PROCES MONTAŻU WSPOMAGANY KOMPUTEROWO W SYSTEMIE AUTODESK INVENTOR

Transkrypt

1 PROCES MONTAŻU WSPOMAGANY KOMPUTEROWO W SYSTEMIE AUTODESK INVENTOR Witold PAWŁOWSKI, Daniel MOSION Współczesne systemy komputerowego wspomagania projektowania (CAD) są wyposażone w moduły programowe służące do opracowywania projektu na różnych etapach jego zaawansowania [2]. Wśród nich można wyróżnić m.in.: moduły do modelowania bryłowego pojedynczych części konstrukcyjnych, moduły służące do składania części w zespoły, moduły analityczne, których zadaniem jest przeprowadzenie obliczeń sprawdzających, dotyczących np. stanu naprężeń i odkształceń, kinematyki mechanizmu podczas pracy, dynamiki strukturalnej, zagadnień przepływu ciepła, optymalizacji itp. [1, 4]. Za pomocą systemów CAD istnieje możliwość przeprowadzenia analiz związanych ze sposobem montażu projektowanego urządzenia. Jedną z najbardziej istotnych z punktu widzenia montażu funkcjonalności oprogramowania CAD jest możliwość przeprowadzenia analizy kolizji współpracujących części zarówno na etapie złożenia elementów konstrukcyjnych w zespół, jak i w czasie symulacji ruchu mechanizmu. Te informacje mogą zostać wykorzystane w celu modyfikacji konstrukcji (kształtu części oraz charakteru współpracy elementów w zespole). Efektem takiej analizy jest weryfikacja charakteru działania urządzenia i jego zgodności z założeniami przyjętymi na początku procesu projektowania przez konstruktora [3]. Nie mniej istotnym zagadnieniem w procesie opracowywania projektu jest właściwe i czytelne przygotowanie procesu montażu elementów składowych urządzenia. W tym celu systemy CAD zostały wyposażone w specjalne moduły programowe, których zadaniem jest umożliwienie przeprowadzenia analizy procesu montażu i wizualizacja poszczególnych etapów składania mechanizmu w działający zespół. Specjalny moduł systemu CAD umożliwia utworzenie widoku rozstrzelonego elementów zespołu (rys. 1), określenie torów montażu, analizę możliwości montażu, wizualizację (symulację) procesu składania części oraz generowanie widoków montażowych do zastosowania w płaskiej dokumentacji technicznej projektu. Takie możliwości ma moduł Prezentacja systemu Autodesk Inventor 2012 [5]. Moduł Prezentacja systemu Autodesk Inventor Pracę z modułem Prezentacja systemu Autodesk Inventor należy rozpocząć po przygotowaniu projektu na etapie złożenia elementów składowych w mechanizm i przeprowadzeniu analizy działania urządzenia. Pierwszą czynnością, którą należy wykonać, jest uruchomienie niezależnego modułu Prezentacja. Odbywa się to przez wybranie szablonu o nazwie Standard.ipn znajdującego się w oknie szablonów otwieranym w systemie podczas wywołania polecenia Nowy. W ten sposób zostaje automatycznie uruchomiony moduł Prezentacja zawierający zestaw specjalnych narzędzi służących do przeprowadzenia użytkownika przez etap przygotowania procesu montażu w środowisku Autodesk Inventor. Aby zdefiniować plik złożenia, który ma zostać opracowany pod kątem procesu montażu, należy zastosować narzędzie Utwórz widok, znajdujące się we wstęgowym pasku narzędzi głównych modułu. Wybór tego narzędzia uaktywnia okno Wybierz zespół, w którym użytkownik definiuje ścieżkę dostępu do wcześniej przygotowanego wirtualnego zespołu mechanizmu. W oknie wyboru zespołu określana jest również metoda jego rozstrzelenia. Możliwe jest zastosowanie rozstrzelenia automatycznego oraz ręcznego. W przypadku wyboru opcji rozstrzelenia automatycznego użytkownik ma możliwość określenia odległości pomiędzy poszczególnymi elementami zespołu w widoku rozstrzelonym. Decyduje również o wi- Rys. 1. Widok montażowy zespołu elektrowrzeciona 25

2 4/2012 Technologia i Automatyzacja Montażu doczności torów montażu (rys. 2). Po sprecyzowaniu parametrów rozstrzelenia automatycznego i ich akceptacji w systemie Inventor jest automatycznie tworzony widok rozstrzelony. Utworzenie widoku rozstrzelonego z wykorzystaniem opcji rozstrzelenia automatycznego jest mało skomplikowane, szybkie, nie wymaga również znajomości zaawansowanych narzędzi całego systemu, a jedynie jego podstaw. Mimo zalet ta metoda często nie pozwala na uzyskanie w pełni zamierzonego efektu. Niemniej jednak jest to narzędzie przydatne do szybkiego tworzenia widoków zespołów prostych, składających się z niewielu elementów. Warto również zaznaczyć, że utworzony w sposób automatyczny widok w dalszym ciągu można modyfikować, wykorzystując do tego celu metodę rozstrzelenia ręcznego. Metoda rozstrzelenia ręcznego jest nieco bardziej wymagająca i czasochłonna. Wstawienie modelu zespołu przebiega podobnie jak w przypadku rozstrzelenia automatycznego, z tą jednak różnicą, że w oknie Wybierz zespół wybrać należy opcję rozstrzelenia ręcznego. Po zaimportowaniu modelu mechanizmu do systemu otrzymujemy tym razem widok w postaci w pełni zmontowanego zespołu. W odróżnieniu od rozstrzelenia automatycznego użytkownik decyduje nie tylko o odległości między poszczególnymi elementami, ale również o kierunku ich przemieszczenia, a co za tym idzie o kształcie toru montażowego. Tworzenie widoku rozstrzelonego rozpocząć należy od wyboru narzędzia Rozsuń komponenty. Kolejnym zadaniem użytkownika jest określenie kierunku przemieszczenia komponentów, które mają zostać rozsunięte, początku toru montażu oraz wartości rozsunięcia. Kierunek wyznacza się przez umieszczenie układu współrzędnych na jednej ze ścianek lub krawędzi detalu. Ustawiony w ten sposób układ współrzędnych jest przez cały czas widoczny, co znacznie ułatwia definiowanie kolejnych odcinków toru ruchu. Następnie wskazać należy komponenty, które mają zostać odsunięte od zespołu macierzystego oraz punkt wyznaczający początek toru montażu danego elementu lub grupy elementów. Wyboru komponentów można dokonać zarówno w oknie graficznym, jak i za pomocą przeglądarki elementów. Przemieszczany przez użytkownika kursor myszki w obrębie widoku zespołu sprawia, że program sam wyszukuje i podpowiada punkty charakterystyczne, w których początek toru mógłby zostać ulokowany. W oknie dialogowym Rozsunięcie komponentów istnieje możliwość wybrania opcji dotyczącej wyświetlania toru montażu. Pozostaje już tylko scharakteryzować rodzaj ruchu (prostoliniowy lub obrotowy), określić wartość przemieszczenia (odległość lub kąt) oraz wybrać jedną z osi zdefiniowanego wcześniej układu współrzędnych, względem której ma nastąpić przemieszczenie. Aby ułatwić definiowanie przemieszczeń komponentu, oś układu, względem której ma nastąpić ruch, jest graficznie wyróżniana w stosunku do pozostałych. Oprócz prostoliniowych torów przemieszczeń i obrotu wokół osi istnieje możliwość konstruowania łamanych torów montażu. Tworzy się je jako zbiór prostoliniowych torów wzdłuż poszczególnych osi układu. Kolejne składowe przemieszczeń określa się w oknie dialogowym Rozsunięcie elementów przez wybranie osi, wzdłuż której ma nastąpić rozsunięcie, wpisanie wartości tego odsunięcia oraz zaakceptowanie wprowadzonych danych przyciskiem Zastosuj. Okno dialogowe cały czas pozostaje otwarte, co pozwala na płynne definiowanie kolejnych odcinków składowych toru montażowego w opisany powyżej sposób. Bardzo istotną zaletą omawianego modułu prezentacyjnego systemu Autodesk Inventor Professional jest możliwość animacji rozstrzelonych zespołów umożliwiająca pokazywanie kolejności i ścieżki montażu elementów w zespole. Sekwencje animacji rozstrzelenia elementów można ustawiać w odpowiedniej kolejności, odtwarzać w systemie Inventor, ale także rejestrować w postaci filmów. Filmy stworzone na podstawie takiej animacji mogą być odtwarzane za pomocą prostych, powszechnie znanych i dostępnych programów multimedialnych. Tworzenie takiej symulacji jest możliwe dzięki narzędziu Animacja umieszczonemu w głównym pasku narzędzi. Po uaktywnieniu tego narzędzia system otwiera okno dialogowe o takim samym tytule. W oknie widoczne są dwie podstawowe sekcje Parametry oraz Ruch. W pierwszej z nich użytkownik decyduje, z jakimi parametrami animacja ma być realizowana. Dostępne są dwa takie parametry Interwał oraz Powtórzenia. Wartość parametru Interwał określa liczbę kroków, z których będzie składał się ruch danego elementu. Ma to bezpośredni wpływ na płynność ruchu. Natomiast opcja Powtórzenia pozwala zdefiniować liczbę powtórzeń ruchów w animacji. W sekcji Ruch znajdują się natomiast ikony przycisków pozwalające na odtwarzanie animacji ruchu oraz jej nagrywanie. W oknie Animacja dostępne są również dodatkowe opcje. Po ich rozwinięciu pojawia się sekcja Sekwencja Rys. 2. Widok montażowy zespołu filtra elektrowrzeciona (tory montażowe) 26

3 animacji. W tej sekcji wyświetlane są informacje dotyczące kolejności, wartości przemieszczeń poszczególnych części zespołów. Kolejność ruchów widoczna jest w kolumnie Sekwencja. Aby tę kolejność zmienić, wystarczy zaznaczyć na liście sekwencję odpowiedzialną za dany ruch i zastosować narzędzie Przesuń w górę lub Przesuń w dół. W przypadku animacji bardzo ważnym zadaniem jest nie tylko ustalenie kolejności ruchów odwzorowujących proces montażu, ale również uwzględnienie możliwości wykonania kilku ruchów jednocześnie lub też ruchów złożonych, np. przesunięcie prostoliniowe z jednoczesnym obrotem. Taki ruch może zostać wykorzystany do symulacji np. wkręcania śruby w otwór gwintowany. Do tego celu może posłużyć dodatkowa opcja Grupuj. Wykorzystanie tej opcji zapewnia możliwość jednoczesnej realizacji dwóch (lub więcej) odrębnych dotychczas ruchów. Podobnie, jak w przypadku opcji Przesuń w górę lub Przesuń w dół, wystarczy zaznaczyć w oknie dialogowym interesujące nas sekwencje i uaktywnić Grupuj. Jednoczesny ruch elementów zespołu podczas animacji można także zapewnić przez wybranie kilku komponentów przy wykorzystaniu narzędzia Rozsuń komponenty. Wówczas również można otrzymać efekt przemieszczenia kilku części zespołu w jednym czasie. W przypadku jednak, gdy taka sekwencja ruchów nie odpowiada rzeczywistej kolejności montażu, można wykorzystać polecenie przeciwne do polecenia grupowania i rozbić ten jednoczesny ruch kilku elementów na kolejne sekwencje ruchów pojedynczych części. Zastosowanie widoku montażowego w przygotowaniu płaskiej dokumentacji technicznej W systemie Autodesk Inventor istnieje możliwość stworzenia płaskiej dokumentacji technicznej montażu na podstawie przygotowanego widoku rozstrzelonego. Dzięki temu konstruktor może łatwo i bardzo szybko przygotować np. dokumentację montażową zespołu mechanicznego. Aby stworzyć taką dokumentację, wystarczy w oknie szablonów Nowy plik otwieranych w systemie podczas wywołania polecenia Nowy wskazać szablon Standard.idw lub Standard.dwg. Zostaje uruchomiony moduł odpowiedzialny za tworzenie technicznej dokumentacji płaskiej. Szeroki wybór narzędzi dostępnych w tym module pozwala na tworzenie różnego rodzaju widoków oraz ich szczegółowy opis. Te same narzędzia standardowo wykorzystywane są również do opisu tradycyjnych widoków złożeń mechanizmów oraz pojedynczych części składowych zespołów. Pierwszym krokiem w przypadku opracowywania dokumentacji płaskiej jest stworzenie widoku bazowego. Do tego celu należy wykorzystać narzędzie Rzut bazowy, dostępne na wstęgowym pasku narzędzi. System wyświetla okno dialogowe, w którym należy wskazać ścieżkę dostępu do pliku z rozszerzeniem *.ipn, a także zdefiniować podstawowe parametry tworzonego rzutu. Następnie należy określić: orientację, skalę widoku, styl wyświetlania (rys. 3) (krawędziowy, cieniowany, z widocznymi liniami ukrytymi, bez linii ukrytych), a także widoczność torów montażu, gwintu, krawędzi przenikania oraz krawędzi stycznych. Po ustaleniu tych właściwości widoku użytkownik umieszcza rzut na dostępnym arkuszu. System automatycznie przechodzi do polecenia Rzut. Daje to możliwość szybkiego utworzenia prostokątnego lub izometrycznego widoku na podstawie wcześniej utworzonego widoku rzutu głównego. Moduł dokumentacji płaskiej wyposażony jest w wiele narzędzi dających możliwość dalszej modyfikacji tworzonych widoków, a każdy utworzony rzut może być dowolnie zmieniany. Do podstawowych narzędzi dostępnych w systemie (zakładka Wstaw widoki) zaliczyć można narzędzia do tworzenia przekrojów, widoków pomocniczych, wyrwania, widoku szczegółowego (rys. 4), przerwania czy widoku nakładkowego. Inne, również bardzo przydatne w kontekście tworzenia dokumentacji montażowej, narzędzia dostępne są w zakładce Opisz. Większość z tych narzędzi, np. wymiar, uwagi czy znaki chropowatości, wykorzystywane są przede wszystkim do opisu rysunków wykonawczych detali. Z punktu widzenia tworzenia widoków montażowych (rozstrzelonych) najważniejsze są narzędzia wykorzystywane bezpośrednio do opisu widoków złożeniowych. Do podstawowych z nich zaliczyć można numerowanie pozycji. Automatyczne numerowanie pozwala na jednoczesne numerowanie wybranych lub wszystkich elementów wchodzących w skład zespołu przedstawianego na opisywanym widoku. Użycie tej metody znacznie skraca czas opisu widoku. Innym narzędziem pozwalającym na znaczną oszczędność czasu oraz znaczne uproszczenie pracy jest automatyczne tworzenie listy części. Listy części wyświetlają informacje zachowane podczas edycji komponentów bryłowych zespołu (rys. 5). Rys. 3. Widok krawędziowy zespołu filtra 27

4 4/2012 Technologia i Automatyzacja Montażu Rys. 4. Widok szczegółu w widoku montażowym elektrowrzeciona łożyskowanego aerostatycznie Analiza kolizji w systemie Inventor Bardzo przydatnym narzędziem dostępnym w systemie Inventor jest analiza kolizji między elementami wchodzącymi w skład analizowanego zespołu. Na podstawie funkcji Analiza kolizji istnieje możliwość sprawdzenia kolizji pomiędzy komponentami w podzespołach, w określonej grupie komponentów lub pomiędzy grupami komponentów. Wykrycie kolizji pomiędzy elementami badanego modelu sygnalizowane jest przez system stosownym komunikatem. Oprócz komunikatu system generuje również informację o zachodzącej kolizji w oknie graficznym. Jeżeli wykryto kolizję, w oknie graficznym umieszczana jest informacja opisująca obszar kolizji (rys. 6). W ten sposób użytkownik otrzymuje jasną informację, które elementy i w którym miejscu należy zmodyfikować. Dzięki zastosowaniu narzędzia do analizowania kolizji konstruktorzy już na wczesnym etapie projektowania mogą uniknąć poważnych błędów konstrukcyjnych. Aparat analizy kolizji dostępny jest w zakładce Sprawdź w panelu Kolizja. Uaktywnianie tej pozycji otwiera okno dialogowe, które umożliwia wskazanie zestawów elementów przeznaczonych do analizy pod kątem występowania między nimi kolizji. Użytkownik wybiera elementy, które mają zostać poddane badaniu, a po zaakceptowaniu wyboru system automatycznie dokonuje analizy i jest podawana informacja o występującej kolizji lub jej braku. Innym narzędziem, które jest do dyspozycji użytkownika w systemie Inventor, jest zestaw kontaktowy. Dzięki tej funkcji konstruktorzy mają możliwość symulacji pracy mechanizmu w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Wykrycie kontaktu pomiędzy elementami zespołu będącego w ruchu powoduje unieruchomienie wybranych komponentów będących w kolizji. W ten sposób użytkownik może sprawdzić charakter działania mechanizmu podczas ruchu. Aby wykorzystanie tego narzędzia było możliwe, trzeba wybrać komponenty, które mają wchodzić w skład zestawu kontaktowego. W tym celu należy je zaznaczyć (w oknie graficznym lub przeglądarce) i dokonać kwalifikacji jako Zestaw kontaktowy. Aby możliwe było korzystanie z analizy kontaktów między elementami zespołu, należy tę funkcjonalność celowo uaktywnić. Jej domyślne wyłączenie spowodowane jest optymalizacją wydajności działania systemu Inventor. Rys. 5. Dokumentacja montażowa łożyska aerostatycznego 28

5 Rys. 6. Analiza kolizji w systemie Inventor Podsumowanie Wykorzystanie do celów projektowych oraz do tworzenia dokumentacji montażowej modułu Prezentacja systemu Autodesk Inventor niesie ze sobą wiele udogodnień. W chwili obecnej na rynku niewiele jest programów, które w swoich zaawansowanych strukturach zawierają narzędzia przeznaczone właśnie do celów tworzenia dokumentacji montażowych. Wśród zalet, jakie przypisać można systemom wyposażonym w takie narzędzia, jest przede wszystkim znaczne skrócenie czasu tworzenia takich dokumentacji. Ponadto, do ich zalet zaliczyć można także możliwości łatwego tworzenia symulacji montażu oraz zapisywania plików w popularnych formatach odtwarzanych przez ogólnie dostępne programy, czytelność, przejrzystość i jasność dokumentacji montażowej. Cechy te pozwalają w znaczny sposób uprościć pracę montażystów przez skrócenie czasu poświęcanego na zrozumienie zasady działania mechanizmu oraz ustalenie kolejności montażu poszczególnych elementów. Narzędzia służące do analizy kolizji oraz wykrywania kontaktu między elementami dają możliwość analizy pracy projektowanego urządzenia. Już na początkowym etapie projektowania można wyeliminować pojawiające się błędy konstrukcyjne lub niepożądane zachowania występujące podczas pracy projektowanego mechanizmu. Taki rodzaj analizy ma również wymiar ekonomiczny. Dzięki tej funkcji można wyeliminować koszty, jakie byłyby związane z wprowadzeniem do produkcji konstrukcji zawierających błędy. Korzyści wynikające ze stosowania komputerowego systemu wspomagania procesu, umożliwiającego przeprowadzenie szeregu analiz, mogą być również związane ze zmniejszeniem nakładów finansowych przeznaczonych na tworzenie różnego rodzaju prototypów przez ich całkowite lub częściowe wyeliminowanie. Wszystkie ww. zalety świadczą o coraz większej przydatności narzędzi stanowiących integralną część systemów CAD, służących do rozwiązywania wszelkiego rodzaju zadań związanych zarówno z samym procesem projektowania, jak i z tworzeniem dokumentacji technicznej, niezbędnych do prawidłowej realizacji procesu produkcyjnego. LITERATURA 1. Mosion D., Pawłowski W.: Optymalizacja konstrukcji zespołu łożysk aerostatycznych elektrowrzeciona szlifierskiego. Hydraulika i Pneumatyka, nr 6/2011, s Pawłowski W.: Możliwości zastosowania komputerowego wspomagania na kolejnych etapach procesu projektowania. Technologia i Automatyzacja Montażu, nr 1(35)/2002, s Pawłowski W.: Komputerowe wspomaganie procesu zrobotyzowanego montażu wirtualna fabryka. Technologia i Automatyzacja Montażu, nr 2(36)/ 2002, s Pawłowski W.: Zastosowanie programu CAD do modelowania i analizy układów mechanicznych. Technologia i Automatyzacja Montażu, nr 2/2003, s luty Dr hab. inż. Witold Pawłowski jest pracownikiem Instytutu Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn Politechniki Łódzkiej. Mgr inż. Daniel Mosion jest doktorantem na Wydziale Mechanicznym Politechniki Łódzkiej. 29