Automatyzacja tworzenia z o eƒ modeli parametrycznych MAREK WYLE O

Transkrypt

1 Automatyzacja tworzenia z o eƒ modeli parametrycznych MAREK WYLE O Wspó czeênie wa nym zagadnieniem w procesie projektowania i konstruowania wyrobów jest tworzenie ich wirtualnych modeli. Modele te mogà posiadaç statyczne wartoêci cech geometrycznych, ale wartoêci te mo na równie sparametryzowaç. Parametryzacja wirtualnych modeli obiektów rzeczywistych pozwala na szybkie uzyskiwanie typoszeregów modeli tych obiektów. Tworzenie modeli parametrycznych pojedynczych elementów oraz modeli parametrycznych uk adów z nich z o onych mo liwe jest m.in. z u yciem nowoczesnego, wielomodu owego systemu CATIA [1, 2], nale àcego do grupy systemów CAx (CAD, CAM, CAE). Modu y tego systemu dostarczajà u ytkownikowi stosownych narz dzi programowych, dzi ki którym wykonywanie modeli parametrycznych jest wysoko Dr in. Marek Wyle o jest pracownikiem Wydzia u Mechanicznego Technologicznego Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Âlàskiej. efektywne. W przypadku istnienia potrzeby cz stego i szybkiego dokonywania z o eƒ modeli b dàcych poszczególnymi realizacjami danego typoszeregu, np. maszyn, mo liwa jest automatyzacja tego procesu. Du à zaletà takiej automatyzacji oprócz znacznego u atwienia i skrócenia czasu realizacji dzia aƒ jest eliminacja b dów zwiàzanych np. z nieprawid owym wyborem wersji wymiarowych sk adanych modeli (np. dla zespo u: o ysko toczne czop wa u pierêcieƒ osadczy) oraz nadawanym im wi zom geometrycznym (np. przyleganie p aszczyzn, wspó osiowoêç itp.). Eliminacja takich b dów jest mo liwa poprzez zastosowanie elementów wiedzy konstrukcyjnej, reprezentowanej poprzez regu y i formu y matematyczne. W pracy pokazano wykonanie i zastosowanie automatyzacji procesu dokonywania z o eƒ na przyk adzie modelu w z a o yskowego. Realizacja tego procesu zosta a w pe ni wykonana z zastosowaniem modu ów systemu CATIA. 37

2 Zadania rutynowe i ich komputerowe wspomaganie Realizacja wielu procesów projektowo-konstrukcyjnych zwiàzana jest z wykonywaniem pewnej grupy dzia aƒ rutynowych. Rutynowy charakter tych dzia- aƒ wynika zarówno z przyj tych i ustalonych wczeêniej metod post powania, jak i z indywidualnego doêwiadczenia danego pracownika (projektanta, konstruktora), który je wykonuje. Do dzia aƒ takich mo- emy zaliczyç m.in. dobór elementów maszyn z katalogów, dobór cech konstrukcyjnych danych elementów z norm czy zaleceƒ wynikajàcych z doêwiadczeƒ danego zak adu itp. Sà to wi c dzia ania nie wymagajàce innowacyjnego myêlenia. Poniewa dzia- ania te sà jednak zwykle bardzo pracoch onne i czasoch onne, starano si je wspomagaç przez zastosowanie ró nych Êrodków (katalogi rozwiàzaƒ konstrukcyjnych, zbiory norm, mechaniczne maszyny liczàce itp.). Zupe nie nowej jakoêci w tej dziedzinie dostarczy a dopiero szybko rozwijajàca si od po owy XX wieku technika cyfrowa. Rozwój komputerów i oprogramowania umo liwi znaczne i rzeczywiste ograniczenie roli cz owieka przy realizacji zadaƒ rutynowych. Aby udoskonaliç wspomaganie zadaƒ rutynowych, konieczne by o rozwiàzanie wielu problemów w sferze sprz towej (szybkie i mogàce przetwarzaç du e liczby danych komputery) oraz programowej ( atwe w obs udze i wydajne programy). W miar rozwoju komputeryzacji powstawa y nowe, coraz bardziej zaawansowane programy o graficznym interfejsie. Realizowa y (i realizujà) one zadania zwiàzane ze wspomaganiem nie tylko samego zapisu konstrukcji (wykonywanie dokumentacji rysunkowej), ale równie takich procesów, jak: wytwarzanie, eksploatacja czy te utylizacja. Coraz cz Êciej programy te umo liwiajà równie pozyskiwanie, zapis i stosowanie wiedzy in ynierskiej w celu jej póêniejszego wykorzystania. Jednym z takich zaawansowanych systemów graficznych jest wspomniany ju system CATIA [1, 2]. Zastosowanie systemu CATIA do wspomagania zadaƒ rutynowych CATIA [1, 2] jako nowoczesny zintegrowany wielomodu owy system CAx oferuje bogaty zestaw na- Rys. 1. G ówne elementy z o eƒ modeli parametrycznych rz dzi programowych s u àcych do wspomagania praktycznie ca ego cyklu dzia aƒ zwiàzanych z tzw. yciem produktu. Do naszych potrzeb zosta y zastosowane modu y i elementy systemu (rys. 1), zwiàzane z: modelowaniem bry owym (modu systemu) [4], realizacjà z o eƒ (modu systemu, rys. 2), Rys. 2. Widok okna g ównego systemu CATIA (modu Assembly Design) reprezentowaniem danych (tablice projektowe) i wiedzy (regu y, formu y, sprawdzenia), edycjà makropoleceƒ, programowaniem w j zyku CATScript. W dziedzinie modelowania mechanicznego modu y tego systemu dostarczajà u ytkownikowi narz dzi programowych do tworzenia zarówno modeli parametrycznych, jak równie ich z o eƒ. Wykonywanie takich z o eƒ wià e si g ównie z nadawaniem modelom nowych, charakterystycznych dla z o eƒ, wi zów geometrycznych (rys. 3). W ten sposób powstajà nowe parametry z o eƒ, zwiàzane z parametrami cech geometrycznych poszczególnych modeli, wchodzàcych w sk ad z o enia. Rys. 3. Powiàzania pomi dzy modelami parametry z o enia W przypadku potrzeby cz stego i szybkiego dokonywania z o eƒ modeli b dàcych poszczególnymi realizacjami danego typoszeregu, np. maszyn, mo liwa jest automatyzacja tego procesu. Automatyzacja ta polega na zastàpieniu rutynowych dzia aƒ u ytkownika systemu (tj. dobór stosownych wersji wymiarowych modeli z ich typoszeregów, osadzanie modeli we wspólnej wirtualnej przestrzeni projektowej oraz nadawanie im wzajemnych wi zów geometrycznych) przez dzia anie systemu makropoleceƒ, realizujàcych stosowny kod programu, napisany w j zyku CATScript (jest to j zyk oparty na sk adni j zyka Visual Basic). Dzia ania u ytkownika ograniczajà si wtedy do przeprowadzenia krótkiego dialogu, koniecznego do dostarczenia systemowi niezb dnych danych o dokonywanym z o eniu (np. podanie kilku charakterystycznych wymiarów i symboli). Dodatkowà zaletà takiej automatyzacji oprócz znacznego u atwienia i skrócenia czasu realizacji z o eƒ jest eliminacja b dów zwiàzanych np. z nieprawid owym wyborem wersji wymiarowych sk adanych modeli (np. dla zespo u: o ysko toczne czop 38

3 wa u pierêcieƒ osadczy) oraz nadawanym im wi zom geometrycznym (np. przyleganie p aszczyzn, wspó osiowoêç). Eliminacja takich b dów jest mo liwa poprzez zastosowanie elementów wiedzy konstrukcyjnej, reprezentowanej poprzez regu y, formu y matematyczne i sprawdzenia [4]. W celu ilustracji opisywanych dzia aƒ, w pracy zosta o skrótowo przedstawione wykonanie automatyzacji procesu dokonywania z o eƒ na przyk adzie modelu w z a o yskowego [4]. Automatyzacja wykonywania z o eƒ modeli parametrycznych w z ów o yskowych wiàza a si w szczególnoêci z zastosowaniem trzech modu ów programowych, tablic projektowych, j zyka CATScript oraz makropoleceƒ (rys. 4). Rys. 4. Zastosowane modu y systemu CATIA i ich g ówne elementy Rys. 7. Przyk ad regu y widocznej w oknie dialogowym modu u Knowledge Advisor [4] dokonania z o eƒ modeli wszystkich elementów sk adowych z o enia (Assembly Design), zapisu regu i sprawdzeƒ tworzàcych swego rodzaju baz wiedzy konstrukcyjnej, sterujàcych i nadzorujàcych proces dokonywania z o eƒ (modu Knowledge Advisor, rys. 7). Tablice projektowe (rys. 8) zosta y zastosowane do utworzenia typoszeregów wymiarowych poszczególnych modeli parametrycznych. Tablice te tworzà swego rodzaju baz danych wymiarowych. J zyk CATScript zawarty w makropoleceniach (rys. 9) pos u y do realizacji dzia aƒ zwiàzanych z: Modu y programowe zosta y u yte do: wygenerowania poszczególnych modeli elementów sk adowych (rys. 5) w z ów o yskowych wraz z ich parametrami (modu y: Part Design, Assembly Design), zapisu formu matematycznych (rys. 6), opisujàcych zale noêci geometryczne pomi dzy parametrami poszczególnych modeli (Part Design), Rys. 8. Przyk ad tablicy projektowej, wykonanej w postaci arkusza kalkulacyjnego MS Excel [4] pobraniem danych wejêciowych (dialog z u ytkownikiem), osadzaniem modeli elementów sk adowych we wspólnej przestrzeni projektowej, dokonywaniem z o eƒ (nadawanie wi zów geometrycznych z o eƒ). Otrzymane rezultaty Rys. 5. Modele wchodzàce w sk ad z o enia w z a o yskowego Rys. 6. Przyk ad formu y matematycznej widocznej w oknie dialogowym modu u Part Design [4] G ównym efektem zastosowanego sposobu post powania jest program [4] s u àcy do automatycznego dokonywania z o eƒ modeli parametrycznych w z ów o yskowych. Wykonanie programu (nazwanego ABN Assemblies of Bearing Nodes), realizujàcego z o enia modeli w z ów o yskowych wiàza o si z przyj ciem nast pujàcych za o eƒ [4]: znany jest symbol o yska tocznego (wy àcznie kulkowego), jakie ma byç zastosowane, znany jest rodzaj uszczelnienia o yska, znany jest uk ad o yskowania, znany jest sposób ustalenia o yska na wale. Ponadto przyj to 12 ró nych rozwiàzaƒ konstrukcyjnych z o eƒ w z a o yskowego, wed ug których 39

4 Na rys. 10 widzimy g ówne stadia definiowania przyk adowego makropolecenia, realizujàcego proces z o enia. Przyj ty algorytm, wed ug którego dzia a program ABN, widoczny jest na schemacie blokowym (rys. 11). Obs uga programu polega na wykonaniu nast pujàcych dzia aƒ: Rys. 11. Schemat blokowy algorytmu programu ABN [4] Rys. 9. Przyk ad makropolecenia zawierajàcego polecenia j zyka CATSCript [4] wykonano stosowne modele parametryczne [4]. Rozwiàzania te ró nià si od siebie m.in.: wersjà wymiarowà o yska, rodzajem uszczelnienia o yska, sposobem ustalenia o yska na czopie wa u (a wi c i postaci czopa wa u). Dzi ki zastosowaniu modeli parametrycznych otrzymano ok. 200 ró nych wersji wymiarowych dla danego typoszeregu w z a o yskowego. Punktem odniesienia parametryzacji by y wymiary o yska kulkowego. Jak mo na zauwa yç, aby móc zastosowaç program ABN, konstruktor musi wiedzieç o danym w êle o yskowym praktycznie wszystko. Program ABN nie jest wi c systemem doradczym, wspomagajàcym projektanta w operacjach doboru typu o yska, sposobu jego ustalenia czy uszczelnienia w obudowie w zale noêci od zidentyfikowanych warunków pracy w z a o yskowego. Jego zastosowanie jest ograniczone wy àcznie do zastàpienia projektanta w jego rutynowych dzia aniach, zwiàzanych z modelowaniem i dokonywaniem z o eƒ w z ów o yskowych. Program ABN dzia a wy àcznie w Êrodowisku systemu CATIA. Nie jest wi c osobnà aplikacjà. W rzeczywistoêci sk ada si z systemu wspó dzia ajàcych makropoleceƒ, napisanych w j zyku CATScript. Rys. 10. G ówne stadia tworzenia makropolecenia [4] uruchomieniu makra startowego, przeprowadzeniu krótkiego dialogu, realizowanego za pomocà specjalnie przygotowanych okien dialogowych (przyk ad takiego okna pokazany jest na rys. 12). Na rys. 13 przedstawiono przyk adowy model w z a o yskowego, który zosta uzyskany za pomocà programu ABN. Rys. 12. Przyk adowe okno dialogowe programu ABN [4] Rys. 13. Przyk adowy model w z a o yskowego o- ysko ustalone na czopie wa u za pomocà pierêcienia osadczego, uszczelnienie szczelinowo-rowkowe, o- ysko ustalajàce [4] Uwagi koƒcowe Zrealizowana próba zastosowania systemu CATIA do automatyzacji procesu dokonywania z o eƒ modeli parametrycznych, w szczególnoêci w z ów o yskowych, mia a charakter dydaktyczny. Niemniej jej przeniesienie (z odpowiednimi zmianami w zale noêci od specyfiki np. biura projektowego) do zastosowaƒ przemys owych jest w pe ni mo liwe. LITERATURA 1. CATIA V5 Solutions. Version 5 Release 7. English Online documentation Wyle o M.: Modelowanie bry owe w systemie CATIA. Przyk ady i çwiczenia, HELION, Gliwice

5 Dokoƒczenie z 40 str. 4. Dàbek D.: Wykonanie w systemie CAD/CAM wirtualnego modelu w z a o yskowego z zastosowaniem bazy wiedzy. Praca dyplomowa magisterska, Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn Politechniki Âlàskiej, Gliwice