2007_DN_07(26)2007_website_2z2.pdf

PROGRAMY

Kierunki rozwoju systemów CAD:

KBE (cz. III)

Kontynuując rozpoczęty w poprzednich odcinkach tego

cyklu temat budowy inteligentnego środowiska projektowego

w systemach CAD, chciałbym zwrócić uwagę Czytelnika na

aspekt związany bezpośrednio z konstruktorem jako tym,

który nie tylko korzysta z zasobów tego środowiska,

ale także współuczestniczy w jego definicji i rozbudowie

TEKST I RYSUNKI:

ANDRZEJ WEŁYCZKO

Rezultat pracy konstruktora jest nieroze-

rwalnie związany z jego wiedzą konstruk-

cyjną, a ta z kolei jest pochodną kilku lat

nauki w szkole oraz wieloletniej praktyki

konstrukcyjnej. Każdy konstruktor uczy

się na swoich błędach i jeśli poważnie

traktuje swój zawód, to pamięta lub zapi-

suje wnioski ze swoich niepowodzeń.

Dzięki temu kolejna konstrukcja powstaje

nieco inaczej, bo nie można oczekiwać,

że powtarzanie tej samej (błędnej lub

nieoptymalnej) procedury konstrukcyjnej

przyniesie inne rezultaty. Każdy z nas (nie

tylko konstruktor) posługuje się wiedzą

zdobytą w wyniku doświadczenia. Na przy-

kład, znając prognozę pogody na kolejny

dzień, zabieramy ze sobą parasol – mimo,

że nie widać jeszcze żadnych symptomów

nadciągającego deszczu. Konstruktor

wie, kiedy trzeba zastosować dwa żebra

usztywniające zamiast jednego albo kiedy

liczba otworów mocujących może być zbyt

mała. Jeśli nie jest pewien, to zagląda do

swoich notatek, zaleceń konstrukcyjnych,

norm, poradników itd. Czas potrzebny na

odnalezienie potrzebnej informacji jest

oczywiście czasem straconym, bowiem

w trakcie „poszukiwań” konstruktor nie

posunął się ani o krok w realizacji swojego

zadania projektowego. Dlatego dla każdego

członka zespołu konstrukcyjnego powinno

być oczywiste dążenie do gromadzenia

wiedzy konstrukcyjnej w jednym, łatwo

dostępnym dla innych miejscu. Nie trzeba

chyba dodawać, że jeśli konstruktor pracuje

w systemie CAD, to ta wiedza powinna być

dostępna w tym właśnie systemie.

W tym kontekście można powiedzieć, że

wiedza konstruktora wynika z odpowiedzi

na dwa pytania:

z tych obiektów może być zdefiniowany

tylko przez tego, kto posiada odpowiednią

wiedzę konstrukcyjną – potrafi prze-

widzieć różne sytuacje konstrukcyjne

i odpowiedzieć na pytanie, dlaczego

trzeba zareagować w określony sposób.

Tym kimś jest oczywiście konstruktor,

który definiuje nie tylko geometrię pro-

jektowanej części lub zespołu części, ale

także zakres „inteligencji” projektowanego

wyrobu. Wracając do cech środowiska

projektowania trzeba zauważyć, że obiekty

konstrukcyjne dostępne w tym środowisku

(katalogi elementów typowych) powin-

ny umożliwiać nie tylko automatyzację

pewnych rutynowych zadań konstruktora,

ale także pomagać lub wręcz wyręczać go

w podejmowaniu poprawnych decyzji.

Jak i dlaczego?

Słowo JAK kojarzy się zazwyczaj z wybo-

rem metody i poleceń systemu CAD, które

trzeba zastosować, aby uzyskać zakładany

model geometryczny. Odpowiedź na pyta-

nie DLACZEGO jest związana bardziej

z technicznymi, a nie geometrycznymi

aspektami konstruowania, bo wynika

na przykład z uwzględnienia aspektów

technologiczności lub sztywności projek-

towanego wyrobu. I tu dochodzimy do

sedna systemów klasy KBE ( Knowledge-

Based Engineering ) – przestrzenna defi-

nicja wyrobu (modelu części lub zespołu

części) powinna

obejmować model

geometryczny oraz

obiekty decydujące

o jego inteligencji.

Takimi obiektami

mogą być: formuły

obliczeniowe, zasa-

dy konstrukcyjne,

warunki sprawdza-

jące czy reakcje

modelu na zdefi-

niowane zdarzenia

konstrukcyjne

(zmiana materia-

łu, zwiększenie

długości części

czy zmiana typu

silnika). Każdy

RYS. 1

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 35

PROGRAMY

RYS. 2

RYS. 3

W tym aspekcie, omówione w poprzed-

nim odcinku szablony konstrukcyjne

zapewniają nie tylko powtórzenie znanej

procedury konstrukcyjnej (metody kon-

strukcji modeli geometrycznych w systemie

CAD), ale także dostosowanie zastoso-

wanego komponentu standardowego do

aktualnego środowiska geometrycznego

oraz poprawną reakcję na zmiany wartości

parametrów lub podstawowych elementów

geometrycznych. Zanim jednak możliwa

będzie definicja szablonu, trzeba zdefinio-

wać, co może być szablonem i ustalić struk-

turę modelu wzorcowego takiego szablonu.

Na przykład: gdyby zadaniem kon-

struktora było zdefiniowanie modelu

standardowej płyty mocującej, której

kształt określają nie tylko typowe wymiary

lub materiał, ale także rodzaj wykonania

(LEWE lub PRAWE), to problem może

rozwiązać prosta zasada konstrukcyjna

WariantWykonania (rys. 1.). Istotą działa-

nia tej zasady jest sterowanie aktywnością

operacji Symmetry.1 w zależności od war-

tości parametru Wykonanie.

Taki model ma jednak pewne wady,

bo jest ograniczony do takich części,

które są lustrzanym odbiciem. Bardziej

uniwersalne wydaje się w związku z tym

rozwiązanie pokazane na rys. 2., w któ-

rym zasada Wariant Wykonania steruje

aktywnością kilku cech konstrukcyjnych.

Niestety struktura modelu staje się bardziej

skomplikowana, a wszystkie elementy

wyłączone (XXX\Activity = false) stano-

wią niepotrzebny „balast”.

Oczywiście nie można oczekiwać, że

możliwe jest zdefiniowanie modelu inte-

ligentnej płyty mocującej bez elementów

dodatkowych, ale trzeba poszukiwać moż-

liwie prostego rozwiązania. Na przykład

(rys. 3.) parametr KonturWybrania (typu

Curve) może być konturem Sketch.2 lub

Sketch.3 w zależności od wartości parame-

tru Wykonanie. Wszystkie obiekty modelu

są aktywne, choć trzeba przyznać, że tylko

jeden z konturów Sketch.2 i Sketch.3 jest

aktywnie zastosowany w definicji modelu

bryłowego płyty mocującej.

Inteligentne modele wzorcowe mogą

być także zdefiniowane dla zespołów czę-

ści. W takim przypadku analiza wstępna

prowadzi zazwyczaj do ustalenia elemen-

tów podstawowych, które mogą (powinny)

być zdefiniowane w modelu szkieletowym

wyrobu. Na przykład dla projektu przenoś-

nika rolkowego (rys. 4.) takimi globalnymi

elementami podstawowymi mogą być

wymiary gabarytowe oraz zestaw płasz-

czyzn głównych.

Zmiana jakiegokolwiek elementu mode-

lu szkieletowego powinna powodować

stosowne zmiany w strukturze i geome-

trycznej reprezentacji modelu przenośnika

jako całości. Jaka powinna być struktura

przenośnika, jakie zmiany są możliwe

i w jakim zakresie oraz w jaki sposób te

zmiany powinny być zrealizowane – zale-

ży od inwencji konstruktora, który przewi-

RYS. 4

RYS. 5

36 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] lipiec/sierpień 2007

PROGRAMY

RYS. 6

RYS. 7

dując różne sytuacje konstrukcyjne, defi-

niuje: odpowiednie elementy podstawowe,

parametry, relacje pomiędzy modelami

części oraz sposób zapewnienia zgodności

projektu z jego własną Wiedzą Konstruk-

cyjną. Inteligentny model przenośnika

(rys. 5.) to nie tylko jego struktura (Belki,

Wsporniki, Rolki, Silniki itp.), ale także

zasady konstrukcyjne (Rozmieszczenie

wsporników, Długości segmentów, Poło-

żenie rolki końcowej) i warunki spraw-

dzające (Minimalna długość, Minimalna

szerokość, Minimalna wysokość).

Inteligentny model przenośnika musi

przecież „wiedzieć”, ile i jakich segmen-

tów należy użyć, aby uzyskać przenośnik

o zadanej długości (rys. 6.) albo jak

zareagować na zbyt dużą szerokość prze-

nośnika.

Model przenośnika może być co najwy-

żej tak „inteligentny”, jak inteligentny jest

konstruktor, który zdefiniował ten model,

bo wszystkie obiekty decydujące o jego

„inteligencji”, na przykład zasada kon-

strukcyjna Długości segmentów (rys. 7.)

są jedynie formalnym zapisem Wiedzy

konstruktora.

Model przenośnika można uznać za

„inteligentny” dopiero wtedy, gdy zde-

finiowane w nim zasady konstrukcyjne

zapewnią poprawną reakcję na dowol-

ne wartości parametrów wejściowych

(podstawowych). Na przykład zmiana

parametru Wysokość przenośnika może

zmniejszyć na tyle przestrzeń zarezer-

wowaną dla silnika, że konieczna będzie

automatyczna zmiana wielkości lub typu

silnika (rys. 8.).

Definicja inteligentnych modeli wzor-

cowych szablonów konstrukcyjnych nie

wymaga bardzo zaawansowanej wiedzy

z zakresu programowania. Jedyne, co jest

potrzebne to rzetelna analiza problemu

konstrukcyjnego, definicja schematów

blokowych, uwzględniających odpowied-

nią reakcję na zadane wartości parametrów

podstawowych i zapisanie tych reakcji

w postaci zasad konstrukcyjnych i warun-

ków sprawdzających (rys. 9.).

Dopiero tak zdefiniowany model wzor-

cowy części (płyta mocująca) lub zespołu

(przenośnik) może być podstawą definicji

inteligentnego szablonu konstrukcyjnego.

System klasy KBE to jednak nie tylko kata-

log mniej lub bardziej inteligentnych ele-

mentów typowych. Możliwa jest bowiem

taka definicja środowiska projektowego,

w którym system CAD będzie prowadził

konstruktora przez kolejne kroki procesu

projektowego. Ale o tym w kolejnym

odcinku.

Cdn.

andrzej.welyczko@pl.ibm.com

RYS. 8

RYS. 9

[www.designnews.pl] DESIGN NEWS Polska 37

PROGRAMY

CAD

dla wyrobów kompozytowych

TEKST:

MICHAŁ MURAWSKI

Konstrukcje kompozytowe od lat zajmują ważne miejsce

w wielu gałęziach przemysłu – elementy samolotów,

jachtów, samochodów, zbiorniki... Długo można wymieniać

zastosowania laminatów. O wiele krótsza jest lista

wyspecjalizowanych aplikacji wspomagających pracę

inżynierów-projektantów, zajmujących się wyrobami

z laminatów. Jednym z rozwiązań, które uwzględniają tę

specyficzną branżę, jest system CATIA produkowany przez

Dassault Systemes

Sprostowanie:

W czerwcowym wydaniu Design News,

autorem artykułu „Co ja wiem o PLN” był

Sławomir Jędrasiak, a nie – jak omyłkowo

wydrukowaliśmy – Michał Murawski.

Autorów i czytelników przepraszamy.

Specyfika projektowania wyrobów

kompozytowych obejmuje kilka zagad-

nień. Zaprojektowanie bryły przedmiotu

i umieszczenie na rysunkach opisów

dotyczących laminowania to najczęściej

obecnie spotykana metodologia pracy

– warstwy nakładane są do osiągnięcia

zadanej grubości w odpowiednich miej-

scach, z uwzględnieniem kierunku włókien

– jednak najczęściej po prostu respektuje

się zasadę, że (pomijając wyroby o „kie-

runkowym” charakterze) włókna mają się

w kolejnych warstwach krzyżować.

Filozofia przygotowania projektu

i dokumentacji wyrobu kompozytowego

zakłada podział procesu na dwa etapy: pro-

jektowanie ( Engineering ) i przygotowanie

produkcji ( Manufacturing ).

strefami, a także ich wpływ na kształt

poszczególnych arkuszy.

System wykrywa granice stref, któ-

rych przenikania nie określono, i zwraca

uwagę na możliwość wystąpienia zjawiska

delaminacji. Informacje te pozwalają na

automatyczne stworzenie dokumenta-

cji procesu, obejmującej wykaz i opis

poszczególnych arkuszy, przypisanie

ich do odpowiedniej warstwy (poziomu)

w produkcie i określenie kolejności ukła-

dania arkuszy w formie. System na tym

etapie tworzy kompletną dokumentację

arkuszy, uwzględniającą tzw. pełne płaty

(te, które nie wychodzą poza granicę stre-

fy), linie przenikania, kształty wykrojów

(z uwzględnieniem stopniowania arkuszy

w miejscach przenikania stref).

Warto zaznaczyć, że projekt jest aso-

cjatywny z makietą 3D, w kontekście

której powstał – modyfikacja pierwotnej

powierzchni pociąga za sobą zmianę doku-

mentacji arkuszy. Możliwa jest wizualiza-

cja poszczególnych elementów zbrojenia

w środowisku 3D, jak i wykonanie, które

opiera się na dokumentacji rysunko-

wej. System pozwala też na wykonanie

raportu i zestawienia wszystkich arkuszy

w produkcie, a także uwzględnić instalację

różnego rodzaju wkładek.

Przygotowanie produkcji – CPM

( Composites Design for

Manufacturing )

Oczywiście, podstawą dla dokumentacji

produkcyjnej jest model przygotowany

w modułach CPE i CPD. Rozróżnienie

dwóch środowisk wynika ze specyfiki

produktów laminatowych – efekt skurczu,

częsta konieczność używania naddatków.

Zjawiska te każą rozdzielić proces projek-

towy od produkcyjnego – o ile pierwszy

skupia się na wyrobie gotowym, finalnym,

o tyle drugi analizuje proces „wstecz”

Przygotowanie projektu – CPE,

CPD ( Composites Engineering,

Composites Design )

Etap ten obejmuje definicję tzw. stref,

czyli obszarów, które między sobą różnią

się sposobem zbrojenia. Obejmuje ona

ilość warstw, rodzaj zbrojenia i kierunek

układania. Strefy oparte są na powierzchni,

która odpowiada powierzchni projektowa-

nego przedmiotu – np. kadłubowi łodzi.

Użytkownik ma możliwość ustalenia tzw.

reguł składania (definicja stref pozwala na

różne układy arkuszy zbrojenia), z których

wynikają kształty, liczba arkuszy i układ

warstw. Ustalane są przenikania między

DEFINICJA stref

(liczba warstw),

możliwe kształty

arkuszy i układy

– definicje reguł

składania

38 DESIGN NEWS Polska [www.designnews.pl] lipiec/sierpień 2007

– pozwalajac określić parametry począt-

kowe. W efekcie mamy do czynienia z po-

wierzchniami i krawędziami dwojakiego

rodzaju: projektowymi (które odpowiadają

produktowi gotowemu) i produkcyjny-

mi (reprezentującymi stan wyjściowy,

a więc krawędzie wycinanych arkuszy

i powierzchnię rzeczywistą formy).

Ważnym krokiem w procesie jest kon-

trola wykonalności. Trzeba zwrócić uwagę

na możliwość ułożenia maty lub tkaniny na

powierzchniach innych niż płaskie – mate-

riały zbrojenia mają pewną odkształcal-

ność, ma ona jednak swoje granice. Dzięki

analizie można przed rozpoczęciem fizycz-

nej realizacji projektu wskazać miejsca,

którym należy poświęcić więcej uwagi

bądź wręcz je zmodyfikować, w celu unik-

nięcia lokalnych „zakładek”.

Kolejny krok to wykonanie ostatecz-

nych rozkrojów arkuszy poszycia. Dodat-

kowe możliwości w tym względzie to np.

transfer geometrii (linii, punktów) z 2D

na 3D i odwrotnie, dzięki czemu można

umieścić na arkuszu, np.: linie połączeń,

punkty kontrolne itp.

Cały czas funkcjonuje synchronizacja

między danymi projektowymi ( Enginee-

ring ) a wykonawczymi ( Manufacturing ).

Gotowe kształty arkuszy można ekspor-

tować do formatów zewnętrznych (DXF,

IGES 2D lub 3D) oraz wykonać z nich

dokumentację rysunkową.

WSKAZANIE obszarów zagrożonych

występowaniem zakładek

możliwością wykonania siatki do analiz

wytrzymałościowych (MES). Pozwala to

na analizę i optymalizację projektowanych

wyrobów, np. pod kątem oszczędności

materiałowych, przy zachowaniu odpo-

wiednich parametrów mechanicznych.

Rozwiązanie to jest w praktyce stoso-

wane np. przy projektowaniu jachtów

regatowych, w których nie można sobie

pozwolić na kompromis w kwestii wytrzy-

małości i bezpieczeństwa, a z drugiej

strony – każdy kilogram mniej to istotna

oszczędność. O ile jednak w jachcie chodzi

o dopłynięcie do mety w jak najkrótszym

czasie, o tyle w przeciętnym przedsiębior-

stwie istotną kwestią będą oszczędności

materiałowe. Poza kosztami istnieje aspekt

zdrowotny i ekologiczny – warto zwrócić

uwagę na każdy niepotrzebnie emitowany

do atmosfery i wdychany przez pracowni-

ków kilogram styrenu.

Nie należy zapominać, że z reguły

wyroby kompozytowe produkowane są

z wykorzystaniem form. Przy wyrobach

o wysokim stopniu komplikacji konstruk-

cja formy to wyzwanie samo w sobie. Opi-

sywane rozwiązanie oparte zostało na wy-

sokiej jakości systemie CAD/CAM, dzięki

czemu w jednym środowisku możliwe jest

określenie zarówno kształtu przedmiotu,

jak i struktury kompozytu, wykonanie

analiz MES wyrobu oraz przygotowanie

konstrukcji i dokumentacji formy – łącznie

z przygotowaniem np. frezowania formy

na obrabiarce numerycznej. R

Analiza struktur kompozytowych

(MES) i prace towarzyszące

Dzięki precyzyjnemu określeniu struktury

kompozytu – obejmującemu: ilość warstw,

kierunek ich układania, właściwości

włókien i żywicy – CATIA dysponuje

WIZUALIZACJA arkuszy poszycia

układanych w formie

Michał Murawski

IPL Solutions

Murawski@iplsolutions.pl

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: