BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM

1. BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM İyi bir mühendislik tasarımı, tasarlanan parçanın veya mekanizmanın makul bir süre boyunca fonksiyonlarını yerine getirmesini mümkün kılmalıdır. Tasarım aşamasında dikkate alınacak fonksiyonlar, ağırlık, dayanım, termal özellikler, kinematik ve dinamik olarak sıralanabilir. Tasarımın performansı yapılan ölçümler ile amaçlanan hedefler arasındaki karşılaştırmalar ile ölçülebilir.

2. 1300 3500 1200 5 120 80 80 4 60 2 30 50 30 3600 12835 3100 Tasarımın fonksiyonelliğinin yanısıra ekonomikliği de önemli diğer bir noktadır. Son tasarım, gereken kriterleri emniyetli çalışma koşullarına en yakın değerler ile karşılamalıdır. Eğer bir yürüyen merdivenin çelik konstrüksiyon taşıyıcı yapısı için merdivenin tam dolu olması durumunda izin verilen en büyük yerdeğiştirme değeri 6 mm iken, yapılan konstrüksiyon tasarımı ile bu değer 0.2 mm ise bu, çelik konstrüksiyonda gereğinden büyük profillerin kullanıldığı anlamına gelir ve imalatçı için yüksek maliyet demektir.

3. Mühendislik tasarımında göz önünde bulundurulması gerekli iki temel kriter • Fonksiyonellik • Ekonomiklik dir. Fonksiyonelliği belirleyen etkiler parça geometrisi, malzeme özellikleri ve çevresel etkilerdir. Ekonomikliği belirleyen etkiler ise malzeme, üretim maliyeti ve pazarlama ile ilgili detaylardır. Bilgisayar destekli tasarım farklı kişiler için değişik anlamlar taşıyabilir. Bazı kişiler için sadece bilgisayar destekli çizim, bazıları için ise mühendislik analizlerin bilgisayar ile çözümlenmesidir. Bilgisayar destekli tasarımı; “Ele alınan tasarımı üretim aracı olarak bilgisayarı kullanarak oluşturmak ve optimize etmek” olarak tanımlayabiliriz.

4. KISA TARİHÇE Günümüz Bilgisayar Destekli Tasarım ve Üretim’in temelleri Mısır, Yunan ve Roma devirlerinde mühendislerin grafik ile iletişim kurmalarına dayanır. Eski Mısır mezar anıtlarına ait çizimler teknik çizim olarak kabul edilir. Leonardo da Vinci’nin elde bulunan çalışmaları günümüz grafik kurallarına uygun olarak izometrik perspektif ve taramaları içermektedir.

5. CAD-CAM 4 önemli aşamayı son 50 yıllık süre içerisinde katetmiştir. 1950’li yıllarda bilgisayar ile grafik çizimlerinde interaktif süreç başlamıştır. Bu sürecin ilk yıllarında maliyet ve bilgisayarların interaktif çizimlere tam uygun olmamaları nedeniyle ilerleme yavaş olmuştur. MIT 1950 yılında CRT ekranlar üzerinde grafikler görüntüleyebilmiştir. 1952 yılında MIT’nin servo mekanizmalar laboratuvarında günümüz NC makinalarının temelini oluşturan 3 eksenli bir uygulama sunmuştur.

6. 1960’lı yıllar etkileşimli bilgisayar grafik işlemleri ile ilgili gelişmelerin yaşandığı en önemli dönemdir. Bilgisayar Grafiği ile ilgili dönüm noktalarından biri Ivan Sutherland tarafından kendisinin tezi olarak sunduğu Sketchpad sistemidir. Bu tez ile CRT bir ekranda interaktif olarak grafik öğelerinin oluşturulabileceğini göstermiştir. 1960’ların ortalarında farklı gruplar tarafından bilgisayar grafiği üzerine yoğun çalışmalar başlatılmıştır ve bu dönemde “Bilgisayar Destekli Tasarım-CAD” terimi oluşmuş ve kullanılmaya başlanılmıştır. Terim içerisinde bulunan tasarım kelimesi, bilgisayarların sadece çizim aracı olarak kullanılmayacağını ifade etmesi açısından önemlidir. 1979 yılında IGES (Initial Grafhics Exchange Specifications) konusunda çalışmalar gelişime göstermiştir. 1980’li yıllarda Bilgisayar destekli tasarımın üç boyuta taşınmasında önemli çalışmaların yapıldığı bir dönem olmuştur. Karmaşık yüzeylerin bilgisayarda temsil edilebilmesi için Coons, Bezier, Gordon e B-Spline yüzeylerinin kullanımı ile kütle özelliklerinin tayini, NC frezeleme, sonlu elemanlar analizleri geliştirilmiştir. Katı modelleme teorisindeki ve bilgisayar sektöründeki gelişmeler ile günümüz yazılımları tasarım işlemleri için vazgeçilmez bir yardımcı haline gelmiştir.

7. TASARIM • Shigley tasarım sürecini altı aşamadan oluşan iteratif bir prosedür olarak tanımlar. Bu aşamalar; • İhtiyacın tanınması, belirlenmesi (Recognition of need) • Problemin tanımı (Definition of the problem) • Sentez (Synthesis) • Analiz ve optimizasyon (Analysis and optimization) • Değerlendirme (Evaluation) • Sunuş (Presentation)

8. Tasarım sürecini bir örnek ile ele alalım. İhtiyacın tanınması, belirlenmesi (Recognition of need) İhtiyacın belirlenmesi mevcut bir problemin varlığından doğmaktadır. Örneğin yakıt sıkıntısı, daha verimli bir jet motorunun tasarımını ve üretimini gerektirebilir. Problemin tanımlanması (Definition of the problem) Problemin tanımlanması daha özel bir konudur. Bir jet motoru ile ilgili teknik özellikler itme, güç, izin verilebilir ağırlık vb. gibi birçok bilgiyi içermektedir. Bu özelliklerden bazıları Kısıtlama (Constraint) olarak adlandırılır ve tasarımın makul olabilmesi için sağlanmaları gerekir. Örneğin jet motorunun ağırlığı ile ilgili bir kısıtlama, uçak kanatlarının kullanılabilir kaldırma kapasitesi ile ilgili bir kısıtlamadır. En büyük ağırlık bir kısıtlama olarak düşünülebilir. Kısıtlamalar genel olarak maksimum ve minimum değerler olarak veya bir değer aralığı olarak verilirler.

9. Ele alınan problem ile ilgili bazı özellikler ise kriter (criteria) olarak adlandırılır. Kriterler tasarımın iyiliği veya kalitesini ölçmek için kullanılırlar. Kriter bir tasarımı değerlendirmek veya aynı probleme ait tasarımları karşılaştırmak için kullanılırlar. Örneğin bir jet motorunun bir saatlik veya bir kilometrelik uçuş için harcadığı yakıt miktarı bir kriter olabilir, burada bir alt veya üst limit sözkonusu değildir fakat bir değerlendirme ölçütü mevcuttur. Kabul edilebilir bir tasarım tüm kısıtlamaları karşılamalıdır. En iyi tasarım ise tüm kısıtlamaların sağlanması ile birlikte tüm kriterler için en iyi kombinasyonların oluşturulması ile elde edilir. Kısıtlamaların ve kriterlerin seçimi problemin tanımlanması ile ilgili temel adımdır. Değerlendirme (Evaluation) ‘de bir çeşit analizdir ve genellikle pahalı prototip ve ölçüm cihazları gerektirir.

10. Sentez, analiz ve optimizasyon aşamaları iteratifdir. Sentez ve analiz aşamaları birbirleri ile bağlı olarak ele alınırlar. Bir tasarım tüm kısıtlamaları sağlayacak şekilde sentezlenir/oluşturulur. Analiz ise • Kısıtlamaların sağlanıp sağlanmadığını • Tasarım kriterlerinin değerlerini • belirler. • Eğer kısıtlamalar sağlanmamış veya tasarım kriterleri daha da iyileştirilebilir durumda ise, tasarım değiştirilir ve tekrar analiz edilir. • Değerlendirme genel olarak testler için prototip üretimini içerir. Üretimi yapılan model test edilir ve kısıtlamaların sağlanıp sağlanmadığı belirlenir ve tasarım kriterlerinin durumu deneyler ile denetlenir. Eğer kısıtlamalar sağlanmıyor ise tasarımda sentez aşamasına geri dönülür. Eğer tasarım kriterlerinde iyileştirmeler mümkün görülüyor ve ekonomik değerlendirmeler de izin veriyor ise yine sentez aşamasına dönülür.

11. Eğer tasarım üzerindeki iyileştirme çalışmalarının maliyeti, iyileştirme sonucunda elde edilecek kazançtan daha fazla ise tasarım sonlandırılır. Bu iterasyon optimal tasarımın elde edilmesine kadar sürdürülür. Klasik anlamdaki tasarım seri bir süreçtir. Tasarım üzerindeki analizler gerilme analizi, termal performans, üretilebilirlik ve estetik birbirini takip eder sırada yapılmaktadır. Tasarım gerilme analizleri sonucunda testi geçebilir fakat üretilebilirlik açısından problemler taşıyabilir. Üretilebilir bir tasarım için değişiklikler yapıldığında ise parça gerilme testlerinde başarısız olabilir. Uygun tasarım için pek çok deneme gerekebilir. Bununla birlikte paralel (concurrent) tasarım ise tüm analizlerin eş zamanlı yapıldığı ve yeni tasarımın sadece tek bir analiz sonucuna bağlı olmayıp, tüm analizler sonucunda belirlendiği bir yaklaşımdır.

12. BİLGİSAYAR GRAFİĞİ -2D TRANSFORMASYON- y y (4,5) (7,5) (10,1) (7,1) x x Öteleme (Translation):

13. y y (7,5) (4,5) x x Ölçeklendirme (Scale):

14. y y y (4.9,7.8) (2.1,4.9) (9,2) (5,2) r x x r q f rcosf rcos(q+f) x Dönme (Rotation):

15. y r r q f rcosf rcos(q+f) x