2_predavanje_2011

111

CADCAD sistemisistemi i modeliranjei modeliranje

MaMainski Fakultet Univerziteta u Beograduinski Fakultet Univerziteta u Beogradu

Modeliranje oblikaModeliranje oblika

Docent Dr Aleksandar MarinkoviDocent Dr Aleksandar Marinkovi

Sreda 26.10.2011Sreda 26.10.2011..

2/2/3636

Pojam CADPojam CAD

Pojam CAD nije nedvosmisleno definisan. Nezavisno od pojma grafikog prikazivanja pomou raunara, to bi vie odgovaralo pojmu CAGD (Computer Aided Graphic Design) uglavnom namenjenom prikazivanju slike, pojam CAD podrazumeva opis i manipulisanje na relaciji raunar modeli.

CAD 1. Computer Aided DesignPodrka raunara procesu konstruisanja korienjem odgovarajuih softverskih alata.

2. Computer Aided Drafting / Drawing

Podrka raunara prilikom razrade tehnike dokumentacije i crtea uopte.

Razliite oblike i forme u procesu konstruisanja (modele) trebalo bi da je mogue meusobno transformisati, pri emu oni sadre daleko vie informacija i podataka o krajnjem proizvodu nego to je neophodno za samu izradu tehnike dokumentacije.

23/3/3636

Istorijski razvojIstorijski razvoj

1941 Konstrukcija i primena prvog raunara (Z3) za strukturne proraune, Konrad Zuse (Berlin).

1956 59 D.T. Ross (MIT Boston) zapoinje sa APT (Automatic Programming Tool) za automatizaciju proizvodnje.

1963 Sutherland (MIT Boston) kao deo svoje doktorske disertacije razvija sketchpad, koji po prvi put omoguava crtanje po ekranupomou posebne light pen olovke.

4/4/3636

Istorijski razvojIstorijski razvoj

Poetak 80. Veliki rast primene CAD u industriji (Nemaka);Pokuaji razvoja efikasnijih metoda za proraun i sistema za modeliranje: pomou makroa, varijantnih sistema (kao npr MEDUSA), specijalnih paketa, proraune tolerancija

Sredina 80. Mc Cinsey trvdi da primena CIM sistema (Computer Integrated Manufacturing) moe da smanji trokove proizvodnje i do 40%;

Porast primene raunara u konstrukcionim biroima (nesklad izmeu hardvera i softvera se pokazao kao tada veliki i nereiv problem).

Poetak 90. Ekspertski sistemi za primenu u konstruisanju postaju opti trend;

Raste upotreba grafikih okruenja i metoda, sa tenjom da se objedine metode, npr. sakupljanja podataka, modeliranja, prorauna, upravljanja podacima, objedinjenih u jedno okruenje (workbench).

35/5/3636

Istorijski razvojIstorijski razvojSredina 90. 3D CAD sistemi sa operacijama u fazama modeliranja i

parametarskom modeliranju imaju sa veliki rast primene;

Razvoj interneta doprinosi uvoenju ideje Simultanog inenjerstva;Paketi koji sadre modelar, FEM analizu sve vie se koriste i prodaju.

Kraj 90. PC zamenjuju radne stanice i raunare stare generacije;Osobine raunara dostiu osobine dovoljne za realnije prikazivanje modela u CAD sistemima (rendering);

Ogroman razvoj i ekspanzija interneta.

Sadanji trendovi Virtuelna tehnike uvode se u sve vidove i faze modeliranja i konstruisanja (Virtual reality, Virtual production);

Simulacije kinematike i strukturna optimizacija modela (Digital Mock Up, Structural Optimization);

Izrada modela (Rapid Prototyping, Rapid Tooling / Manufacturing);

Stvarno uvoenje baza podataka u sve faze inenjerskih procesa i projektovanja (KBE - Knowledge Based Engineering).

6/6/3636

Istorijski pregled razvoja proizvodaIstorijski pregled razvoja proizvoda

47/7/3636

Upr

avlja

nje

Prod

aja,

Mar

ketin

g

Raz

voj

Test

iranj

e

Kons

truis

anje

Upr

avlja

nje

naba

vkam

aPl

anira

nje

Proi

zvod

nje

Kont

rola

Proi

zvod

nje

Proi

zvod

nja

Skla

panj

ei m

onta

aKo

ntro

laKv

alite

taO

dra

vanj

e

CIMComputer Integrated Manufacturing

CADComputer Aided Design

CAMComputer Aided Manufacturing

CATC.A.

Testing

CAAC. A. Administration

CAEC. A. Engineering

CAPComputer Aided Planning

CAQComputer Aided

Quality Assurance

Mesto i uloga CAD sistemaMesto i uloga CAD sistema CCAAxx sistemisistemi

8/8/3636

CAx sistemiCAx sistemi

CAE Computer Aided Engineering

Obuhvata sve oblasti CAD, CAM, CAP, CAQ u kojima se koristi podrka raunara u poslovanju jednog sistema (npr. kompanije). U odreenim sluajevima CAE se odnosi samo na podrku raunara u proraunima i svim fazama procesa konstruisanja.

CAM Computer Aided Manufacturing

Podrka raunara u organizaciji i kontroli proizvodnje, to obuhvata direktnu kontrolu maina, proizvodnih linija kao i logistikih problema u tokovima materijala, tokova podataka neophodnih u procesu proizvodnje.

CAP Computer Aided Planning

Podrka raunara u planiranju proizvodnje u svim njenim fazama, kao npr. formiranje NC informacija, lista delova i operacija.

CAQ Computer Aided Quality Assurance

Podrka raunara u obezbeivanju kontrole kvaliteta u svim procesima jednog sistema

59/9/3636

Trend primene CAD sistemaTrend primene CAD sistema

podaci iz 2007 za nemaku industriju

40,6

21,9

7,9

15,317,3

6,48,5

12,4

19

8

17,8

9,6

2,7

9,9 9,5

3,7

15,8

5,4

11,1 9,6

20,6

20

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45 %

Auto

CAD

ME 10

CATI

A

Pro/

ENDI

NEER

Unigr

aphic

s

Inve

ntor

Solid

Edge

Solid

Work

s

CADA

M

1999

2002

2005

10/10/3636

Kriterijumi za izbor 3D CAD sistemaKriterijumi za izbor 3D CAD sistema

Od CAD sistema koji su danas u industriji u primeni od 1/3 do 1/2 je 3D sistema. Ostatak se koristi za izradu 2D tehnike dokumentacije. Iako se jo uvek neki jednostavniji zadaci obavljaju pomou 2D, radi se ubrzano na uvoenju 3D sistema u veinu kompanija i organizacija.

1. Efikasnost 3D modeliranja

2. Usklaenost sa kupcima i dobavljaima3. Izrada tehnike dokumentacije koja odgovara vaim standardima

4. Pouzdanost i stabilnost

5. Korektan poslovni odnos

6. Povezivanje svih potrebnih aplikacija

7. Brza i jednostavna obuka

8. Distributer koji je spreman da vam izae u susret

611/11/3636


1. Efikasnost 3D modeliranja

3D modeliranje se koristi za sve aspekte proizvodnje: dizajn proizvoda i njegovu verifikaciju, izradu alata, numeriki upravljani maine i zavrnu kontrolu. U cilju poveanja efikasnosti, konstruktor bi trebalo da pribegava izradi 3D modela u to manje koraka, ali bez ugroavanja i smanjenja kvalitete krajnjeg proizvoda.

Na primer, ako vae preduzee proizvodi delove od lima, treba obratiti panju na posebne alate za njihovo stvaranje i automatsko generisanje uzoraka. Ako je za va proizvod najbitnija estetika, panja se usmerava na na alate za stvaranje slobodnih formi i povrina i njihove prelaze. Konstruktor sloenijih maina treba da organizuje sklapanje velikog broja dijelova, kao i korienje standardnih delova iz biblioteka.

12/12/3636


2. Usklaenost sa kupcima i dobavljaima

Kad god je mogue, izaberite CAD sistem koji je popularan u vaem okruenju, industriji i dobavljaima. Ovim e se eliminisati potreba konverzije datoteka iz jednog sistema u drugi, jer to zahteva vreme, a mogua je i pojava manjih ili veih greaka.Treba obratiti panju i na sposobnost za uvoz datoteka iz drugih sistema. Trebalo bi da va CAD sistem podrava standardne formate za konverziju, kao to su STEP, IGES, VDA, i IDF. Uzeti u obzir i pomone alate za korekcije uvezenih oblika, da su laki za korienje i koliko dobro rade. Ovo je jako vano ako je vaa kompanija kod firma koristi mnogo datoteka od vie razliitih CAD sistema.

713/13/3636


3. Izrada tehnike dokumentacije koja odgovara vaim standardima

Iako e sistem uglavnom biti namenjen projektovanju 3D modela, dobavljaima i radnicima u proizvodnji i montai e biti potrebni crtei. Jasan crte treba da pokae sve kritine dimenzije i tolerancije, materijale i gabaritne mere, sve podatke o obradi, kao to su termike obrade itsl. Treba proveriti da sa nabavljenim 3D CAD sistemom moete napraviti crtee sa odgovarajuim standardima za dimenzije, tolerancije, slova, listu delova.... I biti sigurni da vae crtee moete izvesti u standardnim formatima kao to su PDF, DXF, DWG.

14/14/3636

Kriterijumi za izbor 3D CAD sistemaKriterijumi za izbor 3D CAD sistema4. Pouzdanost i stabilnost

Sistemi za 3D modeliranje su daleko sloeniji od 2D sistema koji su namenjeni iskljuivo za crtanje. Uz sve te kodove veoma je teko obezbediti da budu otklonjeni sve mogue greke i nedostaci (bagovi). Na alost, ne postoje standardne mere pouzdanosti za CAD sisteme, kao to postoje za mnoge vrste sistema i maina. Stoga treba pretraiti forume kupca gde se mogu nai najee promedbe i izvetaji o nestabilnosti ili softverskim grekama. Pitajte i kompanije koje veposeduju isti 3D CAD u vaem gradu ili industriji, koliko esto i da li dolazi do pada sistema ili drugih nedostataka.

5. Povezivanje svih potrebnih aplikacija

3D CAD moe biti ak i produktivniji uz dodatke za posebne namjene, kao to su recimo automatizacija i razliite analize. Ako je potrebno uraditi razliite simulacije kinematike, dinamike, napona, deformacija, vibracija, temperature ili protoka fluida, potraite sistem koji obuhvata ove analitike alate ili ih ima na spisku proirenih opcija i dodataka koji se mogu obezbediti ili dograditi..

815/15/3636


6. Korektan poslovni odnos

Kako bi izbegli moguu greku i smanjili svoje trokove, treba imati u vidu i ko je dobavlja, odnosno distributer odreenog CAD sistema koji se nudi, odabrati ako je mogue jednostavan programski paket koji ima sve to vam je potrebno. Ovde se misli na uslove kupovine, vrste i broj licenci, da li se radi o pojedinanim ili mrenim licencama, da li se i kada obnavljaju. Takoe je korisno predvideti mogunost da konstruktori, ukoliko se za to ukae potreba, pored korienja softvera na poslu, isti mogu bez potekoa koristiti i na drugom mestu, recimo kod kue.

16/16/3636


7. Brza i jednostavna obuka

Usvajanje metoda 3D modeliranja u svakom sluaju zahteva odgovarajuu obuku i iskustvo. Sa tog aspekta potrebno je odabrati sistem koji je intuitivan i jednostavan za uenje. Treba nastojati da procedure u dizajnu i izradi modela teku logiki od poetka do kraja. Neki od CAD sistema imaju skrivene opasnosti i neloginosti u procedurama modeliranja koje mogu primorati konstruktora da u odreenoj faziprekine zadatak i da se vrati na sam poetak. U svakom sluaju na ovo treba obratiti panju i na vreme otkriti sve potencijalne nedostatke, kako bi se prenebregnula eventualna nabavka i korienje ovakvih CAD sistema.

917/17/3636

Generisanje Manipulaciju Prikazivanje Organizaciju Informisanje Pomo (Help / Assist)

Klasifikacija CAD funkcijaKlasifikacija CAD funkcija

Najvei broj CAD sistema poseduje iste ili sline grupe funkcija pomou kojih se pre svega vri formiranje oblika, potom i definisanje ostalih elementarnih svojstava delova i sklopova, njihovo prikazivanje uodgovarajuem obliku i naknadna dorada. Sve ove funcije moemo svrstati u nekoliko glavnih celina od kojih treba izdvojiti funkcije za:

18/18/3636

Finkcije za generisanje su one koje slue kreiranju geometrijskih i / ili grafikih elemenata.

2D-Elementi:

Taka Linija Krug / Kruni luk

Niz elemenata (npr. poligon) Konini oblici (npr. elipsa) Neodreene krive (npr. Spline)

3D-Elementi:

Crte u ravni (Sketch) Sfera / kuboid / cilindar (Extrusion / Rotation)

3D kriva Torus Slobodne povrine (Freeform)

CAD funkcijCAD funkcije za generisanjee za generisanje

10

19/19/3636

Postoji vie mogunosti za definisanje pozicija kreiranih elemenata:Pozicioniranje

Pozicioniranje kursorom na ekranu

Pozicioniranje kursorom na ekranu sa mreom

Pomou koordinata

Postavljanjem lokalnog koorinatnog sistema

Relativni poloaj u odnosu na postojeu taku

(Cartesian coordinates)

Relativni poloaj u odnosu na postojeu taku

(polar coordinates)

CAD funkcijCAD funkcije za generisanjee za generisanje

20/20/3636

U ovu grupu spadaju sve funkcije kojima se vre promene na objektu koji je kreiran i predstavljen pomou raunara. (Manipulation / change functions)

Move / Drag Rotate Duplicate / Multiply (po dui ili po luku, du zadate linije/krive) Mirror Scale (ne Zoom!) Stretch Trim

Da bi se primenila neka od manipulativnih funkcija, prethodno jepotrebno identifikovati element koji treba izmeniti.

CAD funkcijCAD funkcije za manipulisanjee za manipulisanje

11

21/21/3636

Identifikacija elemenataIdentifikacija elemenata

selektovanjem svih objekata(select all)

izborom odreene grupe objekata

unutar selektovanog prostorapratei odreenu konturuGrupna identifikacija

pomou kursora (eksplicitno)pomou kursora (implicitno)Pojedinana identifikacija

22/22/3636

Promene vidljivosti objekta: Zooming (zoom in / zoom out) Clipping Windowing Viewport Panning

Promene spoljnjeg izgleda objekta: Wireframe Surface model Solid (osenen sa ivicama)

Izmena pogleda ili preseka: Two-dimensional (frontalni, boni pogled) Perspective (isometrija, dimetrija) Section

CAD funkcijCAD funkcije za prikazivanjee za prikazivanje(Display functions)

12

23/23/3636

U ovu kategoriju moemo svrstati sledee funkcije:

Osnovne funkcije za snimanje, tampanje(Open / Save / Print)

CAD model management (intern / extern)

Povezivanje sa PDM / EDM sistemima(Product Data Management / Engineering Data Management)

Sharing management (npr. paralelan razvoj CAD modela)

Organizacione Organizacione CAD funkcijCAD funkcijee

24/24/3636

Svrha ovih funkcija je da korisniku prue informacije o statusu parametara modela ili ostale indirektne podatke o modelu.(npr. vrste i boje linija, broj lejera koji su upotrebljeni )

U ovu kategoriju svrstavamo i funkcije koje daju dodatne informacije o modelu(calculation functions)(npr. za zapremine, teine,momente inercije, povrine)

CADCAD funkcijfunkcije za informacijee za informacije(Informing functions)

13

25/25/3636

Ova grupa obuhvata sve funkcije koje pruaju pomo korisniku u toku korienja odreenog CAD sistema. To su na primer:

Opisi i objanjenja svih komandi (index, search) Aktivne help funkcije (Context sensitive help) Uputstva (Tutorials) Mogunost vraanja u prethodno stanje (Undo function) Mogunost pamenja zadatih ili standardnih vrednostiIntelligent dialogues (e.g. meaningful default values)

CADCAD pomopomone ne funkcijfunkcijee(Assistance and prompting)

26/26/3636

Kod geometrijskog modeliranja oblika postoje dva aspekta i to:

Kompjutersko predstavljanje geometrijskog modela,

Mogunost generisanja geometrijskog modela.

Modeli su definisani dimenzijama osnovnih elementa:

Wireframe model

Surface model

Solid model

Geometrijsko modeliranje oblikaGeometrijsko modeliranje oblika

14

27/27/3636

Prikazani oblik Opisani elementi Kompjuterski model

Wireframe model

3D contour with

22 contour elements

22 contour elements

18 points

Surface model

closed surface with

8 planes and one

cylindrical surface

9 surface elements

20 contour elements

14 points

Solid model

combined parts through

addition of 2 cuboids and

subtraction of a cylinder

3 solid elements

9 surface elements

20 contour elements

14 points

Poreenje modelaGeometrijsko modeliranje oblikaGeometrijsko modeliranje oblika

28/28/3636

to se tie solid modela, postoje dva razliita tipa njihove strukture: Modeliranje pomou solida - Constructive Solid Geometry (CSG) Modeli pomou povrina - Boundary Representation (B-REP)

Constructive Solid Geometry (CSG)

CSG omoguava modeliranje sloenih povrina ili modela korienjem Bulovih operacija i kombinacijom objekata. esto CSG prikazuje model ili povrinu koja sloenog spoljanjeg izgleda, ali ustvari sainjen prostom kombinacijom objekata. Najjednostavniji solid objekti koji se koriste pri modeliranju nazivaju se primitive (cuboid, cilindar,). Kae se da je model sainjen od primitiva, pod tim podrazumevajui korienje tipinih Bulovih operacija kao to su: unija, presek i razlika.

Modeliranje solid modelaModeliranje solid modela

15

29/29/3636

Cuboid Cylinder Sphere

Pyramid Cone Torus

Primitive Primitive pripri CSG modelCSG modeliranjuiranju::

30/30/3636

2 start parts:cuboid A, cylinder B displaced, 2 parts addition one part

A minus B B minus A intersection

VVisuisualizacija pomoalizacija pomou u iianog modelaanog modelakao primerkao primer zaza genergenerisanjeisanje CSG modelCSG modelaa::

16

31/31/3636

VVisuisualizacija pomoalizacija pomou solidau solidakao primerkao primer zaza genergenerisanjeisanje CSG modelCSG modelaa::

32/32/3636

Modeliranje pomoModeliranje pomou graniu graninih povrnih povrina ina --BoundaryBoundary--REPresentation modelREPresentation model(B(B--REP model)REP model)

Kod B-REP modela, zapreminski model je opisan njegovim povrinama. Za razliku od 2D tehnika, kod ovakvog modeliranjasve povrine imaju normalnu orijentaciju, tako da je obuhvaena zapremina eksplicitno opisana. Topoloki kriterijumi su iskorieniza interno definisanje samih povrina (surfaces arrangement).

Primitive za B-REP modele:

plane surfaces curved surface free form surface

17

33/33/3636

Operacije za transformaciju

Reconstruction from views vizuelizacija 3D modela jegenerisana polazei od neophodnih ortogonalnih projekcija dela. Projekcije moraju nedvosmisleno i potpuno da opisujumodelirani deo, to znai da je neophodno i crtanje i nevidljivih ivica (npr. kao isprekidane linije).

translation along a curve (trajectory) rotation

OperatorOperatori pri i pri BB--REP modelREP modeliranjuiranju::

34/34/3636

Rekapitulacija 3D operacija i operatora (1):

18

35/35/3636

Rekapitulacija 3D operacija i operatora (2):

36/36/3636

Pregled karakteristika za razliPregled karakteristika za razliiteite modelemodele

ooooIstorija modelaooooooooooAnaliza kretanjaooooooPreseciooooooSlobodne povriooooooIvice povrinaooooooooNevidljive iviceooooooooSenenjeooooooooooVidljivost linijaooooooooooTehniki crte

Hibridni model

CSG Model

B-REP Model

Povrinski model

ianimodel

ModeliOsobine

2_predavanje_2011

Documents