CAD RENDSZEREK II

előadás

Piros Attila

tulajdonos (kutatás, fejlesztés)

C3D Kft.

2008.

ÁTTEKINTÉS 1/3

Automatizálási problémák áttekintése

Automatizálási eszközök csoportosítása

Külső analízisek alkalmazása

Integrált analitikus eszközök

Mintapéldák geometriai optimalizálásra

Lágy számítási módszerek

Fuzzy módszerek

Neurális hálózatok

Genetikus algoritmusok

Kombinált módszerek

Tervezés automatizálása

ÁTTEKINTÉS 2/3

Virtuális technológiák – Digitális MockUp

Virtuális technológiák tipikus lépései

Koncepcionális modellek

Részlettervezés

Virtuális tesztek

Virtuális technológiák a tervezésben

ÁTTEKINTÉS 2/3

Konkurens tervezés

Termékmodellek, információmenedzsment

Adatbázisok és adatbázis kezelő rendszerek

PDM rendszerek főbb funkciói

Termékadatok kezelése, vizualizáció

Mérnöki változtatások kezelése

Csoportmunka támogatása

Folyamatmenedzsment

Kitekintés a PLM rendszerekre

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

Tervezés automatizálása

rutin tervezés: struktúra ismert, paraméterek meghatározása

kreatív tervezés: struktúra és paraméterek ismeretlenek

optimalizálás: sok tervezési paraméter komplex, nemlineáris, ismeretlen összefüggések sok lokális extrémum

Az automatizálás célja az egyes tervezési paraméterek automatizált meghatározása. Ezek a paraméterek lehetnek:

geometriai méretek

anyagtulajdonságok

mozgásparaméterek

Automatizálási problémák áttekintése

Tervezés automatizálása

Csoportosítás funkció szerint:

matematikai szoftverek (pl. MathCAD)

szilárdságtani (FEA) szoftverek (pl. Ansys)

áramlástani (CFD) szoftverek (pl. Fluent)

Csoportosítás integráltság szerint:

együttműködő külső szoftverek (pl. MS Excel)

integrált szakmodulok (pl. Pro/E BMX - Behavioral Modeling Extension)

Automatizálási eszközök csoportosítása

Tervezés automatizálása

Valamely a CAD rendszerben nem elérhető funkció segítségével a CAD modell analízise, majd a kapott eredmények exportálása az adott CAD rendszerbe.

Előnyök:

összetett analízisek végezhetők segítségükkel

lehetőség a megosztott számításra (network computing)

kifinomult kiértékelési lehetőségek

Külső analízisek alkalmazása

Tervezés automatizálása

Jellemzően valamely speciális szakmodulok az adott CAD rendszerben.

Előnyök:

egységes adatmodellen végzik a számításokat

nincs szükség adatcserére

lehetőség a megosztott számításra (network computing)

eredmények megjelenítése a megszokott CAD környezetben

Integrált analitikus eszközök

Tervezés automatizálása

Az integrált eszközök egyik tipikus alkalmazása a modell geometriájának optimalizálása:

forgattyús tengely kiegyensúlyozása

lámpatest reflexiós optimalizálása

csomagolás minimalizálása

Mintapéldák geometriai optimalizálásra

Tervezés automatizálása

Az eddig tárgyalt számítási módszerek analitikus matematikai eljárásokon alapulnak, mint például:

gradiens módszer

szimulált hűtés

A lágy számítási módszerek bonyolult, sokszor csak pontatlan paraméterekkel leírható rendszerek optimalizálására is használhatók:

Fuzzy módszerek: alapjait az a mód képezi, ahogyan az agy bánik pontatlan információkkal

Neurális hálók: az agy felépítését követik egyszerűsítve

Genetikus algoritmusok: az öröklődés törvényeit követő globális optimalizáló rendszerek

Lágy számítási módszerek

Tervezés automatizálása

Az elmosódott halmazok logikája (angolul: fuzzy logic) a többértékű logikai szemantikák egyike.

A fuzzy számítógépes rendszereknek, melyek szemben a szokványos rendszerekkel, nem csak igen és nem (illetve ki és be, vagy 1 és 0) értékekkel dolgoznak, hanem közbülső „valóságértékekkel” is, mint például 0,5 (féligmeddig), 0,2 (kicsit), 0,8 (eléggé)… Ezáltal az „életlen” (fuzzy) meghatározások (mint például az előbbiek) matematikailag kezelhetővé válnak.

Fuzzy halmazok (elmosódott halmazok) és műveletek

Fuzzy függvények (értékeik nulla és egy között maradnak)

Fuzzy módszerek

Tervezés automatizálása

A neurális háló: elemi számító/feldolgozó egységek összekapcsolt csoportja. A háló építőelemei:

elemi egységek: belső állapotai leírhatók számokkal (aktivációs értékek), ezek alapján kimeneti érték generálása

csatlakozás: egyéni súlyokkal (a súlyok számokkal leírva)

hibafüggvény: a hálózat kimenetelének az eltérése az elvárt értéktől

A neurális háló működése: a kapcsolat bemeneti oldalán álló egység fogadja az értékéket, és azok súlyozásával kiszámolja az aktivációs értékét. A hálózat a csatlakozások súlyának módosításával tanul. A súlymódosítás során a hibafüggvény eredményét veszi figyelembe.

Neurális hálók

Tervezés automatizálása

Genetikus reprezentáció formába konvertált adatokon, természetes evolúción alapuló optimum keresés. Folyamata:

kezdeti populáció létrehozása

kezdeti populáció kiértékelése ciklus

egyedek kiválasztása keresztezésre

keresztezés

mutáció

reprodukció

új egyedek kiértékelése

válogatás, új populáció létrehozása

leállási kritérium, ciklus vége

A neurális háló működése: a kapcsolat bemeneti oldalán álló egység fogadja az értékéket, és azok súlyozásával kiszámolja az aktivációs értékét. A hálózat a csatlakozások súlyának módosításával tanul. A súlymódosítás során a hibafüggvény eredményét veszi figyelembe.

Genetikus algoritmusok

Tervezés automatizálása

A lágy számítási módszerek közös vonásai lehetővé, kiegészítő tulajdonságai előnyössé teszik egyesítéseiket, ilyen módon rendkívül hatékony, könnyen tervezhető, jól értelmezhető számítási eljárások jöhetnek létre. Példák a kombinációkra:

Neuralizált fuzzy rendszerek

Fuzzyfikált neurális hálózatok

Fuzzy, neurális, genetikus kombinációk

Genetikus algoritmusok fuzzy rendszerek javítására

Genetikus algoritmusok javítása fuzzy logikával

Genetikus műveletek fuzzyfikálása

Genetikus neurális kombinációk

Kombinált módszerek

Virtuális technológiák a tervezésben

A virtuális technológiák célja egy Digitális MockUp (DMU) létrehozása, mellyel részben vagy egészében helyettesíteni lehet a fizikai prototípust. DMU létrehozása és alkalmazása a következő előnyöket adhatja:

A piacra kerülés idejének radikális csökkentése

A tervezés különböző fázisaiban a termék ellenőrzése komplex 3D-s modellen

Egyéb kiegészítő információk közös forrása

Tervezési költségek csökkentése

Virtuális technológiák – Digitális MockUp

Virtuális technológiák a tervezésben

Virtuális technológiák segítségével komplex 3D-s CAD modellt lehet felépíteni, melyen mint egy Digitális MockUp-on, különböző teszteket, vizsgálatokat lehet elvégezni. A DMU alkalmazásának 3 fő lépése van:

Koncepcionális modellek készítése

Részlettervezés

Virtuális tesztek végrehajtása

Virtuális technológiák tipikus lépései

Virtuális technológiák a tervezésben

Top-Down építési stratégia első lépése a koncepcionális modell elkészítése

A papír alapú koncepciók kiváltása 3D-s modellel

Közös forrás a részlettervezéshez

Különböző előzetes vizsgálatok elvégzésének lehetősége

Az ipari formatervezés fázisainak drasztikus csökkentése

Az üzleti döntések hatékony támogatása

Koncepcionális modellek

Virtuális technológiák a tervezésben

Szabadkézi rajzból közvetlenül 3D-s modell

Nem szükséges fizikai modellt építeni a forma ellenőrzéséhez, nincs reverese engineering

Formaadó felületek a koncepcióban

A végleges karosszéria elemek valamint a gyártószerszámok forrása

Koncepcionális modellek - formatervezés

Virtuális technológiák a tervezésben

A szabadformájú felületek ellenőrzése

Görbületek megjelenítése valós idejű tükröződés segítségével

Felület elemek csatlakozásának (görbületfolytonosság) ellenőrzése

Koncepcionális modellek - reflexió vizsgálat

Virtuális technológiák a tervezésben

Cél: a fizikai prototípus kiváltása

Teljes részletességű digitális termék

Konkurens tervezés közös alapokon

Különböző reprezentációk a virtuális tesztek támogatására

A gyártási dokumentáció alapja

Részlettervezés

Virtuális technológiák a tervezésben

Minden elem pozíciója a koncepcionális modellen alapul

Mozgó elemek a motion skeleton alapján

Beszállított alkatrészek integrálása

Komponensek interferenciájának ellenőrzése

Részlettervezés

Virtuális technológiák a tervezésben

Cél: a fizikai vizsgálatok kiváltása

Előzetes vizsgálatok már a koncepcionális modellen (kinematika, reflexió, stb.)

Részletes szimulációk a végleges modellen (FEA, CFD, stb.)

Speciális szimulációk az üzleti folyamatok támogatására (fotórealisztikus képek-, animációk készítése)

Virtuális tesztek

Virtuális technológiák a tervezésben

Számítógépes vizsgálatok a DMU megfelelő reprezentációján

Vázszerkezet szilárdságának ellenőrzése

Kritikus pontok lokalizálása

Feszültségek, deformációk meghatározása különböző szituációkban

Virtuális tesztek – FEA szimuláció

Virtuális technológiák a tervezésben

Karosszéria áramlástani vizsgálata

Légellenállás meghatározása

Karosszéria közüli áramlás vizsgálata

Virtuális tesztek – CFD szimuláció

Virtuális technológiák a tervezésben

Jármű elhelyezése különféle környezetekbe

Eltérő konfigurációk összehasonlítása

Forgalmazás korai támogatása

Virtuális tesztek – fotórealisztikus megjelenítés

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

A Konkurens Mérnöki Tevékenység (Concurrent Engineering) a termék párhuzamos, integrált tervezésének és gyártás folyamatainak (+ támogató folyamatok) módszeres megközelítése. Ez a megközelítés arra inspirálja a fejlesztőket, hogy a termék életciklusának minden fázisában figyelembe vegyék (kezdve a koncepcionálástól egészen a kiszállításig), a minőségbiztosítást, az ütemezést, és a felhasználói követelmények elemzését is.[Institute for Defense Analyses]

30% - 70% -al rövidebb fejlesztési időtartam,

65% - 90% -al ritkábban szükséges utólagos tervezési változtatás,

20% - 90% -al rövedebb piacrekerülési idő,

200% - 600% -al magasabb minőség,

20% - 110% -al magasabb mérnöki produktivitás.

Konkurens tervezés (CE)

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

A CE relatív időbeli helyzete az életciklusban

Konkurens tervezés (CE)

A CE ismeretáramlása

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

Termékmodell (Product Data): a termék életciklusmodellje és mind tervezési (geometria, anyag, stb.), mind gyártási termék-információkat tartalmaz.

A PDM (Product Data Management = termék adat kezelés) definiálható, mint ”olyan eszköz, amely segít a mérnököknek és másoknak az adatok és a termékfejlesztési folyamat kezelésében. A PDM rendszerek kezelik a tervezéshez, gyártáshoz és a termék támogatásához szükséges adatokat.” Továbbá a ”PDM több rendszeren keresztül és között is integrálja és kezeli a termék definíciójához tartozó folyamatokat, alkalmazásokat és információt.”

Termékmodellek, információmenedzsment

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

Adat: strukturálatlan tények, amelyek tárolhatók, visszakereshetők, aktualizálhatók és újra tárolhatók

Információ: jelentéssel bíró tények, értékelt adatok

Adatbázis (DB): hosszú ideig struktúrát formában tárolt információk gyűjteménye. Olyan integrált adatszerkezet, amely több különböző objektum előfordulási adatait adatmodell szerint szervezetten perzisztens módon tárolja olyan segédinformációkkal (metaadatokkal) együtt, melyek a hatékonyság, integritásőrzés, adatvédelem biztosítását szolgálják.

Adatbázis kezelő rendszer (DBMS): programrendszer, amelynek feladata az adatbázishoz történő hozzáférések biztosítása és az adatbázis belső karbantartási funkcióinak végrehajtása.

Adatbázisok és adatbázis kezelő rendszerek

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

Termékadatok kezelése, vizualizáció

Mérnöki változtatások kezelése

Csoportmunka támogatása

Folyamatmenedzsment

PDM rendszerek főbb funkciói

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

A PDM rendszer egységes forrást biztosít a termékhez kapcsolódó összes adat strukturált tárolására és kezelésére. Ezen felül a következő funkciókat nyújtja még:

bármilyen adatformátum tárolását és kezelését (heterogén CAD adatok, office dokumentumok, e-mail-ek, stb.)

segíti az információk gyors megszerzését, kikeresését

biztosítja a legfrissebb CAD dokumentáció pontos megjelenítését (előnézetek, robbantott ábrák, stb.)

megjeleníti a termékstruktúrát testre szabott formátumokban is, lehetséges annak importálása valamint exportálása a gyártásirányítási rendszerekkel való adatcsere érdekében.

Termékadatok kezelése, vizualizáció

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

Az egyik legfontosabb funkció az adatok változásának nyomon követése, naplózása. Számos egyéb funkció épül erre a szolgáltatásra. A változások kezelése a következőket foglalja magában:

történetiség nyomon követése (verziók és iterációk tárolása, lehetőség egy korábbi állapothoz való visszatérésre)

naplózás funkció (adatváltozások, hozzáférések, tevékenységek rögzítése)

változásmenedzsment (változáskérések, változási értesítések, kapcsolatos végrehajtási és jóváhagyási folyamatok kezelése)

Mérnöki változtatások kezelése

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

Fontos funkció a CE támogatása a párhuzamosan tevékenykedő tervezőcsoportok munkájához megfelelő háttér biztosításával. Ehhez a következő funkciók szükségesek:

a rendszer garantálja, hogy egy adott dokumentációt egyszerre csak egy felhasználó módosíthasson

a jogosultságok szabályozásával elkerülhetők a jogosulatlan hozzáférések

e-mail értesítés küldése adott esemény esetén (jóváhagyás, módosítás, új verzió, stb.)

elektronikus aláírások támogatása a változásmenedzsmenthez kapcsolódóan

Csoportmunka támogatása

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

A PDM-mel kapcsolatos tevékenységek magasabb szintű kontrollálásának a támogatását szolgálja a folyamatmenedzsment szolgáltatás. Ennek fő összetevői a következők:

folyamatba bennfoglalt szerepkörök és szereplők meghatározása

feladatlisták definiálása (szereplők, tevékenységek, határidők és értesítések)

folyamatok automatizálására workflow motor alkalmazásával (feladatlisták automatikus léptetése)

folyamatok nyomon követése (státusz, döntési pontok megjelenítése)

komplex termék életciklusok építése az előre definiált folyamatokból (és speciális kapu folyamatokból)

Folyamatmenedzsment

Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés

A PLM (Product Lifecycle Management) rendszer bizonyos szempontból a PDM rendszer kiterjesztése a termék teljes életútjára. Így a PLM rendszer magában foglalja még a következő területek kontrollálását is:

prototípusok készítése

gyártás

utángyártás

alkatrész utánpótlás

szerviz

A PLM rendszerek jövőképében egyre fontosabb szerepet kap az együttműködő csoportmunka támogatása, amely lehetővé teszi a földrajzi helyzettől független feladatmegosztást, lehetőséget biztosítva a folyamatok további optimalizálására.

További cél a termék életciklus során a „digitális termék” előnyeit kihasználva még inkább előtérbe helyezni azt az innováció során a fizikai reprezentálással szemben.

Kitekintés a PLM rendszerekre