Σχεδιομελέτη προϊόντων με τη χρήση Η/Υ Πανεπιστήμιο Μακεδονίας Τμήμα Διοίκησης Τεχνολογίας Νοέμβριος 2007 Δρ. Φώτης Χ. Κίτσιος

Τομείς χρήσης τεχνολογίας CAD-CAM  Αρχικά για μηχανολογικές εφαρμογές για δυσδιάστατη σχεδίαση  Γενικοί τομείς χρήσεις: Μηχανολογικές εφαρμογές (αεροπορική βιομηχανία, ναυπηγοεπισκευαστική βιομηχανία, αυτοκινητοβιομηχανία, προϊόντα συσκευασίας κλπ) Ηλεκτρονικές εφαρμογές (σχεδίαση πλακετών, ολοκληρωμένα κυκλώματα, ηλεκτρολογική σχεδίαση) Κατασκευαστικός τομέας (κατασκευές κτιρίων, οδοποιία, γέφυρες) Χαρτογράφηση (GIS) Ειδικές εφαρμογές (Ένδυμα – Δέρμα)

Κατανομή πωλήσεων CAD/CAM

Κατανομή Εφαρμογών CAD/CAM διεθνώς

CAD/CAM - AEC

Εφαρμογές του CAD στην Ενδυματολογία

Εργαλεία CAD για τη σχεδιομελέτη  Διακρίνονται σε τέσσερις κύριες κατηγορίες Βιομηχανικό σχεδιασμό ή σύλληψη του προϊόντος και αντίστροφης σχεδίασης Μοντελοποίηση, σχεδίαση, προσομοίωση Ανάλυση συμπεριφοράς σε συνθήκες εργασίας Ειδικές εφαρμογές

Σύλληψη Προϊόντος  Βασικό εργαλείο του Βιομηχανικού Σχεδιασμού  Στάδιο του σχεδίου του προϊόντος  Δίνονται τα πρώτα σχέδια και η μορφή του προϊόντος  Προσδιορίζονται τα κριτήρια μελέτης από τις γενικές απαιτήσεις για το προϊόν  Ελέγχεται η λειτουργικότητά του  Το λογισμικό ενισχύει τη δημιουργικότητα στο έργο της μετατροπής των απαιτήσεων σε σχέδια προϊόντος

Βιομηχανικός Σχεδιασμός  Δημιουργία ιδέας χρήση σκίτσου και εικόνας παρουσίαση εναλλακτικών λύσεων επιλογή της βέλτιστης  Χρήση σχεδίων με ήδη τελικά σχέδια και αντίστροφα εξαγωγή σκίτσων, σχεδίων σε τρισδιάστατο περιβάλλον  Εισαγωγή κριτηρίων μελέτης σε κάθε στάδιο, ώστε να αποφεύγονται λύσεις που δεν πληρούν τα κριτήρια  Επισκόπηση της μελέτης, τόσο στο δυσδιάστατο σχέδιο όσο και στο τρισδιάστατο μοντέλο σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας ή παρουσίασης  Δυνατότητα αντίστροφης μελέτης (reverse engineering).  Μεταφορά δεδομένων

Απαιτήσεις από ένα σύστημα CAD  Ευκολία χρήσης και μάθησης – αποδοτικότητα σε μικρό χρονικό διάστημα  Δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης υπαρχόντων σχεδίων  Εργαλεία σχεδίασης σε 2-διαστάσεις  Απλό αλλά ακριβείας σύστημα τρισδιάστατης μοντελοποίησης  Κινηματική ανάλυση σε 2 και 3 διαστάσεις  Συμβατότητα και επικοινωνία με σύστημα CAD  Σύστημα μοντελοποίησης με επιφάνειες

Σύστημα βιομηχανικού σχεδιασμού στάδια (α-β) (α) Με τη χρήση του StudioPaint ο χρήστης σχεδιάζει μια ποικιλία διαφορετικών σχεδίων του προϊόντος. (β) Το χρώμα και η υφή είναι σημαντικοί παράγοντες για να αποδοθεί η μορφή και ο χαρακτήρας του σχεδίου. Διατίθεται μεγάλη ποικιλία χρωμάτων και υφής

Σύστημα βιομηχανικού σχεδιασμού στάδια (γ-ε) (γ) Το δυσδιάστατο σκίτσο χρησιμοποιείται ως οδηγός για την δημιουργία του τρισδιάστατου μοντέλου που θα συλλαμβάνει όλο την αρχική πρόθεση του σχεδιαστή. (ε) Υψηλού επιπέδου φωτορεαλισμός και κίνηση για την παρουσίαση και αξιολόγηση του προϊόντος (δ) Υπάρχει εργαλείο για την δημιουργία επιφανειών, με δυνατότητες τομής και αποκοπής επιφανειών με μεγάλη ακρίβεια

Φωτορεαλισμός Εσωτερικός – Εξωτερικός χώρος

Φωτορεαλισμός – Συνολική Εφαρμογή

Αντίστροφη σχεδίαση  Ξεκίνησε ως αντιγραφή προϊόντων και σήμερα είναι σημαντική επιστήμη  Ιάπωνες για βελτίωση προϊόντων έναντι στον ανταγωνισμό: Αποσυναρμολόγηση Ανάλυση μορφής και λειτουργίας εξαρτημάτων Ανοχές συναρμολόγησης Διαδικασία παραγωγής Με βάση την κατανόηση παράγεται βελτιωμένο προϊόν  Ανάπτυξη σήμερα ισχυρών εργαλείων για διευκόλυνση και συμπίεση χρόνου ανάπτυξης προϊόντος  Ειδικό λογισμικό για τη σύλληψη της γεωμετρίας του αντικειμένου

Λογισμικό αντίστροφης σχεδίασης  Σύλληψη της γεωμετρίας του εξαρτήματος  Παρουσίαση τρισδιάστατης μορφής  Εκτέλεση απαιτούμενων αλλαγών στο μοντέλο  Δοκιμή της απόδοσης  Προσομοίωση της διαδικασίας παραγωγής και ελέγχου  Χωρίς παραγωγή πραγματικού πρωτότυπου

Διαδικασία  Χρήση εργαλειομηχανής μέτρησης συντεταγμένων (coordinate measuring machine) Αισθητήριο επαφής  Άμεση επαφή του αισθητηρίου με το εξάρτημα Κεφαλή οπτικής σάρωσης  Σύστημα ελέγχου οδηγεί το σύστημα σε συνεχή πορεία  Συλλέγει χιλιάδες ανεξάρτητα σημεία για να ορίσει την πραγματική γεωμετρία  Όσο περισσότερα σημεία τόσο μεγαλύτερη ακρίβεια αναπαράστασης  Αποτύπωση της επιφάνειας του εξαρτήματος  Ψηφιακά δεδομένα επεξεργάζονται από το ειδικό λογισμικό του συστήματος CAD/CAM  Τρισδιάστατη εικόνα αντικειμένου  CNC πρόγραμμα για την κατεργασία του

Μέθοδοι σάρωσης: Επαφή – Οπτική Σάρωση

Νέφος σημείων και δημιουργία επιφάνειας Τα σημεία που έχουν συλλεχθεί χρησιμοποιούνται για την δημιουργία του μοντέλου επιφανειών του προϊόντος Δεν απαιτείται η απόδοση της μορφής του προϊόντος με λειτουργίες μοντελοποίησης συστήματος

Πορεία εκτέλεσης λειτουργίας συστήματος αντίστροφης σχεδίασης Παραγωγή χαρακτηριστικών διατομών σάρωσης υψηλής πιστότητας Εισαγωγή γεωμετρίας (συντεταγμένες σημείων) σε διάφορες τυποποιήσεις. Δημιουργία επιφανειών από τις χαρακτηριστικές διατομές.

Πορεία εκτέλεσης λειτουργίας συστήματος αντίστροφης σχεδίασης Εξέταση της ποιότητας της επιφάνειας με μέτρηση της απόκλισης από τα δεδομένα, διαγράμματα καμπυλότητας διαφόρων μορφών, σκίαση της επιφάνειας, κλπ. Δημιουργία του τελικού μοντέλου του προϊόντος, έτοιμου για κάθετες εφαρμογές, προσομοίωσης, παραγωγής, κλπ.

Αντιπαραβολή αρχικών σημείων με τελική γεωμετρία Αρχικό αντικείμενο, σάρωση δεδομένων με μηχανή σάρωσης, μοντέλο CAD στο οποίο φαίνονται σε έγχρωμη αποτύπωση η απόκλιση των δεδομένων από τη γεωμετρία

Μοντελοποίηση – Σχεδίαση - Προσομοίωση  ακριβή και έγκυρη μοντελοποίηση του προϊόντος  έμφαση στην ακρίβεια των υπολογισμών ανοχές πάχος τοιχωμάτων γωνίες κλίσης αποστάσεις ασφαλείας  απεικόνιση συνήθως με στερεά και λιγότερο με επιφάνειες δυνατότητα δημιουργίας συναρμολόγησης απόδοση της κίνησης καλά γραφικά και σύνδεση με κάθετες εφαρμογές Στερεό Μοντέλο Πολύπλοκη Συναρμολόγηση

Ανάλυση CAE – Μηχανική με τη βοήθεια Η/Υ  Μηχανική Ανάλυση αφορά την ανάλυση και αξιολόγηση του μηχανικού σχεδιασμού των προϊόντων  Υπολογισμός βάση των Η/Υ των: Λειτουργικών Πρακτικών Κατασκευαστικών παραμέτρων  Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων  Ανάλυση ανοχής  Ανάλυση ιδιοτήτων μάζας  Βελτιστοποίηση σχεδιασμού  Ανάλυση μηχανισμών Ανάλυση Πεπερασμένων Στοιχείων

 Δυναμική μέθοδος αριθμητικής ανάλυσης για εφαρμογές μηχανικής Ανάλυση και μελέτη της λειτουργικής απόδοσης ενός αντικειμένου Χωρισμός σε μικρά δομικά τμήματα – πεπερασμένα στοιχεία Προσδιορισμός λειτουργικών επιδόσεων ενός αντικειμένου ή συνεχούς μέσου Τάσεις και κάμψεις μιας συσκευής Προσομοίωση του αντικειμένου με πεπερασμένο αριθμό διακριτών μεταβλητών Διαχωρισμός σε πλέγμα στοιχείων που συνιστά το μοντέλο του πραγματικού αντικειμένου (Πλεγμάτωση) Κάθε στοιχείο είναι ένα απλό σχήμα (τετράγωνο, τρίγωνο, κύβος ή άλλο πρότυπο σχήμα) Για τα σχήματα αυτά υπάρχουν πληροφορίες από το Πρόγραμμα Πεπερασμένων Στοιχείων – καταγραφή των εξισώσεων ελέγχου με τη μορφή μιας μήτρας ακαμψίας Άγνωστες παράμετροι για κάθε στοιχείο είναι οι μετατοπίσεις στα σημεία των κόμβων, σημεία σύνδεσης των στοιχείων Καταρτίζεται η σφαιρική μήτρα ακαμψίας για ολόκληρο το μοντέλο Αναλύεται ως προς τις άγνωστες μετατοπίσεις στους κόμβους Υπολογίζονται οι τάσεις σε κάθε στοιχείο

Παραδείγματα Ανάλυσης Πεπερασμένων Στοιχείων

Πρόσθετες Εφαρμογές  Διαστασιολόγηση με ανάλυση ανοχών  Σύνδεση με συστήματα ταχείας πρωτυποποίησης  Εργαλειομηχανές Αριθμητικού Ελέγχου  Συστήματα Διαχείρισης Δεδομένων (PDM)  Συστήματα απαιτήσεων υλικών (MRPII)  Συστήματα Προγραμματισμού Επιχειρησιακών Πόρων (ERP)  Επικοινωνία με συστήματα τεκμηρίωσης

Εργαλεία CAM – Υποστήριξης Παραγωγής Περιλαμβάνει:  μελέτη και προγραμματισμός κατεργασιών  παραγωγή προγράμματος οδήγησης εργαλειομηχανών αριθμητικού ελέγχου  έλεγχος προγράμματος οδήγησης εργαλειομηχανής  έλεγχος αποτελέσματος κατεργασίας  προγραμματισμός συστήματος παραγωγής

Παραδείγματα εφαρμογών CAM

Τυπική εφαρμογή συστημάτων CAD/CAM σε βιομηχανικό περιβάλλον  Ανάλυση της ροής των δεδομένων και όλο το εύρος των εφαρμογών που καλύπτει ένα σύστημα CAD/CAM στο βιομηχανικό περιβάλλον μιας τυπικής ΜΜΕ για κατεργασία Σχεδιομελέτη με χρήση Η/Υ - Δημιουργία μοντέλου προϊόντος, παραγωγή κατασκευαστικών σχεδίων και τεκμηρίωση του προϊόντος Ανάλυση - Η λειτουργία του μπορεί να απαιτεί περισσότερα του ενός προγράμματα εφαρμογών. Εάν δεν υπάρχουν επαρκή προγράμματα, τότε πρέπει να γίνει ανάπτυξη ειδικού λογισμικού Τμήμα προγραμματισμού κατεργασιών. Μπορεί να εξυπηρετείται και από σύστημα CAPP Τμήμα προγραμματισμού εργαλειομηχανών, που απαιτεί πρόγραμμα CAM Τμήμα επιθεώρησης και προγραμματισμού ρομπότ  Αλλαγές που προκύπτουν από το τμήμα του προγραμματισμού των κατεργασιών και του προγραμματισμού των εργαλειομηχανών, τροφοδοτούνται στο τμήμα της σχεδιομελέτης