2 (Osnovne Faze CAD Modeliranja)

7/31/2019 2 (Osnovne Faze CAD Modeliranja)

1/11

Osnovne faze CAD modeliranja _________________________________________________________________________________________________________

1-2Poglavlje 2

Poglavlje 22

OSNOVNE FAZE CADMODELIRANJA


2/11

Kompjutersko crtanje i konstruisanje _________________________________________________________________________________________________________2-2

u Faze CAD modeliranja

odeliranje u projektovanju putem ra~unara je sloèn proces koji se sastoji odvi{e me|usobno povezanih faza. Ne moè se smatrati da je to samo procespra}enja instrukcija ra~unaru, jer je neophodno da tom procesu prethodi

nekoliko veoma bitnih faza.CAD modeliranje proizvoda predstavlja skup aktivnosti kojese sagledavaju kroz faze definisanja osnovnih stilskih re{enja, prora~una, konstruisanja isimulacije pona{anja, izrade probne serije i ispitivanja. Ima za cilj da tehni~ki defini{uproizvod, koji zadovoljava funkcionalne, estetske i standardne bezbednosne norme[71] . Uosnovne faze projektovanja spadaju:

Postavka zadatka na osnovu definisanog problema

Prva faza modeliranja predstavlja formulisanje projektnog zadatka na osnovu definisanogproblema. Treba je naro~ito ozbiljno i detaljno prou~iti, jer gre{ke nastale u ovoj faziuslovljavaju uzaludno utro{en rad u ostalim fazama izrade projekta. Pravilnimpostavljanjem zadatka precizno se utvr|uju odnosi izme|u u~esnika u izradi projekta.Postavkom zadataka treba obuhvatiti specifikaciju modela, tj. precizni opis parametara,ograni~enja, uslova i pretpostavki, ciljeva i zahteva koje projekat treba da ostvari naoblikovanju geometrijskog modela. Neophodno je zatim definisati ulazne veli~ine,odnosno ustanoviti najmanji broj ulaznih parametara koje su dovoljne za re{avanjeproblema. Pored toga, potrebno je definisati izlazne veli~ine preko opisa o~ekivanihrezultata.

u Koncepcija rada i metodologija grafi~kog projektovanja objekata

Projektant, u svakom trenutku mora imati jasnu viziju niza zahvata koji ga na {to brì iracionalniji na~in dovode do èljenog modela, odnosno standardne tehni~kedokumentacije. Trodimenzionalni objekti u inènjerstvu se obi~no kreiraju pomo}u skica.Proces modeliranja po~inje od koncepcije (ideje), opisivanjem objekta pomo}u2D crteài njegovom specifikacijom. Sve do skora ovaj2D posao je ra|en ru~no, opisivanjem3D modela [51] . Projektanti su koristili olovku i papir za kreiranje crteà modela. Ovi crteìsu bili dati putem ortogonalnih ili kosih projekcija. Danas je mogu}e ra~unarski (uzavisnosti od softvera), sa ili bez skica, direktno kreirati3D model da bi se na osnovunjega, izvukli podskupovi, tj.2D projekcije. Za to je potrebna rutina, a ona se sti~eiskustvom. Pored pove}anja kvaliteta i brzine neposrednog konstruisanja modela, {to jesamo jedan deo procesa projektovanja, kori{}enje ra~unara za projektovanje nudi ~itavniz drugih pogodnosti za organizaciju konstrukcione i izradu prate}e, tehnolo{kedokumentacije. Prva prepreka, odnosno mesto gde se putevi mnogih razilaze, je odabirsoftvera. Preovladava prete`no softver za2D crtanje druge generacije sa3D dodacima, sasoftverom tre}e generacije koji u startu polaze od3D modela objekta, {to je po mi{ljenjumnogih projektanata jedino adekvatno re{enje. Ako je jasno {ta je cilj, a uz to jeprisutno saznanje koje performanse potencijalni softver poseduje, naro~ito grafi~ke, naprojektantu je da na|e pravi na~in da realizuje postavljen zadatak. Zadatak softvera zagrafiku koji podràva radCAD sistema je da [1] :

M


3/11


3-2Poglavlje 2

p kreira nove i poziva postoje}e crteè i prikazuje ih na interfejsu,p kreira model predmeta na osnovu postoje}ih crteà (skica) predmeta ip omogu}i snimanje crteà (modela) u sopstvenu ili spoljnu memoriju ra~unara.

Ovaj softver se naziva interaktivna ra~unarska grafika ICG . U njemu, centralno mestozauzima aplikacioni program. Ovo je korisni~ki program koji uzima u obzir modelefizi~kih objekata, i preko osnovnog softvera za grafiku prikazuje ih na periferijskimure|ajima: monitoru, printeru, projektoru itd. Posebno je stvoren za svaku oblastinènjerstva, iako postoje i univerzalni aplikacioni programi, koji pokrivaju {iru klasuinènjerskih zadataka. Primeri aplikacionih programa odnose se na: ra~unarsku grafiku uprojektovanju (vektorsku ili rastersku), simulatore kretanja (leta), grafi~ko prikazivanjepodataka, matemati~ke analize, itd.

u Re{avanje problema

Re{avanje problema moè se definisati kao proces dobijanja izlaznih veli~ina-rezultata naosnovu zadatih ulaznih vrednosti. U ovoj fazi problem se re{ava sa ~isto stru~ne stranegledi{ta. Va`no je ista}i da u ovoj fazi problem mora biti jasno predo~en u svimnjegovim detaljima. On se lak{e re{ava i u vremenskom i u resursnom domenu, ako seuzima u obzir celokupni problem, prvenstveno vode}i ra~una o njegovim ~iniocima. Radse olak{ava ako se problem re{ava modularno, po zasebnim delovima koji su me|u-sobom relativno zavisni i koji se mogu re{avati redno i/ili paralelno. Ovakvim pristupomproblemi se mogu re{iti sa velikom izvesno{}u, ako je uklju~en i koordiniran timski rad.Modularnost obezbe|uje da se istestiran modul prilago|ava i re{ava u vi{e varijanata.Kod ove faze CAD projektovanja modela rad se svodi naj~e{}e na3D grafi~komodeliranje.

u Verifikacija re{enja

Nakon sagledavanja jedne, ili nekoliko projektnih varijanata, vr{i se njihovo vrednovanje(evaluacija). Kriterijum za vrednovanje moè biti vrednost objekta u realizaciji (vrednostmaterijala uve}ana za predvi|ene tro{kove izrade), gabariti, servisibilnost, mogu}nostnabavke materijala itd. Kada se izabere najbolje (optimalno) konstrukciono re{enjeproizvoda, pristupa se daljim inènjerskim analizama. Vrednovanje se svodi navrednovanje dobijenog re{enja modela. Analiza metodom kona~nih elemenata (FEA ) [50] ,ili metodom grani~nih elemenata, omogu}uje sagledavanje rasporeda optere}enja namodelu, toplotnih, elektromagnetskih ili drugih polja dejstva, karakteristika stabilnostisistema, nivoa vibracija i buke itd. Odgovaraju}i softver tipaCAE uzima u obzirgeometriju, po~etne i grani~ne uslove optere}enja. Na izlazu, omogu}uje projektantu dasagleda pona{anje modela u simuliranim uslovima optere}enja. Metoda kona~nihelemenata postala je dominantan koncept u numeri~koj analizi konstrukcije[79] zbogrelativne jednostavnosti, jasnog fizi~kog zna~enja i matemati~ke zasnovanosti. Inènjerska

analiza u principu obuhvata:


4/11


5/11


6/11


Zna~aj te primene je kako u znatnom skra}enju vremena geometrijskog predstavljanjaobjekata, tako i zbog mnogo ve}ih mogu}nosti realnog sagledavanja delova u prostoru.Ovo je veoma bitno pri definisanju spolja{njih povr{ina objekta, gde se sagledavanjem

prikaza3D objekata na ra~unaru mogu uo~iti nedostaci ili potencijalne gre{ke, pristupiti injegovoj korekciji bez prethodne prototipske realizacije. Kod ra~unarskog projektovanjarad unutar 3D grafike se svodi na rad unutar prostornih konvencija. Npr. program zaprojektovanje tipa AutoCAD je uskla|en za rad sa 3D geometrijom preko odgovaraju}egkoordinatnog sistema i konstrukcione ravni. Tu je i kreiranje, primena i manipulacija3D primitivima koji sluè za formiranje: ì~anih, povr{inskih ili solid modela.3D konceptise koriste u svakom aspektu rada saCAD sistemima, kod ma{inskih i drugih tehnologija.Uz njihovu pomo} se kreira osnova za inènjerske crteè sa vi{e pogleda; koriste se kaoalati preko kojih se opisuje deo, za kinematsko spajanje delova, za integraciju elemenatau 3D sklopove, i sl. Vaàn aspekt 3D modeliranje je fotorealizam objekata kojiomogu}ava da se prikaù realisti~ne slike proizvoda pre nego {to se on realizuje. Timoviljudi koji rade na geometrijskom modeliranju moraju da imaju visok nivo me|usobne 3D komunikacije , da bi povezali fazu 3D projektovanja sa analizom, proizvodnjom ifazom dokumentovanja proizvoda. Danas je mogu}e izvr{iti potpunu integraciju2D fazeprojektovanja i procesa3D modeliranja. Ovakav vid komunikacije pobolj{ava ìvotniciklus proizvoda, pro{iruje kvalitet proizvoda i obezbe|uje visok nivo integracije uprojektovanju proizvoda i procesa proizvodnje.

u Tipovi grafi~kog CAD modeliranja

U ra~unarskoj grafici postoje osnovni grafi~ki entiteti za geometrijsko modeliranje. Triosnovna tipa geometrijskih modela koja se koriste u projektovanju su:

p ì~ani (skeletni),p povr{inski ip solid modeli (puna tela).

Savremeni3D CAD sistemi za modeliranje omogu}uju da se2D geometrijske projekcijekreiraju automatski, nasuprot ranijimCAD sistemima, koji su po~injali sa2D ì~animmodelima i kreirali svaki pogled kao posebnu sliku u ravni. Da bi opisao geometriju

predmeta, konstruktor koristi naredbe za pozivanje osnovnih geometrijskih elemenata(ta~ka, prava, ravan itd.). Skup ovih entiteta, zajedno sa alfanumeri~kim karakterima ispecijalnim simbolima, ~ine aplikacioni model. Pored osnovnih entiteta, mogu se koristitii tzv. primitivi , tj. tipizirani elementi geometrije, npr. cilindar, kupa, lopta,paralelopiped i sl. Projektant, koriste}i mogu}nosti generisanja povr{inskih i/ili solidgrafi~kih elemenata, defini{e model predmeta, posredstvom aplikacionog programa.Transformacije omogu}uju da se menja izgled predmeta na radnoj povr{ini i u bazipodataka, da bi se brè do{lo do kona~nog modela. Osnovne geometrijske transformacijesu:

p kopiranje, rotacija, translacija, skaliranje itd.


7/11


7-2Poglavlje 2

Pored toga, projektantu se omogu}uje da po izboru izvr{i operacije modifikovanja usmislu:

p

zamene,p brisanja ilip drugog sloènijeg na~ina modifikacije dela ili celog2D odnosno3D modela.

Ulazne funkcije i komande programskogCAD paketa su vrlo va`ne grupe metoda ipostupaka geometrijskog modeliranja, jer omogu}uju projektantu efikasno uno{enjenaredbi i podataka uCAD sistem.

u Konturno predstavljanje objekata putem ì~anih modela

Sedamdesetih godina 20-tog veka javljaju se3D ì~ani i povr{inski modeli koji donosenapredak u odnosu na 2D geometriju. Najjednostavniji na~in predstavljanja2D i 3D objekata u virtuelnom prostoru je pomo}u jednostavnih2D entiteta logi~ki pore|anih uravni ili 3D oblasti. @i~ani objekti su jednostavni skeletni modeli bez povr{ine izapremine, sa vrlo jasnom konturnom strukturom ivica i temena. Primena im je danasograni~ena (ali zna~ajno prisutna) i odnosi se, uglavnom, na mogu}nost lakogpovr{inskog modeliranja za ve} formiran ì~ani model. Sa druge strane ovi modelizahtevaju manje memorije nego sli~ni modeli oblikovani na osnovu solid modeliranja.

Sl. 2.3 Matemati~ko predstavljanje linearnog i nelinearnog 2D entiteta kao geometrijsko

mesto ta~aka u ravni


8/11


u Povr{insko modeliranje objekata

@i~ani model je komponovan od linija i krivih koje predstavljaju ivice (sl. 2.3 ).

Poligonalna {ema povr{inskog modela bazira na topolo{koj strukturi podataka. Ovakvastruktura je u osnovi razvijena da bi se, kreirala i osen~ena ili render slika objekta,izvr{ila animacija i ispitivala vidljivost objekata na/ili u modelu. RezultatPierr Bezier -ovog (Bejsie) rada je matemati~ki oblik2D i 3D funkcija [32] , koji autoindustrijaRenault upotrebljava od 1972. za konstrukciju skulptorne povr{ine karoserija automobila (oovim povr{inama videti u referenci[32] . Od tog perioda, programeri u ra~unarskojgrafici i ostalim oblastimaCAD a, po~inju rad na dva polja grafi~kog modeliranja koji seodnose na ì~ane modele i poligonalne mreè[10] . Modeliranje tog doba po~ivalo je nauspe{nom geometrijskom modeliranju, sa primetnom ekspanzijom u oblasti unutra{njeg projektovanja metodom kona~nih elemenata. Sa druge strane, proizvodnja je po~ela

pojavom ma{ina sa numeri~kim upravljanjemCNC . To je zahtevalo nov na~in shvatanjainformacije konture dela, koja je morala da bude definisana iz inènjerske grafikematemati~kim putem. Ovaj posao nije bio mogu} dok nije bio definisan specijalni jezik,koji je razvijen da procesira informacije o konturi iz crteà u formatu koji jekompatibilan ra~unarima. Sredinom 60-ih (1967.)D.T.Ross (Ros) sa MIT-a je razvionapredni kompajler za grafi~ko programiranje.Steven A. Coons (Kuns, 1963-65.) tako|esa MIT-a i James C. Ferguson (Ferguson, 1964.) za kompanijuBoeing rade na va`nomprojektu skulptornih analiza povr{ina. Rezultat je veoma vaàn za modeliranje objekata ipredstavljen je tzv. ivi~nim modelima povr{i. Razvoj po~inje i uGeneral Motors -u,Douaglas -u, Lockheed -u, McDonnell -u. Implemantacija C tehnologije je intenzivnonastavljena pojavom numeri~ki kontrolisaneNC-tehnologije u industriji. Pressman (Presmen) i Williams (Vilijams, 1977.) i Niels Olesten (Olisten, 1970.) prezentujuNC tehnologiju posredstvomCAD/CAM projektovanja. Novo polje istraìvanja povr{inskihmodela 60-ih godina, obuhvata parametarsku geometriju koja uklju~uje tzv. Kunsovebikubne poligonalne plo~ice ( zakrpe ) i Bejzieove specijalne povr{ine. Najpoznatije zakrpe , pored pomenutih su: Fergusonov iB-splajn, itd [31], [32] . Parametarske povr{isu se razvile da bi zamenile klasi~neloft-ing tehnike u brodogradnji, automobilskojindustriji i avioindustriji. Teorijski rezultati ovih istraìvanja doneli su zna~ajneaplikacije, koje se i danas koriste za grafi~ko modeliranje veoma sloène geometrijeproizvoda. Za razliku od naprednijih solid modela, povr{inski modeli su kreirani kaoure|en skup poligonalnih povr{ina. AutoCAD, kao referentni program, dozvoljava malekonverzije izme|u razli~itih tipova modela, kao {to je slu~aj sa solid i povr{inskim ikonturnim modelima. Ovim programom se ne moè izvr{iti konverzija konturnih modelau povr{inski i povr{inskih u solid, ali se moè razloìti sloèniji povr{inski model na3D povr{inske primitive. Isto tako i solid primitiv na regione (povr{ine), a ako se daljerazlaè region, dobijaju se krive u3D oblasti. U slu~aju da je projektantu dovoljna samo3D kontura, ona se moè uvek dobiti i preko ì~anog i preko povr{inskog, odnosno solidmodela. Povr{inski modeler u AutoCAD -u je razli~it od solid modelera, s obzirom da

AutoCAD koristi hibridnu bazu podataka[51]. Kod ve}ine hibridnih modelera strategija jeda se podrì vi{i nivo tzv. konstruktivne solid geometrije (CSG ) hijerarhije stabla (zasolid modele), koji onda mogu biti preba~eni u niì nivo, u tzv.NURBS- povr{ine

(neuniformni racionalniB-splajnovi).


9/11


9-2Poglavlje 2

Sl. 2.4 Diskontinualna kriva interpolirana metodom 2D kubne interpolacije

Za povr{insko modeliranje koristi se jedan skup primitiva, a za solid modeliranje drugiskup. Svaki ima razli~ite funkcije i koristi razli~ite algoritme za modeliranje, odnosnogenerisanja primitiva.

Sl. 2.5 Povr{inski 3D grafik lopte kreiran na osnovu parametarskih jedna~ina Mathcad -a

Modeliranje punih tela

Pravi solid modeler je relativno nov. Cilj ovog modelera je da generi{e jasnu ikompletnu geometrijsku predstavu ~vrstog 3D objekta ili punog tela. Solid model,pored toga {to sadr`i opis izgleda objekta sa bilo koje ta~ke u prostoru, sadr`i i opis


10/11


objekta i dodatne informacije o njegovom obliku, gabaritu i, eventualno, o svojstvimamaterijala od kojeg je sastavljen (simuliran). Ovi puni modeli sadrè detalje o masiobjekta, momentu inercije, zapremini ili teì{ta tela. Pored toga, podaci o3D modelu

mogu da se procesiraju do numeri~kih ma{ina ili do softvera za analizu, metodomkona~nih elemenata, ~ime se pro{iruje upotreba3D modela. Potpuni3D model pruà jedinstvenu prednost: preko rada i studiranja geometrije od koje se sastoji model, moguse eliminisati gre{ka i dvosmislenost koje se obi~no javljaju kod2D predstavatrodimenzionalnih delova, ili kod3D povr{inskih modela. Za modeliranje putem solida,kod AutoCAD -a se koristi tehnologija kao {to je ACIS , koja sadrì skup primitiva naosnovu kojih se komponuje sloèniji model. Kod modeliranja postoje nekoliko {ema zapredstavu: grani~na reprezentacija (B-rep ), konstruktivna geometrija punog tela (CSG ),hibridni modeli i sl.

Sl. 2.6 Matemati~kidefinisan osen~eni 3D model ba~vastog prstena,

Potpuni solid model obezbe|uje vi{e informacija nego povr{inski model. Ove informacijemogu se dalje koristiti za simulaciju napona, ili za termi~ku analizu i testiranje, ili, kao{to je re~eno, kao izlaz za kreiranje koda za numeri~ke ma{ine na kojima }e se deoizraditi. Ovakvi modeli, dakle, predstavljaju podlogu za potpuniju inènjersku analizu iverifikacijuCAD modela putem odgovaraju}eCAE tehnologije.

u Referentni pojmovnik: Osnovne faze CAD modeliranja

Drawing Crtanje objekata u ravni.Podrazumeva, pre svega, dvodimenzionalno(2D) tehni~ko crtanje, na pripremljenojradnoj povr{ini. Object Objekat. U ra~unarskojCAD terminologiji re~ objekat podrazumeva

jedan ili ure|en skup entiteta ili sloènijih

delova koji formiraju logi~nudvodimenzionalnu (2D) ilitrodimenzionalnu (3D) formu u virtualnom

prostoru. Tako npr. objekti mogu bitilinije, poligoni, sferni oblici, sloèni solidi,povr{inski modeli, tekstovi i sl. Utradicionalnoj terminologiji smisao objekta

je druga~iji. Naime, on predstavlja pojavukoja ima zapreminu, masu i nalazi se urealnom prostoru. Tako susre}emo objekte

kao {to su zup~anici, zgrade, drve}a,kamenje, mostovi, vratila, elektronska kola,i sli~no.


11/11


11-2Poglavlje 2

Prototip File Predstavlja osnovni fajl(polazni, pripremni) od koga se startuje uradnoj sesiji2D ili 3D konstruisanja; moè

sadràti ve} definisane parametre naelementarnom nivou, kao {to su: pode{enaradna povr{ina i lejeri, pa sve do skupainformacija koji uklju~uju i nezavr{eneobjekte na kojima se kasnije vr{i primenaneophodnih komandi za finalizacijuobjekata. U daljem radu ovi fajlovi suformata*.dwg . Pointer Obi~no se odnosi na strelicu,kon~anicu ili drugi simbol na interfejsu.Pointer ili grafi~ki kursor sluì za lociranjeta~aka, crtanje ili selekciju objekata.Kretanje mu se naj~e{}e kontroli{e pomo}umi{a ili preko tastature.Mouse-digitazer Digitajzer-mi{ sa dvatastera i to~ki}em ili sa tri tastera. Levitaster se koristi za izbor komandi ili drugihopcija. Pritiskivanje desnog tastera mi{azamenjuje pritisak na tipku sa tastatureEnter (u daljem tekstu enter) ili otvarapomo}ni (iska~u}i) meni ili tzv.pop-up meni.Shortcut Pre~ica. Programska ikona(ikonica) naWindows -ovoj radnoj povr{ini.Program se, zavisno od pode{avanja,pokre}e dvoklikom na ovaj simbol.Startup Dijalog boks za startovanjeprograma. Odre|uje da li se otvarapostoje}i crte` ili po~inje rad na izradinovog crteà (modela) kori{}enjem jedneod ponu|enih opcija. Template File

Uzorni fajl koji sadrìodre|ene informacija u vidu pode{enihparametara fajla (objekta). Formata je*.dwt . JUS Nacionalni standard za propisivanjetehni~kih i drugih normi.ISO (International Standard Organization) Internacionalna organizacija zastandardizaciju.Drawing window Prostor za crtanje, tj.

ravan na kojoj se edituje crte`.

Menu bar Linija menija. Sadrìstandardne AutoCAD -ove menije.

Standard toolbar Paleta standardnihalata. Obezbe|uje pristup naj~e{}ekori{}enim komandama programa. Mnogi

od tih alata se susre}u i u drugimWindows aplikacijama.Object Properties toolbar Paleta zaosobine objekata. Obezbe|uje pristuppaletama alata za analizu i izmenu osobinaobjekata.Command line area Komandna linija zaunos komandi i sistemskih promenljivih.Dialog box Kontrolni prozor, dijalogboks ili dijalog. Prikazuje zahteve za unos(odzivnike), kontrolu i poruke (tool tips ) uvezi komandi i sistemskih promenljivih.Pop-up menu - Pomo}ni ( iska~u}i ) meni.Meni ~iji sadràj zavisi od izabranogobjekta, a prikazuje se pritiskom na desnitaster mi{a.Minimize/Maximize button Tasteri zaminimizaciju (na nivou ikone) imaksimizaciju interfejsa AutoCAD -a. Porednjih je i ikonica za regularan izlazakprograma iz operativne memorije (Close ).Scroll bars Horizontalna i vertikalnalinije za pomeranje (skrolovanje) radnepovr{ine.Scroll box Kliza~ du` linije zapomeranje radne povr{ine.Status bar Statusna linija. Sadrìkontrolne opcije za razne reìmeeditovanja, prilikom crtanja i modeliranja(SNAP, GRID, ORTHO, POLAR, OTRACK,LWT, MODEL/PAPER ).Coordinate display

Prikazuje koordintnevrednosti unete ta~ke (vektor).UCS icon Ikona korisni~kogkoordinatnog sistema.Command area size bar Pove}anje/smanjenje povr{ine komandnelinije, putem pointera, u horizontalnompravcu.Command area scroll bar Tasteri sastrelicama za horizontalno pomeranje

povr{ine komandne linije.

Documents

2 (Osnovne Faze CAD Modeliranja)