nevytvoří). • V případě neúplné parametrizace možnost „rozpadu“ geometrie při další editaci. • Je nutné uvažovat, v jakém pořadí prvky modelovat, jak vytvářet vzájemné vztahy mezi objekty (rozměrovými a geometrickými parametry).

15. Výhody a nevýhody jednotlivých technologií • Synchronní technologie – výhody: • Možnost pracovat s jakoukoliv geometrií nezávisle na zdrojové aplikaci. • Možnost pracovat nezávisle na historii modelu. • Parametrizace pouze u požadované geometrie. • Rychlost prováděných změn – není nutné přepočítávat strom historie, stejné změny u parametrického modelu mohou trvat až o desítky sekund déle. • Snadná manipulace s jednotlivými prvky geometrie – automatické rozpoznání geometrických vazeb modelu. • Synchronní technologie – nevýhody: • Ztráta historie modelu (lze se rozhodnout, zda budu pracovat parametricky nebo synchronně).

16. Trendy ve vývoji CAx technologí • Vzájemné propojení a integrace CAD – CAE – CAM aplikací, další návaznost např. na CAQ, CAL, atd. • Oboustranná asociativita (optimalizace parametrů modelu z jiné – propojené – aplikace). • Modely už nejsou pouhými objekty definovanými rozměry a geometrií – mají fyzikální vlastnosti, informace o předpokládaném provozním zatížení a jejich reakci na toto zatížení, obsahují údaje o výškách (např. pro modely terénu), informace o cenách a počtech kusů, informace o ekologičnosti a podmínkách pro recyklaci materiálu, ze kterého jsou vyrobeny, slouží pro vizualizaci, Rapid Prototyping, atd. • Údaje o provozním zatížení jsou dodávány např. pomocí různých nadstaveb (např. kdysi známý MechSoft, nyní např. DesignAccelerator v Autodesk Inventoru).

17. Trendy ve vývoji CAx technologí • Koncepce popsané na předcházejícím snímku vedou k používání tzv. virtuálních prototypů – celý model je ověřen na počítači ještě dříve, než je vyroben fyzický prototyp => odhalení problémů již v počátku návrhu, omezení počtu fyzických prototypů, snížení spotřeby materiálů a tedy i celkových finančních nákladů.

18. Přednáška vznikla jako součást řešení projektu: Inovace a rozvoj odborných výukových laboratoří na FSI RP3 Program na podporu přístrojového vybavení a moderních technologií Hlavní řešitel projektu: doc. RNDr. Ing. Tomáš Březina, CSc. Zodpovědný řešitel části projektu: Ing. Aleš Polzer, Ph.D.