KWwT -W2 - Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji

Problematyka stosowania najnowszych metod
komputerowych w in

ynierii produkcji została

szczegółowo opisana w ksi

ąŜ

ce prof. E. Chlebusa.

yty w tytule ksi

ąŜ

ki skrót

CAx oznacza,

zawarto

ść

ksi

ąŜ

ki odnosi

do ró

nych metod i

technik komputerowych.

technik komputerowych.
Skrót CA to Computer
Aided (komputerowo
wspomagane), natomiast
symbol x – mo

zast

wieloma literami,

w zale

ci od tego, co

jest wspomagane.

Techniki komputerowe CAx

CAE – Computer Aided Engineering –
Komputerowe wspomaganie prac in

ynierskich

CAQ - Computer Aided Quality Control -
Komputerowe wspomaganie sterowania jako

CIM – Computer Integrated Manufacturing –
Komputerowo zintegrowane wytwarzanie

Komputerowo zintegrowane wytwarzanie

ES – Expert System – System ekspertowy

FEM – Finite Elements Method – Metoda
elementów sko

czonych

IM – Intelligent Manufacturing – Wytwarzanie
wspomagane procedurami sztucznej inteligencji

Tendencja zmian na rynku

Ewolucja systemów wytwórczych nast

puje wraz

z rozwojem technologii oraz ich bezpo

redniego

otoczenia w postaci maszyn, urz

dze

oraz

metod i narz

dzi wspomagaj

cych prace nad

przygotowaniem dokumentacji technicznej,

przygotowaniem dokumentacji technicznej,
zawieraj

cej opis modelu produktu, procesów i

stosowanych

rodków produkcji.

Przedsi

biorstwa produkcyjne s

zmuszone do

poszukiwania nowych dróg zwi

kszania

wydajno

ci produkcji i obni

ania jej kosztów.

Cykl

ycia produktu

Spirala poda

y i popytu skraca cykl

ycia

produktu.

Cykl

ycia dobiega ko

ca na skutek zmian

Cykl

ycia dobiega ko

ca na skutek zmian

kryteriów oceny przydatno

ci mimo,

e produkt

jest w pełni sprawny technicznie i funkcjonalnie
oraz ma wszystkie cechy niezmienione od chwili
wyprodukowania.

Cykl

ycia produktu

Ceny samochodów, przy coraz wi

kszej poda

coraz ni

sze. Rosn

natomiast koszty

eksploatacji, gdy

samochody nasycone

elektronik

musz

obsługiwane w

autoryzowanych, nale

Ŝą

cych najcz

ęś

ciej do

producenta, stacjach obsługi.

Powstaje w ten sposób wtórna sprzeda

ęś

ci i

usług, równie

kosztowna dla klienta.

Najwa

niejsze techniki CAx

PPC (Production Planning and Control) –
planowanie i sterowanie produkcj

. S

systemy pełni

ce nadrz

rol

w przetwarzaniu

danych w wielu obszarach przedsi

biorstwa w

ró

nym horyzoncie czasowym. Główne funkcje:

ró

nym horyzoncie czasowym. Główne funkcje:

planowanie, przygotowanie i sterowanie
procesami wytwórczymi w zakresie realizacji
poszczególnych zlece

produkcyjnych (terminów

ich realizacji, zaopatrzenia materiałowego,
obci

ąŜ

enia stanowisk i gniazd wytwórczych oraz

aktywnej kontroli produkcji w toku).

Najwa

niejsze techniki CAx

CAD (Computer Aided Design) – komputerowo
wspomagane projektowanie. S

to narz

dzia i

techniki wspomagaj

ce prace w zakresie

projektowania, modelowania geometrycznego,
obliczeniowej analizy FEM oraz tworzenia i

obliczeniowej analizy FEM oraz tworzenia i
opracowywania dokumentacji konstrukcyjnej, w
tym struktury produktu i list kompletacyjnych.

Systemy CAD s

wykorzystywane do

opracowywania dokumentacji technologicznej
(karty i formularze operacji technologicznych wraz
ze szkicami), przeznaczonej do obróbki na
konwencjonalnych obrabiarkach.

Najwa

niejsze techniki CAx

CAE (Computer Aided Engineering) –
komputerowo wspomagane prace
in

ynierskie. S

to narz

dzia i techniki

ynierskie, umo

liwiaj

ce komputerow

analiz

sztywno

ci i wytrzymało

ci konstrukcji oraz

sztywno

ci i wytrzymało

ci konstrukcji oraz

symulacj

procesów zachodz

cych w

zaprojektowanych układach. Do klasy CAE
zalicza si

tak

e wszystkie systemy problemowo

zorientowane i aplikacje z ró

nych dziedzin

techniki, aplikowane najcz

ęś

ciej na sprz

cie PC.

Najwa

niejsze techniki CAx

CAP (Computer Aided Planning) – komputerowo
wspomagane planowanie. To metody i
narz

dzia wspomagaj

ce projektowanie

technologiczne, obejmuj

ce opracowanie

dokumentacji technologicznej z uwzgl

dnieniem

dokumentacji technologicznej z uwzgl

dnieniem

modelu geometrycznego przedmiotu, jego stanów
po

rednich, narz

dzi, oprzyrz

dowania, rodzaju

maszyny i parametrów obróbki, ale bez
konkretnego okre

lenia terminów i stanowisk

wytwórczych.

Najwa

niejsze techniki CAx

Systemy CAP wspomagaj

c prace zwi

zane

z programowaniem urz

dze

sterowanych

numerycznie: obrabiarek, robotów,
współrz

dno

ciowych maszyn pomiarowych,

systemów transportowych.

Potocznie funkcje i zakres systemów CAP okre

jako działania maj

ce na celu:

co i jak

wytworzy

, ale bez okre

lania:

gdzie i kiedy

(te

funkcje nale

Ŝą

do systemów PPC).

Podstaw

dla systemów CAP s

z jednej strony

rysunki techniczne produktu, półfabrykaty i
surówki, z jakich maj

wykonane przedmioty,

a z drugiej strony

rodki produkcji.

Najwa

niejsze techniki CAx

Plany pracy s

sekwencjami

przyporz

dkowuj

cymi okre

lone

rodki

produkcji, instrukcje obróbki, programy maszyn i
robotów realizuj

cych okre

lone zadania

wytwórcze.

Dla poszczególnych faz projektowania procesów

Dla poszczególnych faz projektowania procesów
wytwarzania niezb

dne s

informacje

pozyskiwane z systemu CAD.

to zazwyczaj geometryczne modele

przedmiotów i listy kompletacyjne.

Najwa

niejsze techniki CAx

CAPP (Computer Aided Process Planning) –
komputerowo wspomagane planowanie
procesów. Ta klasa systemów jest szersza ni

wcze

niej opisana klasa CAP. W zakresie

zastosowa

CAPP mieszcz

tak

e wszystkie

zastosowa

CAPP mieszcz

tak

e wszystkie

metody i techniki technologicznego
przygotowania produkcji realizowanej w
konwencjonalnych technologiach,
wspomaganych technikami komputerowymi i
systemami ekspertowymi.

Najwa

niejsze techniki CAx

CAM (Computer Aided Manufacturing) –
komputerowo wspomagane wytwarzanie. S

to techniki i narz

dzia wspomagaj

ce tworzenie i

aktywizowanie programów NC na poziomie
wydziału produkcyjnego oraz nadzór, sterowanie

wydziału produkcyjnego oraz nadzór, sterowanie
urz

dzeniami i procesami wytwarzania i monta

na najni

szym poziomie systemów wytwórczych.

Ich funkcje odnosz

zazwyczaj do wszystkich

urz

dze

sterowanych numerycznie (obrabiarek,

współrz

dno

ciowych maszyn pomiarowych,

robotów, systemów transportowych).

Najwa

niejsze techniki CAx

CAQ (Computer Aided Quality Control) –
komputerowo wspomagane sterowanie
jako

. S

to metody i techniki komputerowego

wspomagania projektowania, planowania i
realizacji procesów pomiarowych, a tak

realizacji procesów pomiarowych, a tak

procedur kontroli jako

ci.

Systemy te, najcz

ęś

ciej sprz

ęŜ

one z systemami

CAD przez model geometryczny lub przez
program b

procedury pomiarowe, s

zintegrowane z systemami PPC, CAP i CAM,
głównie w cz

ęś

ci odnosz

cej si

do pomiarów na

współrz

dno

ciowej maszynie pomiarowej.

Najwa

niejsze techniki CAx

Główne funkcje systemów CAx mog

efektywnie wykorzystywane, je

li zapewni si

ich

integracj

za pomoc

neutralnych b

dedykowanych sprz

gów wymiany danych.

Procentowe ilo

danych wymienianych
mi

dzy systemami

AutoCAD

program

tworzony i rozpowszechniany przez firm

Autodesk

, wykorzystywanym do

dwuwymiarowego

trójwymiarowego

komputerowego wspomagania projektowania

Pierwotnie wykorzystywany był tylko przez mechaników, jednak z
czasem został rozszerzony i aktualnie jest u

ywany przez

architektów

innych projektantów dzi

ki temu,

e firma AutoDesk rozszerzyła

program o wiele specjalistycznych "nakładek" np.: AutoCAD Electrical,
AutoCAD Mechanical, Mechanical Desktop, Architectural Desktop,
Civil Design itp. AutoCAD jest w tym wypadku podstaw

do której

doł

czone s

biblioteki, funkcje, interfejsy specyficzne dla danej

bran

Poniewa

AutoCAD ma otwart

architektur

wiele zewn

trznych firm

stworzyło własne nakładki. Przykładem mo

e by

AutoPLANT firmy

Rebis (obecnie oddział firmy Bentley) przeznaczony do projektowania
instalacji rurowych.
Istnieje wiele wersji j

zykowych AutoCAD-a, m.in. wersja polska.

CATIA

to jeden z najpot

ęŜ

niejszych, najdro

szych i najstarszych

zintegrowanych systemów

CAD

CAM

CAE

FEM

. CATIA jest produktem

firmy Dassault Systemes. System powstał w latach 70. XX wieku pod
nazw

CATI. W roku

1999

po przej

ciu

Euclida

nast

pił przełom,

powstała nowoczesna wersja (CATIA v5). Od pocz

tku swojego

istnienia system był zwi

zany z przemysłem lotniczym. CATIA to

zaawansowany system wspomagania prac in

ynierskich w przemy

zaawansowany system wspomagania prac in

ynierskich w przemy

lotniczym, samochodowym, stoczniowym, maszynowym, sprz

tu AGD,

energetycznym, produkcji form wtryskowych i wielu innych.
Oprócz funkcji CAx oferuje zaawansowane narz

dzia

PDM

PLM

(

SmarTeam

Enovia

) pozwalaj

ce na zarz

dzenie produktem

(tworzeniem, rozwojem, dokumentacj

, cyklem

ycia, itd.).

Autodesk Inventor to

program komputerowy

typu

CAD

tworzony i rozpowszechniany przez firm

Autodesk

. Jest to

typ modelera bryłowego słu

Ŝą

cy do zamodelowania

projektowanego urz

dzenia jako modelu 3D. Na podstawie

tego modelu mo

liwe jest wykonanie rysunków

wykonawczych, zło

eniowych, pogl

dowych i innych.

Autodesk Inventor został zaprojektowany do pracy z
zespołami, si

gaj

cymi kilkunastu tysi

cy elementów.

Inventor powstał w 1999 roku jako konkurent dla takich

Inventor powstał w 1999 roku jako konkurent dla takich
programów CAD jak

SolidWorks

Pro/ENGINEER

, oraz

Solid Edge

. Modelowanie cz

ęś

ci w programie Inventor

realizowane jest w oparciu o j

dro ShapeManager, które

pozwala na wykorzystywania hybrydowej techniki pracy,
pozwalaj

cej na ł

czenie brył i powierzchni w jednym

modelu w celu uzyskania

Ŝą

danych kształtów i

uproszczenia edycji modelu.

Inventor u

ywa specyficznych formatów plików dla cz

ęś

(.IPT), zło

(.IAM), oraz widoków (.IDW). Je

eli jednak

zachodzi potrzeba, program odczytuje i zapisuje pliki w
formacie

DWG

DWF

IGS

i inne. Jest kompatybilny z

programem

AutoCAD

,tzn. ma mo

liwo

ść

exportowania

widoków (.IDW) do Autocada. Nie zawsze wszystko
idelanie uda si

przenie

ść

. Ale w wi

kszo

ci przypadków po

drobnych zmianach "kosmetycznych" plik jest gotowy do

drobnych zmianach "kosmetycznych" plik jest gotowy do
u

ytku. Aplikacja działa pod systemem operacyjnym

Windows

Podstawowe moduły programu to: 1.Moduł do

tworzenia cz

ęś

ci (.ipt) 2.Moduł do tworzenia zło

(.iam)

3.Moduł do tworzenia dokumentacji (.idw) Dodatkowo
moduł do tworzenia cz

ęś

ci ma mo

liwo

ść

sprawdzenia

wytrzymało

ciowego cz

ęś

ci, natomiast moduł do tworzenia

zło

ma mo

liwo

ść

tworzenia animacjii i renderingu.

MATLAB

program komputerowy

interaktywnym

rodowiskiem do wykonywania oblicze

naukowych

i in

ynierskich,

oraz do tworzenia

symulacji komputerowych

Nazwa programu pochodzi od

angielskich słów

MATrix LABoratory,

gdy

pocz

tkowo program ten był przeznaczony do

numerycznych

oblicze

macierzowych

. Obecnie program ten potrafi znacznie wi

cej,

cechuje go du

a liczba funkcji bibliotecznych oraz du

e mo

liwo

rozbudowy przez u

ytkownika za pomoc

pisania własnych funkcji.

Posiada on swój

zyk programowania

, co umo

liwia pisanie w pełni

funkcjonalnych programów działaj

cych w

rodowisku Matlaba.

W zakresie

grafiki

Matlab umo

liwia rysowanie dwu i trójwymiarowych

wykresów funkcji

oraz

wizualizacj

wyników oblicze

w postaci

rysunków statycznych i

animacji

. Mo

liwe jest pobieranie danych

pomiarowych z urz

dzenia zewn

trznego przez

porty

w celu ich

obróbki. Wszystko to powoduje,

e program ten znajduje bardzo

szerokie zastosowanie

[

potrzebne

ródło

]

Istniej

alternatywne

odpowiedniki tego

programu rozprowadzane na

licencjach FLOSS

, takie jak

Scilab

czy

Octave

, jednak nie s

tak

rozbudowane jak Matlab

MegaCAD

- program do

komputerowego wspomagania
projektowania

produkowany przez

niemieck

firm

Megatech Software

GmbH. MegaCAD jest programem
umo

liwiaj

cym przede wszystkim

tworzenie projektów technicznych,
rysunków dwuwymiarowych i modeli
bryłowo-powierzchniowych.

Dodatkowe aplikacje zewn

trzne przystosowuj

go do zarz

dzania

Dodatkowe aplikacje zewn

trzne przystosowuj

go do zarz

dzania

ró

nego rodzaju sieciami: terenowymi lub znajduj

cymi si

wewn

trz

budynku. Poło

enie elementów sieci definiuje si

w sposób graficzny (w

programie MegaCAD), a ich parametry techniczne - w bazie danych (np.
Access). MegaCAD mo

e równie

słu

jako

deska kre

larska

wykorzystywana przez zewn

trzny program obliczeniowy do prezentacji

wyników w postaci graficznej. Zastosowano dwukierunkow

konwersj

plików graficznych w formatach: DXF, DWG, CDL, HPGL, IGES.
Program umo

liwia równie

prost

edycj

plików rastrowych jak równie

tworzenie rysunków hybrydowych (wektorowo-pikslowych).

Pro/ENGINEER (znany równie

pod nazw

ProEngineer, ProE, Pro/E)

to w pełni parametryczny zintegrowany system

CAD

CAM

CAE

PDM

PLM

, szeroko rozpowszechniony w bran

motoryzacyjnej. Producentem jest ameryka

ska firma PTC (Parametric

Technology Corporation, PMTC).
Dost

pny na platformy

Windows

/Windows x64/

Unix

Linux

Solaris

procesory

Intel

AMD

MIPS

UltraSPARC

. Od 1985 roku ukazało si

wersji programu oznaczanych liczbowo (1-20), natomiast od 1999 roku
pojawiły si

wersje: 2000i (

1999

), 2000i² (

2000

), 2001 (

2001

), Wildfire

(

2003

), Wildfire 2 (

2005

), Wildfire 3 (

2006

) i Wildfire 4 (

2008

(

2003

), Wildfire 2 (

2005

), Wildfire 3 (

2006

) i Wildfire 4 (

2008

Modułowa budowa systemu umo

liwia dopasowanie go do konkretnych

zastosowa

. Program od pierwszych wersji jest asocjatywny i

parametryczny, zarówno obróbka

CAM

jak i obliczenia

CAE

odbywaj

w tym samym

rodowisku co projektowanie

CAD

, co likwiduje problemy z

translacj

danych mi

dzy programami i ułatwia orientacj

dzi

ki jednemu

interfejsowi u

ytkownika.

ProEngineer

Na szczególn

uwag

zasługuje moduł

CAE

znany pod nazw

Pro/MECHANICA, od wersji Wildfire b

cy cz

ęś

samego

Pro/ENGINEERa, który wykorzystuj

c metod

elementów sko

czonych

typu P, dzi

ki własnym, opatentowanym rozwi

zaniom umo

liwia

uzyskiwanie precyzyjnych wyników w stosunkowo krótkim czasie i przy
niewielkim zapotrzebowaniu na zasoby sprz

towe.

W rozwi

zaniach PLM/PDM niezale

nie od zakresu zastosowania

wykorzystywana jest jedna baza danych oparta na

Oracle

, co ułatwia

skalowalno

ść

rozwi

zania.

W Polsce system osi

ł stosunkowo du

Ŝą

popularno

ść

dzi

ogromnym mo

liwo

ciom i korzystnemu ich stosunkowi do ceny.

Korzystaj

z niego najwi

ksi polscy producenci AGD,ceramiki

sanitarnej,przemysł elektr-maszynowy, wiele narz

dziowni i producentów

rodków transportu, ale tak

e stosunkowo niewielkie zakłady

produkcyjne z ró

nych bran

Scilab

- darmowy pakiet naukowy stworzony w

1990

przez francuskie

INRIA

(francuski narodowy instytut bada

w dziedzinie komputerów) oraz

ENPC

(najstarsz

szkoł

yniersk

wiecie). Od roku

1994

rozprowadzany bezpłatnie przez

Internet

. Od maja

2003

roku rozwijany

przez utworzone specjalnie Scilab Consortium.
Scilab został stworzony do bada

matematycznych i posiada w sobie

setki funkcji matematycznych, którymi mo

emy operowa

zarówno na

liczbach, jak i na bardziej zaawansowanych strukturach jak

wektory

czy

macierze

. Potrafi tak

e współdziała

z programami napisanymi w innych

zykach. Scilab posiada tak

e swój

interpreter

oraz

zyk programowania

zykach. Scilab posiada tak

e swój

interpreter

oraz

zyk programowania

wysokiego poziomu.
Scilab jest w stanie pomóc w wielu dziedzinach - od prostych oblicze

przez macierze,

algebr

liniow

, przetwarzanie sygnałów,

statystyk

przez wiele innych dziedzin. Przy wykorzystaniu

rodowiska graficznego

jest w stanie rysowa

grafy

wykresy

2 i 3 wymiarowe, a nawet tworzy

animacje.

SolidWorks

program komputerowy

typu

CAD

tworzony i

rozpowszechniany przez firm

SolidWorks Corporation

, która jest

ęś

firmy

Dassault Systèmes, S. A.

. Jest to typ modelera bryłowego

słu

Ŝą

cy do zamodelowania projektowanego urz

dzenia jako modelu 3D.

Na podstawie tego modelu mo

liwe jest wykonanie rysunków

wykonawczych, zło

eniowych, pogl

dowych i innych. SolidWorks został

zaprojektowany do pracy z zespołami, si

gaj

cymi kilkunastu tysi

elementów.
SolidWorks został zaprezentowany po raz pierwszy w

1995

roku jako

konkurencja dla takich programów CAD jak:

Pro/ENGINEER

I-DEAS

konkurencja dla takich programów CAD jak:

Pro/ENGINEER

I-DEAS

Unigraphics

CATIA

oraz

Autodesk Mechanical Desktop

. W tej chwili jest

jednym z głównych produktów mechanicznych typu CAD na rynku a jego
głównym konkurentem jest

Autodesk Inventor

ADEM

(Automated Design, Engineering, Manufacturing) -

zaawansowany system typu

CAD

CAM

CAPP

produkowany przez

rosyjsk

firm

o takiej samej nazwie.

ADEM jest ju

od lat stosowany w wielu gał

ziach przemysłu, głównie

przez firmy produkuj

ce militaria, jak równie

firmy lotnicze oraz

zwi

zane z przemysłem kosmicznym. Do niedawna system znany i

rozpowszechniany był tylko na terenie

Rosji

. Obecnie jest dost

pny w

całej Europie oraz w Azji.
Obecna wersja (8.1) jest pierwsz

spolszczon

wersj

systemu.

Unigraphics (NX)

jest zaawansowanym programem typu

CAD

CAM

CAE

produkowanym przez firm

UGS.

Unigraphics jest szeroko stosowany w przemy

le motoryzacyjnym i

lotniczym Obecnie program Unigraphics nale

y do firmy Parasolid,

do amerykanskiego potentata programów z dziedziny Cad/Cam.
Ponadto jest równie

wła

cicielem programu I-Deas. Idea programu

Cad/Cam (computer aided desing/manufacturing) jak sama nazwa
wskazuje ma za zadanie wspomaga

procesy projektowania i

wytwarzania.

Unigraphics

- zintegrowany, system CAD/CAM/CAE/PDM

umo

liwiaj

cy modelowanie (parametryczne lub nie według decyzji

konstruktora). W oparciu o bryły, powierzchnie i cechy konstrukcyjne
(Features). Na wykonanym modelu mo

liwe jest przeprowadzenie

analiz wytrzymało

ciowych ("Scenario for Structures") i analiz

kinetycznych ("Scenario for Motion") Mo

e by

wykorzystywany do

generowania

cie

ek narz

dzi (dla jego wykonania na maszynach

CNC) oraz do przygotowania dokumentacji 2D.
Unigraphics od kilku lat rozwija technologi

WAVE. Pozwala ona

Unigraphics od kilku lat rozwija technologi

WAVE. Pozwala ona

wyodr

bni

w produkcie parametry o najwi

kszej wadze i na ich

podstawie zbudowa

model kontrolny w pełni zintegrowany ze

struktur

szczegółow

wyrobu. Dzi

ki takiemu podej

ciu, u

ytkownik

zyskuje mo

liwo

ść

wykonywania wielu wariantów jednego produktu w

ramach tego samego projektu.