WIZUALIZACJA KOLIZYJNOŚCI DEMONTAŻU WYROBU Z ZASTOSOWANIEM TECHNIK KOMPUTEROWYCH

Transkrypt

1 Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I P O Z N AŃSKIEJ Nr 6 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007 JAN ŻUREK, TADEUSZ DURAS WIZUALIZACJA KOLIZYJNOŚCI DEMONTAŻU WYROBU Z ZASTOSOWANIEM TECHNIK KOMPUTEROWYCH Aplikacje komputerowe typu CAD wyposażone są w narzędzia wspomagające projektantów m.in. w tworzeniu wirtualnych modeli przestrzennych (3D) wyrobów oraz wykonywaniu dokumentacji konstrukcyjnej i technologicznej (2D), obliczeń i analiz wytrzymałościowych. Oprogramowanie to może być zastosowane do wirtualnej symulacji ruchu części lub podzespołów wyrobu, pozwalające nie tylko na zobrazowanie jego wyglądu, ale też na prezentacji podczas pracy oraz wykrywanie kontaktów (kolizyjności) między współpracującymi elementami. W pracy zaprezentowano wybrane możliwości wizualizacji i oceny kolizyjności wskazanych elementów w zespołach maszynowych z wykorzystaniem oprogramowania Inventor oraz Solid Edge w aspekcie wspomagania technologii ich demontażu. Słowa kluczowe: zespoły, demontaż, komputer, wizualizacja kolizji 1. O DEMONTAŻU Demontaż określany jest jako usunięcie połączeń pomiędzy elementami wyrobu, w wyniku, którego uzyskuje się odrębne części. Rodzaje i metody demontażu, w zależności od przeznaczenia lub sposobu wykorzystania uzyskanych elementów, mogą być następujące: demontaż wstępny; obejmuje odłączenie elementów (podzespołów) łatwo dostępnych i umieszczonych na zewnątrz, demontaż częściowy; obejmuje odłączenie niektórych wybranych elementów (części, podzespołów i zespołów) ulegających szybkiemu zużyciu i może być wykonywany podczas obsługi, naprawy lub diagnostyki zespołów, demontaż podstawowy; obejmuje odłączenie wszystkich podzespołów i jego części, demontaż główny; odłączenie zespołów od części bazowej, demontaż szczegółowy; polega na rozłączeniu połączeń w celu wydzielenia elementów składowych, demontaż nieniszczący; polega na uwolnieniu wybranego elementu z zespołu w taki sposób, aby nie uległ on uszkodzeniu,

2 178 J. Żurek, T. Duras demontaż niszczący; wyrób w całości lub wskazany jego element zostają zniszczone, najczęściej przez mechaniczne rozdrobnienie, celem którego jest odzyskanie materiałów do dalszego przetworzenia. 2. OCENA KOLIZYJNOŚCI PODCZAS SYMULACJI DEMONTAŻU Ocena kolizyjności może być dokonywana na różnych etapach życia wyrobu, tzn. w fazach projektowania i eksploatacji i po jej zakończeniu. Analizę można przeprowadzić w różnych aspektach. Aspekt konstrukcyjny należy uwzględnić na etapie projektowania wyrobu. W tym przypadku istotne jest czy stykające się ze sobą lub bezpośrednio współpracujące elementy wyrobu nie wchodzą na siebie. W zależności od wielkości tzw. obszaru wspólnego, w przypadku kontaktu wyłącznie statycznego, mogą wystąpić zbędne naprężenia w tych elementach (z wyjątkiem przypadków przewidzianych konstrukcyjnie lub technologicznie) grożące przedwczesnym uszkodzeniem lub zniszczeniem, a nawet uniemożliwiające montaż. Gdy elementy zespołu zmieniają położenie względem siebie, konieczna jest ocena kolizyjności podczas symulacji ich ruchu. Kolizja może spowodować ograniczenie zakresu ruchu czynnego lub go uniemożliwić, a w przypadku tzw. twardego kontaktu wywołać uszkodzenie lub zniszczenie części. Konieczna jest wtedy zmiana konstrukcji lub toru ruchu elementu w taki sposób, aby jej uniknąć. Oceny kolizyjności można dokonywać podczas opracowywania technologii montażu wyrobu, gdy jednym z istotnych zagadnień jest określenie m.in. elementów do późniejszego demontażu, w tym kolejności i toru usunięcia. Ocena taka jest niezbędna szczególnie w przypadku wyrobów o skomplikowanej i rozbudowanej strukturze. Zastosowanie techniki komputerowej w tym przypadku wspomaga pracę inżynierską i jest w pełni uzasadnione. Moduły do oceny kolizyjności podczas ruchu wskazanych elementów dostępne są w większości parametrycznych programów komputerowych typu CAD. Możliwa jest również wymiana danych pomiędzy różnymi aplikacjami. Przy wyborze oprogramowania kierować się należy m.in. jego dostępnością, w tym dostępnością poszczególnych jego modułów, i znajomością obsługi przez kadrę. Ocena kolizyjności może być przeprowadzona z zachowaniem następującej kolejności działań: 1) wykonanie modelu wirtualnego zespołu, z modelami jego elementów składowych włącznie, 2) ustalenie w modelu wirtualnym wyrobu połączeń nierozłącznych między jego elementami (np. przez uzgodnienie odpowiednich relacji i wiązań), 3) wybór jednego lub grupy elementów, które podlegać będą przesunięciom (demontażowi),

3 Wizualizacja kolizyjności demontażu wyrobu z zastosowaniem technik komputerowych 179 4) wskazanie toru ruchu (usunięcia), 5) uruchomienie modułu w oprogramowaniu i ocena kolizyjności, 6) analiza wyników, przy czym: brak wskazania kolizji będzie oznaczał, że demontaż wybranego elementu we wskazanym kierunku jest możliwy bez konieczności usunięcia elementu poprzedzającego, wskazanie kolizji oznacza konieczność określenia elementów, które kolidują, oraz sposobu ich usunięcia (np.: przez zmianę położenia elementu, zmianę kierunku demontażu lub wskazanie do usunięcia elementów poprzedzających). W wielu przypadkach zachodzi potrzeba oceny wielowariantowej, dla różnej liczby części lub podzespołów oraz różnych kierunków demontażu (w takich przypadkach konieczny będzie wybór rozwiązania najkorzystniejszego). 3. OCENA KOLIZYJNOŚCI NA WYBRANYM PRZYKŁADZIE Ocenę przeprowadzono na przykładzie wiertarki ręcznej z napędem elektrycznym (rys. 1). Wykonano model (3D) wiertarki. Modelowanie przeprowadzono z zastosowaniem programu Inventor. Na podstawie danych odczytanych z dokumentacji technicznej oraz bezpośrednich pomiarów przygotowano modele części składowych wiertarki w taki sposób, że ich kształt i wymiary były zgodne z rzeczywistymi. Następnie z wykorzystaniem opcji do tworzenia zespołów dostępnych w oprogramowaniu wykonano wirtualny model zespołu wiertarki (rys. 2). Model zapisano w formacie *.asm oraz *.iges, a następnie wczytano do programu Solid Edge. Możliwości wizualizacji zaprezentowano wariantowo na przykładzie przesunięcia (symulacji demontażu) wybranych części i podzespołów wiertarki. W wariancie pierwszym symulowano demontaż koła zębatego poprzez odsunięcie go od przekładni promieniowo od wału. Wybrano polecenie przenieść część, a następnie w opcjach analizy zaznaczono pokaż istniejące kolizje oraz sygnalizowanie dźwiękiem. Wybrano tor ruchu przenieść swobodnie, wskazano element do demontażu koło zębate i przesunięto oznaczony element.

4 180 J. Żurek, T. Duras Rys. 1. Wiertarka ręczna częściowo zdemontowana Fig. 1. Partly dismantled drilling machine Rys. 2. Model wiertarki Fig. 2. Drilling machine model Rys. 3. Widok kolizji koła zębatego z wałkiem Fig. 3. View of the gear wheel with the shaft collision Rys. 4. Oznaczenie objętości kolizji Fig. 4. Collision volume designation W trakcie przemieszczania koła zębatego w chwili styku powierzchni otworu piasty z powierzchnią wału program wykrył kolizję, co zostało zasygnalizowane dźwiękowym sygnałem ostrzegawczym, wyświetleniem komunikatu tekstowego oraz zmianą koloru powierzchni na kolidujących częściach (rys. 3). Program ma możliwość wizualizacji tzw. obszaru wspólnego elementów po kolizji przez oznaczenie go wyróżniającym kolorem; elementy niebiorące w niej udziału zostają nie zaznaczone (rys. 4). Możliwe jest określenie niektórych parametrów kolizji, m.in. wymienione są elementy kolidujące, podane wielkości zagłębienia się elementu przemieszczanego i kolidującego oraz objętości obszaru wspólnego. Parametry te można wyświetlić i zapisać na pliku w formacie *.txt (rys. 5).

5 Wizualizacja kolizyjności demontażu wyrobu z zastosowaniem technik komputerowych 181 Rys. 5. Raport parametrów kolizji piasty koła z wałkiem Fig. 5. The parameters report of the wheel hub with the shaft collision Rys. 6. Oznaczenie kolizji koła zębatego z obudową Fig. 6. The gear wheel with the casing collision designation W drugim przypadku symulowano usunięcie tego samego koła zębatego przy założonym kierunku demontażu wzdłuż osi wałka. Po uruchomieniu dostępnych opcji program nie wykrył kolizji koła zębatego z wałkiem, ale oznaczył uderzenie koła w obudowę wiertarki (rys. 6). Rys. 7. Oznaczenie objętości kolizji koła zębatego z obudową Fig. 7. The gear wheel with the casing collision volume designation Rys. 8. Raport parametrów kolizji koła zębatego z obudową Fig. 8. The parameters report of the gear wheel with the casing collision Wizualizację objętości kolizji przedstawiono na rys. 7, a wybrane parametry kolizji koła zębatego z obudową w raporcie (rys. 8). W przypadku trzecim symulowano demontaż zespołu elektrycznego silnika napędowego w kierunku obudowy wiertarki. Po wybraniu opcji oceny i jej uruchomieniu, wykryta została kolizja zespołu z obudową (rys. 9), oznaczono obszar kolizji (rys. 10), a jego obliczoną wielkość podano w raporcie (rys. 11).

6 182 J. Żurek, T. Duras Rys. 9. Oznaczenie kolizji zespołu silnika napędowego z obudową wiertarki Fig. 9. The propulsion motor unit with the drill s casing collision designation Rys. 10. Oznaczenie objętości kolizji zespołu silnika napędowego z obudową wiertarki Fig. 10. The propulsion motor unit with the drill s casing collision volume designation Rys. 11. Raport parametrów kolizji zespołu silnika napędowego z obudową wiertarki Fig. 11. The parameters report of propulsion motor unit with drill s casing collision

7 Wizualizacja kolizyjności demontażu wyrobu z zastosowaniem technik komputerowych PODSUMOWANIE Programy komputerowe typu CAD wspomagające prace inżynierskie znajdują zastosowanie w procesie konstruowania wyrobów, szczególnie do modelowania (3D) wyrobów oraz do opracowania dokumentacji konstrukcyjnotechnologicznej zapisywanej w formie elektronicznej. Umożliwiają one również symulację ruchu wskazanych elementów wirtualnego modelu, obrazującą ich pracę. Przedstawiona wizualizacja stanowi wybrany przykład zastosowania technik komputerowych do wykrywania i oceny kolizyjności podczas przemieszczania wskazanych elementów zespołów. Ocena może być stosowana przy rozwiązywaniu wielu zagadnień technicznych, w tym również do symulacji montażu lub demontażu, co jest szczególnie przydatne podczas projektowania tych procesów. Wskazano możliwość wykorzystania różnych typów oprogramowania oraz wymiany danych między nimi. LITERATURA [1] Auguściński A., Bober A., Rutkowski J., Badanie kolizyjności w przestrzeni roboczej obrabiarki zespołowej z zastosowaniem grafiki 3D, Zeszyty Naukowe Politechniki Poznańskiej, nr 60/2005. [2] Chlebus E., Techniki komputerowe CAx w inżynierii produkcji, Warszawa, WNT [3] Duras T., Matczak G., Wizualizacja ruchu z zastosowaniem oprogramowania Inventor na wybranym przykładzie, w: Materiały XI Seminarium Projektowanie mechatroniczne, Kalisz [4] Instrukcja użytkowania oprogramowania INVENTOR. [5] Instrukcja użytkowania oprogramowania SOLID EDGE. [6] Żurek J., Duras T., Rataj A., Wpływ wyrobów na środowisko naturalne na przykładzie nagrzewnicy powietrza, Technologia i Automatyzacja Montażu, nr 1/2006. [7] Żurek J., Duras T., Ocena konstrukcji wyrobu w aspekcie jego demontażu i recyklingu na wybranym przykładzie, w: Materiały Konferencyjne Inżynieria produkcji, Wrocław , s Recenzent: dr inż. Olaf Ciszak THE VISUALIZATION OF PRODUCT DISASSEMBLY COLLISION WITH THE APPLICATION OF COMPUTER TECHNOLOGIES S u m m a r y Computer applications like CAD are provided with tools supporting designers among other things in designing the virtual three-dimensional models (3D) of products and performing structural and technological documentation (2D), calculations and resistance analysis. This software may be applied to the virtual simulation of parts and product subassemblies movement, allowing to

8 184 J. Żurek, T. Duras display not only its appearance but also the presentation during work and contacts (collision) detection among collaborating parts. This study presents selected visualization and collision assessment possibilities of indicated elements in machine units with the application of the Inventor and Solid Edge software in the aspect of supporting their disassembly technology. Key words: units, disassembly, computer, collision visualization prof. dr hab. inż. Jan ŻUREK Politechnika Poznańska, Instytut Technologii Mechanicznej, ul. Piotrowo 3, Poznań tel. (061) , mgr inż. Tadeusz DURAS Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa im. Prezydenta Stanisława Wojciechowskiego, Instytut Politechniczny, ul. Częstochowska 140, Kalisz,