Témata
Reklama

Duše stroje

10. 10. 2001

Chceme-li poznat tajemství funkce některého strojírenského výrobku, musíme se podrobně seznámit s jeho konstrukcí. A právě za tímto slůvkem je schována činnost lidí, kteří dokáží vdechnout neživým věcem duši.

Prosvětlená místnost, kde na rýsovacích prknech a psacích stolech byl navržen a propočítán nejeden strojírenský výrobek, prozatím asi nejlépe vystihuje naši představu o konstrukční kanceláři či ateliéru. Dnešní uspěchaná doba však mění i tento obraz a nahrazuje standardní vybavení takzvaných "konstrukcí" standardem novým - všudypřítomnými "písíčky" s nainstalovanými CAD systémy. Bude konstruktérova tvůrčí mysl spoutána strojem, nebo naopak získá více volnosti? Pokusme se na tuto otázku odpovědět a současně si říc, zda by vhodným nástrojem pro něj mohl být CAD systém Inventor firmy Autodesk doplněný strojírenskou nadstavbou Mechsoft.com for Inventor firmy Mechsoft.com.
Reklama
Reklama

Jak bylo, je a možná bude

Dlouhá cesta snad každého výrobku v průběhu věků začala myšlenkou, která byla načrtnuta na papír, papyrus, kus plátna či kůže nebo vtesána do kamene, a podle ní ztvárněna řemeslníkem do konečné podoby. Dva výrobky jsou však víc než jeden, deset víc než dva... a tak z nutnosti správně jej popsat pro opakovanou výrobu přišla na svět výrobní dokumentace. Její podoba se za tu řádku let změnila, ale její hlavní funkce zůstala - co nejlépe dvojrozměrně vyjádřit skutečnou podobu trojrozměrné součásti i s jejími povrchovými a polohovými vlastnostmi. Pokud nebylo nutné vytvořit model výrobku pro pevnostní nebo třeba aerodynamické zkoušky či k jeho zaformování například pro výrobu odlitků, mohla být podle ní hned zahájena výroba.
Jak do tohoto procesu mohl zasáhnout počítač s CAD systémem? Vzhledem k tomu, že bylo možno modelovat objemová 3D tělesa, pak výhody spočívaly například v ověření funkčnosti součástky či celého stroje na monitoru počítače bez nutnosti tvorby skutečného modelu. Příslušný model mohl být použit i k ověření chování součásti při různých typech zatížení metodou konečných prvků, nebo jako negativ pro budoucí formu odlitku připravenou v CAM systému pro CNC obráběcí centrum. Nevýhodou byla značně vysoká cena jak příslušných pracovních stanic, tak i CAD systémů a dalšího potřebného softwaru.
Zlomem byl nástup PC s prudce narůstajícím výkonem spojený se stále dokonalejšími CAD systémy. Zmíněné technologie tak mohly začít využívat i menší firmy a konstrukční kanceláře, které jsou mnohdy pružnější než velké kolosy.
A kam vlastně tento vývoj směřuje? Bude snad konstruktér virtuálně vytvářet součásti vlastníma rukama? To nevíme, ale jelikož již sama současnost je dostatečně vzrušující, budeme se raději věnovat jí.

Není nástroj jako nástroj

Inventor firmy Autodesk si za poměrně krátkou dobu své existence stačil vytvořit pevné místo mezi ostatními CAD systémy své třídy a získal si též řadu uživatelů.
Obecně se dá popsat jako parametrický objemový modelář určený pro oblast strojírenství. S jeho pomocí lze vytvářet jednotlivé součásti a jejich sestavy s možností generovat na nich závislou výkresovou dokumentaci. Umí též vytvářet tzv. rozstřely sestav pro snadnou orientaci v jejich konstrukci, které vhodně doplní technickou dokumentaci nebo manuál pro uživatele. V animované podobě může pomoci i mechanikovi, který řeší montáž a demontáž některého problémového uzlu výrobku. Pro snadné ověření funkce sestavy je integrována též možnost ji snadno a efektně rozpohybovat a zamezit tak nejen kolizním bodům, ale zmíněnou videosekvenci lze uložit a použít pro prezentaci výrobku nebo v reklamním šotu.
Důležitou otázkou je, za jak dlouho se může konstruktér naučit se systémem efektivně pracovat, kolik hodin školení bude potřebovat a jak mu pomohou manuály při samostatném studiu. Předtím než se na tyto otázky pokusíme najít odpovědi, pokusíme se přiblížit postupy práce parametrických objemových modelářů.
Základem každého tvaru či prvku je náčrt definující jeho budoucí podobu. Tvoří jej uzavřená křivka, která může být doplněna o kóty a 2D vazby, které charakterizují zmíněné parametry a umožňují rychle a pružně měnit tvar i velikost součásti. Hodnotou kóty nemusí být vždy jen číslo, ale i vztahy obsahující matematické funkce a odkazy na ostatní parametry součásti. Aby z náčrtu mohl vzniknout objemový prvek, musí být použita některá z funkcí, která to umožňuje. K těm nejběžnějším patří vysunutí, tažení, rotace či šablonování. Podle způsobu zadání je pak vzniklý tvar k předchozímu přičten, nebo od něj odečten (tak jsou tvořeny například otvory), anebo je vytvořen prvek vzniklý jejich průnikem. Součást je pak různými nástroji (základními jsou zaoblování, srážení hran a tvorba skořepin) dále upravována do konečné podoby.
Složit jednotlivé díly do sestavy tvořící hotový výrobek je samozřejmým požadavkem na popisované CAD systémy. Je však nutné, aby uživatel nejdříve pochopil principy trojrozměrných vazeb mezi spojovanými součástmi. Stupně volnosti, které každé takové spojení má, jsou shodné s reálnými u skutečného spojení. Navíc jejich správné použití může ovlivnit kinematiku celé sestavy. To prakticky znamená, že například objímka se na kruhové tyči bude moci otáčet okolo osy a pohybovat se v jejím směru.
Aby mohl být výčet základních funkcí úplný, je třeba se zmínit o výkresové dokumentaci, které není a zřejmě ani dlouho nebude odzvoněno. Systémy vycházejí buď z modelů jednotlivých součástí a vznikají tak výrobní výkresy, nebo z modelů sestav a výsledkem je výkres sestavy. Generování výrobní dokumentace je víceméně automatické a uživateli je umožněno rozhodnout o její podobě rozmístěním půdorysu, nárysu, řezu atd., či změnou měřítka a poté do ní doplnit kóty a strojírenské značení tak, aby její konečná podoba odpovídala příslušným normám. Samozřejmostí je, že změny provedené na objemových modelech se po obnovení vlastností projevují i v této dokumentaci. A jak se s úlohou parametrického modeláře vyrovnává Inventor?
Již po prvním spuštění vás zaujme intuitivním a inteligentním ovládáním. Z jeho vlastností je cítit snahu programátora o vytvoření nástroje, který by se co nejvíce blížil myšlení konstruktéra. Po chvíli práce s ním každý pochopí význam tzv. jednodenní produktivity, kterou firma Autodesk slibuje. Uživatel, který má zkušenosti s ovládáním PC s nainstalovaným operačním systémem Windows a již někdy něco konstruoval a navíc je vybaven potřebnými strojírenskými znalostmi, totiž bude schopen již během prvního dne vymodelovat jednodušší součásti a sestavy. Ještě lépe na tom bude ten, kdo již má alespoň minimální zkušenosti s ovládáním některého z CAD systémů. Produktivita tak narůstá každým dnem bez nutnosti náročného školení a drahé dokumentace. Ostatně útlou příručku, kterou uživatel dostává, zřejmě otevře jen první den ještě před instalací. Brzy totiž zjistí, že se další postup buď přímo sám nabízí, nebo je k dispozici kvalitní elektronická nápověda či krátká filmová sekvence popisující příští krok. Též interaktivní kurzorové menu nabízí vždy hlavně to, co je v daném okamžiku potřeba nejvíce, s některými funkcemi navíc. Reaguje tak na polohu kurzoru, typ vybrané entity atd.
Co Inventor nabízí nad rámec "povinných funkcí"? Zejména je to tzv. adaptivita náčrtu a součástí, která umožňuje vymodelovat v sestavě součást navazující na jinou, vytvořenou ve zcela jiném CAD systému a vloženou do sestavy Inventoru jako tzv. mrtvou hroudu od výrobce této součásti, aniž by bylo třeba ji měřit či získávat její výrobní dokumentaci.
V rámci tvorby náčrtu lze promítat vybrané hrany tvořeného tělesa (v sestavě i tělesa jiného) na rovinu náčrtu a použít je tak k modelování tvarů (příslušné vazby jsou pak přidány automaticky). V náčrtu lze použít i podstatné části výkresů AutoCADu (jsou odfiltrovány nepotřebné části jako texty, různá značení atd.) Pro modelování složitějších těles můžeme vytvářet i 3D náčrty obsahující prostorové křivky umožňující později modelovat jednodušší plošné útvary, které usnadňují například ořezání objemů.
U modelování součástí se dobře uplatňuje možnost tvorby ortogonálního a kruhového pole prvků nebo jejich prosté zrcadlení. Použít lze i funkce sloužící k tvorbě žeber, šroubovic či spirál. Zajímavou a dobře opticky působící funkcí je možnost vkládat textury závitů na plochy, kde skutečně jsou. Obrovskou výhodou je možnost náhledu na zatím nedokončenou funkci, která dává šanci se rozhodnout o dalším postupu ještě před jejím dokončením.
Inventor též umožňuje v jednom z modulů vytvářet plechové díly. Jeho funkce jsou téměř totožné s funkcemi výše popsanými, jen počítají s plechem jednotné tloušťky. V ostatních případech je brán zřetel hlavně na zvláštnosti, které s sebou nese technologie práce s plechy (ohyb, částečný ohyb s tvorbou nástřihů tak, aby nedošlo k natržení plechu, rozvin atd.).
Při skládání sestav, jak jsme se již zmínili, lze vkládat také díly vymodelované v jiných CAD systémech včetně Mechanical Desktopu. V jeho případě i s celou legendou postupu vytvoření. K 3D vazbám, které lze použít, patří kromě těch běžných (plocha na plochu, úhel mezi plochami atd.) také vazby vnější a vnitřní tečnosti (válcová plocha na válcovou či rovinnou plochu) nebo vazby umožňující například záběr třecích či ozubených kol či vedení kladky u vaček.
Možností využití Inventoru je tolik, že přesahují rámec tohoto článku, který se snaží zamyslet nad možnostmi, jaké dnešní konstruktér může využít ve vývojovém procesu na PC. Přejděme tedy ke zmíněné strojírenské nadstavbě MechSoft.com for Inventor, která je v tomto procesu také velmi užitečná.

Čtvrtý rozměr v konstruování

MechSoft.com je některým uživatelům možná znám již z dob dřívějších pod názvem Profi. Od samého počátku své existence vždy přinášel něco nového, čím mohl ohromit. Daří se mu to i nyní s novým jménem - uživatelům Inventoru přináší rozsáhlou databázi normalizovaných prvků několika států (ČSN, ANSI, DIN, ISO, BS, NF, STN). Ta obsahuje nejen plně parametrické součásti (šrouby, matice, ložiska, pera, armatury atd.) a logické silově namáhané konstrukční uzly (šroubové spoje, otočná uložení, přenosy momentu, převody), ale také celou řadu automatizovaných výpočtů (převody ozubenými koly, řetězové i řemenové převody, ložiska, pružiny, nosníky, brzdy atd.). Navíc však přichází se Správcem vazeb, s optimalizací a s možností propojení své databáze s vnitropodnikovými daty, a tudíž se zefektivněním práce konstruktéra.
S pomocí Správce vazeb může konstruktér v sestavě složit nejen jednotlivé součásti do konečné podoby stroje, ale současně propojí jejich parametry s výsledky výše zmíněných výpočtů. Prakticky by situace mohla vypadat následovně. Konstruktér má za úkol vyřešit novou jeřábovou kočku do tovární haly. Jedním z předmětů řešení je například konstrukční uzel motor, spojka, převodovka a pojezdová kola vozíku jeřábové kočky. Konstruktér tedy řeší převodovku s ohledem na výstupní otáčky (otáčky pojezdových kol) a požadovaný motor. Při vlastní konstrukci použije výpočtů MechSoft.com, které výpočet nejen provedou a pod jeho vedením upraví všechny hodnoty na požadované, ale vygenerují i vlastní parametrická kola a vloží do sestavy Inventoru. Podobně jsou řešeny i další části, které jsou vázány na hodnoty již vypočtené. Samozřejmě že konstruktér modeluje v Inventoru i součásti, které se v databázi MechSoft.com nenacházejí. On však propojí některé jejich parametry s jinými u již vložených součástí. Například vnitřní část víka převodovky by měla být od hlavové kružnice vzdálena o hodnotu tloušťky stěny násobenou číselnou konstantou. Pokud je do sestavy zahrnuta jako parametr, bude se měnit vždy po změně zmíněného ozubeného kola. A k čemu že to všechno je?
Představte si, že bude z nějakých důvodů změněna specifikace celého zadání, nebo budete konstruovat téměř stejné zařízení, ale s jinými vstupními parametry. Jejich změnou (samozřejmě že za předpokladu správného propojení podstatných prvků v sestavě) bude celá úloha postupně přehodnocována. Konstruktér během tohoto procesu pouze odpovídá systému na dotazy a doplňuje data. Výsledkem je hotová úloha v čase mnohem kratším, než kdyby byla řešena nově.
Sílu systému násobí modul Optimalizace, který umožňuje do určité míry automatizovat proces, kdy ve Správci vazeb hledáme pro konkrétní skupinu kombinaci vstupních parametrů, které vyhovují určitým podmínkám. Takovým případem může být například hledání rozměrů součásti tak, aby při daném objemu byla její vnější plocha co nejmenší. Jistě si dovedete představit celou řadu jednoduchých i složitějších příkladů, kde by optimalizace ušetřila čas a nervy při jejich ručním přepočítávání.

Závěr

Nyní již můžeme odpovědět na otázku položenou v úvodu článku. Inventor s Mechsoft.com jsou nástroje, jež se mohou stát konstruktérovými partnery, kteří mu umožní lépe, rychleji a efektivněji řešit jakákoli strojnická zadání tak, aby mohl dát novému stroji trochu krásy a vdechnout mu duši.
Reklama
Vydání #10
Kód článku: 11024
Datum: 10. 10. 2001
Rubrika: Informační technologie / CAD/CAM/CAE
Autor:
Firmy
Související články
Zvyšte potenciál svého 2D CAD softwaru!

Stále příliš mnoho firem přichází o své finanční prostředky tím, že sice využívají nové technologie, ale ty nezvyšují jejich celkový potenciál. V takovém případě pomůže aplikace DraftSight od Dassault Syst?mes. Pomocí tohoto softwaru lze spouštět stávající DWG soubory a vytvářet nové za zlomek nákladů oproti jiným CAD řešením.

Aerospace - vlajkový průmysl s extrémními nároky

Letecký průmysl je ve Francii významným oborem, a tak není divu, že společnost Missler Software získala v této oblasti jedinečné zkušenosti díky spolupráci s většinou subdodavatelů v oboru. To ji spolu s tisíci díly obráběnými pomocí TopSolidCam řadí mezi špičky v leteckých technologiích.

Zlepšení produktivity navrhování a obrábění

O něco málo více než po roce je tu opět nová verze parametrického 3D modeláře Creo. Jak se povedlo vývojářům do již páté verze Creo zakomponovat požadavky trhu a jaké jsou hlavní směry inovací?

Související články
Nový integrovaný CAM systém

Vývoj výrobků historicky zahrnoval dva oddělené procesy: prvním byl návrh výrobku, druhým pak jeho výroba. Používání samostatných neintegrovaných CAD (návrh) a CAM (výroba) nástrojů při vývoji výrobků vedlo ke komunikační bariéře mezi návrhem a výrobou. Ve výsledku to způsobovalo problémy s náklady, časem a kvalitou, a to zejména v případech, kdy bylo potřeba upravit návrh nebo došlo k narušení vyrobitelnosti. Použitím integrovaného CAD/CAM řešení lze překonat problémy související s tradičním odloučením návrhu a výroby. S použitím integrované CAD/CAM platformy je tak možné zkrátit dobu výrobního cyklu, řídit náklady a zlepšit kvalitu při současné podpoře spolupráce mezi návrhem a výrobou výrobku.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Software zjednodušuje výrobu střižných nástrojů

Příběh společnosti Atlantic Tool & Die začíná 1. června roku 1937, kdy čtyři společníci v čele s Ernestem Mehwaldem založili malou dílnu na Fulton Road ve státě Ohio v USA. Byli to emigranti z Evropy, ale všichni čtyři byli velmi schopnými konstruktéry, a navíc vysoce kvalifikovanými pro výrobu forem. Proto tedy není divu, že se jejich malá dílna do roku 1942 rozrostla a přestěhovala se do větších prostor.

Efektivní programování tvarově podobných dílů

Firma Alcon Components využívá Edgecam a Manažer strategií ve výrobě brzdových systémů pro závodní speciály a vojenská vozidla.

Příprava CAD modelu součásti pro výrobu

NC programátoři se velmi často potýkají s problémy týkajícími se různé kvality trojrozměrných modelů potřebné pro programování obrábění. Úpravy mohou být obtížné, protože 3D modely součástí často pocházejí z různých zdrojů.

Letadlo poháněné sluneční energií vyrazilo na cestu kolem světa

Solar Impulse je projekt mající za cíl vyrobit letadlo poháněné sluneční energií, které dokáže obletět Zemi. Letoun je dílem švýcarského psychiatra a vzduchoplavce Bertranda Piccarda, jednoho z pilotů prvního balonu, který obletěl celý svět bez jediné přestávky, a švýcarského inženýra a podnikatele Andrého Borschberga. Vývoj zastřešuje polytechnika v Lausanne a podílí se na něm několik desítek specialistů.

Setkávání

Setkávání uživatelů konstrukčních a technologických softwarů má již dlouholetou tradici. Informace o novinkách, představení nejrůznějších tipů a triků, někdy i možnost si zasoutěžit a v neposlední řadě rovněž výměna zkušeností v neformální atmosféře patří k hlavním bodům programu takovýchto akcí.

CAM řešení pro multifunkční CNC obráběcí stroje

Multifunkční CNC obráběcí stroje spojují více možností a funkcionalit. Nejprve se jednalo o doplnění frézovacích operací na soustruhy (frézování osou C a osou Y), přibyla podpora protivřetena, následně byla přidána druhá nástrojová hlava a v současnosti výrobci CNC obráběcích strojů nabízejí konfigurace s plynule řízenou B osou s podporou obrábění v pěti osách, ale i s podporou technologií odvalování nebo obrážení. V nabídce jsou i stroje se třemi nástrojovými hlavami řízené tříkanálovým řídicím systémem. Posledními novinkami jsou pětiosá CNC frézovací centra doplněná o soustružnické operace.

Revoluce pokračuje: Nová strategie soustružení

CAD/CAM systém Edgecam od Vero Software v nové verzi 2015 R1 obsahuje mnoho důležitých vylepšení a nových funkcí.

Konstrukce i technologie snadno, rychle a bezpečně

CAD/CAM systém TopSolid verze 7.9 přináší v návaznosti na technologickou část další rozšíření možností v oblasti obecné konstrukce.

Softwarový simulátor stavebního stroje nahrazuje nákladné prototypy

Vývoj stavebních strojů bývá spojen se stavbou fyzických prototypů nových zařízení. Ty však vyžadují vysoké finanční náklady a množství času. Efektivní řešení dnes nabízejí softwarové simulátory. Společnost Volvo Construction Equipment zařadila do vývoje simulátor „human-in-the-loop“, který vyvinula v nástrojích Matlab a Simulink firmy MathWorks.

Softwarové řešení pro přípravu NC programů

Firma FANUC nabízí možnost rozšíření svých CNC řídicích systémů o grafické programovací prostředí nazvané Manual Guide i.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit