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

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

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.

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…

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).

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.

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.

Neparametrické modelování a systémy 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)).

Parametrické modelování a systémy 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.

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.

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.

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

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).

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).

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).

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).

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.

RP3 Program na podporu přístrojového vybavení a moderních technologií 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.