Modelowanie cyfrowe w AutoCAD. Wykład 1 Projektowanie KWP - CAD (Konstruct West Partners) oraz cele modelowania cyfrowego w CAD

Transkrypt

1 Modelowanie cyfrowe w AutoCAD Wykład 1 Projektowanie KWP - CAD (Konstruct West Partners) oraz cele modelowania cyfrowego w CAD

2 Cechy współczesnego projektowania Wymagania stawiane obecnie przedmiotom projektowania są diametralnie róŝne od wymagań stawianych tradycyjnie. Wynika to przede wszystkim z wyraźnie wyŝszych wymagań jakościowych (przykładem mogą być tutaj wymagania stawiane współcześnie produkowanym samochodom co do ich bezpieczeństwa i niezawodności), masowości produkcji, rozległości i róŝnorodności obejmowanej tematyki, kompleksowości powiązań zewnętrznych i ponoszonych kosztów, etc. Jednocześnie w wielu dziedzinach, gdy projektowany obiekt jest duŝy (statek, fabryka, centrum handlowe, itp.), projekt naleŝy wykonać na indywidualne zamówienie. Zwiększa się ponadto róŝnorakość projektowanych urządzeń i systemów oraz siła ich powiązań z otoczeniem. śąda się ponadto coraz krótszych czasów projektowania, wynika to z konkurencji na rynku.

3 Nowe wymagania dla systemu projektującego konieczność angaŝowania duŝej liczby projektantów do jednego zadania, konieczność angaŝowania specjalistów z róŝnych dziedzin do jednego zadania, konieczność angaŝowania duŝych środków finansowych, uzyskanie najwyŝszej jakości projektowania.

4 Nowe Ŝądania w stosunku do procesu projektowania konieczność starannego planowania procesu, dekompozycji zadań i koordynacji prac róŝnych zespołów, umoŝliwienie współuczestnictwa osobom spoza zespołu projektującego, potrzeba wykorzystania najnowszych metod projektowania wspomaganego komputerowo, niezbędność optymalizacji działań projektowych ze względu na czas i koszty, racjonalizacja zbierania i przechowywania informacji, umoŝliwienie efektywnej pracy osobom o mniejszym talencie lub doświadczeniu zawodowym.

5 Ujęcie systemowe Ujęcie systemowe nakazuje widzieć proces projektowania jako jeden z elementów procesu zaspokajania potrzeby, który składa się co najmniej z trzech elementów: procesu projektowania, procesu wykonania obiektu, procesu eksploatacji obiektu. Celem projektowania będzie więc obmyślenie obiektu projektowania oraz sposobu jego eksploatacji, czasem równieŝ niektórych nietypowych procesów wytwarzania obiektu.

6 Cele projektowania Celem projektowania będzie więc obmyślenie obiektu projektowania oraz sposobu jego eksploatacji, czasem równieŝ niektórych nietypowych procesów wytwarzania obiektu. Podsumowując jako charakterystyczne dla procesu projektowania uznano następujące elementy: projektowanie jest procesem przetwarzania informacji i generowania informacji, celem procesu projektowania jest obmyślanie tego, czego jeszcze nie było; stąd wynika konieczność stosowania metod heurystycznych lub innych działań twórczych oraz konieczność programowania i symulowania,

7 Cele projektowania projektowanie jest procesem złoŝonym, zawierającym działania o róŝnym stopniu sformalizowania: od czysto heurystycznych do czysto algorytmicznych, przy czym działania twórcze są kluczowe; rezultaty silnie zaleŝą od człowieka, proces projektowania jest podporządkowany procesowi zaspokajania potrzeb., mimo znacznego udziału elementów twórczych, proces projektowania moŝe być badany, opisywany i powinien być nauczany, brak jednoznacznych modeli samego procesu projektowania, informacja wejściowa projektowania jest niepełna, najczęściej brak jest pełnego matematycznego modelu projektowanego obiektu i procesów z nim związanych, co powoduje, Ŝe proces projektowania moŝna algorytmizować tylko częściowo, ekonomiczne i pozaekonomiczne skutki złych rezultatów projektowania mogą powodować wielkie straty (ekonomiczne, socjalne, i inne).

8 Rodzaje projektowania Przyjęty rodzaj procesu projektowania zaleŝy m.in. od: rodzaju zadania projektowego, rodzaju podmiotu projektowania (systemu projektującego), np. własne biuro konstrukcyjne czy zlecenie na zewnątrz, kwalifikacje personelu, wyposaŝenie zaplecza, dostęp do informacji, środków finansowych i czasu przeznaczonego na projektowanie.

9 KWP - System CAD KWP (Konstruct West Partners; Komputerowe Wspomaganie Projektowania ) nazywa się proces uŝytkowania zbioru metod i środków informatycznych (komputerowych) wzmacniających moŝliwości twórcze konstruktora czy projektanta. Jest to pewien system składający się z trzech głównych elementów: konstruktora lub projektanta, nazwanego dalej uŝytkownikiem, mającego odpowiednie kwalifikacje, sprzętu komputerowego, oprogramowania. Taki trójelementowy układ nazywa się systemem CAD (Computer Aided Design) lub systemem KWP (Komputerowego Wspomagania Projektowania

10 Pakiety CAD NaleŜy podkreślić, Ŝe CAD jest narzędziem wspomagającym pracę człowieka przy uŝyciu komputera, a nie eliminuje jego z procesu projektowania. Przyjęły się odpowiednie nazwy klas takich pakietów jak: CAD (Computer Aided Design) konstruowanie i projektowanie wspomagane komputerowo, CADD (Computer Aided Design and Drafting) wspomagane komputerowo geometryczne modelowanie (rysowanie) w zintegrowanym procesie konstruowania i projektowania, CAM (Computer Aided Manufacturing) wspomagane komputerowo sterowanie procesem wytwarzania, z wykorzystaniem obrabiarek sterowanych numerycznie (NC-numerical Control) i obrabiarek sterowanych mikroprocesorami (CNC Computer Numerical Control),

11 Pakiety CAD CAD/CAM (Computer Aided Design and Manufacturing) zintegrowane (komputerowo wspomagane) konstruowanie i sterowanie produkcją z moŝliwością tworzenia plików z danymi pośrednimi między kolejnymi fazami realizacji programu komputerowego, CIM (Computer Integrated Manufacturing) zintegrowany, komputerowo wspomagany system technicznego i organizacyjnego przygotowania produkcji oraz nadzoru procesu wytwarzania, CAT (Computer Aided Testing) sterowany komputerowo proces kontroli technicznej w procesie wytwarzania, CAE (Computer Aided Engineering) łączne określenie komputerowego wspomagania prac inŝynierskich, tzn. systemów łączących CAD, analizę pola (metoda MES, MEB, MRS, etc.), obsługę eksperymentu, komputerowe sterowanie obiektami, edytory tekstów, bazy danych i inne.

12 Zakres komputerowego wspomagania prac inŝynierskich. Do typowych działań, które mogą być wykonywane przez komputer zalicza się: wykonywanie obliczeń w jednym przejściu np. obliczanie bilansów cieplnych, automatycznego zbierania danych i statystycznej obróbki danych;. Charakterystyczne jest to, Ŝe operuje się na duŝych zbiorach danych, wykonywanie obliczeń iteracyjnych jak przy optymalizacji czy symulacji. Charakterystyczne jest to, Ŝe są realizowane złoŝone, powtarzające się i długotrwałe obliczenia oraz Ŝe uŝytkownik powinien mieć moŝliwość interwencji w trakcie obliczeń, po kaŝdej iteracji, wykonywanie dokumentacji rysunkowej, np. konstrukcyjnej: rysowanie brył, transformacji rysunków, rysowanie wykresów, w tym trójwymiarowych (np..grapher, DERIVE, MATHEMATICA, IDL, czy MATLAB),

13 Zakres komputerowego wspomagania prac inŝynierskich wspomaganie podejmowania decyzji (Systemy Ekspertowe, czy Doradcze), edycję tekstów (edytory tekstów WORD, WORDPERFECT, LATEX, TEX, etc.), np. opisów technicznych. wyszukiwanie informacji o zadanych właściwościach materiału, wyszukiwanie dokumentacji, przeszukiwanie katalogu, wspomaganie podejmowania decyzji (Systemy Ekspertowe, czy Doradcze), edycję tekstów (edytory tekstów WORD, WORDPERFECT, LATEX, TEX, etc.), np. opisów technicznych.

14 Modularność CAD Typowe pakiety (systemy ) CAD składają się z kilku części, często zwanych modułami lub programami. Z reguły są to osobne jednostki programowe, widziane prze system operacyjny komputera jako niezaleŝne pliki. Często mogą to być autonomiczne programy, które moŝna uruchamiać niezaleŝnie. Typowe są następujące moduły: Preprocessor słuŝy do wprowadzania danych przez uŝytkownika.; moŝe to być np. moduł modelowania graficznego, który umoŝliwia dialogowe wprowadzanie cech konstrukcyjnych w formie graficznej i zapisanie ich w pamięci komputera w formie binarnej, Solver (rozwiązywacz) realizuje wszelkie wymagane obliczenia, np. wytrzymałościowe, dynamiczne, polowe, obwodowe, termiczne, etc.,

15 Modularność CAD Postprocessor umoŝliwia wyprowadzenia wyników obliczeń w formie najbardziej komunikatywnej dla uŝytkownika, w szczególności w postaci graficznej, plików ASCII, Postscriptowych, HPGL, etc., Baza danych moŝna tu wyróŝnić bazę danych stałych, wprowadzoną przez twórcę systemu, których uŝytkownik nie moŝe zmieniać ani wymazać, albo które moŝe uzupełniać, oraz bazę danych zmiennych automatycznie uzupełnianą przez system, Biblioteka procedur przewidzianych do uŝywania nie w jednym, lecz w kilku modułach, Główny program zarządzający, który umoŝliwia uŝytkownikowi sterowanie przebiegiem procesu obliczeń, wprowadzanie nowych danych, obsługuje przerwania, steruje komunikacją między modułami, itp.

16 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania stawiane pakietom rosną dynamicznie w miarę rozwoju sprzętu, baz danych, sieci komputerowych, etc. Pojawia się nowe zjawisko, a mianowicie w związku z poszerzeniem się kręgu uŝytkowników (w tym osób z małą znajomością informatyki) pakiety te muszą być dostosowane do tego kręgu osób. Podstawowym wymaganiem jest zawsze dobra dokumentacja uŝytkownika, zawierająca instrukcję obsługi, instalowania, uruchomiania, listę błędów, listę plików systemowych, etc.

17 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania dotyczące obsługi: istnienie wygodnego systemu help; najlepiej kontekstowy, tzn. Ŝe na ekran wyprowadzana jest tylko informacja dotycząca bieŝącej sytuacji lub wybranej w danej opcji, moŝliwość zabezpieczenia przed wprowadzeniem przez uŝytkownika niepoprawnych danych; system odmawia akceptacji takiej danej i nie zmienia stanu oczekiwania, moŝe równieŝ generować sygnał dźwiękowy: tzw. podpowiadacz poprawnych odpowiedzi; wraz z wyprowadzeniem na ekran pytaniem system informuje o zakresie zmian np. liczby, automatyczne zabezpieczenia (często wielostopniowe), np. zabezpieczenia przed machinalnymi naciśnięciami klawisza prowadzącymi do utraty danych lub efektów pracy w danej sesji,

18 Wymagania stawiane systemom CAE. moŝliwość przerwania danej sekwencji działań interaktywnych z uŝytkownikiem, moŝliwość zmiany tylko jednej wybranej danej wejściowej bez konieczności wpisywania z klawiatury wszystkich od nowa,przejrzystość działania, tzn. łatwość rozumienia przez uŝytkownika algorytmów (np.. z pomocą help), moŝliwość uŝywania systemu w dwóch lub więcej wersjach obsługi; inna dla początkującego a inna dla zaawansowanego uŝytkownika,dostarczenie przez producenta wersji DEMO, bogaty system dostępnych opcji,moŝliwość uzyskania przez uŝytkownika aktualnej informacji o bieŝącym stanie systemu. moŝliwość uzyskania przez uŝytkownika informacji o bieŝącym trybie pracy systemu, np. graficznym lub znakowym,

19 Wymagania stawiane systemom CAE. moŝliwość automatycznego wyprowadzania krótkiego komunikatu lub licznika przeprowadzonych obliczeń, gdy system wykonuje długie obliczenia (np. obliczenia 3D), lub gdy program optymalizuje konstrukcję, moŝliwość przerwania pracy bez utraty danych wejściowych i danych obliczonych do chwili przerwania, moŝliwość chwilowego wyjścia z systemu i uruchomienia innych programów, a potem kontynuacji przerwanej pracy, zapewnienie wygodnej obsługi systemu, np. przez wykorzystanie okien dialogowych obsługiwanych z myszy.

20 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania dotyczące instalacji moŝliwość łatwego instalowania systemu, np. przez umieszczenie w pakiecie programu instalującego (INSTALL.EXE), zawierającego róŝne mechanizmy upraszczające instalowanie, np. automatyczne zmienianie plików konfiguracyjnych. Wymagania dotyczące oprogramowania - dostarczanie przez producenta systemu typowych modułów programowych, które po prostym uzupełnieniu stają się modułami uŝytkownika, istnienie bogatej biblioteki procedur i funkcji matematycznych, istnienie wygodnego ekranowego edytora alfanumerycznego danych wejściowych lub edytora do kodowania modelu matematycznego, łatwość tworzenia i edytowania baz danych i baz wiedzy; ewentualnie z automatycznym wpisaniem na Ŝądanie uŝytkownika do tych baz wyników konkretnej sesji obliczeniowej.

21 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania dotyczące uruchamiania: istnienie efektywnego systemu wykrywania błędów programu uruchomieniowego, istnienie efektywnego systemu wykrywania błędów obliczeniowych, efektywne narzęzia do uruchamiania, testowania i weryfikacji działania programu, moŝliwość objaśniania otrzymanych wyników (np. w systemie ekspertowym), system powinien być dobrze przetestowany, aby nie zawieszał się przy nietypowych zestawach danych wejściowych. Wymagania związane z działaniem programu: zapewnienie duŝej szybkości działania co osiąga się przez zastosowanie efektywnych algorytmów matematycznych i dobrą organizację pamięci, istnienie kompromisowego podziału systemu na moduły i pliki dyskowe.

22 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania dotyczące moŝliwości przystosowania do specyficznych potrzeb uŝytkownika (ang. Customizing): moŝliwość tworzenia makroinstrukcji, ewentualnie z parametrami, które mogą być argumentami tych makropoleceń, moŝliwość automatycznego tworzenia pliku rejestrującego kolejno wprowadzane zlecenia, ewentualnie z rejestracją czasu zegarowego (ang. Logfile), moŝliwość pracy dwumonitorowej (jeden drogi monitor graficzny, drugi do dialogu alfanumerycznego), moŝliwość uruchomienia systemu pod róŝnymi systemami operacyjnymi, zapewnienie łatwego przystosowania systemu do specyficznych potrzeb określonego uŝytkownika (ang. Customizing of the system), np./ przez moŝliwość: dostępu uŝytkownika do zmiennych systemowych, konfigurowania sprzętowego, konfigurowania wyglądu ekranu z danymi, tworzenie własnych matryc, tworzenie własnych dokumentów wzorców.

23 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania sprzętowe: wymagana jak najmniejsza pamięć RAM i pamięć dyskowa, moŝliwość instalowania systemu na róŝnych komputerach i w róŝnych konfiguracjach sprzętowych, np. przy istnieniu róŝnych kart graficznych, moŝliwość załoŝenia dysku wirtualnego. Wymagania dotyczące ochrony zbiorów: ochrona zbiorów jest ot uniemoŝliwienie czytania, kopiowania, zapisywania oraz omyłkowego lub świadomego usuwania plików dyskowych przez niepowołane osoby; osiąga się to przez stosowanie hasła, szyfrowanie plików z danymi lub ograniczanie uprawnień dla poszczególnych uŝytkowników w sieciach komputerowych, naleŝy zapewnić zabezpieczenie plików (np. rysunku zapisanego na dysku) przed przypadkowym usunięciem pliku (np. prze tworzenie kopii bezpieczeństwa).

24 Wymagania stawiane systemom CAE. Wymagania dotyczące współpracy z otoczeniem programowym i sprzętowym: komunikacja z innymi systemami (np. wyniki optymalizacji są wprowadzane do edytora rysunku i odwrotnie); zalecane jest przyjęcie określonych ogólnie przyjętych standardów (.dxf,.bmp, lub.plt, etc.), moŝliwość fizycznego dołączania róŝnych urządzeń zewnętrznych wejściowych, opcjonalna moŝliwość graficznego lub alfanumerycznego wprowadzania/wyprowadzania informacji wynikowych (np. w metodach aproksymacyjnych obliczeń inŝynierskich MES, MEB, MSR, Metoda Sieci Reluktancyjnych), moŝliwość czytania istniejącego pliku danych, utworzonego przez starszą wersję systemu.

25 Model obiektu a model CAD Układ abstrakcyjny lub konkretny, stanowiący nośnik informacji o zidentyfikowanych własnościach danego obiektu nazywa się zazwyczaj modelem tego obiektu. Model moŝe stanowić podstawę teoretyczną analizy zachowywania się (np. budowy czy działania) modelowanego obiektu dzięki identyfikacji zaleŝności pomiędzy własnościami tego obiektu a jego właściwościami. Przedstawia badany obiekt tylko pod jakimś względem; jako przedmiot badań przyjmuje się wówczas wybrane własności. Model cyfrowy CAD plik lub pliki danych oprogramowania CAD zorganizowane zgodnie z rzeczywistymi cechami odwzorowanych obiektów. Modele cyfrowe najczęściej są trójwymiarowe (dwuwymiarowe jedynie w pierwszych programach CAD), zawierają dane geometryczne, topologiczne i inne. Np. model cyfrowy produktu (cyfrowa makieta produktu, tzw. Digital MockUp DMU) umoŝliwia projektantowi przeprowadzenie analiz i symulacji, zanim powstanie prototyp fizyczny.

26 Główne cele modelowania cyfrowego CAD W oprogramowaniu CAD/CAM/CAE, inaczej niŝ w typowych programach graficznych, w których celem jest uzyskanie jedynie efektów wizualnych, model ma do spełnienia róŝne zadania, moŝe słuŝyć do: wygenerowania rysunkowej dokumentacji technicznej, bezbłędnego geometrycznie eksportu do innych systemów CAD/CAM, cyfrowego prototypowania (analizy kinematycznej funkcjonalności, weryfikacji ergonomicznej, analizy moŝliwości montaŝu, analizy dynamiki elementów i zespołów), Obliczeń wytrzymałościowych (zwłaszcza metoda elementów skończonych), Wykonania dokumentacji CAM (zaprojektowania operacji wytwórczych i ich weryfikacji, uzyskania dodatkowych informacji koniecznych w procesie wytwórczym np. wymiary półfabrykatów), Wizualizacji produktu (np. do wykonania multimedialnej prezentacji).