opr ścią

Przyczyny rozwoju systemów wspomagaj

cych

prace in

ynierskie

Wymagania rynkowe:
Konieczno

ść

zaproponowania klientowi

nowoczesnego i ciekawego produktu oraz
T (time) – skrócenie czasu projektowania i
wykonania wyrobu
Q (quality) – zapewnienie wysokiej jako

ci wyrobu

C (cost) – obni

enie kosztów produkcji

S (service) – zapewnienie obsługi serwisowej
Wzrost mo

liwo

ci obliczeniowych sprz

komputerowego (procesorów, kart graficznych).
CAD (Computer Aided Design – komputerowe
wspomaganie projektowania) – systemy
wspomagaj

ce projektowanie in

ynierskie, głównie

w zakresie modelowania geometrycznego cz

ęś

ci i

zespołów oraz tworzenia i edycji dokumentacji
konstrukcyjnej.
CAE (Computer Aided Engineering – komputerowe
wspomaganie oblicze

i analiz in

ynierskich) –

systemy wspomagaj

ce projektowanie i zwi

zane z

nim obliczenia i analizy (oparte głównie na metodzie
elementów sko

czonych).

CAP (Computer Aided Planning – komputerowe
wspomaganie planowania) – systemy
wspomagaj

ce projektowanie technologiczne (co i

jak nale

y wykona

w procesie wytwórczym).

CAM (Computer Aided Manufacturing –
komputerowe wspomaganie wytwarzania) –
systemy integruj

ce fazy projektowania i

wytwarzania. W praktyce skrót CAM dotyczy
głównie systemów do programowania off-line
obrabiarek sterowanych numerycznie.
CAQ (Computer Aided Quality assurance -
komputerowe wspomaganie zapewnienia jako

ci) -

wspomaganie projektowania, planowania i realizacji
procesów pomiarowych oraz procedur kontroli
jako

ci. PDM (Product Data Management –

zarz

dzanie danymi produktu) – systemy słu

żą

do gromadzenia i udost

pniania danych produkcie,

integruj

przepływ dokumentacji elektronicznej w

przedsi

biorstwie PLM (Product Lifecycle

Management – zarz

dzanie cyklem

ycia produktu)

– systemy wspomagaj

ce wszystkie procesy

zwi

zane z powstaniem, wytworzeniem i obsług

produktu.

Cechy współczesnych programów CAD/CAM/CAE
Parametryczno

ść

– modele opisane s

przez

parametry, ka

dy parametr posiada swoj

nazw

warto

ść

, zmiana modelu nast

puje przez zmian

warto

ci parametrów, wprowadzanie zmian jest

liwe na dowolnym etapie projektowania.

Integracja wewn

trzna (asocjatywno

ść

) – ka

zmiana wprowadzona na dowolnym etapie
projektowania powoduje zmiany we wszystkich
elementach projektu (model cz

ęś

ci – zło

enie –

rysunek). Otwarto

ść

– oprogramowanie poprzez

swoje interfejsy umo

liwia komunikacj

i wymian

danych z innymi programami CAX.Rozwojowo

ść

–

programy s

stale rozwijane, pojawiaj

nowe

wersje zwi

kszaj

ce funkcjonalno

ść

oraz

rozszerzaj

ce mo

liwo

ci oprogramowania.

Budowa pakietowo-modułowa – oprogramowanie
zbudowane jest z modułów, z których tworzone s

pakiety dedykowane dla konkretnych grup
odbiorców.

Oprogramowanie in

ynierskie umownie mo

podzieli

na trzy kategorie.Poziom najni

szy (low-

end) - obejmuje programy, których głównym
zadaniem jest wykonywanie elektronicznej
dokumentacji konstrukcyjnej (rysunków). Programy
te mog

posiada

pewne stosunkowo proste

liwo

ci w zakresie modelowania 3D. Do

programów takich nale

żą

: AutoCAD (Autodesk),

BricsCAD (Bricsys), Draft Sight (Dassault
Systemes– bezpłatny). Poziom

redni (mid-range) –

w zakresie CAD obejmuje programy umo

liwiaj

parametryczne modelowanie 3D. Mo

na przy ich

pomocy tworzy

modele cz

ęś

ci, zło

oraz

opracowywa

dokumentacj

konstrukcyjn

(rysunki). Cz

sto do programów tych doł

czan jest

w postaci zintegrowanych dodatków
oprogramowanie z zakresu CAM/CAE.Do
programów tej kategorii nale

żą

: SolidWorks

(Dassault Systeme), Inventor (Autodesk), SolidEdge
(Siemens PLM Software). Poziom najwy

szy (high-

end) – tworz

kompleksowe programy

CAD/CAM/CAE o rozbudowanych modułach,
umo

liwiaj

ce konfigurowanie pakietów w

zale

ci od potrzeb u

ytkownika. Wspomagaj

prace in

ynierskie na ka

dym etapie powstawania

wyrobu. Podstawow

zalet

tych programów jest

zawarcie całego cyklu projektowego w jednym

rodowisku bez potrzeby wymiany plików.

Programami takimi s

: CATIA (Dassault Systeme),

NX (dawniej Unigraphics) (Siemens PLMSoftware),
Pro/ENGINEER (PTC Corporate).

Model 2D – przedstawienie cz

ęś

ci w kilku rzutach z

wykorzystaniem zasad rysunku technicznego,
Model 2D - do budowy modelu wykorzystywane
elementy 2D (linie (odcinki), okr

gi, łuki, splajny),

element okre

lony jest przez typ i współrz

dne

punktów charakterystycznych

Rodzaje modeli 3D – model kraw

dziowy, model

powierzchniowy, model bryłowy

Z przedstawieniem modelu bryłowego lub
powierzchniowego wi

ąż

e si

problematyka

renderingu (obrazowania). Uwzgl

dniane s

przy

tym: kolor (lub tekstura powierzchni) oraz sposób
o

wietlenia.

Metoda modelowania bryłowego CSG (Constructive
Solid Geometry). Model budowany z prymitywów
geometrycznych (prostopadło

cian, walec, kula,

torus, ostrosłup, sto

ek) z wykorzystaniem algebry

Boole’a.

Metoda modelowania 3D B-Rep (Boundary
Representation). Model opisany jest przez
ograniczaj

ce go

ciany, kraw

dzie i punkty (bardzo

zło

ona logiczna i fizyczna struktura danych).

Technika modelowania FBM (Feature Based
Modelling) – modelowanie oparte na cechach
(features). Cechy (obiekty, operacje)

Jaki model zastosowa

Symulacje ruchu, symulacje wytrzymało

ciowe

(CAE) -Na ogół 3D bryłowy, cz

sto uproszczony

Programowanie i symulacja obróbki (CAM) - W
zale

ci od rodzaju obróbki: kraw

dziowy (2D lub

3D) lub powierzchniowy
Produkcja (warsztat) - 2D (rysunek wykonawczy lub
zło

eniowy)

Grafika prezentacyjna - 3D (pełny model)

Podstawowe operacje – obrót (dodanie i wyci

cie),

wyci

gni

cie po

cie

ce, wyci

gni

cie po profilach,

faza, zaokr

glenie

Inne operacje – na ogół automatyzuj

prac

, daj

utworzy

z poprzednich

ebro skorupa

Relacje rodzic – potomek mi

dzy operacjami

geometrycznymi
Edycja drzewa operacji: wygaszanie, przewijanie,
zmiana kolejno

Edycja parametrów modelu – wymiary pochodz

ze szkiców i z definicji operacji
Algebra Boole’a w operacjach geometrycznych.
Dodawanie i odejmowanie s

domy

lnie przypisane

do rodzaju operacji, na przykład wyci

gni

cie

powoduje scalanie w jedn

brył

(dodanie),

wyci

cie spowoduje usuni

cie fragmentu istniej

cej

bryły (odj

cie). U

ytkownik mo

e te

sam

decydowa

o rodzaju wykonywanej operacji

Boole’a.

Operacje tworzenia powierzchni – wyci

gni

cie,

obrót, wyci

gni

cie po

cie

ce i profilach, wg

granicy
Krzywe – elementy modelu powierzchniowego
Splajny - gładkie krzywe opisane przez wielomiany.
Definiowane s

przez podanie współrz

dnych

kolejnych punktów le

żą

cych na nich lub których

odległo

ść

nie wykracza poza granice zadanej

tolerancji. Dodatkowo definiowane s

kierunki

stycznych do splajnu w punktach kra

cowych.

Wprowadzone punkty nazywane s

punktami

dopasowania. Na podstawie tych danych program
CAD oblicza współrz

dne tzw. punktów steruj

cych

oraz przypisuje im wagi decyduj

ce o stopniu

oddziaływania danego punktu steruj

cego na kształt

splajnu.

Przykłady definiowania krzywych
W modelowaniu powierzchniowym stosowana jest
inna technika tworzenia modelu - nie jest konieczne
okre

lenie od razu granic powierzchni. Mo

na to

pozostawi

do ostatniej fazy tworzenia modelu.

czenie powierzchni: przycinanie, wydłu

anie,

zaokr

glanie

Powierzchnie – dodawanie i edycja punktów

Jaki sposób modelowania wybra

W wi

kszo

ci współczesnych programów CAD 3D

istnieje mo

liwo

ść

zarówno modelowania

bryłowego, jak i powierzchniowego. Zwykle oba
sposoby s

parametryczne. Jednak modelowaniu

ęś

ci maszyn na ogół projektanci posługuj

modelowaniem bryłowym.
• Jest ono szybsze. Model mo

na uzyska

przy

mniejszej liczbie kroków ni

przy oddzielnym

tworzeniu ka

dej ze

cian − powierzchni.

• Uzyskuje si

krótsze i bardziej przejrzyste drzewo

operacji geometrycznych, co ułatwia zarz

dzanie

parametrami.
• Przy modelowaniu powierzchniowym projektant
musi zadba

o spójno

ść

modelu(wspólne kraw

dzie

i wierzchołki), w modelowaniu bryłowym zwykle
zapewnia to system w sposób automatyczny.
Istniej

jednak sytuacje, w których modelowanie

powierzchniowe jest niezb

dne. Dotyczy to

zwłaszcza skomplikowanych powierzchni
odwzorowuj

cych

Przekształcenie modelu powierzchniowego w
bryłowy
W programach CAD obsługuj

cych oba sposoby

modelowania model powierzchniowy mo

przekształci

na bryłowy. W przypadku

powierzchni otwartych przez nadanie grubo

powierzchniom. W przypadku powierzchni
zamkni

tych równie

przez wydanie polecenia

wypełnienia modelu.
Modele hybrydowe
Istniej

sytuacje, w których tylko dla fragmentu

ęś

ci uzasadnione jest zastosowanie technik

modelowania powierzchniowego. Tworzone s

wówczas tzw. modele hybrydowe zawieraj

operacje bryłowe i powierzchniowe, przy czym
ko

cowych krokach projektowych zwykle nast

puje

przekształcenie elementów powierzchniowych i
ostatecznym efektem jest model bryłowy.

Ci

gło

ść

krzywych i powierzchni

W modelowaniu powierzchniowym wa

ne jest

zachowanie ci

gło

ci modelu. Wyró

nia si

nast

puj

ce rodzaje ci

gło

ci odnosz

ce si

zarówno do krzywych, jak i powierzchni:
– spójno

ść

(wspólna kraw

, brak szczeliny)

– styczno

ść

– ci

gło

ść

krzywizny

– ci

gło

ci gradientu (brak gwałtownej zmiany

krzywizny)
O rodzaju wymaganej ci

gło

ci decyduje zwykle

rodzaj i przeznaczenie cz

ęś

ci. W przypadku cz

ęś

maszyn zwykle wystarcza ci

gło

ść

pierwszego lub

drugiego typu. Dla zewn

trznych powierzchni

wyrobów, zwłaszcza takich, w których wygl

d jest

elementem jako

ci, wymagana jest ci

gło

ść

krzywizny lub gradientu.

Ocena modelu powierzchniowego
Programy CAD 3D daj

ytkownikowi do

dyspozycji narz

dzia oceny jako

ci powierzchni.

Przykładem mo

e by

narz

dzie o nazwie „zebra”.

Opiera si

ono na symulacji odbicia liniowych

ródeł

wiatła na bardzo połyskliwej powierzchni. Przez

analiz

refleksów

wietlnych mo

na dostrzec

lokalne zmiany na powierzchni oraz oceni

rodzaj

gło

ci w miejscach styku powierzchni. Je

uzyskane paski nie pasuj

do siebie wówczas

mamy do czynienia co najwy

ej ze spójno

, je

pasuj

do siebie, lecz wyst

puje gwałtowna zmiana

kierunku − mamy do czynienia ze styczno

, je

paski w sposób ci

gły przechodz

przez granic

powierzchni mamy do czynienia co najmniej z
ci

gło

krzywizny.

Modelowanie zło

enia

Zadaniem jest powi

zanie cz

ęś

ci w zło

enie tak,

aby:
• w jednym dokumencie wyst

powało wiele cz

ęś

ci,

• mo

liwo

ci ruchu były takie jak w mechanizmie,

• wyst

powały powi

zania z modelami cz

ęś

Przykłady innych wi

: równolegle, prostopadle,

koncentrycznie, stycznie, wspólne

Obiekty bryłowe zło

enia

to obiekty, które istniej

tylko w pliku zło

enia. Z

reguły operacje Boole’a zwi

zane z tymi obiektami

odnosz

do wi

cej ni

jednego komponentu

zło

enia. Najcz

ęś

ciej obiekty takie stosuje si

modelowania operacji monta

owych np. otwory pod

kołki ustalaj

ce, spawanie (modele spoin).

Metody modelowania zło

Metoda „od dołu w gór

” (Bottom-up Design)

Jest to tradycyjna metoda modelowania zło

enia.

Najpierw modelowane s

ęś

ci. Nast

pnie

wstawiane s

do modelu zło

enia i nadawane s

zania. Ewentualne zmiany dokonywane s

przez

indywidualn

edycj

modeli cz

ęś

ci b

cych

komponentami zło

enia. Metoda stosowana jest

powszechnie w sytuacji, gdy cz

ęś

ci – komponenty

zaprojektowane. W szczególno

ci dotyczy to

ęś

ci typowych i znormalizowanych pochodz

cych

z bibliotek oraz modeli pobieranych ze stron
internetowych producentów zespołów.

Metoda „od góry w dół” (Top-down Design)
nazywana tez projektowaniem w kontek

cie

zło

enia. W metodzie tej modelowane cz

ęś

powstaj

rodowisku zło

enia, przez co ich

obiekty mog

odniesione do istniej

cych

elementów zło

enia. Powstaj

zatem asocjatywne

powi

zania mi

dzy modelami cz

ęś

ci i zło

eniem.

Przy wprowadzaniu zmian w zło

eniu cz

ęś

ci takie

dostosowuj

automatycznie do wprowadzonych

zmian, dzi

ki czemu zmiany takie wymagaj

mniejszego nakładu pracy.

Warstwy s

podstawowym narz

dziem organizacji

danych rysunkowych.
Podstawowe atrybuty warstw:
• widoczno

ść

(widoczna lub ukryta)

• kolor (kolor znajduj

cych si

na niej obiektów)

• rodzaj linii (ci

gła, kreskowa, punktowa …)

• szeroko

ść

linii (cienka, normalna, gruba …)

Techniki rysowania – rysowanie precyzyjne -
współrz

dne (globalne i lokalne) Elementy rysunku

powinny by

narysowane dokładnie (nie w

przybli

eniu). Nie przestrzeganie tej zasady mo

uniemo

liwi

wykorzystanie danych rysunkowych w

innych programach CAX. Mo

e te

powodowa

trudno

ci w pracy nad rysunkiem (np. przy

kreskowaniu). W rysowaniu precyzyjnym
wykorzystywanych jest kilka technik. Jedna z nich
polega na wprowadzaniu współrz

dnych punktów

charakterystycznych w globalnym lub lokalnym
układzie współrz

dnych.

Techniki rysowania - rysowanie precyzyjne – tryb
lokalizacji Polega na wykorzystaniu istniej

cych

punktów charakterystycznych rysunku – przy
najechaniu kursorem w okolice takiego punktu
pojawia si

znacznik tego punktu, dalsze zbli

anie

kursora powoduje przyci

gni

cie go do punktu.

ledzenie polega na wy

wietlaniu pomocniczych

linii umo

liwiaj

cych wła

ciwe odniesienie

wstawianego punktu wzgl

dem istniej

cych

(współpracuje z trybem lokalizacji).

Rysowanie precyzyjne – ograniczenie ruchu kursora
- tryb orto, siatka i skok kursora Podstawowe
obiekty rysunkowe: odcinek, okr

g, łuk, elipsa,

splajn

Wymiary i tolerancje wymiarów
Wymiary mog

mie

ró

ny stopie

zespolenia z

rysunkiem. Wymiary zespolone w przypadku
modyfikacji wymiarowanego obiektu
dostosowuj

do wprowadzonych zmian

(dostosowuj

poło

enie ko

ców pomocniczych linii

wymiarowych i zmieniaj

tekst wymiaru).

Wymiary nie zespolone nie zmieniaj

i pozostaj

na swoim miejscu podczas zmiany przypisanych im
obiektów geometrycznych
Tolerancje wymiarów w rysunkach CAD traktowane
s

jako wła

ciwo

ci wymiarów. Wprowadzane s

przez edycj

tych wła

ciwo

ci.

Istotnym elementem wi

kszo

ci rysunków s

ró

nego rodzaju napisy. Programy CAD oferuj

wiele mo

liwo

ci w zakresie wprowadzania i

modyfikacji tekstu. Mo

na wybiera

rodzaj czcionki.

Mog

to by

czcionki typy TrueType. S

to czcionki

rozpoznawane przez system operacyjny Windows.
System ten decyduje o grubo

ci czcionki. W

programie AutoCAD i programach pokrewnych
stosowane s

czcionki typu *.SHX. Dla tych

czcionek o grubo

ci linii decyduje program CAD.

Grubo

na sterowa

tak, jak w przypadku

obiektów geometrycznych (linii, łuków itp.). W
tek

cie mog

wyst

powa

znaki specjalne

niedost

pne bezpo

rednio z klawiatury. Dost

p do

tych znaków umo

liwiany jest b

przez wybór z

listy rozwijalnej, b

przez wprowadzenie

specjalnego kodu. Np. dla AutoCAD mo

wykorzysta

nast

puj

ce kody steruj

ce:

%%c − daje w tek

cie symbol

rednicy

∅

%%d − daje w tek

cie symbol stopnia °,

%%p − daje w tek

cie symbol ±,

%%nnn − daje w tek

cie symbol o kodzie ASCII nnn

(nnn jest liczb

całkowit

z zakresu 0−255).

Programy CAD na ogół nie wymagaj

tworzenia

tabel przez rysowanie obramowania komórek, a
nast

pnie wstawiania tekstu. Udost

pniaj

obiekty o

nazwie tabela. Obiekty te z wygl

du i w działaniu

swym przypominaj

arkusz kalkulacyjny. Komórki

mog

zawiera

dane liczbowe, tekstowe, niekiedy

równie

symbole graficzne.

Oznaczenia rysunkowe
Wstawianie do rysunku oznacze

chropowato

powierzchni mo

na usprawni

stosuj

c technik

bloków. Nale

y w tym celu utworzy

zestaw

typowych oznacze

, ewentualnie doł

czaj

c do nich

warto

ci potrzebnych parametrów w postaci

atrybutów bloku. Po wstawieniu bloku – oznaczenia
chropowato

ci w razie potrzeby mo

na edytowa

warto

ść

parametru chropowato

ci.

Kreskowanie
Zamkni

ty obszar mo

na wypełni

okre

lonym

wzorem lub kolorem. W szczególno

ci kreskowanie

odnosi si

do przekrojów. Programy CAD

udost

pniaj

bibliotek

wzorów. Wypełnienie lub

zakreskowanie obszaru odbywa si

przez wybór

wzoru i parametrów kreskowania (odległo

ść

dzy

kreskami i k

t). Nast

pnie wskazywany jest obszar

do zakreskowania przez okre

lenie elementów

ograniczaj

cych lub punktu wewn

trz

kreskowanego obszaru. Powstały obiekt stanowi
cało

ść

i jako cało

ść

e by

modyfikowany, o ile

nie zostanie rozbity na elementy składowe.

Rysunki w programach CAD 3D
Model 3D Widoki standardowe (od przodu, z lewej
strony) Pierwszy rzut (rzuty) z wykorzystaniem
widoków standardowych 3D. Przekroje, wyrwania,
przerwania, szczegóły mog

utworzone w

oparciu o istniej

ce rzuty

Główne dokumenty konstrukcyjne:
• modele 3D cz

ęś

• modele 3D zło

• rysunki wykonawcze
• rysunki zło

eniowe,

• specyfikacje cz

ęś

Jak zwi

kszy

efektywno

ść

projektowania ?

Wyeliminowa

dne czynno

ci i ruchy

Zautomatyzowa

czynno

ci rutynowe

Wykorzystywa

powtarzalne elementy rysunków i

modeli 3D (wcze

niej opracowane)

Uporz

dkowa

zasoby własne (pracowni/firmy)

Automatyzacja czynno

ci rutynowych –

automatyzacja wymiarowania
Sposoby zwi

kszenia wydajno

ci: warto

domy

lne systemu i dokumentów (szablony

dokumentów), uporz

dkowanie zasobów -

ujednolicenie formatów arkuszy, szablonów
dokumentów, biblioteki materiałowe, szablony tabel,
konfiguracje modeli (mniej plików), ujednolicona
lokalizacja elementów modelu (biblioteka projektu),
wykorzystanie powtarzalnych elementów –
biblioteka elementów znormalizowanych, zasoby
internetowe, baza wiedzy – inteligentne
komponenty, projektowanie oparte na regułach,
sprz

t usprawniaj

cy manipulowanie modelem –

manipulatory 3D

Moduły specjalizowane programów CAD - moduły
lub grupy funkcji wspieraj

ce specyficzne dla dane

bran

y zadania projektowe

ęś

ci z blachy, projektowanie form i matryc

(Analiza pochylenia

cian modelu, Analiza

liwo

ci wyj

cia przedmiotu z formy, Okre

lenie

powierzchni podziału formy, Wspomaganie
projektowania stempla i matrycy), projektowanie
konstrukcji spawanych (Szkielet konstrukcji,
Konstrukcja w oparciu o bibliotek

profili, listy

elementów ci

tych, Zamykanie ko

ców,

Wzmocnienia, Modelowanie spoin) przewody
elektryczne i rurowe.

Rodzaje materiałów prezentacyjnych:
• 2D (ulotki, foldery, katalogi),
• 3D – animacje, materiały interaktywne
(manipulowanie obiektami, demonta

, tworzenie

przekrojów, wygaszanie elementów)
Zastosowanie materiałów prezentacyjnych:
2D – marketing tradycyjny,
– strony internetowe,
3D – strony internetowe - filmy,
– strony internetowe - materiały z interakcj

(wariantowanie wyrobu przez kupuj

cego),

– recenzowanie konstrukcji

Elementy składaj

ce si

na wygl

d modelu

Model,

ródła

wiatła i rodzaj o

wietlenia, Kolory i

tekstury, Otoczenie (scena)

Mo

liwo

ci prezentacyjne samego programu

CAD: formaty grafiki (jpeg, tiff), niska rozdzielczo

ść

uwzgl

dnia o

wietlenie

Projektowanie tradycyjne:
projekt – prototyp - test
Analiza konstrukcji jako alternatywa projektowania
tradycyjnego:
• krótszy czas,
• mniejszy koszt
• mo

liwo

ci analizy wielu rozwi

(optymalizacja)

kszo

ść

programów CAE korzysta z metody

elementów sko

czonych (MES, FEM). Polega ona

na podziale modelu na niewielkie fragmenty o
prostych kształtach (elementy). W odró

nieniu od

tradycyjnych metod obliczeniowych mo

e by

zastosowana zarówno do prostych, jak i
skomplikowanych modeli. Elementy posiadaj

wspólne punkty – w

zły Ruch ka

dego z w

złów

opisany jest przez przemieszczenia na kierunkach
XYZ. S

to tzw. Stopnie swobody. Ka

dy z w

złów

posiada trzy stopnie swobody. Program oparty na
FEM zapisuje równania zarz

dzaj

ce zachowaniem

dego z elementów bior

c pod uwag

ich

powi

zania z innymi elementami.

Równania te wi

ążą

ze sob

zmienne (np.

przemieszczenia przy analizie napr

ęż

) z danymi

(wła

ciwo

ci materiału, obci

ąż

enia, wi

zy).

Nast

pnie program tworzy układy równa

. Mog

one zawiera

setki, tysi

ce, a nawet miliony równa

W analizie statycznej obliczane s

dla ka

dego z

złów przemieszczenia na kierunkach X,Y,Z.

Maj

c dane przemieszczenia, program oblicza

odkształcenia na ró

nych kierunkach. Odkształcenie

jest stosunkiem zmiany długo

ci do oryginalnej

długo

ci. Ostatecznie program u

ywa zale

matematycznych do obliczenia napr

ęż

podstawie odkształce

. Gdy do cz

ęś

ci przykładane

jest obci

ąż

enie, stara si

ona przeciwstawi

obci

ąż

eniu wytwarzaj

c siły wewn

trzne, które s

ró

ne w zale

ci od miejsca. Intensywno

ść

tych

sił wewn

trznych nazywana jest napr

ęż

eniem.

Napr

ęż

enie jest sił

przypadaj

na jednostk

powierzchni. Napr

ęż

enie w punkcie odnosi si

niewielkiej powierzchni wokół tego punktu. Gdy
napr

ęż

enia osi

pewien poziom, materiał mo

ulec uszkodzeniu. Poziom ten zale

y od rodzaju i

stanu materiału.

Powy

ej przedstawiono najcz

stszy przypadek

analizy - analiz

liniow

. Po cofni

ciu obci

ąż

enia

ęść

wraca do pierwotnej postaci. Obliczane s

niej: przemieszczenia, odkształcenia, napr

ęż

enia i

siły reakcji.
Innym rodzajem analizy jest analiza nieliniowa.
Wyst

puje ona, gdy zale

ść

napr

ęż

enie –

odkształcenie nie jest liniowa. Zjawiska takie maj

miejsce przy du

ych odkształceniach (gdy

odkształcenie wpływa na sztywno

ść

) lub przy

stykaj

cych si

ęś

ciach.

Analiza wyboczenia - Smukły pr

t poddany sile

osiowej ulega wyboczeniu zanim ulegnie
zniszczeniu wskutek przekroczenia dopuszczalnych
napr

ęż

Analiza dynamiczna – obliczanie cz

stotliwo

drga

własnych (cz

stotliwo

ci rezonansowych)

Analiza termiczna - Wynikami oblicze

: rozkłady

temperatury, napr

ęż

enia, odkształcenia i

przemieszczenia spowodowane zjawiskami
cieplnymi

Optymalizacja konstrukcji
Obliczane jest optymalne rozwi

zanie problemu w

oparciu o:
• Funkcj

celu – okre

lenie celu analizy np.

minimalizacja masy modelu,
• Zmienne konstrukcyjne – dopuszczalny zakres
zmian wymiarów
• Ograniczenia – okre

lenie warunków, które musi

spełnia

konstrukcja np. maksymalna warto

ść

napr

ęż

Analiza FEA - kroki

1. Wybór rodzaju analizy.
2. Okre

lenie materiałów komponentów bior

cych

udział w analizie.
3. Okre

lenie obci

ąż

i wi

zów.

4. Dyskretyzacja modelu (podział na małe elementy)
– na ogół automatyczna z mo

liwo

ciami

modyfikacji.
5. Uruchomienie analizy (obliczenia).
6. Przegl

danie i interpretacja wyników. W razie

potrzeby powrót do p. 2,3,4.

Inne oprogramowanie CAE
Oprogramowanie do analizy ruchu - symulacja i
analiza efektów ruchu elementów (oddziaływania
siłowe, z uwzgl

dnieniem tłumienia i tarcia)

Analiza przepływów – analiza dynamiczna
przepływu płynów przez modele cz

ęś

Obrabiarki sterowane
Numerycznie

obrabiarki pracuj

ce w cyklu automatycznym

dane dotycz

ce obróbki zapisane s

w postaci

programu i
obejmuj

tor ruchu narz

dzia wzgl

dem przedmiotu

obrabianego

sposób przejazdu (z posuwem szybkim, z

posuwem roboczym)

parametry skrawania (n lub vc, f lub vf)
czynno

ci pomocnicze (wł

czanie/wył

czanie

obrotów wrzeciona, wł

czanie/wył

czanie

chłodziwa, wymiana narz

dzia i in..)

Oprogramowanie nazywane CAD/CAM słu

żą

ce do

programowania off-line obrabiarek sterowanych
numerycznie - przykładowe programy:
• Mastercam, EdgeCAM, PowerMill, AlphaCAM,
Esprit, SurfCAM, SolidCAM,
• moduły technologiczne du

ych pakietów

oprogramowania (CATIA, NX Unigraphics),
Pro/ENGINEER

We współczesnych programach CAD/CAM
obserwuje si

znaczne podobie

stwo w zakresie

interfejsu u

ytkownika. Wykorzystano przy tym ide

modelowania obiektowego (FM – feature
modelling), analogicznie do programów CAD do
modelowania bryłowego. Cech

takich programów

jest parametryczno

ść

, daj

ca mo

liwo

ść

edycji

wyst

puj

cych

Praca z programem CAD/CAM)
1 Wybór obrabiarki
2 Wczytanie (opracowanie) modelu
geometrycznego przedmiotu obrabianego i
półfabrykatu
3 Okre

lenie układu współrz

dnych

4 Dobór narz

dzi

5 Definiowanie zabiegów obróbkowych,
generowanie dróg narz

dzia

6 Symulacja i weryfikacja obróbki
7 Generowanie kodu (programu obróbkowego)

Model półfabrykatu
Dane o półfabrykacie wykorzystywane s

do:

• generowania dróg narz

dzia przy obróbce

zgrubnej
• weryfikacji obróbki
Proste kształty półfabrykatów (prostopadło

cian,

walec) definiowane s

przez podanie parametrów.

Zło

one – przez wczytanie pliku z modelem

geometrycznym półfabrykatu.

Układ/układy współrz

dnych

Układ współrz

dnych zwi

zany z przedmiotem

obrabianym okre

la si

przez wskazanie osi układu.

W niektórych przypadkach przez transformacj

(przesuni

cie, obrót) modelu przedmiotu

obrabianego.

Narz

dzia

W programie obróbkowym odwołanie do narz

dzia

odbywa si

przez podanie numeru narz

dzia oraz

numeru korektora, gdzie znajduj

dane o

narz

dziu, z których układ sterowania korzysta

podczas realizacji obróbki. Do tego mo

e by

doł

czony komentarz z opisem narz

dzia .

W programie CAD/CAM dane te s

bardziej

obszerne i zawieraj

kształt oraz wymiary narz

dzi

(ewentualnie równie

oprawek). Wynika to z

potrzeby obliczania drogi narz

dzia, z wymaga

zwi

zanych z przeprowadzeniem symulacji obróbki.

Do narz

dzia zwykle przypisane s

domy

lne

parametry skrawania.

Biblioteki narz

dzi

Informacje o narz

dziach w programach CAD/CAM

zapisane s

w bibliotekach posiadaj

cych struktur

tabel. Istnieje mo

liwo

ść

sortowania i filtrowania

zawartych w nich danych. Podczas pracy
programista wybiera narz

dzie z biblioteki, w

przypadku braku narz

dzia definiuje nowe.

Definiowanie zabiegu obróbkowego
Wybór cyklu obróbkowego (np. frezowanie konturu,
frezowanie kieszeni itp.)
Wskazanie geometrii, w oparciu o któr

zostanie

utworzona droga narz

dzia

Wskazanie lub zdefiniowanie narz

dzia oraz

parametrów skrawania (pr

dko

ść

, posuw).

Okre

lenie parametrów cyklu obróbkowego

(szczegóły dotycz

ce obróbki)

Symulacja obróbki

Zadanie - sprawdzenie poprawno

ci realizacji cykli

obróbkowych.
Ruchy narz

dzia na tle modelu przedmiotu

obrabianego.
Sposoby: ci

gły/”krok po kroku”, z/bez

ladu

narz

dzia.

Weryfikacja obróbki
Zadanie - sprawdzenie rezultatów obróbki, wykrycie
kolizji narz

dzia/oprawki z materiałem.

Ruchy narz

dzia na tle modelu półfabrykatu ze

stopniowym usuwaniem naddatku w trakcie
przemieszczania si

narz

dzia.

Postprocesor
W programie CAD/CAM przetwarza drogi narz

dzia

na kod programu. Działa zwykle w oparciu o
interpretacj

pliku tekstowego

zawieraj

cego formaty kodu odnosz

ce si

danego sterownika i obrabiarki. Wiele
postprocesorów – mo

liwo

ść

szybkiego otrzymania

kodu z tego samego pliku CAD/CAM dla wielu
obrabiarek.

Cykle frezarskie – obróbka konturu
Frez porusza si

wzdłu

wskazanego zarysu

składaj

cego si

z odcinków, łuków i splajnów.

Cykle frezarskie – obróbka kieszeni
Frez usuwa materiał znajduj

cy si

wewn

trz

zamkni

tego zarysu. Wewn

trz kieszeni mog

znajdowa

wyspy – obszary materiału, które

powinny by

pomini

te podczas obróbki.

Cykle frezarskie – obróbka powierzchni płaskich
Obróbka obszaru ograniczonego zamkni

tym

zarysem z mo

liwo

ci wychodzenia freza poza

zarys.
Zabiegi wiertarskie
Wykonywanie otworów we wskazanych punktach
przedmiotu narz

dziem poruszaj

cym si

wzdłu

swojej osi.
Przykłady zabiegów wiertarskich: wiercenie,
pogł

bianie, wytaczanie, gwintowanie.

Cykle frezarskie – obróbka zgrubna powierzchni
krzywoliniowych
Program generuje drogi narz

dzia w obszarze

dzy półfabrykatem a przedmiotem obrabianym.

Cykle frezarskie – obróbka wyko

czeniowa

powierzchni krzywoliniowych
Frez prowadzony jest wzdłu

powierzchni tak, aby

parametry zwi

zane z nierówno

powierzchni po

obróbce nie przekraczały zadanej warto

ci.

Dane zawarte w pliku CAD:
• geometria modelu
• historia budowy
• atrybuty
• dokładno

ść

• wygl

• powi

zania miedzy plikami (rysunek-cz

ęść

zło

enie-cz

ęś

ci)

Potrzeba wymiany plików:
• specjalizacja w poszczególnych obszarach CAx
• powi

zania kooperacyjne

• brak integracji programów CAx w ramach
przedsi

biorstwa

Wymiana plików mi

dzy programami CAx powoduje

utrat

ęś

ci danych.

CAD 1 CAD 2 CAM CAE - Wymiana bezpo

rednia

CAD 1 CAx Plik w formacie neutralnym - Wymiana
po

rednia

DWG/DXF
DWG jest formatem binarnym opracowanym przez
firm

Autodesk wykorzystywanym w programie

AutoCAD i programach pochodnych. Słu

y do

zapisywania modeli 2D i 3D. Format zastrze

ony

(nie udost

pniana specyfikacja). DXF jest

popularnym neutralnym formatem wymiany danych
kraw

dziowych 2D i 3D.

STEP
Nazwa jest skrótem od STandard for the Exchange
of Product model data. Jest to norma
mi

dzynarodowa ISO 10303 okre

laj

ca zasady

zapisu modelu produktu i procesów jego
wytwarzania przy pomocy technik CAx. Norma
obejmuje wszystkie obszary cyklu

ycia produktu.

Zastosowanie normy opiera si

na tzw. Protokołach

aplikacyjnych (Application Protocols). Najwa

niejsze

z punktu widzenia wymiany
danych CAD s

protokoły: AP203 i AP214.

kszo

ść

modeli bryłowych i powierzchniowych

wymieniana jest obecnie przy pomocy tego
neutralnego standardu.
STL
Jest to format, w którym powierzchnie lub

ciany

modelu bryłowego s

aproksymowane przy pomocy

trójk

tnych powierzchni płaskich

(faset). Format wykorzystywany jest powszechnie w
technikach szybkiego prototypowania oraz w
systemach CAM.

Zarz

dzanie dokumentacja

kszo

ść

dokumentacji w zapisie elektronicznym

w wielu plikach
Istniej

powi

zania mi

dzy plikami, cz

sto do

ść

rozbudowane
Narz

dzia zarz

dzania plikami oferowane przez

system operacyjny zwykle s

niewystarczaj

W zarz

dzaniu dokumentacj

na wykorzysta

oprogramowanie PDM/PLM
PDM – product data management
PLM – product lifecycle management

PDM powstał jako odpowied

na potrzeby

ynierów w zakresie zarz

dzania gwałtownie

rosn

liczb

plików generowanych przez

systemy CAD. PDM pozwolił na: standaryzacje
elementów, gromadzenie plików i sterowanie nimi,
obsług

BOM (list kompletacyjnych), sterowanie

wersjami elementów, dokumentów i BOM, szybkie
znajdowanie powi

dzy zło

eniami i

ęś

ciami.

SolidWorks Workgroup PDM
Organizowanie dokumentów w projekty i
podprojekty, brak dublowania si

dokumentów.

Zachowanie struktury zintegrowanych dokumentów
Zarz

dzanie dost

pem do dokumentów i

uprawnieniami u

ytkowników.

Praca na aktualnej wersji dokumentu. Zmiany mo

wprowadza

tylko wła

ciciel dokumentu. Mo

liwo

ść

projektowania współbie

nego.

Zarz

dzanie wersjami dokumentu.

liwo

ść

raportowania zmian.

Bezpiecze

stwo danych – mo

liwo

ść

tworzenia

kopii zapasowych serwera.
Mo

liwo

ść

monitorowania bie

żą

cego stanu projektu.

liwo

ść

wyszukiwania plików wg kryteriów

zwi

zanych z wła

ciwo

ciami dokumentów.

Przyczyny rozwoju systemów PLM

Wzrost znaczenia serwisu, doradztwa i obsługi
posprzeda

nej.

Konieczno

ść

szybkich zmian w projekcie i produkcji.

dzynarodowa sie

wytwórców – produkty

powstaj

w kooperacji (projekt, komponenty,

monta

). Wła

ciciel znaku towarowego lub firma

wiod

ca zarz

dza sieci

kooperantów. Wymaga to

bardzo sprawnego zarz

dzania danymi.

Ró

ne systemy w ramach przedsi

biorstwa:

planowanie, produkcja, zbyt, serwis.
PLM jest rozległym projektem. Wymaga

mudnego

opisania procesów wyst

puj

cych w

przedsi

biorstwie. Mo

e by

potrzeba zmiany

procesów.

Oprogramowanie PDM/PLM – główni dostawcy
oprogramowania: Dassault (ENOVIA, SolidWorks
PDM), Siemens (TeamCenter), Parametric
Technology (Pro/Engineer)(WinChill), Autodesk
(Productstream, Vault)