CAD alebo počítačová konštrukcia

VO SVETE CAD
Svet CAD je veľmi rozsiahly pojem. Jeho začiatky siahajú do časov vzniku počítača. Už vtedy existovala snaha vytvoriť obrazy súčiastok a konštrukčných uzlov na obrazovke tak, aby sa zjednodušila práca a vznikla možnosť predvolené tvary a nastavenia nepracne meniť. Vznikli pojmy ktoré rozdeľujú svet navrhovania a designu na niekoľko oblastí ako je CAD/CAM/CAE/PDM. Týmito skratkami sa často označujú aj softwarové produkty. CAD je jednou z nich. CAD je skratkou anglického pojmu (Computer aided drafting), čo je v preklade znamená kreslenie pomocou počítača, CAM znamená (computer aided manafacturing) čo je počítačom asistovaná výroba a hlavne tvorba kódov pre stroje CNC a NC, CAE je computer aided engineering software označený touto značkou je schopný pevnostne analyzovať model a následne aj zostavu a PDM je software na ukladanie a sprehľadnenie vytvorených objektov. V tejto časti sa budeme zaoberať časťou CAD.
Každý kto sa stretol s CAD sa pravdepodobne stretol s programom AutoCAD. V rôznych verziách je tento priekopník CAD stále medzi nami. V niektorých firmách na Slovensku ako nosný konštrukčný software a v zahraničí ako čítačka starých výkresov. Vo vyspelých strojárskych podnikoch je AutoCAD len časťou komplexných programov na tvorbu, spracovanie, testovanie a správu dát a návrhov. Autodesk ako tvorca tohto CAD sa zameral na tvorbu 2D výkresov a tým sa AutoCAD stal kresliacim programom a nie priamo konštrukčným. To mnohí kritizujú ako nesprávny smer. Autodesk sa tým že bol medzi prvými stal akýmsi lokálnym monopolom. Aspoň v našich končinách. A tak sa veselo používal so spokojnosťou a pocitom, že asi nič lepšie nie je. Tí ktorí sa vážne o problém CAD zaujímali, hľadali k AutaCADu alternatívu. Zastúpenie iných firiem na trhu bolo minimálne. Objavili sa programy ako Unigraphics,
I-deas. Vznikal ale problém kompatibility a mnohých odrádzali od vybočenia od starého známeho smeru. Veľkým rozdielom v softwarovom programe firiem ako Dassault Systems a Bentley bolo to že, sa k problému konštrukcie pristupovali s opačnej strany. Prvoradým sa pre nich stal 3D svet. Software týchto a im podobných firiem šokoval tvorbou voľných modelov a následným určením ich vlastností ako rozmerov, materiálu, stupňov pevnosti a ich polôh a funkcií v danej zostave.

Súčasné nástroje v týchto programoch vylučujú nákladné prepracovávanie hotových návrhov, pretože konštruktéri môžu funkčné problémy a závislosti rozlíšiť už vo fáze koncepčných skíc ktoré dramaticky zvyšujú obraz o danom probléme. Zostavy umožňujú jednoduché zmeny väzieb medzi súčiastkami a podzostavami bez toho, aby bolo potrebné vytvárať nové modely, a bez ohľadu na to, v akom poradí a akým spôsobom boli väzby medzi jednotlivými súčiastkami definované. Takto sa ich celkovým určením získa 3D model, následne použiteľný pre pevnostnú analýzu, určenie kinetiky a zabudovanie do zostavy. Posledným a najjednoduchším krokom sa stáva jeho výrobný výkres ktorý sa v dnešnej dobe z 3D modelu tvorí jedným tlačidlom. Áno čítali ste správne. To šokovalo aj mňa na poslednom INVEXE v stánku Solid Worksu, ktorý je dielom Americkej pobočky firmy Dassault Systems. Ktorá je dobre známa vo svete ako jedna z veľmi silných spoločností Francúzskeho a svetového priemyslu. Uberanie sa smerom k 3D ju stálo veľa úsilia ktoré prináša ovocie v prekvapených tvárach (akou bola tá moja) pri pohľade na monitor a na možnosti ktoré poskytuje. Z 3D modelu je možné jedným tlačidlom preniesť do normalizovaného rámika výkresu všetky pohľady danej súčiastky kompletne okótovanej aj s podnikovou pečiatkou. Je samozrejmé že vypilovať sa musí konštruktérom tak aby neobsahovala nadbytočné kóty a pohľady, ale to je už malina. Popisové pole a kusovník dokonca obsahujè atribúty a linky a tak sa stávajú vlastne živou časťou výkresu, ktorá obsahuje oveľa viac informácii ako je možné dať na papier. Každý zápis je linkou takže ak kliknete na súčiastku v kusovníku tá sa Vám v danej zostave zvýrazní. Link sa dá samozrejme škálovať tak aby sa pri kliknutí naň zobrazil výrobný výkres, autor a pod. Svojou inovatívnosťou, jednoduchým naučením a používaním je SolidWorks štandardom v objemovom modelovaní pod systémom Microsoft Windows. SolidWorks umožňuje dosiahnuť veľmi krátky konštrukčný proces, pomocou optimálnej realizácie konštrukčného zámeru a nevyhnutných zmien. Prináša podstatné vylepšenia v oblastiach: správa dát, výkon práce s veľkými modelmi, vytváranie veľkých zostáv, užívateľský prístup, modelovanie, vytváranie plôch a produktivita kreslenia, zvyšuje produktivitu všetkých konštruktérov, nezávisle od ich skúseností s CAD. Vytvára sa konštrukčné prostredie podporujúce kreativitu a inováciu. Zo zostáv sa dajú tvoriť animácie, ktoré môžete rýchlo rozoslať formou e-mailu alebo zverejniť na internete. SolidWorks Animator ako časť balíka je plne integrovaný do SolidWorks. S Animatorom môžete vytvárať fascinujúce AVI-animácie zo súčiastok a zostáv a tým efektívne sprostredkovať konštrukčné koncepty ľubovoľnému užívateľovi PC.

FeatureWorks je nástroj plne integrovaný do SolidWorks CAD riešenia. Ak prenášate modely vytvorené v iných aplikáciách do SolidWorks, uľahčuje FeatureWorks aktualizáciu a zavádzanie nových návrhov. FeatureWorks dáva staticky preneseným dátam inteligentné vlastnosti, čím zvyšuje ich využiteľnosť a redukuje čas potrebný na aktualizáciu modelu. Výsledok – lepšie návrhy, kratšie vývojové cykly a vyššie zisky.
Implementovaná je aj spolupráca s formátom DWG, čo pomôže dodať starým výkresom nový význam. Použitie takéhoto výkresu ale vyžaduje jeho veľkú presnosť a bezchybnosť. Aj zdanlivo presný výkres môže mať veľa nedotiahnutých čiar, nepresných kolmíc a rovnobežiek, ktoré neboli na pôvodnom výkrese problémom. Zvyčajne sa nepresné výkresy zo starých dobrých AutoCADov veľmi neoplatí importovať. Za skúšku to ale každopádne stojí. DWG ostáva najrozšírenejším 2D formátom medzi strojárskymi konštruktérmi aj v dnešnej dobe. Zaujímavosťou u nových špičkových CAD aplikácií je možnosť spolupracovať na jednom projekte pomocou lokálnej siete alebo internetu a tak je možné posielať návrhy po sieti kolegom, nadriadeným alebo na konzultáciu u nás doma či v zahraničí. Pomocou definovania prístupových práv je možné, aby na jednej zostave robilo online spoločne viac ľudí naraz aj keď sú od seba vzdialení stovky kilometrov. Samozrejme Autodesk ako významný hráč na poli CAD sa nenechal zahanbiť a veľmi skoro pochopil, že cestou samostatného AutoCADu ďaleko nezájde. A tak prišli novinky od Autodesku a ten sa začal aj napriek prvotnému odporu zaujímať o komplexné balíky programov, ktoré vedú od predstavy k modelu, a postupne až k výrobnému výkresu. Silnú pozíciu v 2D ale nestratil. Aj dnes je AutoCAD a jeho produkt DWG štandardom aj pre konkurenciu ktorá sa len ťažko doťahuje. Inak je to ale v 3D tam Autodesk dobieha stratené. Novinku vo svete 3D predstavuje balík konštrukčných programov Autodesk Inventor. Je veľmi konkurenčným a novo pojatým softwarovým produktom. Prináša niekoľko samostatných programov a nástrojov ktoré postupne zhmotnia vaše konštruktérske predstavy. Autodesk Inventor môže spoľahlivo načítať a ukladať informácie z/do DWG súborov. Týmto spôsobom je zaistená spolupráca s programom AutoCAD, AutoCAD Mechanical a Mechanical Desktop. Ktoré tvoria súčasť balíka a zaisťujú aby bol model vytvorený v časti Inventor následne analyzovaný v Mechanical Desktop a potom prenesený do Auto CADu.

Využíva technológiu, ktorá umožňuje v prostredí Windows rýchle a ľahké otváranie, prehliadanie, modifikáciu a ukladanie modelov zostáv, obsahujúcich 10 000 a viac súčiastok. To samozrejme záleží od výkonu počítača respektíve siete. Inventor je relatívne jednoduchý, a už po prvom dni budú mať zanietení konštruktéri k dispozícii prvé 3D modely. Ich produktivita bude i v budúcnosti podporovaná inteligentným používateľským rozhraním, ktoré reaguje na jednotlivé náznaky myši, poskytuje okamžitú spätnú väzbu, a ktoré i cez svoju jednoduchosť poskytuje bohatú množinu funkcií. Hlboko integrovaný Design Support System im poskytne v ktoromkoľvek okamihu informácie, potrebné na nájdenie správneho postupu, alebo odstránenie vzniknutého problému. Intuitívne techniky modelovania v 3D umožňujú pružne vytvoriť rôzne varianty návrhu a získať kvalitné výsledky. Dajú sa robiť rýchle úpravy 3D projektov a 2D dokumentácie jednoduchou zmenou ktoréhokoľvek rozmeru. Vďaka modelovaniu v 3D získate vysoko kvalitnú 2D výkresovú dokumentáciu. 3D modely môžu obsahovať omnoho viac informácií, než návrhy v 2D už pri prejdení kurzorom na časť zostavy sa môže na tagu zobraziť to čo je preddefinované, napr. autor, dátum tvorby, meno objektu, materiál a mnoho ďalších poznámok. Všetky informácie môžu byť jednoduchšie a hromadne upravované, od prvotných výpočtov, až po finálnu 2D dokumentáciu. Modelovanie v 3D vám umožní prepojiť jednotlivé fázy vývoja výrobku do spojitého reťazca; od výkresu, až po finálnu výrobu. 3D modely nemusia obsahovať len geometrický tvar súčiastok, ale môžu byť doplnené o rad ďalších údajov, napr. výsledky rôznych analýz, alebo riadiace kódy pre NC stroje. Autodesk Inventor bol navrhnutý pre dôverne známe prostredie Windows 98 a Windows NT. Je v ňom možné spracovávať existujúce 2D návrhy a vytvárať z nich 3D modely za predpokladu vysokej presnosti pôvodného zdroja. Existujúce 2D výkresy, vytvorené programom AutoCAD, alebo AutoCAD Mechanical môžete priamo načítať do Autodesk Inventoru ako DWG súbory. Nástroj Doctor sa pritom používa ako pomôcka pri upozorňovaní na chyby a ich odstraňovaní. Autodesk Inventor podporuje formát STEP. Základnú obrazovku po spustení Inventora tvorí sieť tzv. grid ktorá sa dá nastaviť. Dôležitou je veľkosť rastra. Najjednoduchším nastavením je po 1mm. To zaručí dostatočný obraz o veľkosti súčiastky na ktorej pracujeme. Je možné nastavenie tzv. Snap to grid čo je vlastne nástroj k jednoduchej pohyblivosti po poli tak aby sme nemuseli triafať do rozmeru. Začiatkom v bode 0,0 môžeme začať našu čiaru alebo krivku a postupne vytvoriť profil našej súčiastky. Ktorá sa následne veľmi jednoducho okótuje.

Tým sme pripravení opustiť skicár a preniesť sa do modelovej časti. Môžeme náš profil orotovať alebo roztiahnuť do priestoru. Tu zasvieti mnohým prvopoužívateľom úsmev na tvári a neskrytá radosť z vytvoreného modelu a prvého úspechu. Modelu sa samozrejme môže určiť materiál resp. povrch. Ďalšími prídavkami spätne do základnej skice sa dá profil súčiastky rozšíriť do najzložitejších tvarov. Čo si samozrejme vyžaduje znalosti z geometrie a dostatočnú predstavivosť. Takto sa jedna po druhej vytvoria všetky časti zostavy a tá sa následne vyskladá. Tvorba zostavy a kroky nasledujúce po nej je najjednoduchšie naučiť sa za pomoci skúsenejších pretože je zdĺhavé skúšať. Podobnú analógiu majú aj ďalšie moderné CAD ku ktorým nesporne patrí známy a dosť rozšírený Pro-Engineer. Ktorý je produktom firmy Parametric Technology corporation. Tento software predstavuje výbornú technológiu v oblasti CAD/CAM/CAE/PDM na trhu. Je určený pre počítačovú podporu vývojových konštrukcií vo výrobnom procese. Medzi kľúčové vlastnosti systému patrí inteligentný produkčný model. Je tvorený parametricky čo pomáha rýchlo reagovať na zmeny a prispôsobovať tvar a rozmery navrhovanej súčiastky požiadavkám. Je rozšírený na mnohých stredných a vysokých školách na Slovensku. Čo pomôže pri získavaní odborníkov schopných už pri nastupe na pracovisko ovládať daný software. Je lokalizovaný aj do češtiny obsahuje nasledujúce moduly a nástroje:
Behavioral Modeler Extension - umožňuje automaticky navrhnúť optimálnu geometriu výrobku na základe stanovenia cieľových vlastností
Advanced Assembly Extension - poskytuje nástroje pre návrh konštrukčných celkov metódou zhora dole, riadenie veľkých zostáv, Shrinkwrap, tvorbu montážnych postupov a výkresov
Advanced Surface Extension - umožňuje konštruktérom navrhovať tvarovo komplikované súčasti
ISDX Interaktívny plošný modelár - umožňuje vytváranie kriviek a plôch.

Vychádza z potreby kombinovať solid modelovanie, parametrické plošné modelovanie a volné Free Form Styling modelovanie
Design Management Extension - správa projekčných dát na úrovni podniku pri využití nástrojov www
Mechanism Design Extension - vo vývojovom procese vykonáva kinematické simulácie chovania mechanizmov, jednoduchým spôsobom definuje a animuje spojenia komponentov v zostavách (kĺb, posuvný kĺb…)
Design Animation Option - vytváranie animačných sekvencií Pro/ENGINEER modelov, zostáv a mechanizmov
Industrial Design Solutions - kompletná, integrovaná sada nástrojov pre vytváranie vysoko kvalitných voľných plôch a nástroje k prirodzenému vyjadreniu svojich konštrukčných návrhov
Routed System Option - ucelená rada asociatívnych nástrojov a knižníc pre návrh a tvorbu elektrických, káblových alebo potrubných schém a rozvodov v 3D vrátane výrobnej a výkresovej dokumentácie
Import Data Doctor - umožňuje ľahko opravovať importované dáta
Tool Design Option - vytváranie a modifikovanie veľmi rýchlo a kvalitne kompletných zostáv foriem so všetkými náležitosťami
InPart DesignSuite - internetovská knižnica 3D CAD modelov
Enterprise Data Access - zdieľanie a integrovanie Pro/E dát a dát z iných informačných zdrojov
Full Function Review - je kombinácia prehliadacích a tlačových schopností, slúžiacich k dokonalejšiemu skúmaniu Pro/E dát
Application Programming Toolkit - umožňuje užívateľom rozširovať, automatizovať a užívateľsky prispôsobiť funkčnosť systému Pro/ENGINEER
Na tomto malom priestore sa nám podarilo prejsť cez tri rozšírené a používané CAD/CAM/CAE/PDM v strojárskej oblasti na trhu. Existuje okolo 100 programov v rôznych oblastiach ako nábytok, stavebníctvo, cestné stavby, geografia, kinematika, elektro, formy, plechy, potrubné systémy, vykurovanie, vzduchotechnika, zdravotníctvo...Niektoré s nich sa kryjú a sú použiteľné na viac oblastí. Mnohé firmy ktoré v tejto oblasti pracujú a tvoria vyrábajú pre veľké CAD programy nadstavby a nástroje ktoré sa doinštalujú do pôvodného programu a dovoľujú kresliť predvolené tvary, existujú predvolené návrhy modelov, normalizovaných súčiastok. Mnoho s nich je dostupných na slovenskom trhu v českom alebo slovenskom jazyku. A tak sa pomocou nich stáva predstava skutočnosťou a výkres v STN len otázkou piatich minút. Ale o tom niekedy nabudúce.




Rastislav Maxinčák.

Zdroje:

net, skusenosti -