Modelarea geometrica

mai multe modele formale au fost realizate pentru descrierea procesului de proiectare. Avand in vedere gama larga a situatiilor de proiectare, aceste modele descriptionale prezinta variatii mai mici sau mai mari, dar toate modelele sunt de acord ca procesul de proiectare este un proces care se desfasoara pas cu pas.

Unul din cele mai simple modele ale procesului de proiectare este cel prezentat de Shigley

Modelarea geometrica

modelarea geometrica este procesul de descriere matematica a geometriei unui obiect. Descrierea matematica asigura vizualizarea si manipularea acelui obiect pe un terminal grafic prin semnale si comenzi dintre UCP a sistemului CAD

proiectantul trebuie sa construiasca imaginea grafica a obiectului pe ecranul sistemului ICG prin introducerea a trei tipuri de comenzi de intrare si anume:

- comenzi de baza, care genereaza elemente geometrice simple ca puncte, linii, cercuri etc.;

- comenzi pentru scalare, rotire sau alte transformari geometrice ale elementelor geometrice simple;

- comenzi pentru alipirea acestor elemente geometrice, in scopul generarii formei dorite pentru obiectul de proiectat

Analiza inginereasca

In formularea fiecarui tip de proiect din inginerie este necesara o foarte complexa analiza. Analiza poate presupune analiza proprietatilor materialelor, calculele pentru transfer de caldura, sau folosirea ecuatiilor diferentiale, pentru a exprima comportamentul dinamic al sistemului sau al obiectului de proiectat. Calculatorul poate ajuta in aceasta munca de analiza. Adeseori, programe specifice de calculator sunt dezvoltate chiar de grupul de analiza pentru a rezolva anumite probleme de proiectare. In alte situatii, sisteme comerciale pot fi folosite in acelasi scop. De exemplu, analiza de masa a unui obiect presupune, in cadrul unui sistem CAD, specificarea proprietatilor unui obiect solid, ca de exemplu, suprafata, greutatea, volumul, centrul de greutate si momentul de inertie. Pentru o suprafata plana, calculele corespunzatoare includ perimetrul, aria si proprietatile inertiale.

Aceasta analiza se poate face folosind modelarea in element-finit. Aceasta reprezinta poate cea mai puternica si importanta proprietate a unui sistem CAD. Majoritatea problemelor in inginerie sunt nedeterminate din punct de vedere static, adica analiza statica a acestora nu permite colectarea de suficiente informatii pentru comportamentul acestora. In metoda elementului finit, obiectul de analizat este impartit intr-un numar mare de elemente finite care formeaza o retea de noduri interconectate unele cu celelalte. Folosind un calculator, intregul obiect poate fi analizat starea de tensiuni, transferul de caldura, vibratiile sau alte caracteristici prin observarea comportamentului fiecarui nod din retea. Prin determinarea relatiilor de comportament in diferitele noduri, se poate ajunge la comportamentul intregului obiect. Suficiente informatii pot fi obtinute prin combinarea urmatoarelor:

- echlilibrul static pentru fiecare nod;

- miscarea geometrica a fiecarui nod;

- analiza specifica a fiecarui nod;

Relatia intre baza de date si CAD/CAM.

Evaluarea si modificarea proiectului

Verificarea acuratetii unui proiect sau schite se poate face in mod simplu pe un terminal grafic. Rutinele de autodimensionare si tolerante care atribuie dimensiuni suprafetelor sau muchiilor de prelucrat indicate de operator ajuta la minimizarea erorilor. Sistemele CAD permit chiar marirea unor zone partiale ale desenului (zoomare) pentru o observare mai atenta a detaliilor si pentru o eventuala corectare a greselilor. O alta tehnica importanta introdusa de sistemele CAD este stratificarea (layering). Aceasta inseamna, de exemplu, suprapunerea schitei geometrice a unei piese finite cu forma semifabricatului turnat, in acest fel putandu-se observa daca adaosurile de prelucrare sunt suficiente pentru a acoperi dimensiunile piesei finite care sa indeplineasca toate conditiile tehnice cerute. Pentru verificarea interferentei unor componente in comportarea globala a unui obiect se foloseste tehnica analizei dinamice. Sistemele CAD permit simularea miscarii unor mecanisme simple, ca de exemplu mecanisme de tip biela-manivela, scripeti, lagare, rulmenti sau simplele gaturi intre componente, si ajuta la verificarea interferentei dintre acestea.

Avantaje ale folosirii CAD/CAM

Exista foarte multe avantaje ale folosirii CAD/CAM, dintre care doar cateva pot fi masurate cu usurinta. Unele avantaje sunt indirect masurabile, ele reflectandu-se doar in imbunatatirea muncii, altele sunt direct masurabile, ca de exemplu, cresterea productivitatii muncii de un factor K, scaderea costurilor de proiectare cu o anumita suma etc. Cateva dintre avantaje sunt prezentate in continuare:

- imbunatatirea productivitatii;

- scurtarea timpilor de productie si de proiectare;

- reducerea personalului uman;

- modificarile specifice pentru diversi clienti sunt usor de facut;

- cotarea si dimensionarea automata a produsului;

- acuratetea imbunatatita a desenelor;

- ajutorul important in realizarea documentatiilor;

- standardizarea schitelor;

- proiectarea mai buna;

- estimarea costurilor mai rapida si mai precisa;

- timpul mai redus pentru simulari;

- o mai buna comunicare intre ingineri, proiectanti, manageri si alti membri ai echipelor de productie;

- mai putine erori de proiectare;

o mai mare acuratete in realizarea calculelor de proiectare.

Referat: Fisa de lucru desen tehnice - comenzi de modificare (editare) Lucrare: Fisa de lucru desen tehnic - racordari

Echipamente fizice in sistemele CAD

Echipamentele fizice ale unui sistem CAD (hardware-ul) sunt disponibile intr-o gama foarte larga de tipuri, marimi, configuratii si capabilitati. De aceea este posibila alegerea exacta a echipamentului de care are nevoie o anumita companie. De exemplu, firmele de inginerie care nu se implica in productie, se pot axa doar pe un sistem de proiectare, desenare sau schitare. Firmele de productie pot alege sisteme CAD/CAM complete, atat pentru schitare/desenare, cat si pentru planificarea productiei, a termenelor de livrare, a controlului calitatii etc.

Asa cum s-a mai mentionat anterior, resursele hardware de care dispune un sistem CAD sunt una sau mai multe statii de proiectare CAD. La randul ei, o statie de proiectare CAD contine terminale grafice, dispozitive de intrare, plottere sau alte dispozitive de iesire si unitatea centrala de prelucrare (UCP).

Configuratia tipica a unui sistem CAD.

Newman si Sproull au definit sase reguli de baza care trebuie sa fie luate in considerare la proiectarea unui software de grafica si anume:

- simplu– software-ul trebuie sa fie simplu de folosit;

- consistent – software-ul trebuie sa poata fi folosit intr-o maniera consistenta si predictibila pentru operatorul uman;

- complet – software-ul trebuie sa nu prezinte omisiuni in ceea ce priveste functiile grafice pe care le poseda;

- robust – sistemul grafic trebuie sa fie tolerant la erori mici;

- performant – sistemele grafice trebuie sa lucreze rapid si la un nivel calitativ inalt;

- economic – programele de grafica nu trebuie sa fie de marime mare sau sa aibe cost ridicat;

In timpul operarii unui sistem grafic, un operator uman efectueaza o varietate de operatii ce pot fi clasificate in trei categorii:

- interactiuni cu terminalul grafic cu scopul de a crea si modifica imagini pe ecran;

- construirea pe ecran al unui model pentru obiectul fizic considerat;

- stocarea acestui model in memoria calculatorului.

Structura generala a unui software de grafica.

Functiile unui pachet de grafica. Un pachet de grafica, pentru a-si indeplini rolul intr-un sistem grafic, trebuie sa realizeze o varietate de functii diferite. Aceste functii pot fi grupate in mai multe seturi si fiecare set trebuie sa indeplineasca un anumit tip de interactie intre operatorul uman si sistem. Cele mai comune seturi de functii sunt:

- generarea de elemente grafice un element grafic este o entitate de baza a unei imagini (de exemplu punctul, segmentul de dreapta, cercul, etc. sau in cazul graficii tridimensionale sfera, cubul sau cilindrul). Acestea se mai numesc si primitive grafice.

- transformari transformarile sunt folosite pentru a schimba imaginea pe ecranul terminalului grafic. Acestea sunt aplicate primitivelor grafice pentru a asista si ajuta operatorul uman in construirea modelului grafic. Se poate mentiona schimbarea dimensiunilor unei primitive (scalare), translatia , rotirea imaginilor etc.

- functii de segmentare acestea permit operatorului uman sa selecteze anumite parti de imagine si sa aplice transformari numai asupra acestora.

- functii de control al vizualizarii imaginii acestea permit operatorului sa vizualizeze imaginea din unghiul si la scara dorita.

- functii de intrare acestea permit operatorului sa introduca comenzi si date catre sistem. Aceste functii sunt in directa legatura cu dispozitivele de intrare existente in sistem si trebuie sa fie scrise in asa fel incat sa faciliteze folosirea acestora de catre operator.

Productia asistata de calculator - CAM

Controlul Numeric (CN) - inceputurile CAM

Multe din realizarile CAD/CAM-ului isi au originea in controlul numeric (CN).

Acesta poate fi definit ca o forma de automatizare programabila in care un anumit proces este controlat de numere, litere si simboluri. In CN numerele formeaza un program de instructiuni realizat pentru un anumit proces. Cand procesul se schimba, programul se schimba la randul sau. Acesta este marele avantaj al controlului numeric – flexibilitatea. Este mult mai usor sa schimbi niste numere si simboluri intr-un program, decat sa schimbi echipamentul si linia de productie. Controlul numeric a fost folosit cu succes intr-o gama larga de aplicatii, incepand cu desenul tehnic, asamblarea, inspectie, si pana la sudarea in puncte. Insa, majoritatea aplicatiilor controlului numeric sunt in domeniul prelucrarii materialelor.

a) Structura generala a unui sistem de CN. Un sistem de control numeric este format din urmatoarele trei parti principale componente:

- programul de instructiuni;

- unitatea de control masina (UCM);

- masina-unealta sau alt proces de control.

Structura generala a unui system de control numeric.

Unitatea de control masina (UCM). Aceasta este formata dintr-o serie de circuite electronice si este capabila de a citi, interpreta si converti instructiunile program in actiuni mecanice ale masinii-unelte. In general, structura unei UCM arata ca in figura

Principalele functii ale unui sistem CNC sunt: - controlul masinii unelte, care este principala functie a unui sistem CNC; aceasta presupune conversia instructiunilor si a programelor de lucru in miscari ale capetelor masinii-unelte cu ajutorul calculatorului si a servomotoarelor aferente; - compensarea in timpul procesului, aceasta presupune corectarea in timp real a miscarilor capetelor de prelucrare in functie de eventualele erori sau schimbari ce pot aparea in timpul prelucrarii; - tehnici de programare si caracteristici de operare avansate. CNC permite introducerea unor caracteristici de programare foarte folositoare, ca de exemplu: editarea progamului de lucru, afisarea vectorilor de miscare pentru capetele de prelucrare, refolosirea unor rutine de programare existente in librarii, posibilitatea de stocare a mai multor programe de lucru etc.; - diagnosticare. Masinile cu CNC sunt dotate cu un sistem de diagnosticare automata a erorilor existente in sistem (pentru a asista operatorul uman in intretinerea si repararea masinii). Principala functie a acestui sistem este aceea de a identifica motivele pentru care masina cu CNC nu mai functioneaza sau functioneaza eronat si de a ,,anunta” operatorul uman ca eventuale reparatii sunt necesare. De asemenea, cand o componenta a sistemului este pe cale sa nu mai functioneze, sistemul de diagnosticare avertizeaza operatorul, pentru ca acesta sa poata schimba respectiva componenta fara disfunctiuni prea mari pentru procesul de productie.

Dintre avantajele folosirii CNC se pot mentiona: - programul de lucru este transferat o singura data catre memoria calculatorului de control; - programul de lucru poate fi editat si modificat direct pe sistem (dupa transfer); - CNC poate asigura conversia automata a unitatilor de masura (a fisierelor de lucru realizate in inch in unitati ale Sistemului International); - posibilitatea introducerii unor noi optiuni de control (ca de exemplu scheme de interpolare) confera CNC o flexibilitate sporita; - posibilitatea realizarii unor librarii de programe (scrise de operator) care pot fi rechemate la nevoie.

Masinile-unelte cu CN sunt recomandate numai pentru anumite operatii. Caracteristicile generale ale proceselor de productie pentru care se preteaza folosirea unor masini-unelte cu CN sunt:
- piesele sunt realizate frecvent si in loturi mici; - geometria pieselor este complexa; - in timpul prelucrarii sunt necesare multe operatii simple sau complexe; - exista mult material in exces (adaosuri de prelucrare mari); - schimbari in schitele de proiectare sunt operate foarte des; - piesa necesita o inspectie tehnica de 100%. Avantajele folosirii unui sistemde CN. In cazurile cand este implementat, un sistem de CN aduce un numar de avantaje semnificative. Cateva din aceste avantaje sunt prezentate in continuare, cu mentiunea ca acestea sunt prezente doar in cazul sistemelor de CN implementate in domeniile si procesele prezentate in paragrafele precedente. - reduceri ale timpului neproductiv. Masinile cu CN nu au nici un fel de influenta asupra procesele de baza de prelucrare. Totusi, efectul folosirii CN se manifesta prin timpul cat masina-unealta este folosita in timpul procesului de prelucrare, prin scurtarea timpilor de pregatire a prelucrarii, reducerea timpilor de manevrare a piesei, schimbarea automata a sculelor pentru anumite masini si asa mai departe. Smith si Evans in 1977 au efectuat un studiu asupra efectului masinilor cu CN fata de masinile conventionale. Rezultatele gasite au aratat o scurtare a timpilor intre 20% si 80%. Timpii de prelucrare tind sa se scurteze cu cat complexitatea procesului de prelucrare creste;

- folosirea mai putin frecventa a mijloacelor de fixare a pieselor. Datorita faptului ca pozitionarea capetelor de prelucrare ale masinii se face prin CN, fixarea piesei se poate face cu costuri foarte scazute, nefiind necesare dispozitive complexe pentru aceasta; - reducerea timpului de productie. Din cauza faptului ca pregatirea pentru productie se poate face foarte rapid, folosind CN, si in general mai putine etape pregatatoare sunt necesare, timpul necesar productiei scade; - o mai mare flexibilitate in productie. Folosind CN este mai usor sa adaptezi schimbarile inerente dintr-un proiect. Totodata, chiar schimbarea timpilor de productie si de livrare poate fi facuta, fapt ce poate constitui la randul s-au o crestere a flexibilitatii procesului de productie; - control al calitatii imbunatatit. Sistemele de CN sunt binevenite acolo unde piesele au o complexitate sporita si unde sansele de eroare umana sunt mari. Aceste sisteme permit obtinerea de piese cu erori de prelucrare reduse; - inventar redus. Numarul de obiecte de inventar este redus din cauza reducerii timpului de productie, a elementelor de fixare, a minimizarii etapelor de pregatire a productiei; - spatiu de productie redus. De obicei o masina cu CN poate realiza productia mai multor masini-unelte conventionale, spatiul necesar acesteia fiind mult diminuat fata de metodele conventionale.

Dezavantajele folosirii unui sistem de CN. Pe langa avantaje, sistemele de CN prezinta si o serie de dezavantaje, cum ar fi: - investitii cu cost ridicat. Masinile unelte cu CN reprezinta sisteme cu o tehnologie sofisticata si complexa. De aceea, de multe ori, costul unei asemenea masini poate fi foarte ridicat in comparatie cu cele traditionale. Amortizarea acestor costuri ridicate presupune o mai mare utilizare a acestor masini fata de cea a celor traditionale; - costuri ridicate de intretinere. Datorita faptului ca masinile cu CN sunt mai complexe si sunt folosite mai intens problema intretinerii este mai stringenta. Desi fiabilitatea sistemelor cu CN a fost dovedita de-a lungul anilor, costul cu intretinerea este de multe ori mult mai ridicat decat la cele conventionale; - problema gasirii si instruirii operatorilor. Anumite aspecte ale operatiilor masinilor cu CN necesita cunostinte si indemanare ridicata fata de operatiile conventionale, de aceea gasirea, angajarea si instruirea unor operatori cu aceste calitati tebuie sa fie considerata ca un dezavantaj.