Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
SZÁMÍTÓGÉPES GÉPTERVEZÉS
Fogalmak, történeti áttekintés(1. előadás)
Tervezés
• Gondolatban történő megvalósítás
Mérnöki tevékenység, amely
– követelményeket elégít ki,
– a természettudomány törvényeit alkalmazza,
Számítógépes géptervezés 2
a természettudomány törvényeit alkalmazza,
– anyagi megvalósításra törekszik.
Történet
1923 1961 1986 1991
ÁBRA: Mérnöki tervezőiroda változása a Westwood Works vállalatnál (www.westwoodworks.net)
CAD speciális alkalmazási területei
ArchiCAD
OptiTex
Számítógépes géptervezés 3Történet
p
OrCAD Lung CAD
CAXX‐modulok kapcsolódási modellje
„Technológia vonat”:
Számítógépes géptervezésTörténet
CACD: számítógéppel segített koncepcionális tervezés (CA Conceptual Design)
CAD: számítógéppel segített tervezés (CA Design/Drafting)
CAE: számítógéppel segített mérnöki tevékenység (CA Design/Drafting)
CAPP: számítógéppel segített folyamat- és művelettervezés (CA Process Planning)
CAM: számítógéppel segített gyártás (CA Manufacturing)
CAPE: számítógéppel segített termeléstervezés (CA Production Engineering)
CAQC: számítógéppel segített minőségbiztosítás (CA Quality Control)
CAST: számítógéppel segített raktározás és szállítás (CA Storage and Transport)
4
CAD
• Technológia
• Számítógépes rendszert használ
• Segít a tervezés megvalósulásában, ód í á áb l é éb
Számítógépes géptervezés 5
módosításában, elemzésében, optimalizálásában
Történet
CAM
• Technológia
• Számítógépes rendszert használ
• Gyártási műveletek tervezése, menedzselése, ll ő é f lü l
Számítógépes géptervezés 6
ellenőrzése, felügyelete
NC (numerical control)
Robot programozás
Történet
2
CAE
• Működés vizsgálata (szimuláció)
• Kinematikai programok
• Dinamikai programok
Számítógépes géptervezés 7
• Végeselem vizsgálat (feszültség, deformáció, hőhatás, áramlás, stb.)
Történet
Integrált testmodellezés részei
• folyamattervezés
• geometriai tervezés
Számítógépes géptervezés 8
• gyártástervezés
• gyártás és szerelés szimulációja
• rapid prototyping
Történet
Miért alakult ki a CAD?
XX. szd. utolsó évtizedeiben:
• Árutermelésben túlkínálat.
• Szigorú piaci elvárások.
Számítógépes géptervezés 9
• Igények és lehetőségek találkozása a 60‐as években.
Történet
Igények
• Gyorsan piacra juttatni.
• Legkisebb költségráfordítással.
• Új funkcionális szolgáltatások.
Számítógépes géptervezés 10
• Fokozott minőség.
• Fokozott megbízhatóság.
Történet
A fejlődés szakaszai
• Eredeti fejlesztések szakasza
• Ipari technológiává válás időszaka
• Tudásorientált továbbfejlesztés időszaka
Számítógépes géptervezés 11Történet
Eredeti fejlesztések szakasza• 50‐es évektől. Kezdetben csak numerikus adatfeldolgozás.
• Grafikus alkalmazás: MIT (1949) számítógéppel vezérelt grafikus megjelenítés. TV ké ő j ll ű k ód á ő
Számítógépes géptervezés 12
TV képernyő jellegű katódsugárcső.
• 1962. Az első interaktív grafikus rendszer. (Sketchpad) Ivan Sutherland.
Történet
3
Eredeti fejlesztések szakasza• Képfrissítés problematikája (másodpercenként legalább 30‐szor).
• Kezdetben képpont orientált megjelenítés.
• Később vonalas megjelenítés.
Számítógépes géptervezés 13
• 80‐as évektől újból a képpont orintált megjelenítőké a vezető szerep.
Történet
Eredeti fejlesztések szakasza• Beviteli eszközök fejlődése: fényceruza, digitalizáló tábla, egér.
• 1964. General Motors DAC‐1 rendszere. IBM gépre épülő rajzolórendszer. (Design Automated by Computer)
1965 B ll T l h L b t i IBM 7094
Számítógépes géptervezés 14
• 1965. Bell Telephone Laboratories. IBM 7094 számítógép, DEC 340M monitor. Áramköri alkatrész‐és huzalozásrajzoló rendszer (GRAPHIC 1)
Történet
DAC-1
Eredeti fejlesztések szakasza
• Az első eszközfüggetlen grafikus rendszer. GINO, 1966. (University of Cambridge)
• 70‐es évek eleje: hatékonyságot növelő szerkesztő eljárások (nagyítás gumivonal
Számítógépes géptervezés 15
szerkesztő eljárások (nagyítás, gumivonal, mozgatás, forgatás stb.) Ezekre nincs lehetőség a hagyományos rajztáblás rajzolásnál.
Történet
Eredeti fejlesztések szakasza
• Térbeli szemléltetés: huzalváz, takart vonalas ábrázolás, felületszemléltetés, felhasználás lehetősége végeselem analízisben.
• Végeselemmódszer
Számítógépes géptervezés 16
• Végeselem módszer
Történet
Ipari technológiává válás időszaka
• 1971. Az első kulcsrakész rajzoló és szerkesztő rendszer. (ComputerVision)
• 3D‐s geometriai modellezés
• Szabad formájú felületek szplájnok (Bezier R
Számítógépes géptervezés 17
Szabad formájú felületek, szplájnok. (Bezier R. 1966. A Renault mérnöke)
• Testmodellezés: elemi testekből Boole műveletekkel építkező eljárás (Constructive Solid Geometry)
Történet
Ipari technológiává válás időszaka
• Palástmodellezés: határoló lapokkal, poliéderes palástmodellezés.
• CAD rendszerek sokasága jelenik meg: GMSolid PADL: együttes test és palástleírás
Számítógépes géptervezés 18
GMSolid, PADL: együttes test‐ és palástleírás.
BUILD, 1973. (Anglia: Cambridge Computer Lab.)
COMPAC, Németország: Berlini Műszaki Egyetem
Történet
4
Ipari technológiává válás időszaka
EUCLID, Franciaország
EUKLID, Svájc
TIPS1, Japán: Hokkaido Egyetem, 1973.
80‐as évek:
Számítógépes géptervezés 19
80 as évek:
• Árnyalási módszerek
• CAM
• Szabványos adatátvitel: CORE, GKS, PHIGS, VDA‐FS, SET, PDES, IGES, STEP
Történet
A tudásorientált továbbfejlesztés időszaka
• 80‐as évek eleje: ICAD = Intelligens CAD
• Sikertelen
• ICAD helyett aCAD = advanced CAD, fejlett CAD rendszer
Számítógépes géptervezés 20/20
rendszer
• 80‐as évek vége: tervezői tudás + interaktív hasznosítása a CAD‐ban
• Alaksajátosság koncepció (feature based)
Történet
1
SZÁMÍTÓGÉPES GÉPTERVEZÉS
Gépészeti tervezés(2. előadás)
A gépészeti tervezés folyamata
• Koncepció kialakítás
• Koncepcionális tervezés
• Konstrukció szintézis
• Konstrukció elemzés
• Részlettervezés
• Termékértékelés
• Termékdokumentálás
Számítógépes géptervezés 2
Konstrukció elemzés
Tervezés
VDI 2221 irányelv szerint:
Koncepció kialakítása
• Piaci igények felmérése
• Követelmények megfogalmazása
(műszaki, gazdasági, minőségi, környezetvédelmi, stb )
Számítógépes géptervezés 3
stb.)
• Korábbi termékek áttervezésének lehetősége
• Számítástechnika alkalmazása: információ szerzés, rendezett feldolgozás (adatbázisok)
Tervezés
Koncepcionális tervezés
• Rögzíti a:
– Konstrukció fajtáját (új, módosított, áttervezett)
– Funkciókat
Működés fizikai alapjait
Számítógépes géptervezés 4
– Működés fizikai alapjait
– Forma‐ és színterveket
• Nem általános a szoftver alkalmazás
– Pl.: Visual Concept
Tervezés
Koncepcionális tervezés
• Lehetőség van:
– Funkcióstruktúra generáló és elemző,
– huzalvázas modellező,
kinematikai tervező
Számítógépes géptervezés 5
– kinematikai tervező,
– forma‐ és színkidolgozó,
– működésszimuláló,
szoftverek alkalmazására.
Tervezés
Konstrukció ‐ szintézis
Rendszerszemléletű modellezés:
• Részegységekre, alkatrészekre bontás
• Alkatrészek alakja
Számítógépes géptervezés 6
• Anyagok megválasztása
• Gyártási eljárások
• Működési feltételek
• Huzalváz‐, felület‐, testmodellek
Tervezés
2
Konstrukció ‐ szintézis
• 2D rajzoló szoftverek
• Adatbázisok használata (kötőelemek, csapágyak)
k ( á í ó é háló )
Számítógépes géptervezés 7
• Team – munka (számítógép – hálózat)
• Korábbi gyártmányok adatbázisai
Tervezés
Konstrukció ‐ elemzés
• Terhelések, igénybevételek meghatározása
• Mérnöki mennyiségek számítása
• Optimális működési viszonyok megállapítása
Számítógépes géptervezés 8
• Működési folyamat szimulációja
• Célszoftverek: szilárdsági, termikus, áramlástani, stb. számításokra
• Végeselem szoftverek (adatátvitel a CAD és a VEM között)
Tervezés
Részlettervezés
• Alkatrészek végleges geometriája
• Végleges anyagválasztás
• Tűrések
Számítógépes géptervezés 9
• Hőkezelés, felületkezelés
• Gyártáselőkészítés információi (pl. darabjegyzék)
• Rajzoló szoftverek
Tervezés
Részlettervezés
• Szabványos elemek könyvtárai
• Rajzi szimbólum könyvtárak
• Parametrikus tervezés
Számítógépes géptervezés 10
• Alaksajátosságon alapuló tervezés
• Összeállítás modellezők
• Szövegszerkesztők, táblázatkezelők
• Hálózati adatkezelés
Tervezés
Termék ‐ értékelés
• Funkciók teljesülnek‐e?
• Gyártás és szerelés helyessége
• Szabványok betartása
Számítógépes géptervezés 11
• Minőségi előírások teljesülése
• Költségtervnek megfelelés
• Kereskedelmi szoftverek a gyártási és szerelési költségekre
Tervezés
Termék ‐ értékelés
• Gyors prototípus gyártás (rapid prototyping)
• Működési folyamatokat szimuláló szoftverek
• Cél: költségcsökkentés = fizikai modellek, í k kikü öbölé
Számítógépes géptervezés 12
prototípusok kiküszöbölése
Tervezés
3
Termék ‐ dokumentálás
• Alkatrészek gyártási rajzai
• Összeállítási rajzok
• Szerelési, ellenőrzési tervek
Számítógépes géptervezés 13
• Darabjegyzék, anyaglista
• Üzemeltetési leírás
• Minőségi követelmények
Tervezés
Termék ‐ dokumentálás
• Papír adathordozók: gépkönyvek, prospektusok szövegszerkesztő, kiadványszerkesztő szoftverrel
• Mágneses adathordozók: multimédiás eszközökkel készülnek
Számítógépes géptervezés 14
eszközökkel készülnek
• Papírmentes gyár koncepciója
• Semleges fájlformátumok (IGES, STEP)
Tervezés
CAxx technológiák integrálása
• „CAD ‐ kerék”
• Belső integrálódás
• „Technológia vonat”
• Külső integrálódás
Számítógépes géptervezés 15Tervezés
Az emberi tevékenység és a számítógép alkalmazásának részaránya a tervezésben
Számítógépes géptervezés 16Tervezés
Klasszikus termékfejlesztés
Számítógépes géptervezés 17Tervezés
Szimultán termékfejlesztés
Számítógépes géptervezés 18Tervezés
1
Számítógépes géptervezés
A számítógépes tervezés eszközei(3. előadás)
Hardver eszközök
• Munkaállomás (workstation)
‐ adott feladatra
‐ hatékony
Számítógépes géptervezés 2
‐ drága
• Személyi számítógép (PC)
‐ rugalmas
‐ olcsóbb
Eszközök
IBM 3380 IBM 3380 diskdisk
Hardver eszközök fejlődésemicroSDmicroSD kártyakártya
• 1980
• 20 GB
• 2000 kg
• 800 000 $3Eszközök
• 2015
• 32 GB
• 1 g
• 40 $Számítógépes géptervezés
- 99,995%
- 99,95%
+ 60%
+35 év
Sajátos igények
• Nagyméretű és nagy felbontású monitor
• Erős videókártya (valós idejű megjelenítés)
• Nagy tárolási kapacitás
Számítógépes géptervezés 4
• Rajzok nyomtatásához: plotter
Eszközök
Szoftverek
• 2D rajzoló programok
(AutoCad, KeyCreator,...)
• 3D modellező programok
Számítógépes géptervezés 5
(Solid Edge, Solid Works, Inventor, Mechanical Desktop, ...)
• Integrált tervezőrendszerek
(Pro Engineer, Catia, NX (Unigraphics),...)
Eszközök
CAD szakmodulok
• koncepcionális tervező • öntészeti modul • cipő tervezés• formatervező • fröccsöntő szerszámtervező
modul
• lemezalkatrészmegmunkáló modul
• repülőgép konstrukciós szakmodul
• csővezetékmodellezése • hegesztés tervező modul
Számítógépes géptervezés 6
• elektronikus áramköri panelek megjelenítése
• lemezalkatrész tervező modul• fémöntő szerszámtervező
modul• ergonómiai elemzés• kábelezésmodellezése
Eszközök
• autó konstrukciós szakmodul• kinematikai szimuláció • koordináta mérőgép adatait
feldolgozó modul• dinamikai szimuláció• szilárdsági szimuláció• ……stb.
2
7Eszközök
2D rajzolók eszközrendszere
• Koordináta‐rendszerek
• Rajzelemek
• Transzformációk
Számítógépes géptervezés 8
• Módosítások
• Metszet vonalkázása
• Méretek megadása
• Szöveges információk
Eszközök
Koordináta‐rendszerek
• Globális (világ koordináta‐rendszer, WCS)
• Lokális (felhasználói koordináta‐rendszer, UCS)
• Nézet koordináta‐rendszer, VCS
Számítógépes géptervezés 9Eszközök
Rajzelemek
• Egyenes szakasz (line)
• Körív (arc)
• Kör (circle)
Számítógépes géptervezés 10
• Sokszög (poligon)
• Törött vonal (polyline)
• Kúpszeletek
• Szplájn (spline)
Eszközök
Transzformációk
• Elmozdítás (move)
• Másolás (copy)
• Forgatás (rotate)
Számítógépes géptervezés 11
• Tükrözés (mirror)
Eszközök
Módosítások
• Levágás, kivágás (trim)
• Kiterjesztés, meghosszabbítás (extend)
• Kettévágás (break)
Számítógépes géptervezés 12
• Nagyítás, kicsinyítés (scale)
• Letörés (chamfer)
• Lekerekítés (fillet, round)
Eszközök
3
Beállítások
• Rajzi szabványok (ISO, DIN, ANSI)
• Mértékegységek
• Rajzlapméretek
Számítógépes géptervezés 13
• Rajzelemek attribútumai (vonaltípusok, színek)
• Méretezési paraméterek
• Betűtípusok, betűméretek
Eszközök
Összetett rajzelemek
Gyakran ismétlődő feladatok megoldására
összetett szimbólumok
• Block
Számítógépes géptervezés 14
• Symbol
• Pattern
Eszközök
Rajzolási, szerkesztési segédeszközök
• Rétegek (layer)
• Pontháló (grid)
• Rácspontokra ugrás (snap)
Számítógépes géptervezés 15
• Aktív kurzor (jellegzetes pontok érzékelése és kijelzése)
• Fogók
Eszközök
1
Számítógépes géptervezés
MODELLEZÉS GÖRBÉKKEL(4. előadás)
Egyszerű görbék
• egyenesek
• körök
• körívek
Görbék 2
• ellipszisek
Számítógépes géptervezés
Egyszerű görbék alkalmazása
egyenesekkörív
Görbék 3
kör
Számítógépes géptervezés
Szabad formájú görbék
• Bonyolult görbék megjelenítésére is szükség van
• Adott pontokhoz képest interpoláló vagy approximáló görbék
• A tervező által irányítható kell legyen
• Számítási hatékonyság és könnyű tárolás igénye
Görbék 4
y g y g y
Számítógépes géptervezés
Szabad formájú görbék
Nyitott görbe
Görbék 5
Zárt görbe
Számítógépes géptervezés
Szabad formájú görbék
interpoláló
kontroll pontok
Görbék 6
kontroll pontok
approximáló
Számítógépes géptervezés
2
Görbék leírása
• A hagyományos explicit és implicit alakok nem előnyösek
• Példa az explicit alakra
Görbék 7
• Példa az explicit alakra:
• Példa az implicit alakra:
cmxy
0 cbyax
Számítógépes géptervezés
Az implicit forma segítségével egy adott pont illeszkedését tudjuk ellenőrizni.
Az explicit forma alkalmazása a görbén lévő pontok generálására alkalmas.
A hagyományos leírás hátrányai
• A leírás nem feltétlenül jelent egyértelmű geometriát (pl. végtelen egyenes)
• Több‐értékűek lehetnek
• Bonyolult kijelölni egy pontot a görbén
• Függ a koordináta‐rendszertől
Görbék 8
gg
Számítógépes géptervezés
Parametrikus leírás
• A görbék egy paraméter függvényeként vannak definiálva:
űegyenértékami)(u pp
Görbék 9
)(),(),(űegyenérték ami
uzzuyyuxx
Számítógépes géptervezés
Parametrikus leírás
u
Görbék 10
u
v
görbe, p=p(u) felület, p=p(u,v)
Számítógépes géptervezés
• A köbös polinomok a legalacsonyabb rendű hatványfüggvények, amelyekkel a térgörbék leírhatók
• A görbék 4 határfeltétellel definiálhatók
Hatványfüggvények, mint parametrikus görbék
Görbék 11
33
2210)( uuuu kkkkp
Számítógépes géptervezés
• Lagrange interpoláció – 4 pont
• Hermite interpoláció – 2 pont, 2 érintő
p3p1P1’P0’
Köbös polinomok
Görbék 12
p0
p2
Lagrangep0
p1
Hermite
Számítógépes géptervezés
- egy vezérlőpont a görbe minden részére hat - hajlamos oszcillációra
- folytonossághoz a szomszédos ívek a közös végpontjában azonos kell legyen az érintő- görbület általában nem folytonos
3
Bézier görbék
• A Bézier görbéket azért fejlesztették ki, hogy a görbék kényelmesebb módosítását tegyék lehetővé
• A Bézier görbék polinomok, amelyek approximálnak a kontroll poligonhoz
Görbék 13Számítógépes géptervezés
Bézier görbék
Tulajdonságai:
• a görbe átmegy a szélső pontokon (p0 és pn),
• az érintő a szélső pontokban p1‐p0 és pn‐1‐pn.
• a súlyfüggvények szimmetrikusak, azaz a sorrend megfordítása nem befolyásolja a görbe alakját.
Görbék 14
gf f y j g j
Számítógépes géptervezés
Kontroll poligon
p0
p1
pn
pn‐1Kontroll pontok
Bézier görbék és a de Casteljau‐algoritmus
Számítógépes géptervezés
Görbék 15
Bézier görbék és a de Casteljau‐algoritmus
Számítógépes géptervezés
Görbék 16
Példa egy Bézier görbére
Görbék 17
A Bézier görbe hátrányai
• Bonyolult a pontok beillesztése
• Helyi módosítást nem tesz lehetővé
Számítógépes géptervezés
Globális módosítás
Görbék 18Számítógépes géptervezés
4
Lokális módosítás
Görbék 19Számítógépes géptervezés
Összetett görbék
• A szegmensekből összerakott görbéket összetett görbéknek nevezzük
• Folytonosnak kell lenniük a csatlakozási pontokban
1 2 3
Görbék 20
1 34
Számítógépes géptervezés
A folytonosság mértéke
• Pozíció folytonosság (a végpontok kapcsolódnak)
• Érintő folytonosság (1. derivált azonos)
• Görbület folytonosság (2. derivált azonos)
• Magasabb rendű deriváltak azonosak
Görbék 21Számítógépes géptervezés
1 2
3
Görbe folytonosság
Görbék 22
kapcsolódás (C0 folytonosság)
Számítógépes géptervezés
1
2
Görbe folytonosság
Közös érintő
Görbék 23
Érintő folytonosság (C1 folytonosság)
Számítógépes géptervezés
12
Görbe folytonosság
Folytonos görbület
Görbék 24
Görbület folytonosság (C2 folytonosság)
Számítógépes géptervezés
5
Összetett görbék
• A köbös szplájn C2 folytonossággal rendelkezik a közbenső pontokban
• A köbös szplájn nem tesz lehetővé helyi beavatkozást
1 2 3
Görbék 25
4
Köbös polinomok
Számítógépes géptervezés
B‐szplájn görbe
• A B‐szplájnok a Bezier görbék általánosításai
• A legnagyobb előnyük, hogy helyi beavatkozásttesznek lehetővé
Görbék 26Számítógépes géptervezés
Racionális görbék és a NURBS
• A racionális polinomok két polinom hányadosaként írhatók le. Homogén koordináták
• A görbék módosíthatók újabb kontroll pontok beiktatásával
• Egy általánosan használt alak a Non‐Uniform
Görbék 27
Rational B‐spline (NURBS) = nem‐egyenközű racionális B‐szplájn
• A csomópontvektor egyes elemei nem egyenletes térközönként helyezkednek el.
• Előnyei miatt egyeduralkodóvá vált a CAD/CAM gyakorlatban
Számítógépes géptervezés
1
Számítógépes géptervezés
MODELLEZÉS FELÜLETEKKEL(5. előadás)
3D modellezés csoportosítása topológiai szempontból
• Manifold
– kétdimenziós pontsokaságra leképezhető alakzatok
2FelületekSzámítógépes géptervezés
• Nem manifold
– nem valószerű, kétdimenziós pontsokaságra nem leképezhető objektumok
– pl. a modellben eltérő dimenziójú alapegységekből áll
• Nem teljes értékű modellező‐rendszerek
– Huzalváz‐modellezés
– Felület‐modellezés(véges, zárt, szabadformájú felületfoltokat ír le)
Manifold modellező eljárások csoportosítása
• Teljes értékű modellező‐rendszerek
– Palást‐modellezés(létezik poliéderes és valósághű palástmodell)
– Test‐modellezés (=Térfogat‐modellezés)(véges, zárt, reguláris ponthalmazokat ír le)
3FelületekSzámítógépes géptervezés
Felületmodellezés tulajdonságai
• Nem kezel topológiai információkat
• A felületek csak „látvány” szintjén összefüggőek
Palástmodell Felületmodell
4
• Az objektum határoló felületeinek létrehozása:
– felületfoltok geometriai pozicionálásával
– különböző folytonossági megszorítások előírásával
FelületekSzámítógépes géptervezés
Felületmodellezés tulajdonságai
• Alkalmas
– bonyolultabb alakok, formák, megadására,
– takart vonalas megjelenítésre,
– árnyékolt képek előállítására,
• Nem alkalmas
5
– térfogat‐ vagy tömeg‐jellemzők számítására,
– ütközésvizsgálatra,
– mérnöki számításokhoz
– numerikus modell készítésére.
FelületekSzámítógépes géptervezés
Felületmodellezés
• A görbe modellezés kiterjesztése
• Parametrikus leírás:
amivel egyenértékű:
),( vu pp
6
amivel egyenértékű:
),(
),,(
),,(
vuzz
vuyy
vuxx
FelületekSzámítógépes géptervezés
v
u
Izoparametrikusvonalak
2
Lineáris Coons‐folt
• A Coons‐foltok olyan felületek, melyek görbeoldalú térbeli négyszöget közelítenek.
• A felület lineárisan interpolál a határoló görbék között
• Leírás egyszerű p11
p01 D1
C0
7
• Nem lehetséges a szomszédos foltokkal egyenletes átmenetetképezni
FelületekSzámítógépes géptervezés
p00
p10
v
u
C1
D0
Kettős köbös folt
• A harmadrendű görbéből származik
• 16 ismeretlen ‐ 16 határfeltétel
• Ugyanúgy,mint a Lagrange vagy a Hermite görbékkel, bonyolult velük dolgozni
8
3
0
3
0,),(
i j
jiji vuvu kP
FelületekSzámítógépes géptervezés
Bézier felületek
• Bézier görbékből alkotott felületek
• Ugyanazok a problémák, mint a Bézier görbékkel:
– nincs lokális módosítási lehetőség
– bonyolult megvalósítani a sima átmenetet a szomszédos foltok között
9FelületekSzámítógépes géptervezés
B‐Spline felületek
• Hasonlóan a görbéhez, a B‐spline felületek is a Bézier felületek általánosításainak tekinthetők
• A felület megközelíti a kontroll poligont
• Nyitott és zárt felületek egyaránt megvalósíthatók
10FelületekSzámítógépes géptervezés
Görbékből származó felületek
• Henger (kihúzás)
• Vonalfelület
• Forgásfelület
• Súrolt felület
• Szoborszerű felület
11
Szoborszerű felület
FelületekSzámítógépes géptervezés
Henger
• Egy görbét egy vektor mentén mozgatunk
• CAD rendszerekben kihúzással (extrusion) képezzük
Generáló görbe
12FelületekSzámítógépes géptervezés
Vektor
3
Henger
13FelületekSzámítógépes géptervezés
Vonalfelület
• Egyenletesen osztja fel a két határoló görbét
• A keresztmetszeteket egyenesekkel köti össze
2. élgörbe
14FelületekSzámítógépes géptervezés
1. élgörbe Lineáris interpoláció
Vonalfelület
Ruled surface
15FelületekSzámítógépes géptervezés
Forgásfelület• Egy görbét megforgatunk egy tengely körül
Tengely
16FelületekSzámítógépes géptervezés
Görbe
Forgásfelület
Revolved surface
17FelületekSzámítógépes géptervezés
Súrolt felület
• Egy megadott görbe végigfut egy vezérgörbe mentén
Vezérgörbe
18FelületekSzámítógépes géptervezés
Adott görbe
4
Szoborszerű felület
• Teljesen általános felület
• Felületi foltok összekapcsolásából keletkezik
19FelületekSzámítógépes géptervezés
Beépített felületek
20FelületekSzámítógépes géptervezés
1
SZÁMÍTÓGÉPES GÉPTERVEZÉS
Testmodellezés(6. előadás)
Testmodellezés értelmezése
• A test‐modellezés az objektumokat véges, zárt, reguláris ponthalmazként leíró eljárás.
• Az adatszerkezetben a testet felépítő alapegységek és k k l t i k l í á i t lálh tó
Számítógépes géptervezés 2
ezek kapcsolatainak leírása is megtalálható.
• A testmodellezés egyszerűbb, mint az egyéb modellezési eljárások.
Testmodellezés
• Térfogat‐lebontó eljárások
– Hasáblebontómódszer
– Féltérmódszer
• Térfogat feltöltő eljárások
Testmodellezés csoportosítása
Számítógépes géptervezés 3Testmodellezés
• Térfogat‐feltöltő eljárások
– Elemi sejtekkel való modellezés
– Elemi testekkel való modellezés (CSG)
Hasáblebontómódszer lépései
• Véges tértartomány nyolcadolása
• Tértartományok feltöltöttségének vizsgálata
• A 100%-os és 0%-os részeket nem kell vizsgálni
• A részben feltöltött tartományokat
Testmodellezés csoportosítása
Számítógépes géptervezés 4Testmodellezés
• A részben feltöltött tartományokat újra nyolcaduljuk (3. hierarchikus szint)
A folyamatot hierarchikus dekompozíciónak nevezik
Csak merőleges, sík felületekkel határolt objektumok esetén pontos
Ferde és görbült felületek esetén csak közelít
Féltérmódszer lépései
• végtelen kiterjedésű felületekkel a teret 2db végtelen kiterjedésű tartományra bonjuk
• A végtelen kiterjedésű felületeket a modellezendő objektum felületeire fektetjük
• A felület egyik oldalán lévő félteret üresnek, a másikat anyaggal feltöltöttnek tételezzük fel
Testmodellezés csoportosítása
Számítógépes géptervezés 5Testmodellezés
másikat anyaggal feltöltöttnek tételezzük fel
• A féltér definíciója:
• A test térfogatát a Hi félterek közös része (metszete) adja:
• A teret elválasztó felület lehet sík~, henger~, kúp~, gömb~, tórusz~, stb felület.
Elemi sejtekkel való modellezés
• Az alkatrészek a méretüknél több nagyságrenddel kisebb, ún. izomorf cellákból épülnek fel
• Követő modellező módszer, mert a sejtekkel való feltöltés feltételezi a geometriai alak előzetes létezését
Testmodellezés csoportosítása
Számítógépes géptervezés 6Testmodellezés
g
• Az elemi sejtek alakja, mérete egy modellen belül is változhat
2
Elemi testekkel való modellezés
• Constructive Solid Geometry (CSG)
• Az alkatrészek a méretük nagyság-rendjébe eső, meghatározott geometriájú, ún. testprimitívekből épülnek fel (téglatest, kúp, gömb, stb)
Az alaptesteket Boole műveletekkel
Testmodellezés csoportosítása
Számítógépes géptervezés 7Testmodellezés
• Az alaptesteket Boole műveletekkel módosítjuk (kompozíciós műveletek)
• egyesítés
• kivonás
• közös rész
• (ragasztás)
• Boole fával jeleníthető meg
CSG példa, Boole fa
C
Számítógépes géptervezés 8
B
A
A\B
(A\B) C
Testmodellezés
További modellező módszerek
• Boundary Representation (B‐rep) – Palástmodellezés
• Sajátosság alapú (feature‐based) modellezés
Számítógépes géptervezés 9Testmodellezés
Boundary Representation (B‐Rep)
• A testeket lapok, élek és csúcsok alkotják
• A topológia szabályait kell kielégíteni az objektumoknak
– a lapokat élekből alkotott hurok határolja
– minden él két lap metszésvonala
– minden él csúcsban végződik mindkét végén
Számítógépes géptervezés 10
minden él csúcsban végződik mindkét végén
– legalább 3 él találkozik minden csúcsban
Testmodellezés
• Az Euler‐féle szabály szerint: V‐E+F=2
• A felületnek zártnak kell lennie
Csúcsok V=8Élek E=12
Boundary Representation (B‐Rep)
Számítógépes géptervezés 11
Lapok F=6
Testmodellezés
CSG vagy B‐Rep
CSG• Egyszerű megjelenítés
• Egyszerű objektumokra határolt
• Bináris fa‐ként tárol
• Bonyolult a számítás
B‐Rep• Rugalmas és hatékony
megjelenítés
• Explicit tárolás
• Előállítható a CSG‐ből
Számítógépes géptervezés 12
• Bonyolult a számítás
• Egyre ritkábban használják • A jelenlegi CAD rendszerek használják
Testmodellezés
3
Feature‐Based modellezés
• Az alkatrészeket úgy modellezzük, hogy sajátosságokat adunk egy alaptesthez
• A sajátosságok gyártási műveleteket jelenítenek meg: furat borda lekerekítés letörés horony stb
Számítógépes géptervezés 13
meg: furat, borda, lekerekítés, letörés, horony, stb.
• Anyag hozzáadással vagy elvétellel dolgozik, a CSG‐hez hasonlóan
Testmodellezés
• A sajátosságok nem csak egyszerű alaptestek lehetnek, előállíthatók kihúzással, sepréssel, forgatással, stb.
Feature‐Based modellezés
Számítógépes géptervezés 14
• A munkafolyamat története a history tree, hasonló a CSG‐beli Boole fához
Testmodellezés
Alaksajátosságok
Számítógépes géptervezés 15Testmodellezés
Példa
Horony
Lekerekítések
Számítógépes géptervezés 16
HéjFurat
Testmodellezés
Példa alaksajátosságokra
Horony
Számítógépes géptervezés 17Testmodellezés
Példa alaksajátosságokra
Lekerekítések
Számítógépes géptervezés 18Testmodellezés
Furat
4
Példa alaksajátosságokra
Számítógépes géptervezés 19Testmodellezés
Héj
Munkafázisok története
Végső állapot
Állapot3 HéjNövekvőkészültségi fok
Számítógépes géptervezés 20
FuratÁllapot2
LekerekítésÁllapot1
HoronyAlaptest
Sajátosság hozzáadása
Testmodellezés
Az alkatrészek módosítása
• Az alkatrész a munkafázisok története szerint készül el
• A sajátosságok hozzáadhatók, törölhetők, átrendezhetők
• A sajátosságok méretei megváltoztathatók
• A sajátosságok paraméterei megváltoztathatók
Számítógépes géptervezés 21
A sajátosságok paraméterei megváltoztathatók– pl. kihúzás helyett kivágás
Testmodellezés
Seprés alaksajátosság
Számítógépes géptervezés 22Testmodellezés
Seprés alaksajátosság
Számítógépes géptervezés 23Testmodellezés
Pásztázás alaksajátosság
Számítógépes géptervezés 24Testmodellezés
5
Pásztázás
Számítógépes géptervezés 25Testmodellezés
1
SZÁMÍTÓGÉPES GÉPTERVEZÉS
Kényszereken és változókon alapuló modellezés(7. előadás)
A hagyományos modellezés korlátai
• Alacsonyabb szintű modellezési alapegységeket biztosít – …mint amire a mérnöki gyakorlatnak szüksége van;
• Nem támogatja a mérnöki gondolkozást– nem az elvi vázlatból történő folytonos módosítással készül el a végsőmodell
Számítógépes géptervezés 2
nem az elvi vázlatból történő folytonos módosítással készül el a végső modell
– az ilyen munka inkább rekonstrukció, mintsem tényleges tervezés;
• Nem ad teljes körű leírást a modellezett objektumról – pl. nincs információ a működés, a gyártás, az ellenőrzés stb. szempontjából
fontos mikrogeometriai‐, fizikai‐ , vagy anyagjellemzőkről.
Kényszerek
Sajátosságalapú modellezés
• Nemcsak az objektumot, hanem az objektumhoz kapcsolódó folyamatokat is leírja
• A termék teljes élettartamára jellemző ismereteket kezel
Számítógépes géptervezés 3
• Geometriai modellek helyett termékmodellek
Kényszerek
Sajátosságalapú modellezés
• Sajátosságok:minőségi és mennyiségi jellemzők, és azok közötti összefüggések összessége
• Alaksajátosságok: A geometriai alak által indukált sajátosságok
Számítógépes géptervezés 4
sajátosságok
• Léteznek még jelenség‐, folyamat‐ ésműködés‐sajátosságok is
Kényszerek
Alaksajátosságok típusai
• Alaklétrehozó alaksajátosságok, – valamely funkció teljesítéséhez szükséges zárt
alakzatot jelenti. Ez a hordozó alakzat.
• Alakmódosító alaksajátosságok,– gyárthatóság, szerelhetőség, szilárdsági
szempontok, stb. alapján módosítja a hordozó ját á k t
Számítógépes géptervezés 5
sajátosságokat
• Alakfüggetlen alaksajátosságok– a névleges alak másodlagos módosulását jelenti,
pl.: méret‐, alak‐ és érdességi tűrések, felületkezelések
• Alaksemleges alaksajátosságok– nincs közvetlen kapcsolata a geometriával,
alkatrészhez/alkatrészcsoporthoz rendelt, pl: anyagok, anyagjellemzők, hőkezelési előírások
Kényszerek
Alkatrész‐modellezés főbb részei
• vázlatkészítés, – a vázlat geometriai és méretkényszerekkel való ellátása;
• bázis, és további alaksajátosságok létrehozása – …anyag hozzáadásával vagy elvételével;
Számítógépes géptervezés 6
• alkatrész módosítása;
• anyag, és más attributív információk hozzárendelése.
Kényszerek
2
Dinamikus modellezés
• A tervezés során szükséges a kiinduló geometria többszöri módosítása, melyet
– funkcionális,
– szilárdsági,
– minőségi,
Számítógépes géptervezés 7
– gyárthatósági vagy
– szerelhetőségi
szempontoknak való megfelelés indukál
• Konstrukció‐variánsok előállítására való igény
Kényszerek
Kényszerek a modellezésben
• A felhasználói kényszerek a tervezési cél alapján határozzák meg a geometriát
• A tervezési változatok előállíthatók néhány fontos mérettel
• A geometria automatikusan megújul a kényszerek
Számítógépes géptervezés 8
g g j yrévén
Kényszerek
Példa
D1
D5
Számítógépes géptervezés 9
D2
D4
D3
Kényszerek
Tervezési cél
• Az alkatrész legyen kétszer olyan hosszú, mint amilyen széles
• A furat mindkét irányban középen legyen
• A furat átmérője legyen 50 mm
Számítógépes géptervezés 10Kényszerek
Kényszerek definiálásának típusai
• Parametrikus modellezés
– A kényszerek adott sorrend szerint vannak megadva
– Mindegyik kényszer számítása az előtte meghatározottakra épül
– Fontos a kényszerek előírásának sorrendje
– A paraméterek között nemcsak matematikai, de logikai
Számítógépes géptervezés 11
kapcsolatrendszer is felírható.
• Változó alapú modellezés
– A kényszerek megoldása egyidejű
– A kényszerek előírásának sorrendje nem lényeges
Kényszerek
Parametrikus meghatározás
A felhasználó előírja a D1 méretet, a többi méret számítása egymás után történik:
2/12
1
DD
xD
Számítógépes géptervezés 12
50
2/
2
5
34
13
D
DD
DD
Kényszerek
3
Változó alapú meghatározás
Egyenletrendszer egyidejű megoldása:
02
050
21
5
DD
D
Számítógépes géptervezés 13
0
02
02
1
43
31
xD
DD
DD
Kényszerek
Kényszerek típusai
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Számítógépes géptervezés 14Kényszerek
– Vízszintes
– Függőleges
– Mindkét vég rögzített
– Pont elhelyezés
– Pont X koordinátája
P t Y k di átáj
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Kényszerek típusai
Számítógépes géptervezés 15
– Pont Y koordinátája
– Vonal szöge
Kényszerek
– Vízszintes méret
– Függőleges méret
– Hossz‐méret
– Szögméret
Kényszerek típusai
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Számítógépes géptervezés 16
– Sugár méret
Kényszerek
– Párhuzamos
– Merőleges
– Érintő
Kényszerek típusai
• Alap kényszerek
• Méretezési kényszerek
• Geometriai kényszerek
Számítógépes géptervezés 17
– Egytengelyű, egybevágó, közös síkban van,
Kényszerek
„Okos” vázlat
• A legtöbb CAD rendszer használja az „okos” vázlat eszközt
• A tervezési célt úgy követjük, hogy a kényszerek automatikusan működnek
• Például: ha két vonal közel merőleges, az „okos”
Számítógépes géptervezés 18
vázlatban merőleges lesz, a kényszer miatt.
Kényszerek
1
Számítógépes géptervezés
Szerelt egység modellezése(8. előadás)
Összeállítás modellezés
• Egy szerelt egység kettő vagy több alkatrészből áll, amelyek a térben egymáshoz képest valamilyen viszonylagos helyzetet foglalnak el
• Az alkatrészek helyét és viszonylagos• Az alkatrészek helyét és viszonylagos mozgását kényszerek határozzák meg
• A legtöbb összeállítás mozgása kényszerekkel teljes mértékben kötött (nincs mozgás)
• A mechanizmusok mozgása csak részben kötött (szabadságfok)
Számítógépes géptervezés 2Szerelés
Szerelt modellek alkalmazásai
• Ütközés vizsgálat
• Megjelenítés
– árnyalt
bb– robbantott
• Animáció
• Mechanizmus‐elemzés
Számítógépes géptervezés 3Szerelés
Példa egy összeállításra
Számítógépes géptervezés 4Szerelés
Robbantott szerelés
Számítógépes géptervezés 5Szerelés
Fúrógép: szerelt modell
Számítógépes géptervezés 6Szerelés
2
Fúrógép: robbantott ábra
Számítógépes géptervezés 7Szerelés
Kávéfőző: modell és robbantott ábra
Számítógépes géptervezés 8Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 9Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 10Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 11Szerelés
Gitár
Számítógépes géptervezés 12Szerelés
3
Gitár
Számítógépes géptervezés 13Szerelés
A szerelés hierarchia
• A szerelés hierarchia meghatározza a kapcsolatot az alkatrészek között
• A szerelt egységeknek több szintje lehet (összeállításon belül rész összeállítás)(összeállításon belül rész összeállítás)
Számítógépes géptervezés 14Szerelés
Példa a szerelés hierarchiára
• Eszterga
– Főorsó
• Tokmány
• …
alkatrészek
– Szegnyereg
• …
– Sebességváltó
• …
– Szánszerkezet
• … stb.Számítógépes géptervezés 15
rész-összeállítás
Szerelés
Az alkatrészek elhelyezése a szerelésben
• Az elhelyezés mozgatással és forgatással történik
• Ez megköveteli a relatív helyzetek pontos ismeretét koordináta rendszerek használatátismeretét, koordináta rendszerek használatát, és számszerű értékek ismeretét
• Ha egy alkatrész mérete vagy helyzete megváltozik, az összeállításnak át kell alakulnia
Számítógépes géptervezés 16Szerelés
Összeállításban használt kényszerek
• A kényszerek folytonos kapcsolatot teremtenek az alkatrészek között
• Általában hasonlóan használhatók, mint a 2D‐s kényszereky
• Jellegzetes kényszerek:
– Két felület felfekszik egymáson
– Tengelyek egybeesnek
– Két felület párhuzamos, előírt távolságra
– stb.Számítógépes géptervezés 17Szerelés
Animáció és mozgás
• Ha egy szerelés nem teljesen lekötött a kényszerekkel, relatív mozgás lehetséges
Számítógépes géptervezés 18Szerelés
4
Mechanizmus tervezés
• A mechanizmus egy olyan szerelt egység, amely lehetővé tesz relatív mozgást az alkatrészek között
• A mechanizmus tagokból áll, amelyeketkényszerek kötnek össze
A kén s erek típ sai• A kényszerek típusai:
– forgó
– csúszó
– gömb
– henger
– csavar
Számítógépes géptervezés 19Szerelés
Mechanizmus elemzés
• Több CAD rendszerben lehetőség van „hajtásra”, egy tag bemenő mozgásának előírásával
• A többi tag a kinematikai viszonyoknak• A többi tag a kinematikai viszonyoknak megfelelően mozog
• Általában lehetőség van erőhatások számítására
Számítógépes géptervezés 20Szerelés
Mozgás szimuláció
Számítógépes géptervezés 21Szerelés
Robbantott nézet
Számítógépes géptervezés 22Szerelés
1
Számítógépes géptervezés
Végeselemes vizsgálat(9. előadás)
Bevezetés
• A mérnöki tervezés során szükség van feszültségek, hőmérsékletek, rezgések, stb. elemzésére
• A megszokott számítások csak egyszerű g gyesetekben alkalmazhatók. Pl. egy befogott tartó számítása elvégezhető hagyományos módszerekkel
• Egy hajtóműház feszültség‐eloszlása viszont nem vizsgálható a klasszikus módon
Számítógépes géptervezés 2Végeselem
Végeselem‐módszer
• A FEM (Finite Elements Method) vagy VEM bonyolult feladatok megoldását teszi lehetővé, numerikus úton
• Nagy teljesítményű rugalmas de számítás• Nagy teljesítményű, rugalmas, de számítás‐igényes
• Ahhoz, hogy elfogadható időn belül kellő pontosságú eredményt kapjunk a valóságot jól leíró modell szükséges
Számítógépes géptervezés 3Végeselem
Alkalmazások
• Feszültség vizsgálatok
• Folyadék áramlások
• Hőátvitel, hőtechnikai elemzések
• Dinamikai vizsgálatok
• Stb.
Számítógépes géptervezés 4Végeselem
Alapismeretek (feszültség elemzés)
• A testet (geometriát) felbontják egymáshoz kapcsolódó egyszerű elemekre, amelyek egy rácsozatot (hálózatot) képeznek
• A csomópontok elmozdulásai az erőhatások• A csomópontok elmozdulásai az erőhatások függvényei, azaz
f=K d
Ahol f a működő erők vektora, K a merevségimátrix és d a csomópont elmozdulása
Számítógépes géptervezés 5Végeselem
Alapismeretek
• Az elmozdulások meghatározásához nagyszámú egyenletből álló egyenletrendszert kell megoldani
• Az elemek közötti nyúlás és az annak megfelelő feszültség a csomópontok elmozdulásából interpolálható
• Ez az információ lehetővé teszi a nyúlások és feszültségek pontos becslését az egész alkatrészre nézve
Számítógépes géptervezés 6Végeselem
2
A VEM lépései
• Előkészítés (Pre‐processing)
– hálózás, peremfeltételek
• Megoldás
– „a számok ropogása”
• Kiértékelés (Post‐processing)
– Az eredmények megjelenítése
Számítógépes géptervezés 7Végeselem
Hálózás (Mesh)
• Elemek és csomópontok létrehozása
• A modell ellenőrzése
• Anyagjellemzők megadása
Számítógépes géptervezés 8Végeselem
Elem típusok
• Elem családok
– Rúd
– Síkfeszültség
Tengelyszimmetrikus térfogati elem– Tengelyszimmetrikus térfogati elem
– Vékony héj
– Szolid
• Az elemek rendűsége
– lineáris, parabolikus, köbös
Számítógépes géptervezés 9Végeselem
Az elemek topológiája
• Vékony héj
– Négyzet alakú
– Háromszög alakú
S lid• Szolid
– Téglatest
– Hasáb
– Tetraéder
Számítógépes géptervezés 10Végeselem
Hálózás
• Az elemtípus kiválasztása után az elemekből alkotott háló előállítása következik, az alkatrész geometriájának megfelelően
• Több szoftver automatikus hálózást is• Több szoftver automatikus hálózást is lehetővé tesz
• A nagyobb pontosság érdekében a feszültséggyűjtő helyek környezetében sűrűbb hálózást célszerű alkalmazni
Számítógépes géptervezés 11Végeselem
Peremfeltételek• Kényszerek
– A peremfeltételekkel megkötjük a csomópontok szabadságfokát
– például, egy befalazott tartó végén lévő csomópont szabadságfoka: 0csomópont szabadságfoka: 0
• Terhelések
– A működő erők és nyomatékok megadása, amelyek a feszültséget okozzák
– A terheléseket a csomópontokon kell elhelyezni
• Körültekintően kell eljárni!
Számítógépes géptervezés 12Végeselem
3
Megoldás
• A hálózás és a peremfeltételek megadása után a modell elkészült, a számítás elvégezhető
• A bonyolultságtól függően a számítás időtartama néhány perctől órákig vagyidőtartama néhány perctől órákig vagy napokig tarthat
• A bonyolult esetek szuper számítógépeket igényelnek
Számítógépes géptervezés 13Végeselem
Megoldás
• A modell a lehető legegyszerűbb legyen!
– Egyszerű geometria
– Szimmetria kihasználása
A legegyszerűbb és legnagyobb elemek használata– A legegyszerűbb és legnagyobb elemek használata
Számítógépes géptervezés 14Végeselem
Post Processing
• Az eredmények megadása számértékekkel, vagy táblázatban, esetleg grafikus formában
• A grafikus megjelenítés szemléletes
Számítógépes géptervezés 15Végeselem
Megjelenítési lehetőségek
A programok gyakran többféle megjelenítést kínálnak:
• Körvonalas ábrázolás
l ké i i ál• Elemenkénti vizsgálat
• Nyílhegyekkel rajzolás
• Deformált alak
• Animáció
Számítógépes géptervezés 16Végeselem
Automatikus hálózás
Számítógépes géptervezés 17Végeselem
A végeselem modell
Erő
Számítógépes géptervezés 18
Kényszer
Végeselem
4
A végeselem modell részlete
A háló sűrítése a feszültség-koncentrációnál
Számítógépes géptervezés 19Végeselem
Az eredmény
Maximális feszültség
Számítógépes géptervezés 20Végeselem
Optimalizálás
• Az optimalizálás a geometria, az anyagjellemzők stb. változtatásával keresi a legjobb megoldást
• Jellegzetes optimálási feltételek:• Jellegzetes optimálási feltételek:
– Minimális tömeg
– Maximális szilárdság
– Minimális költség
– stb.
Végeselem Számítógépes géptervezés 21
A FEM és az optimálás
• A legtöbb rendszer lehetővé teszi a többszörösen ismételt futtatást, a paraméterek változtatásával, a legjobb megoldás érdekében
• Az optimálás segít az egyes tervezési paraméte‐Az optimálás segít az egyes tervezési paraméterekre való érzékenység megállapításában
• Például, az előző példában a feszültségcsúcs erősen függ a sarok lekerekítési sugarától
Végeselem Számítógépes géptervezés 22
Dinamikai és rezgés vizsgálat
Az elemzés lépései:
• Sajátfrekvenciák és lengésképek
• Mozgásegyenletek megoldása
– Idő vagy frekvencia alapú
Számítógépes géptervezés 23
gy p
– Elmozdulás, sebesség, gyorsulás ábra
– Feszültség ábra
Végeselem
Egyéb alkalmazások
• Rétegelt és vegyes (kompozit) szerkezetek
• Hőátvitel és termál analízis
• Folyadékok örvénymentes áramlása
• Műanyagok fröccsöntése
Számítógépes géptervezés 24
Műanyagok fröccsöntése
Végeselem
1
Számítógépes géptervezés
A CAD adatátviteli szabványai(10. előadás)
Product Data Management
CAD CAE
Vásárlóigényei
T ék
Termékinformáció
Terméktervezés
Marketing
Semleges I/F
A CAD adatait az egészfolyamat során használják
Számítógépes géptervezés 2
Termékadatbázis
Gyártásiadatbázis
Anyag-gazdálkodás Ellátás
Bevezetésés
elosztásGyártás, szerelés és ellenőrző műveletek
információmenedzsment
Gyártás Szállítási menedzsment
Vásárló
SzállítókFolyamat-tervezés
Semleges I/F
Adatátvitel
A szállítási lánc
Számítógépes géptervezés 3
Beszállítók VásárlókAdatátvitel
A virtuális vállalat
• A legtöbb termék nagy számú vállalat közötti összehangolt tevékenységet kíván meg a szállítói láncban
• A szállítási lánc úgy is felfogható mint egy• A szállítási lánc úgy is felfogható, mint egy„virtuális vállalkozás”
• A termék adatokat és más információkat meg kell osztani a résztvevő vállalatokkal
Számítógépes géptervezés 4Adatátvitel
Virtuális vállalat
Virtuális vállalat
Számítógépes géptervezés 5
Beszállítók
Vásárlók
Adatátvitel
Tipikus helyzet
A fő vállalat
A fő beszállítóI-DEAS-t használ
A partnerUnigraphics-ot
Számítógépes géptervezés 6
A fő vállalatCATIA-t használ
Kisebb beszállítóAutoCAD-et
Kisebb beszállítóSolid Edge-et
Adatátvitel
2
A probléma
• Mindegyik CAD rendszer a sajátadatformátumát használja
• A tervezési adatokat át kell konvertálni az egyik formátumból a másikbaegyik formátumból a másikba
Számítógépes géptervezés 7Adatátvitel
Közvetlen fordítás a CAD rendszerek között
• Minden CAD csomagnak tartalmaznia kell az összes másikhoz fordítót
4 CAD ál 6
I-DEAS Unigraphics
• 4 CAD csomagnál ez 6 fordítót jelent
• 6 CAD csomagnál a fordítók száma már 15!
Számítógépes géptervezés 8
Pro/EngineerCATIA
Adatátvitel
Adatátviteli szabványok
• A probléma megoldása érdekében a CAD adatok cseréjére több szabványt is kifejlesztettek
• A CAD rendszerek ezen szabványos• A CAD rendszerek ezen szabványos formátumok egy részét képesek beolvasni, ill. kiviteli formátumként használni
Számítógépes géptervezés 9Adatátvitel
Az adatszabványok fejlődési folyamata
Interfészek
CAD/CAD CAD/CAM
Szabványosítási szervezet
Nemzeti és európai Nemzetközi ISO
IGESPDES ANSI (USA) Termék adatszerkezet
Számítógépes géptervezés 10
PDDI
SET
VDA/FS
CAD*I
CIM-OSA
EDIF
PDES ANSI (USA)
AFNOR (France)
DIN (Germany)
ESPRIT (EEC)
ESPRIT (EEC)
Termék adatszerkezet
STEP
(Teljes adatmodell)
USA Electronics Industry ???
Adatátvitel
Adatszabványok
• IGES: Initial Graphics Exchange Specification– Napjaink gépészeti szabványa
• PDDI: Product Definition Data Interface– a US Air Force fejleszttette ki
• PDES: Product Data Exchange Specification
• SET: Standard d’Echange et de Transfer– francia fejlesztés a CAD/CAM adatátvitelre
• VDA/FS: Verband der Automobilindustrie– német autóipari szabvány, olyan 3D‐s görbékre és felületekre, amiket az IGES nem kezel
Számítógépes géptervezés 11Adatátvitel
Adatszabványok
• CAD*I: egy EEC kezdeményezés
• EDIF: Electronic Data Interface
– az USA elektronikai iparának CAD szabványa, amelyarra törekszik, hogy bekerüljön a PDES‐be
• STEP: Standard for Exchange of Product Definition Data
– nemzetközi szabvány, amelynek jó esélye van azáltalános elfogadottságra
Számítógépes géptervezés 12Adatátvitel
3
A jelenlegi helyzet
• Az IGES‐el történő fordítás megbízhatatlan– A geometria romolhat
– Sok utólagos módosítás, rendbetétel szükséges
• A STEP‐el való fordítás nem terjedt el széles kö bkörben– A STEP fordítók csak az utóbbi időben érhetők el
• A létező átviteli lehetőségek adatvesztéssel működnek a– Paramétereknél és kényszereknél
– Sajátosságoknál és a történet fánálSzámítógépes géptervezés 13Adatátvitel
Rövid távú megoldások
• A probléma megoldása érdekében több vállalat egyetlen CAD rendszert szabványosított
• Ford
– Minden beszállító az I‐DEAS‐t használjaj
• Chrysler
– Minden beszállító a CATIA ‐t használja
• General Motors
– Minden beszállító a Unigraphics ‐ot használja
Számítógépes géptervezés 14Adatátvitel
Új probléma a beszállítóknak
• Ha valaki mindhárom autógyártóval üzleti kapcsolatba akar kerülni használnia kell az I‐DEAS‐t, a Unigraphics‐ot és a CATIA‐t is!
• A kisebb vállalatok ezt nem engedhetik meg• A kisebb vállalatok ezt nem engedhetik meg maguknak
• Jobb megoldás megbízható adatátviteli szabványok kifejlesztése, semleges felülettel (neutral interface)
Számítógépes géptervezés 15Adatátvitel
Semleges felület
CAD 1 CAD 2 CAE 1 CAE 2
Számítógépes géptervezés 16
Semleges interfész
CAPP PP&C CAM CAQ
Adatátvitel
Követelmények az Interfész‐el szemben
• Legyen képes kezelni az összes gyártási adatot
• Ne legyen információvesztés(őrizze meg a jelentés‐tartalmat a konvertálás alatt)
• A rendszer hatékonyan legyen képes kezelni a gyártás követelményeit
• A rendszer legyen nyitott, tegye lehetővé a bővítést vagy szűkítést
Számítógépes géptervezés 17Adatátvitel
További követelmények
• A rendszer legyen illeszthető más szabványokhoz
• Legyen független a számítógép‐kiépítettségétől
• Tegye lehetővé hogy a szabványból alkalmazás‐orientált részleteket lehessen felhasználni, a költségek csökkentése érdekében
• Az interfész felfele és lefele is legyen kompatibilis
• Teszteléssel kell ellenőrizni a hatékonyságot
Számítógépes géptervezés 18Adatátvitel
4
IGES (Initial Graphics Exchange Specification)
• ASCII fájl formátumú
• Sok 2D‐s és 3D‐s CAD entitást tartalmaz
• 1980 óta számos változat jelent meg
• Széles körben elterjedt
Számítógépes géptervezés 19Adatátvitel
Problémák az IGES‐el
• Sok kompatibilitási hiányosság
• Megbízhatatlan fordítás, főleg bonyolultabb geometria esetén
• Nincs egyértelmű információ a modellezési alapokról
• Hiányos támogatás a hasonlóság ellenőrzésben
Számítógépes géptervezés 20Adatátvitel
STEP(Standard for Exchange of Product Definition Data)
• Egy szabályos modellt használ az adatátvitelre
• Az információ átadására az EXPRESS nyelvet használja
• Az EXPRESS a Pascal, a C, és más nyelvek elemeiből áll
A d ttí k é t ktú ák d fi iálá á• Az adattípusok és struktúrák definiálására szerkesztéseket tartalmaz, az adat feldolgozásra viszont nem
• Az EXPRESS egyértelmű módon írja le a geometriát és egyéb információkat egy szabványban
Számítógépes géptervezés 21Adatátvitel
A STEP felépítése
2. réteg: Erőforrás információs modellek
3. réteg: Alkalmazási protokoll
sági
tesz
tek
enőr
zése
kSzámítógépes géptervezés 22
1. réteg: Megvalósítási módszerek(EXPRESS)
Fizikai fájlok
Has
onló
sés
elle
Adatátvitel
A STEP felépítése
• Bevezetés
• Leírás módszerek
• Megvalósítási módszerek
• Hasonlóság tesztelési módszertan és szerkezet• Hasonlóság tesztelési módszertan és szerkezet
• Integrált erőforrások
• Alkalmazási protokollok
• Tartalmi teszt sorozat
• Alkalmazásra értelmezett szerkesztések
Számítógépes géptervezés 23Adatátvitel
A STEP helyzete
• A STEP‐et több évig fejlesztették és ez továbbra is folytatódik
• Több mint egy tucat STEP részletet nemzetközi szabványokként hagytak jóvánemzetközi szabványokként hagytak jóvá
• Továbbiak állnak fejlesztés alatt
Számítógépes géptervezés 24Adatátvitel
5
Egyéb szabványok
• Szabványok műszaki dokumentációkhoz
• Szabványok képekhez
• Internet és Web szabványok
Számítógépes géptervezés 25Adatátvitel
CALS (Continuous Acquisition and Life‐cycle Support)
• Jelentése: Folyamatos beszerzés és életciklus támogatás
• Az USA Nemzetvédelmi Minisztériuma megbízásából fejlesztették kimegbízásából fejlesztették ki
• Formátumokat ír elő műszaki adatok tárolására és cseréjére
• Középpontban a műszaki publikációk állnak
Számítógépes géptervezés 26Adatátvitel
Fontos CALS szabványok
• SGML (Standard Generalized Markup Language)– Dokumentum leíró nyelv
– Elkülöníti a tartalmat a szerkesztéstől (formázás)
– Címkéket használ a címek, a bekezdések, a fejezetek, stb. külö bö t té émegkülönböztetésére
– A HTML is az SGML‐en alapul
• CGM (Computer Graphics Metafile)– Rajzok és illusztrációk vektoros fájl formátuma
• IGES– Ugyancsak a szemléltetés eszköze
Számítógépes géptervezés 27Adatátvitel
Bitképek általános formátumai
• Szabvány
– Joint Photographic Expert Group (JPEG)
• Védjegyek
G hi I t h F t (GIF)– Graphics Interchange Format (GIF)
– Windows bitmap format (BMP)
– Zsoft file format (PCX)
– Tagged Image File Format (TIFF/TIF)
– Targa file format (TGA)
Számítógépes géptervezés 28Adatátvitel
Web és Internet szabványok
• HTML (Hypertext Markup Language)
– Web oldalak készítésére használják
– Az SGML‐re épül
• VRML (Virtual Reality Modelling Language)
– 3D‐s interaktív környezetek leírására alkalmas szabvány
– Web böngészővel lehet letölteni és megjeleníteni
– Alkalmas a CAD adatok közzétételére
Számítógépes géptervezés 29Adatátvitel
Más CAD fájl formátumok
• DXF
– Az AutoDesk (AutoCAD) által kialakított szabvány
• STL
– A sztereolitográfiában használt 3D‐s bemeneti fájl formátum
• SAT
– Az ACIS‐alapú CAD rendszerek térfogati modellezésre használt fájl formátuma
Számítógépes géptervezés 30Adatátvitel