Témata
Reklama

Podpora průmyslových procesů s integrovaným CAD/CAM/CAE systémem

04. 02. 2004

CATIA V5 - integrovaný CAD/CAM/CAE systém francouzského výrobce Dassault Systemes je orientován zejména na komplexní průmyslové procesy

Mezi základní vlastnosti integrovaného systému, jakým je CATIA V5, patří jednotný datový model, asociativní průběh změn, jednotné uživatelské prostředí, správa dat atd. Systém je značně univerzální a obsahuje téměř 150 softwarových aplikací, určených pro velmi široké portfolio průmyslových komodit, počínaje dopravními prostředky a systémy přes spotřební zboží, elektrotechnické výrobky, výrobní stroje a zařízení až pro výrobní a provozní soubory a investiční celky. Pro ilustraci procesní orientace systému CATIA V5 si ukážeme jeden z poměrně rozšířených procesů, a to technologickou přípravu výroby (TPV) dílů lisovaných z plechů s použitím technologie hlubokého tažení, z jakých se svařují karoserie současných automobilů.
Schéma na obr. č. 1 zobrazuje jednotlivé kroky procesu TPV dílů lisovaných z plechů, přičemž u každého kroku je v modrém poli uveden seznam použitelných integrovaných aplikací CATIA V5. Tento proces je navržen jako "bezvýkresová" varianta - jako informačního média se totiž nepoužívá výkresová dokumentace, ale výkresy jsou nahrazeny 3D anotovanými modely zobrazovanými buď přímo rozhraním CATIA V5, nebo pomocí prohlížeče (viz MM č. 9/2003).
Reklama
Reklama
Reklama

Import geometrie

Prvním krokem procesu je import geometrie. Předpokládejme, že tvarové řešení plechového dílu bylo provedeno při konstrukci automobilu. Geometrická data dílu bývají zadavatelem poskytnuta v některém ze standardních grafických formátů. CATIA V5 nabízí pro import dat standardní formáty IGES nebo STEP, ale přenos geometrie přes standardní formáty často provází řada nedostatků, jako je např. zbytečně velký počet grafických entit. Načítací algoritmus CATIA V5 disponuje možnostmi optimalizace geometrie při importu v rámci zadané tolerance. Na obr. 2 vidíme v okně vpravo geometrii dílu načteného přes standardní rozhraní IGES bez optimalizace, kdy počet jednotlivých plošek je vysoký, přičemž některé z nich jsou velmi malé. Geometrie s tak vysokým stupněm členitosti se velmi špatně zpracovává a zatěžuje výpočetní výkon hardwaru. Levé okno ukazuje tutéž geometrii načtenou pomocí optimalizace v rámci zadané tolerance. Počet entit se výrazně snížil a tím se výrazně zlepšila zpracovatelnost geometrie v dalších etapách.

Léčení geometrie

Importovaná geometrie může ještě vykazovat řadu vad, které mohly vzniknout při tvorbě geometrie či při překladech do standardních formátů. Aby bylo možno s geometrií výkonně a spolehlivě pracovat v průběhu celého procesu, je vhodné velikost a množství vad zmenšit nebo nejlépe je odstranit úplně. Pomocí aplikace Healing Assistant lze provést analýzu geometrie a její "léčení". Na obr. 3 vidíme červeně vyznačená místa, na kterých geometrická analýza nalezla mezery mezi ploškami. Stejně tak je možné nalézt netangentní, příliš tenké a duplicitní plošky, nespojené hrany a podobně. Healing Assistant disponuje bohatým spektrem nástrojů pro odstranění těchto vad pomocí automatických algoritmů, a to jak globálně na celém dílu, tak i v lokálních oblastech. Aplikace umožňuje vysokou míru řízení algoritmů operátorem, např. je možno konkrétně definovat, které části geometrie musejí zůstat v nedotčené podobě, které části lze při opravě měnit a v jakém tolerančním rámci.

Návrh technologie

Při hlubokém tažení plechových dílů často nelze provést konečné vytvarovaní v jedné operaci, neboť tomu brání mechanické vlastnosti plechu. Ověřeným řešením je rozdělit proces tažení na několik kroků, kdy se postupně zvyšuje hloubka a členitost tvaru až do jeho konečné podoby. V praxi to znamená navrhnout a vyrobit pro každý krok samostatný nástroj, přičemž tvary předchozích kroků se musí z konečného tvaru odvodit na základě zkušeností konstruktéra nebo ještě lépe pomocí specializovaného softwaru pro simulaci technologie tažení. Modelovací práce, kdy z konečné geometrie vznikají předchozí (nedotažené) stupně geometrie, mohou být u složitějších tvarů s použitím běžných modelovacích funkcí velmi pracné. CATIA V5 nabízí pro tuto činnost speciální modelovací nástroje, které využívají algoritmů pro globální deformace geometrie (morphing). Tyto operace jsou shrnuty do aplikace Generative Shape Optimiser, umožňující rozdělit finální tvarovou plochu pomocí paralelních rovin na řadu řezů a v každém z nich nalézt průsečnici tvarové plochy s touto rovinou. S pomocí dynamického skicáře lze v každé z těchto rovin navrhnout nové kontury průsečnice, které se následně použijí pro vytvoření nové tvarové plochy, kterou systém vytvoří automaticky tak, že globálně zdeformuje původní tvarovou plochu do nových řezových kontur. Na obr. 4 jsou vidět řezné kontury původní i deformované plochy.

Koncepční návrh sestavy nástroje

Mechanická stavba nástroje musí umožnit spolehlivou a trvanlivou funkci všech pohyblivých součástí a přenos síly a pohybů beranu lisu na tažník, přidržovač a další pohybové systémy nástroje. Pro stavbu nástroje se obvykle používají katalogy modelů standardizovaných komponent od řady výrobců. Model sestavy vytvořený pomocí nástrojů objemového modelování (Part Design) a definice sestav (Assembly Design) je plně parametricky definován, a tím umožňuje velmi rychle a konzistentně provádět editaci konstrukce. Autor nejprve vytvoří předběžný návrh konstrukce a předkládá jej k posouzení např. spolupracovníkům v konstrukčním týmu, vedoucímu konstruktérovi nebo zákazníkovi. Odbornou diskusi nad koncepčním návrhem nazýváme oponenturou konstrukce. Jednou z možností, jak může konstruktér předložit návrh k oponentuře, je publikační dokument. Je určen pro ty oponenty, kteří z nejrůznějších příčin nemají interaktivní přístup do 3D prostředí systému CATIA V5. Publikační dokument je generován s vysokým stupněm automatizace aplikací DMU Navigator ve formátu HTML, takže pro jeho distribuci a prohlížení postačuje běžný internetový prohlížeč. Může obsahovat snímky modelů sestavy i detailních pohledů a řezů, opatřené anotacemi přímo ve 3D prostředí nebo textovými komentáři, či například videozáznam manipulace s modely včetně hlasového komentáře. Videozáznam může zobrazovat průlet sestavou s pohledy na konkrétní místa, pohyby kinematických mechanismů apod. Do dokumentu lze umístit i 3D modely sestav nebo dílů ve formátu VRML, se kterými může při prohlížení oponent interaktivně manipulovat a prohlížet si je. Publikační dokument koncepčního návrhu je modernější a dokonalejší alternativou výkresu koncepčního návrhu.

Oponentura a anotace sestavy

Cílem oponentury koncepčního návrhu je získat širší názorové spektrum na konstrukční řešení navržené autorem a odstranit tak chyby a nedokonalosti konstrukce. Cílem oponentní etapy může být také seznámení zákazníka s konstrukčním řešením a umožnění mu korigovat koncepci nebo detailní provedení. Snižuje se tím významně riziko jeho nespokojenosti s dodaným nástrojem a tím i nebezpečí následných reklamací a sporů. Oponenturu lze provádět formou anotací (textových záznamů) umístěných přímo na model sestavy, které může provádět buď autor, nebo sám oponent. Podrobné prohlížení sestavy a její anotaci umožňuje opět aplikace DMU Navigátor. Oponenturu však může provádět i osoba, která nemá k systému CATIA V5 přístup, např. zákazník nebo externí konzultant. Pro takovéto případy může posloužit produkt ENOVIA Portal, který je speciálním prohlížečem modelů i výkresů s webovým přístupem k datům. ENOVIA Portal umožňuje zobrazení geometrie, její měření a anotaci prostřednictvím běžného internetového prohlížeče, a to jak v rámci lokálních, tak i globálních sítí. Interaktivní přístup ke 3D datům koncepčního návrhu tak může mít např. zákazník vzdálený mnoho tisíc kilometrů, aniž má k dispozici pracoviště se systémem CATIA V5.

Konečná konstrukce sestavy

Po získání oponentních názorů dokončí konstruktér sestavu nástroje. V případě práce s anotovaným modelem sestavy vidí anotace umístěné na konkrétních místech modelu a bere je při dokončení konstrukce v úvahu. CATIA V5 umožňuje vytvářet geometrii součástí v kontextu sestavy. Kontextuální prostředí znamená možnost definovat vazby mezi jednotlivými entitami dílů a i vzájemně mezi různými díly. Konstrukce pak vykazuje vysoký stupeň inteligence při editacích, simulaci funkcí a jejich optimalizaci.

Verifikace sestavy pomocí nástrojů DMU

Podsestavy a sestavy produktů vytváří CATIA V5 aplikací vazeb mezi modely součástí. Procesy, které alespoň částečně nahrazují jejich ověřování pomocí prototypových zkoušek, nazýváme digitálním prototypem (Digital Mock-up, DMU). U lisovacích nástrojů má použití digitálního prototypu specifický význam. I když se jedná často o velmi komplexní konstrukce s řadou mechanických pohybových funkcí, vzhledem ke kusovému a neopakovatelnému charakteru výroby nástrojů se fyzické prototypy neověřují. Ověřit alespoň některé vlastnosti nástroje pomocí DMU může přinášet významnou hodnotu, která se pak projeví ve snížení počtu konstrukčních chyb a zvýšení funkčnosti nástroje v praxi. Pomocí aplikací CATIA V5, shrnutých do skupiny DMU (Navigator, Kinematic Simulator, Space Analysis, Fitting Simulator) lze vyhledávat kolize mezi díly sestavy, které by se jinak zjistily až při montáži sestavy. Dále je možno simulovat funkce pohybových mechanismů, tj. např. podávacích mechanismů, mimoosových střihů atd., v kontextu časových sousledností jejich funkce. Opět lze nalézt kolize, které by se jinak zjistily až při prvních funkčních zkouškách nástroje, ale již i s rizikem jeho závažného poškození. Na obr. 8 je zobrazení výsledku automatické kontroly statických kolizí mezi díly sestavy.

Uvolnění sestavy

Uvolnění sestavy je formálním, ale důležitým krokem procesu, kdy autor řešení předkládá ke schválení dokončený model sestavy ověřený funkcemi DMU. Schvalovacím subjektem může být buď vedoucí konstruktér, zákazník, externí konzultant, případně všichni. Konstruktér může jako podklad předložit kromě modelu sestavy také nový nebo doplněný publikační dokument, ve kterém může názorně prezentovat splnění konkrétních připomínek oponentů. Vzdálený schvalovatel bez přístupu k prostředí CATIA V5 má možnost detailního prohlédnutí konstrukce sestavy pomocí prohlížeče ENOVIA Portal, jenž umožňuje prohlížení, měření i demontáž sestavy. Po formálním uvolnění je konstrukci sestavy nutno považovat za definitivní a její změny již lze provádět pouze stanovenými postupy pro změnové řízení.

Anotace modelů součástí a sestav

Nyní by při tradičním zpracování dat následovala etapa tvorby dílenské výkresové dokumentace, avšak zde popisovaný postup jako informační médium výkresy nepoužívá. Počítačové modely totiž obsahují přesnou geometrickou informaci o jmenovitých rozměrech součásti i příslušnou vizuální informaci. Co ovšem modely neobsahují, jsou další důležité údaje potřebné pro výrobu, jinak uváděné na výkresech. Jsou to např. značky pro tolerance rozměrů a lícování, úchylky tvaru a polohy, drsnost povrchu, požadavky na povrchovou ochranu a tepelné zpracování atd. Tyto informace proto konstruktér doplní přímo na modely součástí pomocí aplikace 3D Functional Tolerancing & Annotation. Rovněž na model sestavy může konstruktér doplnit formou 3D anotací potřebné montážní, seřizovací i kontrolní a testovací směrnice. V dalších etapách procesu budou tyto informace na modelech viditelné a budou používány.

NC programování

V integrovaném prostředí CATIA V5 lze vytvářet pomocí CAM aplikací programy pro numericky řízené výrobní stroje. Jednou z nich je Prismatic Machining pro obrábění součástí prizmatického charakteru a disponuje rozsáhlým souborem frézovacích a vrtacích cyklů a výrobních strategií. Tvarové části nástrojů, např. tažník a tažnice, se mohou obrábět tří- až pětiosým tvarovým frézováním různými frézovacími technologiemi s použitím programů generovaných aplikacemi 3-Axis Surface Machining nebo Multiaxis Machining. Technolog vidí na modelech součástí anotace vytvořené konstruktérem a respektuje je při volbě vhodných technologií, nástrojů a parametrů obrábění. Výstupem jeho práce pro výrobní dílnu je nejen NC program, ale i výrobně technologická dokumentace. Tu automatizovaně vytváří každá z CAM aplikací CATIA V5. Může být třeba ve formátu HTML a obsahovat např. seznam všech výrobních cyklů i s jejich parametry, seznamy nástrojů, snímky modelu obrobku včetně drah nástrojů apod.

Výroba a dílenská kontrola

Výrobní sféra pracuje s NC programy, výrobní technologickou dokumentací a s anotovanými modely součástí a sestav. Modely prohlíží a měří pomocí prohlížeče ENOVIA Portal, ovládaného přes standardní prostředí internetu, např. přes rozšířený MS Internet Explorer. Aplikace ENOVIA Portal přitom vůbec není na dílenském terminálu nainstalována, ale je to v podstatě server, který umožňuje přes internet prohlížet databáze modelů z libovolného místa lokální i globální sítě. Výrobu s plným přístupem k datům lze tudíž realizovat i v kooperaci ve značně vzdálených lokalitách bez specifického vybavení výpočetní technikou.

Inverzní deformace

Charakteristickým jevem, který TPV součástí lisovaných z plechů provází, je zbytkové odpružení. Tento jev souvisí s deformací kovových materiálů, která vždy vykazuje jistý poměr elastické a plastické složky. Po ukončení deformace se pružná složka projeví tvarovou odchylkou výlisku od geometrie nástroje. Prozatím se nedaří jev zbytkového odpružení dostatečně přesně eliminovat v etapě vývoje geometrie nástroje, a to ani pomocí vyspělých simulačních softwarů. Proto po provedení zkušebního tahu a změření zkušebních dílců je někdy nutno provést tvarové korekce na nástroji. Smyslem změn geometrie je upravit tvar nástroje proti (inverzně) hodnotám naměřeného odpružení, proto se tato operace nazývá inverzní deformace. U tvarově složitých součástí jde opět o poměrně pracné a zdlouhavé modelovací operace, neboť odpružení se projevuje různými hodnotami v různých místech součásti a odpružení neznamená pouze deformace posunutím v některé ose, ale také např. zkroucením součásti apod. Zde se opět velmi efektně uplatní možnosti globálních deformací (morphing) s použitím aplikace Generative Shape Optimiser.
V následujících krocích procesu dojde k přepočtu drah tvarového frézování na upravenou geometrii pracovní části nástroje s využitím principu asociativního průběhu změn a úpravu tvarových částí nástroje obráběním s využitím přístupu k 3D informacím prostřednictvím prohlížeče ENOVIA Portal. Tím je proces TPV součástí lisovaných z plechů podporovaný integrovaným PLM systémem CATIA V5 ukončen.
Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 40129
Datum: 04. 02. 2004
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
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.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
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.

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.

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.

Od správy nástrojů po simulaci NC programů

V oblasti integrované správy nástrojů u společnosti KHS hraje software pro správu nástrojových dat TDM zásadní úlohu. Tento software zde byl zaveden před čtyřmi lety a v současné době poskytuje 3D modely nástrojů a nástrojová a technologická data pro NC programování, simulaci výroby, seřizování nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.nástrojů, jakož i pro správu skladových zásob.

Softwarové řešení pro přípravu NC programů

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

CAM pro CMM

V posledních letech se ve strojírenství stále více dbá na přesnost výroby a tím i na kvalitu a efektivnost měřicího procesu. Měřicí proces dnes zasahuje i do různých stadií výroby, nejen do závěrečného procesu kontroly výrobku.

Racionalizace obráběcích operací s podporou CAD/CAM systému

V roce 2010 společnost Montupet zahájila výrobu na nové obráběcí lince v Laigneville ve Francii s cílem optimalizovat výrobu hlav spalovacích motorů a dalších slévárenských dílců pro automobilový průmysl. Mladý tým zkušebního centra pro podporu a vývoj technologií, který se v průběhu let rozrostl ze dvou na deset lidí, si vybral Missler Software jako ideálního partnera na pomoc při racionalizaci pracovních procesů ve svých závodech. TopSolid CAD a CAM jsou velmi vhodné pro systemizaci procesů obrábění a přesné zdokumentování jednoho každého výrobního postupu.

Komplexní CAM systém s metrologickými nástroji

Je tomu již několik let, kdy se systém Surfcam zařadil do portfolia produktů společnosti Vero Software, která je součástí nadnárodního technologického koncernu Hexagon. Takováto součinnost softwarových gigantů zaručuje optimální kombinaci nejmodernějších technologií v oblasti výroby a špičkových metrologických nástrojů.

Simulace v konstrukci - klíč k inovacím

Dlouho zažitým paradigmatem v průmyslových společnostech je striktní rozdělení konstrukčního a výpočtářského oddělení. To je sice určeno pevnými historicky danými důvody, ale ty v současné době začínají pomíjet. Ve stále více společnostech mají konstruktéři možnost provádět průběžně již během konstrukce jednoduché analýzy a vývojový proces tím zefektivnit. Jak tento trend zachytit a být úspěšní v inovativních řešeních?

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