razvoj sistema za praznjenje bagrske izkopne … · 2017. 11. 27. · univerza v mariboru –...
TRANSCRIPT
-
RAZVOJ SISTEMA ZA PRAZNJENJE
BAGRSKE IZKOPNE ZAJEMALKE
Diplomsko delo
Študent: Mitja KRAJNC
Študijski program: Univerzitetni, Strojništvo
Smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev
Mentor: izr. prof. dr. Bojan DOLŠAK
Somentor: viš. pred. dr. Marina NOVAK
Maribor, januar 2009
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
II
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
III
I Z J A V A
Podpisani Mitja KRAJNC izjavljam, da:
• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.
dr. Bojana Dolšaka in somentorice viš. pred. dr. Marine Novak ;
• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, 16.01.2009 Podpis:
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
IV
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Bojanu Dolšak
in somentorici viš. pred. dr. Marini Novak za pomoč
in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Za pomoč pri izdelavi prototipa se zahvaljujem
zaposlenim v podjetju KGS Krajnc d.o.o..
Posebna zahvala velja punci Anamariji in staršem, ki
so me ves čas študija razumeli, spodbujali in dajali
potrebno podporo.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
V
RAZVOJ SISTEMA ZA PRAZNJENJE BAGRSKE IZKOPNE
ZAJEMALKE
Ključne besede:, konstruiranje, bagrska izkopna zajemalka, zasnova jeklenih izdelkov, Catia
V5
UDK: 621.87-11(043.2)
POVZETEK
Pri strojnih izkopih jarkov za vodovod, plinovod in raznih sistemih za odvajanje vode,
kopljemo z ozkimi izkopnimi zajemalkami.
Težava pri teh zajemalkah nastane pri kopanju na različnih strukturah zemlje, kot so na primer
mokra ilovnata tla. Zajemalka se zaradi svoje ozke notranjosti nenehno maši, tako je potrebno
nenehno čiščenje le te. Ob vsaki zamašitvi zajemalke se delo ustavi in produktivnost
gradbenega stroja zelo upade.
Potrebno je rekonstruirati obstoječo izkopno zajemalko in razviti sistem za avtomatsko
praznjenje zemlje. Sistem je potrebno konstruirati tako, da bo funkcionalen, cenovno
sprejemljiv in da bo zmogljivost stroja povrnil nazaj na optimalno zmogljivost.
V diplomskem delu je predstavljen razvoj in izdelava sistema za praznjenje bagrske izkopne
zajemalke.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VI
DEVELOPMENT OF THE SYSTEM FOR EXCAVATOR BUCKET
DEPLETION
Key words: construction, excavator bucket depletion, design of steel products, Catia V5
UDK: 621.87-11(043.2)
ABSTRACT
Machine excavations of ditches for waterworks, gas pipeline and various systems for
differentiation of water are done with narrow excavating buckets. The problem with these
buckets occurs when excavating on different ground structures, especially on wet clay ground.
The bucket fills up because of its narrow interior, so it constantly needs cleaning.
Consequently, with each blockage of the bucket the work stops and productivity of an
engineering machine decreases.
For that reason it is necessary to reconstruct an existent excavating bucket and develop a
system for automatic emptying of earth. A system should be constructed as functional, at an
acceptable price, it should return productivity of a machine back on its optimal capacity.
This diploma work presents development and construction of the system for excavator
bucket depletion.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VII
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ............................................................................................................................ - 1 - 1.1 Opis problema ......................................................................................................... - 1 - 1.2 Namen in cilj diplomskega dela .............................................................................. - 2 -
2 PREDSTAVITEV PODJETJA ...................................................................................... - 3 - 2.1 Storitve .................................................................................................................... - 3 - 2.2 Opis dosedanjega reševanja podobnih problemov v podjetju ................................. - 4 -
2.2.1 Predstavitev programskega paketa AutoCAD LT 2005 .................................. - 4 - 3 KONSTRUIRANJE ZA PROIZVODNJO .................................................................... - 6 -
3.1 Življenjska pot izdelka ............................................................................................ - 7 - 3.1.1 Načrtovanje ...................................................................................................... - 7 - 3.1.2 Koncipiranje .................................................................................................... - 8 - 3.1.3 Snovanje izdelka .............................................................................................. - 8 - 3.1.4 Razdelava ......................................................................................................... - 9 - 3.1.5 Načrtovanje proizvodnje izdelka ..................................................................... - 9 - 3.1.6 Proizvodnja izdelka ....................................................................................... - 10 -
3.2 Konstruiranje ......................................................................................................... - 10 - 3.2.1 Konstruiranje novih izdelkov ........................................................................ - 13 - 3.2.2 Konstruiranje izdelkov, na katerih nekaj prilagajamo ................................... - 13 - 3.2.3 Konstruiranje variant izdelka ......................................................................... - 14 - 3.2.4 Metode za iskanje rešitev ............................................................................... - 15 -
3.2.4.1 Konvencionalne metode za iskanje rešitev ............................................ - 15 - 3.2.4.2 Intuitivne metode .................................................................................... - 15 - 3.2.4.3 Študij enačb sistema ............................................................................... - 16 - 3.2.4.4 Iskanje rešitev s klasifikacijskimi shemami ........................................... - 16 - 3.2.4.5 Iskanje rešitev s konstrukcijskimi katalogi ............................................ - 17 -
4 RAČUNALNIŠKO INTEGRIRANA PROIZVODNJA .............................................. - 18 - 4.1 Kaj je CIM ............................................................................................................ - 18 - 4.2 Funkcije podsistemov ............................................................................................ - 19 - 4.3 Potencialne prednosti CIM .................................................................................... - 20 - 4.4 Komunikacija z datotekami ................................................................................... - 21 -
5 KONSTRUIRANJE SISTEMA ZA PRAZNJENJE BAGRSKE IZKOPNE ZAJEMALKE .............................................................................................................. - 22 -
5.1 Iskanje ustrezne variante ....................................................................................... - 23 - 5.1.1 Glavna naloga sistema za praznjenje bagrske izkopne zajemalke ................. - 23 - 5.1.2 Zahtevnik ....................................................................................................... - 24 - 5.1.3 Funkcijska struktura ....................................................................................... - 24 - 5.1.4 Predlogi variant .............................................................................................. - 25 -
5.2 Idejna zasnova ....................................................................................................... - 26 - 5.2.1 Ocena tehnične vrednosti ............................................................................... - 26 - 5.2.2 Končna izbira variante ................................................................................... - 28 -
5.3 Konstruiranje sistema ............................................................................................ - 29 - 5.3.1 Izbira materiala .............................................................................................. - 29 - 5.3.2 Trdnostni preračun ......................................................................................... - 30 -
5.3.2.1 Preračun lopute ....................................................................................... - 30 - 5.3.2.2 Preračun mehanizma .............................................................................. - 32 -
6 MODELIRANJE S PROGRAMSKIM PAKETOM CATIA V5 ................................. - 34 - 6.1 Predstavitev programskega paketa CATIA V5 ..................................................... - 34 - 6.2 Predstavitev modula Mechanical Design .............................................................. - 35 -
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VIII
6.2.1 Predstavitev delavnega okolja Part Design .................................................... - 36 - 6.2.2 Orodja za modeliranje v delavnem okolju Part Design ................................ - 36 - 6.2.3 Predstavitev delavnega okolja Assembly Design .......................................... - 39 - 6.2.4 Orodja za delo v delavnem okolju Assembly Design ..................................... - 39 -
6.3 Predstavitev delavnega okolja DMU Kinematics ................................................. - 40 - 6.3.1 Osnovna orodja za delo v delavnem okolju DMU Kinematics ...................... - 40 -
6.4 Izdelava modela sistema za praznjenje bagrske zajemalke ................................... - 42 - 6.4.1 Uporaba delovnega okolja Part Design ......................................................... - 42 -
6.4.1.1 Skiciranje ................................................................................................ - 43 - 6.4.1.2 Dimenzioniranje ..................................................................................... - 43 - 6.4.1.3 Izvlek profila v tretjo dimenzijo ............................................................ - 44 - 6.4.1.4 Zrcaljenje teles ....................................................................................... - 44 - 6.4.1.5 Izdelava lukenj ....................................................................................... - 45 - 6.4.1.6 Oblikovanje robov .................................................................................. - 46 -
6.4.2 Uporaba delavnega okolja Assembly Design ................................................. - 47 - 6.4.2.1 Izbira delavnega okolja .......................................................................... - 47 - 6.4.2.2 Uvoz obstoječih elementov .................................................................... - 48 - 6.4.2.3 Manipuliranje z izbranimi komponentami ............................................. - 49 - 6.4.2.4 Postavljanje omejitev za urejanje in sestavo v sklop ............................. - 50 -
6.4.3 Primer uporabe delovnega okolja DMU Kinematics ..................................... - 51 - 6.4.3.1 Izbira delavnega okolja .......................................................................... - 52 - 6.4.3.2 Določitev fiksnega dela / nov mehanizem ............................................. - 52 - 6.4.3.3 Določevanje povezovalnih ukazov (Joints) ............................................ - 53 - 6.4.3.4 Analiza mehanizma ................................................................................ - 55 - 6.4.3.5 Izdelava simulacije s snemanjem korakov ............................................. - 56 -
6.4.4 Uporaba delavnega okolja Drafting ............................................................... - 57 - 7 ZAKLJUČEK ............................................................................................................... - 59 - LITERATURA .................................................................................................................... - 63 - ŽIVLJENJEPIS ................................................................................................................... - 64 -
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
IX
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Primeri storitev v podjetju KGS ............................................................................ - 4 - Slika 3.1: Življenjska pot izdelka .......................................................................................... - 6 - Slika 3.2: Vplivi na razvoj novega izdelka ............................................................................ - 7 - Slika 3.3: Robni pogoji konstrukterja .................................................................................. - 12 - Slika 3.4: Kriteriji snovanja izdelkov .................................................................................. - 13 - Slika 3.5: Vrsta konstruiranja in faze razvoja...................................................................... - 14 - Slika 4.1: Povezava med CAD, CAE in CAM .................................................................... - 19 - Slika 4.2: Integrirani CAD, CAE, CAM sistem .................................................................. - 20 - Slika 4.3: Simulacija struženja ............................................................................................ - 21 - Slika 4.4: Podatkovni tok v CIM okolju .............................................................................. - 21 - Slika 5.1: Obstoječa izkopna bagrska zajemalka................................................................. - 22 - Slika 5.2: Morfološka matrika ............................................................................................. - 25 - Slika 5.3: Predlogi variant ................................................................................................... - 26 - Slika 5.4: Ocena tehnične vrednosti .................................................................................... - 27 - Slika 5.5: Izbirna lista .......................................................................................................... - 28 - Slika 5.7: Skica obremenitve lopute .................................................................................... - 31 - Slika 6.1: Moduli programskega paketa CATIA/delovna okolja Mechanical Design. ....... - 35 - Slika 6.2: Pogovorno okno New Part. ................................................................................. - 42 - Slika 6.3: Delavno okolje Part Design. ............................................................................... - 42 - Slika 6.4: Oblika in dimenzija profila. ................................................................................ - 43 - Slika 6.5: Pogovorno okno Pad Definition. ......................................................................... - 44 - Slika 6.6: Zrcaljenje telesa................................................................................................... - 45 - Slika 6.7: Izdelava luknje. ................................................................................................... - 46 - Slika 6.8: Pogovorno okno Chamfer Definition. ................................................................. - 46 - Slika 6.9: Računalniški model izkopne zajemalke. ............................................................. - 47 - Slika 6.10: Izbira delavnega okolja Assembly Design. ........................................................ - 48 - Slika 6.11: Uvoz posameznih komponent. .......................................................................... - 49 - Slika 6.12: Pogovorno okno Manipulation.......................................................................... - 50 - Slika 6.13: Pogovorno okno Constraint Definition. ............................................................ - 50 - Slika 6.14: Računalniški model sestavljenega sistema za čiščenje. .................................... - 51 - Slika 6.15: Izbira delavnega okolja DMU Kinematics. ....................................................... - 52 - Slika 6.16: Ustvarjanje novega mehanizma. ....................................................................... - 52 - Slika 6.17: Pogovorno okno Joint Creation:Rigid. ............................................................. - 53 - Slika 6.18: Spajanje z Joint Creation: Cylindrical. .............................................................. - 54 - Slika 6.19: Pogovorno okno Joint Creation: Planar. .......................................................... - 54 - Slika 6.20: Pogovorno okno Joint Creation: Prismatic. ..................................................... - 55 - Slika 6.21: Informacijsko okno Information. ...................................................................... - 55 - Slika 6.22: Pogovorno okno Mechanism Analysis. ............................................................. - 56 - Slika 6.23: Pogovorno okno Edit Simulation. ..................................................................... - 56 - Slika 6.24: Pogovorno okno Kinematics Simulation – Mechanism 1.................................. - 57 - Slika 6.25: Pogovorno okno New Drafting Creation. ......................................................... - 57 - Slika 6.26: Ukazi za kotiranje. ............................................................................................ - 58 - Slika 7.1: Računalniški model sistema za praznjenje izkopne zajemalke. .......................... - 60 - Slika 7.2: Izdelovanje prototipa. .......................................................................................... - 61 - Slika 7.3: Posamezni deli prototipa. .................................................................................... - 61 - Slika 7.4: Delovanje izkopne zajemalke z vgrajenim sistemom za praznjenje . ................. - 62 -
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
X
UPORABLJENE KRATICE
CAD − Computer Aided Design − računalniško podprto konstruiranje
CAM − Computer Aided Manufacturing − računalniško podprta proizvodnja
CIM − Computer Integrated Manufacturing − računalniško integrirana proizvodnja
CAE − Computer Aided Engineering − računalniško podprto inženirsko delo
NC − Numerical Control − numerično krmiljenje
CNC − Computer Numerical Control − računalniško numerično krmiljenje
DXF − Drawing Exchange Format − grafično izmenljiv format
FEA − Finite Element Analysis − MKE metoda končnih elementov
PDM − Product Data Management − upravljanje s podatki izdelka
DOF − Degrees Of Freedom − prostostne stopnje
2D − dve dimenziji
3D − tri dimenzije
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 1 -
1 UVOD
Konstruiranje sklopov pri strojih in napravah, kjer je več različnih gibanj, je zelo zahtevno.
Metode ki so jih konstrukterji do nedavnega uporabljali so bile dokaj neučinkovite in počasne.
Tudi programe ki so jih uporabljali kot pripomoček pri svojem delu, so večinoma podpirali
samo konstruiranje v 2D (dveh dimenzijah). Sedaj pa prevzemajo oziroma so pri zahtevnih
sklopih že prevzela vodilno vlogo 3D (tri dimenzionalna) orodja, ki podpirajo tudi simulacijo
kinematike. V času študija so mi bile predstavljene metode za konstruiranje, ki so
podkrepljene s programi za 3D modeliranje.
V podjetju KGS Krajnc d.o.o. strojno kopljemo razne ozke jarke, ki pa nam
predstavljajo velik problem v mokrih ilovnatih tleh zaradi nenehnega mašenja. V času
zaposlitve v podjetju, sem dobil nalogo konstruirati na obstoječo bagrsko zajemalko za
kopanje ozkih jarkov sistem za praznjenje. Sistem je potrebno konstruirati tako, da bo
funkcionalen, cenovno sprejemljiv in da bo zmogljivost stroja povrnil nazaj na polno
zmogljivost.
Ker sem imel v podjetju na voljo samo programski paket AutoCAD LT 2005, sem se na
lastno pobudo odločil, da izkoristim dostop do programskega paketa CATIA na fakulteti in
rešim nalogo v okviru diplomskega dela.
Na osnovi izdelane dokumentacije bo v podjetju KGS Krajnc d.o.o. izdelan in testiran
prototip sistema za praznjenje bagrske izkopne zajemalke.
1.1 Opis problema
Pri izkopih jarkov za vodovod, plinovod in raznih jarkih za odvod vode kopljemo z ozkimi
izkopnimi zajemalkami. Težava pri teh zajemalkah nastane, pri kopanju na različnih
strukturah zemlje, kot so na primer mokra ilovnata tla. Zajemalka se nenehno maši zaradi
svoje ozke notranjosti, tako je potrebno nenehno čiščenje le te. Ob vsaki zamašitvi zajemalke
se delo ustavi in produktivnost stroja zelo pade. V podjetju se že vrsto let srečujemo s to
težavo in razmišljamo o ustrezni rešitvi. Tako sem se odločil rekonstruirati obstoječo izkopno
zajemalko, tako da bom razvil sistem za avtomatsko čiščenje.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 2 -
1.2 Namen in cilj diplomskega dela
Namen tega diplomskega dela je razvoj in izdelava sistema za čiščenje izkopne zajemalke
tako, da bo čiščenje same zajemalke potekalo avtomatsko med samim delovanjem stroja.
Raziskal sem razne možne rešitve takšnega sistema in s pomočjo programskega paketa Catia
V5 simuliral delovanje tega sistema. S tem sem skrajšal čas konstruiranja in izdelave
prototipa. Obenem pa sem moral tudi preveriti upravičenost rekonstrukcije izkopne
zajemalke. Glavni cilj je seveda dvig produktivnosti stroja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 3 -
2 PREDSTAVITEV PODJETJA
Podjetje Krajnc je družinsko podjetje. Z opravljanjem kmetijskih storitev so začeli že v 70-ih
letih. Sprva so usluge opravljali le s traktorjem, kasneje pa tudi z žitnim kombajnom. Podjetje
KGS Krajnc d.o.o. je bilo ustanovljeno leta 2006 in izvira iz podjetja Janez Krajnc s.p., ki pa
deluje že od leta 1984. Na začetku so se v podjetju ukvarjali predvsem z storitvami z
gradbeno mehanizacijo. V kasnejšem času je bilo pridobljenih nekaj pogodb za storitve s
kmetijsko mehanizacijo, tako se je dejavnost razširila tudi na kmetijski del. Na kmetijskem
delu se strojne usluge izvajajo predvsem z žitnimi kombajni. Velika prelomnica je bila v letu
2002, ko se je začela graditi pomurska avtocesta. Takrat se je pojavila priložnost za razširitev
gradbene dejavnosti. Danes v podjetju prevladujejo strojne gradbene storitve. V tem času je
podjetje pridobilo nekaj pogodb z gradbenim podjetjem SCT d.d. Dela ki jih izvajamo,
temeljijo na zahtevnosti, tako da so velikokrat potrebne razne modifikacije in rekonstrukcije
priključkov.
2.1 Storitve
Glavna dejavnost podjetja KGS Krajnc d.o.o. so strojne gradbene storitve, to pomeni razna
dela z gradbenimi stroji ( rovokopači, bagri, mini bagri, nakladači,…). Opravljajo razna
zemeljska dela, pikiranje betonov, kopanje jarkov, rušenje, čiščenje in pranje cestišč,…
Na kmetijskem programu pa izvajajo žetev vseh vrst kmetijskih kultur, oranje njiv,
podrahljavanje njiv, setev žitaric,… Vodilo našega dela je strokovnost, kakovost, zanesljivost
in učinkovitost storitev, ter s tem zadovoljstvo naših poslovnih partnerjev. Nekaj primerov
naših storitev prikazuje slika 2.1.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 4 -
Slika 2.1: Primeri storitev v podjetju KGS
2.2 Opis dosedanjega reševanja podobnih problemov v podjetju
V podjetju KGS Krajnc d.o.o. se pri rekonstruiranju priključkov na osnovi idejnih skic, ali pa
terenskih ogledov uporablja programski paket AutoCAD LT 2005. Pri poenostavljenih
modifikacijah se rekonstrukcija izvede kar s pomočjo idejnih skic in zamisli.
2.2.1 Predstavitev programskega paketa AutoCAD LT 2005
AutoCAD LT 2005, izdelek podjetja Autodesk, je dokaj razširjena verzija programa za
tehnično risanje.
Prvo različico so predstavili leta 1982. Tekla je v okolju DOS. AutoCAD je bil prvi
pomemben program vrste CAD za osebne računalnike. Takrat je večina drugih programov za
tehnično risanje tekla na visoko zmogljivih delovnih postajah ali celo velikih računalnikih.
Uspeh AutoCAD-a je posledica njegove znane odprte zasnove – veliko datotek v obliki
navadnega besedila, ki jih lahko prosto spreminjamo, in programski jeziki, zasnovani posebej
za to, da končni uporabnik lahko programira AutoCAD.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 5 -
Zaradi vsega tega, ja AutoCAD prilagodljiv program za tehnično risanje. To velja za
vsa področja uporabe. AutoCAD ne podpira samo angleščine, temveč tudi druge jezike, tudi
tiste z drugačno abecedo in pri tem nima konkurence. Uporabniki zato z njim delajo na vseh
področjih v več kot 150 državah.
S tehničnimi inovacijami in strokovnim znanjem je Autodesk izdelal program, ki
omogoča trirazsežno modeliranje in vizualizacijo površine in teles, dostop do zunanjih zbirk
podatkov, inteligentno kotiranje, uvažanje in izvažanje datotek v drugih oblikah zapisa,
podporo internetu in še veliko več.
Autodesk je razvil navidezno združenje programerjev, ki razvijajo programsko opremo
za delo z AutoCAD-om, prodajalcev na debelo, ki ponujajo tehnično podporo in
izobraževanje, prilagojeno potrebam uporabnikov, ter izobraževalno mrežo, ki vsako leto
poskrbi za šolanje in usposabljanje uporabnikov. Taka ureditev zagotavlja močno podporo
uporabnikom po vsem svetu.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 6 -
3 KONSTRUIRANJE ZA PROIZVODNJO
V prejšnjih stoletjih so se konstrukterji ukvarjali predvsem s tem, kako kaj narediti. Danes pa
je čas, ko razmišljamo o tem, kako določeno stvar narediti čim bolj učinkovito, kar pomeni,
da naj bo narejena iz kar se da poceni materiala, na čim bolj enostaven način, povrhu vsega pa
mora biti tudi lepa in brez problemov mora zdržati predviden čas.
Odločilno vlogo pri razvoju izdelkov imajo razvojni inženirji. Nekateri jih imenujejo
oblikovalci, drugi jim pravijo konstrukterji, a večinoma so to inženirji. Kakorkoli že, ti
konstrukterji od voditeljev podjetja ali od raziskovalcev trga dobijo nalogo narediti nov
izdelek. Od začetka je to zgolj ideja, ki se pač nekomu rodi v glavi. Inženirji pa morajo
poskrbeti, da se bo to dalo narediti in bo všeč ljudem, da se bo dalo popravljati, ne bo nevarno
za uporabnike, pa tudi, da bo izpolnjevalo določene predpise, ki pač veljajo v neki državi.
Izdelek mora biti tudi prijazen okolju. Konstrukterji so torej tisti, ki idejo pripeljejo v
življenje, oni morajo svoje sanje narediti uporabne za druge.
Preden se v podjetju sploh začne razvoj novega izdelka mora v nekem okolju obstajati
sploh potreba po tem izdelku. Potem se izdelek razvije, pripravi tehnologija izdelave in
izdelek se končno izdela. Življenjska pot izdelka je prikazana na sliki 3.1 [9].
Slika 3.1: Življenjska pot izdelka
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 7 -
3.1 Življenjska pot izdelka
V nadaljevanju bom opisal nekatere glavne faze na življenjski poti izdelka, od njegovega
načrtovanja, do izdelave. Seveda pa konstruiranje ne predstavlja le rojstvo izdelka, temveč je
odgovorno tudi za njegovo ¨življenje¨ in njegovo ¨smrt¨. Pri konstruiranju okolju prijaznih
izdelkov moramo zagotoviti: okolju prijazno testiranje, okolju prijazno proizvodnjo, okolju
prijazno delovanje, okolju prijazno vzdrževanje in na koncu okolju prijazno razgradnjo. Če
katerega od parametrov zanemarimo pride do nekontroliranega obremenjevanja okolja.
3.1.1 Načrtovanje
Najbolj zgodnja faza na poti do izdelka je načrtovanje izdelka. Takrat se iščejo ideje za nove
izdelke, izbirajo se najboljše in prilagajajo okolju. Že v tej fazi se razmišlja kakšne omejitve
so postavljene glede stroškov, ki bodo potrebni za nastanek novega izdelka in časa, ki je na
razpolago. Novi izdelek je odvisen od tega, kako sposobno je podjetje, kaj zahteva tržišče in
od zakonov, ki se neprestano spreminjajo, slika 3.2 [9].
Kdo je tisti, ki ima odločilno vlogo pri načrtovanju tega, kaj bo podjetje delalo? To sicer
so prav posebni strokovnjaki, a odločilno vlogo ima vodstvo podjetja. Od dobrih odločitev
glede tega, kaj delati, je namreč odvisna bližnja in daljna prihodnost podjetja. Nekatere stvari
se dajo napovedati čisto po strokovni plati, druge pa je potrebno oceniti, oziroma imeti dober
občutek.
Slika 3.2: Vplivi na razvoj novega izdelka
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 8 -
3.1.2 Koncipiranje
Odločitev o novem izdelku je zelo odvisna od stanja podjetja; od tega, kako so sposobni
ljudje, ki so v njem zaposleni, kakšne stroje imajo in koliko ima podjetje denarja. Po drugi
strani tudi trg zahteva svoje. Slediti je potrebno konkurenčna podjetja, skrbno je potrebno
poznati, kaj si ljudje želijo in vedeti je potrebno tudi, kaj je možno ugodno nabaviti. Tudi
zakonski predpisi, politika in nove tehnologije odločilno vplivajo na to, kaj lahko in hoče
neko podjetje izdelovati.
Najbolj zanimive stvari se dogajajo na trgu. Trg se neprestano spreminja. Ljudje si
določene stvari želijo imeti v zelo kratkem času. Če nekdo opazi določeno potrebo in si
vzame preveč časa, da bi jo naredil, se lahko zgodi, da takrat, ko jo bo on sposoben narediti,
sploh ne bo več zanimiva za trg. Nekateri načrtujejo izdelke, ki bi se naj na trgu pojavili čez
dve leti. Drugi so hitrejši in enake izdelke naredijo v enem letu. To pomeni, da tisti, ki so
prepočasni, sploh ne bodo mogli prodati svojih izdelkov.
3.1.3 Snovanje izdelka
Tretja faza razvoja izdelka, ki sledi fazi koncipiranja izdelka, je snovanje izdelka. Nekateri
imenujejo to fazo tudi konstruiranje izdelka. Na začetku te faze se naredi spisek zahtev, ki jih
bo moral izpolnjevati bodoči izdelek. Takrat si inžinerji zapišejo, kako bi naj izdelek izgledal,
kaj vse bo mogoče z njim početi, kako dolgo bo trajal, kakšna bo njegova cena, kako hitro ga
je potrebno napraviti in podobno. Na koncu te faze je potrebno napraviti risbe in drugo
dokumentacijo, ki je potrebna, da se izdelek naredi v prav takšni obliki, kot je bila zamišljena
v glavah oblikovalcev.
Spočetka se izdelek le na grobo oblikuje. Takrat se še ne razmišlja toliko o materialu, ki
bi ga uporabili. Oblikovalci se ukvarjajo zgolj s principi po katerih bi naj bodoči izdelek
deloval. Ta del oblikovanja se imenuje koncipiranje.
Potem se izdelek zasnuje. V tej fazi se določi material, izbere se oblika in podajo se
točne mere izdelka, mnogo stvari je potrebno izračunati. Naredijo se tudi razne makete in
prototipni, pravzaprav vzorčni izdelki, ki se preizkusijo ali dobro delujejo. Nekatere stvari se
lahko modelirajo z računalnikom, druge pa je potrebno tudi zares narediti. Včasih se izdelajo
modeli v manjšem merilu kot bo kasnejši izdelek.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 9 -
3.1.4 Razdelava
V tej razvojni fazi je potrebno predhodno dobro zasnovanemu izdelku dodati še nekatere
informacije, da bi lahko nazadnje naredili dokumentacijo po kateri bi bilo možno izdelati še
več izdelkov. Risbe opremimo s točnimi merami, pa tudi s tolerancami in odstopki, ker
ničesar ni možno napraviti absolutno točno. Inženir, ki tako dopolnjuje dokumentacijo, mora
dobro poznati stroje in način, kako bodo izdelki narejeni, ker so dovoljeni odstopki odvisni od
tega na kakšen način bo izdelek narejen.
Risba izdelka mora biti opremljena tudi s podatki o barvanju, točnimi podatki, kako
obdelati nekatere površine, da bodo bolj trde, kako hrapava sme biti površina in podobno. Na
koncu se naredi tudi risba, ki prikaže kako je kakšen izdelek sestavljen iz posameznih delov.
Naredi se tudi posebna dokumentacija za servise, kjer piše, kako je možno naš izdelek
popraviti. Tudi za trgovce se naredijo dokumenti, ki jim povedo kakšne rezervne dele bodo
prodajali.
Ko je končana faza razdelave, je narejena takšna dokumentacija, da lahko naredijo po
njej izdelke kjerkoli na svetu in vsi ti izdelki bodo povsem enako dobri, bodo enake barve in
bodo enako zmogljivi.
3.1.5 Načrtovanje proizvodnje izdelka
Naslednja faza je načrtovanje proizvodnje izdelka. Tukaj je treba skrbno premisliti, kako bi
izdelek izdelali. Potrebno je izbrati stroje in procese, da bi naredili izdelke na najbolj primeren
način. Posebna pozornost je posvečena orodjem, ki se uporabljajo na strojih. V mnogih
primerih je potrebno narediti prav posebna orodja, ki so potrebna za izdelavo le določenega
izdelka. Pogosto se zgodi, da je potrebno zgraditi posebne linije za proizvodnjo konkretnega
izdelka.
Ljudje, ki se ukvarjajo z načrtovanjem proizvodnje so tisti, ki gradijo tovarne. Včasih se
za proizvodnjo pomembnega izdelka naredi prav posebna tovarna, ki dela nekaj let, potem pa
se razgradi ali proda tistemu, ki jo potrebuje. Tako je pogosto z avtomobilskimi tovarnami.
Ko načrtujejo proizvodnjo novega avtomobila pogosto iščejo prostor za povsem novo tovarno
in to potem tudi zgradijo. Potem, ko načrtujejo proizvodnjo drugega avtomobila, pa zgradijo
tovarno na povsem drugem mestu.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 10 -
3.1.6 Proizvodnja izdelka
Potrebno je kupiti material iz katerega postopoma nastaja izdelek. Na posameznih strojih se
izdelujejo deli bodočega izdelka. V se kar se naredi je potrebno skrbno premeriti in preveriti
ali je narejeno v skladu s konstrukcijsko dokumentacijo. Potem je potrebno posamezne
izdelke pobarvati in sestaviti v končni izdelek. To se dogaja hitro in natančno. V proizvodnji
je zaposlenih mnogo ljudi, ki delajo le določene stvari in mnogi od njih sploh ne vedo, kakšen
je njihov končni izdelek.
Mnoge izdelke je potrebno narediti iz jekla; potrebno jih je liti ali kovati. Nekateri se
izdelujejo na velikih stružnicah, rezkalnih strojih, brusilnih strojih. Nekatere pločevine je
potrebno obdelati na velikih stiskalnicah. Mnogi stroji v proizvodnji so izredno veliki in dragi
in se stroški zanje povrnejo šele po več letih dela, zato je potrebno proizvodnjo načrtovati
dolgoročno in je ni možno kar čez noč spremeniti. Drago opremo je potrebno kupiti in jo
postaviti v učinkovito proizvodno linijo. Zatem je potrebno preizkusiti ali proizvodnja dobro
deluje in nato proizvodnjo pognati tako, da se izdelki delajo serijsko.
Sledijo še prodaja izdelka, uporaba izdelka in odstranjevanje izdelka iz uporabe.
Podjetja imajo poseben oddelek, ki se ukvarja s prodajo izdelkov. Ta se včasih imenuje
Prodaja ali pa tudi Marketing. V Prodaji zgolj prodajajo, v Marketingu pa tudi raziskujejo trge
in iščejo možnosti za prodajo novih izdelkov. Kar se tiče uporabe izdelka pa je potrebno
skrbeti, da so ljudje z njim zadovoljni tudi takrat, ko se kaj pokvari. Zato je potrebna dobro
organizirana servisna služba. Danes se vedno bolj poudarja tudi to, kaj narediti z izdelkom, ko
ga prenehamo uporabljati. Ne smemo ga kar pustiti, da bi onesnaževal naše okolje. Naredimo
si cele tovarne, da bi izdelke razstavili na prvotne materiale in jih ponovno uporabili za nove
izdelke.
3.2 Konstruiranje
Razvoj imenujemo nastajanje tehničnih novosti od ideje do delujočega modela. Konstruiranje
je del razvoja, ki uporablja svoje posebne izrazne tehnike (tehniška dokumentacija).
Konstruiranje je ustvarjalen iterativni proces, pri katerem na podlagi podanih zahtev in
abstraktne predstave pridemo do tehnične rešitve, ki je funkcionalna, tehnološko primerna za
izdelavo, ekonomična, varna za ljudi in naravo, ter trdna in zanesljiva v predvideni življenjski
dobi.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 11 -
Konstrukterji dobijo delo od načrtovalcev izdelkov. V tej zgodnji fazi nastajanja izdelka
se večina stvari dogaja zgolj v glavah tistih, ki imajo zamisli o novih stvareh, ki jih
pravzaprav še nihče ni videl, niti si jih prav predstavljati ne zna nihče. Potem konstrukterji
narišejo bolj ali manj osnutke svojih predstav, le zato, da se lahko pogovarjajo o svojih
zamislih. Ker so v začetku ideje precej nejasne, je možno narediti tudi mnogo napačnih stvari.
Tega nihče ne šteje v zlo. Morda nekateri problemi sploh niso rešljivi. Zato se je potrebno v
teh fazah ogromno pogovarjat. Ko neki izdelek nastaja v naših možganih in ga šele skušamo
predstaviti s kakšno risbo ali modelom, je zelo enostavno ta izdelek spremeniti. To ne stane
skoraj nič.
Počasi o izdelku naredimo kar nekaj dokumentacije, ki je vedno bolj natančna. Tako
problem iz nekega komajda um1jivega in nič kaj predstavljivega prehaja v vedno bolj
konkretno področje. Ko izdelek zapušča roke konstrukterjev mora biti o njem znano že vse.
Običajno vseh opisanih faz razvoja izdelkov ne zmore en sam človek. Na začetku so potrebni
ljudje, ki imajo bujno domišljijo in so sposobni videti stvari, ki jih ni še pred njimi nihče.
Proti koncu pa se morajo z izdelkom ukvarjati ljudje, ki odlično poznajo stroje in postopke ali
z eno besedo proizvodnjo.
Ljudje, ki organizirajo razvoj izdelkov, torej direktorji ali vodstvo, morajo biti spretni,
da pravočasno prenesejo delo od tistih, ki so sposobni abstraktno razmišljati, do tistih, ki
stvari konkretizirajo. Če bi se konstrukterji ukvarjali le z abstraktnimi zamislimi, nikoli ne bi
znali narediti uporabnega izdelka.
Če pa bi razvoj izdelkov prepustili tistim, ki razmišljajo le konkretno, si nihče med
njimi ne bi drznil narediti kaj novega. Konkretni ljudje zelo dobro poznajo težave in
probleme, ki jih prinesejo novosti, zato novosti sploh ne marajo. Raje imajo znane in utečene
stvari.
Konstrukter izdelku opredeljuje lastnosti, definira njihovo funkcijsko strukturo, išče
rešitve in jih predstavi na konstrukcijsko tehnični dokumentaciji. Konstrukterjeve lastnosti so
široko strokovno znanje, kreativnost in inovativnost, sposobnost logičnega razmišljanja,
sposobnost dobre komunikacije, preudarnost in odločnost, računalniška pismenost…
Konstrukterjev ustvarjalni prostor omejujejo robni pogoji, ki so definirani s tržno-
ekonomskimi pogoji in tehnično-tehnološko stopnjo. Robne pogoje prikazuje slika 3.3 [3].
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 12 -
Slika 3.3: Robni pogoji konstrukterja
Konstruiranje je najpomembnejša faza na poti razvoja novih proizvodov in ima
odločilen vpliv na končno ceno proizvoda, ki pa jo predvsem določajo kriteriji snovanja, ki jih
prikazuje slika 3.4 [3] .
Vsak izdelek ne gre skozi vse faze razvoja, kot so na primer, načrtovanje, koncipiranje,
snovanje in razdelava. Kdaj se prične razvoj izdelka je pravzaprav odvisno od vrste
konstruiranja, oziroma od tega kako originalen je izdelek. Glede na originalnost lahko izdelke
razdelimo na tri kategorije. V prvi kategoriji so resnično originalni izdelki, v drugo kategorijo
spadajo takšni izdelki, ki jih prilagajamo za neke druge pogoje obratovanja, v tretjo kategorijo
pa uvrščamo izdelke, ki so zgolj izpeljanka določenega izdelka.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 13 -
Slika 3.4: Kriteriji snovanja izdelkov
3.2.1 Konstruiranje novih izdelkov
Novi izdelki so tisti, ki zahtevajo razvoj novih rešitev posameznih problemov. Za novih
izdelke je pogosto značilno, da moramo do rešitve problemov priti po določeni sistematiki.
Ponavadi so za te izdelke značilne povsem nove funkcije ali pa so pri njih uporabljeni novi
fizikalni principi. Na novih izdelkih se torej najdejo nove rešitve. To pa pomeni, da se razvoj
novih izdelkov začne s fazo koncipiranja. Ocenjuje se, da je le okoli 25% razvoja izdelkov
posvečenega razvoju novih izdelkov.
3.2.2 Konstruiranje izdelkov, na katerih nekaj prilagajamo
Pri konstruiranju kjer prilagajamo izdelke, uporabimo že znane rešitve določenih problemov,
le da jih prilagodimo za opravljanje novega dela. Splošna struktura izdelka je dobro znana že
vnaprej. Podrobneje je potrebno raziskati nove oblike, vrste gibanja ali pa nov material.
Tovrstno konstruiranje je najbolj pogost primer pri konstruiranju izdelkov.
Primer konstruiranja izdelkov, na katerih nekaj prilagajamo, je torna sklopka, ki ji
želimo povečati sposobnost prenašanja momenta. Morda je potrebno izbrati nove vzmeti, ki
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 14 -
zagotavljajo večjo potisno silo, ali pa moramo morda izbrati drugo dvojico materialov, ki se
tarejo. Eno ali drugo je zgolj varianta nečesa, kar je že znano. Primer konstruiranja izdelkov s
prilagajanjem je tudi drsna podpora listnate vzmeti pri vozilih. Običajno se listnata vzmet na
eni strani vpne s pomočjo členka, vendar lahko na tem mestu oblikujemo tudi drsno podporo.
To ni originalna rešitev temveč zgolj prilagoditev izdelka, morda je to poenostavitev, morda
pa zgolj druga rešitev določenega problema. [7]
3.2.3 Konstruiranje variant izdelka
Pri konstruiranju druge variante izdelka se oblikujejo nove velikosti, uvajajo se drugi
materiali, novi načini proizvajanja, oziroma neke nove prireditve nekih že obstoječih
izdelkov. V to vrsto konstruiranja se prišteva tudi modulna gradnja. V vseh teh slučajih je
potrebno pri posameznem izdelku na novo narediti le določene podrobnosti.
Pogosto je potrebno napraviti nove variante nekega izdelka, ker so se razvili novi
materiali in starih preprosto ni več na tržišču. Tudi nove tehnologije zahtevajo nove variante
izdelkov. Ponavadi so nove variante cenejše, bolj zmogljive in lažje.
Faze razvoja za posamezno vrsto konstruiranja prikazuje slika 3.5.
Slika 3.5: Vrsta konstruiranja in faze razvoja
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 15 -
3.2.4 Metode za iskanje rešitev
Med procesom razvoja izdelka je potrebno neprestano iskati rešitve določenih problemov. To
je značilno za ves razvoj, še posebej intenzivno pa se išče nove rešitve v fazi koncipiranja
izdelka. Obstaja mnogo različnih poti, kako najti dobro rešitev. Na grobo bi jih lahko razdelili
na:
- konvencionalne metode,
- intuitivne metode,
- sistematično iskanje rešitev.
3.2.4.1 Konvencionalne metode za iskanje rešitev
Najbolj pogosta metoda za iskanje rešitev je ta, da se skušamo spomniti svojih lastnih
izkušenj, kako smo določen problem rešili v neki podobni situaciji. Začetniki so tukaj na
žalost prikrajšani, saj je njihov nabor izkušenj za novo situacijo ponavadi preskromen. Tudi za
izkušene konstrukterje je takšen pristop lahko past, saj lahko spregledajo, da bi se določen
problem lahko dalo rešiti enostavneje, ker pač določenih izkušenj še vendarle nimajo.
Zato je prav za vse, ki delajo v razvoju, primerno pogledati v primerno literaturo in
pogledati, kako so drugi rešili določene probleme. Primerna literatura so knjige s tekstom,
profesionalne knjige, profesionalne in trgovske revije, katalogi proizvajalcev, pa tudi lastna
literatura podjetja in literatura, ki jo izdajajo konkurenčna podjetja.
Mnogo idej za rešitve naših tehničnih problemov lahko najdemo tudi v naravi.
Pravzaprav ni področja, ki ga ne bi mogli izboljšati s tem, da bi vanj vnesli nekaj tistega kar je
v naravi boljše rešeno. Mnoge lahke strukture smo razvili na osnovi preučevanj rastlinskih
stebel, ptičjih kosti in skeletov. Dolge kosti človeškega skeleta, ki so votle in krožnega
preseka, so služile za inspiracijo pri konstrukcijah, ki so izpostavljene kombiniranim
obremenitvam.
3.2.4.2 Intuitivne metode
Odlična in povsem nova rešitev nekega določenega problema se nam lahko porodi tudi takrat,
ko se sploh ne ukvarjamo s tistim problemom. Ustvarjalni ljudje so sposobni prenesti
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 16 -
določene rešitve iz povsem drugega okolja in jih uporabiti za rešitve na novih področjih.
Ustvarjalnost človeka ni povsem naključna lastnost, temveč je lahko vzpodbujena tako, da se
človek nauči metodološkega pristopa.
Poznanih je več metod, ki skupino ljudi pripravijo do tega, da so sposobni roditi nove
ideje in posodobiti ideje drugih udeležencev. Na splošno so to metode, ki so poznane pod
imenom 'možganska nevihta' ali s tujko 'brainstorming'. Možganska nevihta je pravzaprav
zelo pogosta metoda za reševanje mnogih problemov, uporabne so celo za vrednotenje
izdelkov. Tudi metoda, ki se imenuje '635' je izpeljanka metode možganska nevihta.
3.2.4.3 Študij enačb sistema
Na splošno je znanih več sistematičnih pristopov, ki nas do želene rešitve pripeljejo korak za
korakom. Za določene fizikalne probleme se lahko problema lotimo povsem sistematično. To
pomeni, da se rešitev lahko najde tako, da izkoristimo določene fizikalne zakone in zapišemo
pripadajoče enačbe, ki nas postopoma pripeljejo do rezultata.
Najprej torej opišemo z matematičnim modelom. Potem poglejmo, katere parametre
enačb lahko spremenimo in to postopoma tudi naredimo. Pogosto se zgodi, da lahko
spreminjamo kar več parametrov, zato lahko s sistematičnimi variacijami parametrov pridemo
do več rešitev problema.
3.2.4.4 Iskanje rešitev s klasifikacijskimi shemami
Posamezni konstrukterji so si naredili lastne klasifikacijske sheme v obliki preglednic,
oziroma tabel. Nekatere preglednice z rešitvami za običajne enostavne probleme pa najdemo
v strokovni literaturi. Najbolj pogoste so preglednice z dvema parametroma; enim, ki je
opredeljen v stolpcih in drugim v vrsticah. Reševanje problemov s pomočjo preglednic je zelo
hitro in učinkovito. Slabost te metode pa je, da na ta način lahko rešujemo zgolj enostavne
probleme.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 17 -
3.2.4.5 Iskanje rešitev s konstrukcijskimi katalogi
Metoda iskanja rešitev s konstrukcijskimi katalogi je precej podobna metodi iskanja rešitev s
preglednicami. Razlika je predvsem v tem, da konstrukcijski katalogi ponujajo predvsem
dosti bolj konkretne rešitve posameznih problemov. Značilen predstavnik konstrukcijskega
kataloga je katalog proizvajalca ležajev v katerem uporabniku ležajev prikaže, kako najbolj
učinkovito vgraditi ležaje, ki jih proizvaja.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 18 -
4 RAČUNALNIŠKO INTEGRIRANA PROIZVODNJA
Računalniško integrirana proizvodnja (CIM) je danes verjetno največji izziv dosedanjim
postopkom v proizvodnji. CIM je interdisciplinarna veda in zajema najnovejšo in
najsodobnejšo računalniško tehnologijo, npr.: računalniško grafiko, programski inženiring in
poznavanje številnih inženirskih področij dela. CIM vključuje obstoječa pomembna področja,
kot so proizvodni sistemi, računalniško numerično krmiljenje (CNC), uvajanje robotizacije,
načrtovanje zahtev po materialu, CAD in CAM, simulacije, prilagodljiv proizvodni sistem,
ekspertni sistemi itd.
CIM razumemo kot spremembo organizacije tovarn. CAD/CAM in CIM sistemi
bodočnosti so visoko produktivni in učinkoviti, ustvarjali bodo bogastvo in perspektivnost,
vendar imajo tudi nekaj neželenih učinkov, predvsem zaradi manjših potreb po nekvalificirani
delovni sili.
Logičen razvoj od povezave CAD/CAM dalje je vključevanje čim več drugih
računalniško podprtih vodenih funkcij v postopek (od prejema naročila do odpreme).
4.1 Kaj je CIM
Povezavo vseh operacijskih in nadzornih računalniških sistemov v podjetju v popolnoma
interaktiven sistem kratko imenujemo CIM. Vsak inženir na področju NC ima svojo
predstavo o CIM, pomembno pa je, da integracija ni samo uspešna povezava različnih
računalniško podprtih funkcij, ampak pomeni doseči hiter in razumljiv pretok informacij v
sistemu v vseh smereh. Integracija CAD, CAM, CAE, CAPP" CAQ funkcij je dobra osnova,
na kateri se da zgraditi celoten CIM sistem, toda tudi področja prodaje in marketinga, financ,
administracije in vzdrževanja morajo biti zajeta v čim večji meri.
Za razumevanje CIM načela je potrebno najprej opredeliti proizvodni sistem kot
kompleksno več nivojsko strukturo.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 19 -
4.2 Funkcije podsistemov
Iz strukture proizvodnega sistema so razvidne funkcije, ki jih morajo posamezni podsistemi
opravljati (slika 4.1) [4].
Slika 4.1: Povezava med CAD, CAE in CAM
To so naslednji podsistemi:
• upravno administrativne dejavnosti (planiranje proizvodnje, komponent,
energije in naročil, finance, prodaja, krmiljenje proizvodnje itd.),
• raziskave, razvoj in konstruiranje,
• CAE (analiza, modeliranje, načrtovanje procesov in kontrola kvalitete, NC
programiranje, skupna tehnologija, konstruiranje orodij itd.),
• proizvodnja
• CAM (razporejanje kapacitet in krmiljenja, izdelava komponent, kontrola
kvalitete, montaža, testiranje, vzdrževanje, skladiščenje, transportna logika itd.)
in
• • marketing, odprema, servis (analiza trga, odprema).
Te funkcije oziroma izvajalne podsisteme povezuje z odgovarjajočimi moduli
informacijsko tehnična infrastruktura s sistemom za upravljanje informacij. Integrirane
sisteme prikazuje slika 4.2 [4].
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 20 -
Slika 4.2: Integrirani CAD, CAE, CAM sistem
4.3 Potencialne prednosti CIM
Z uvajanjem vse več operacijskih funkcij v omrežje centralnega računalnika postajajo tudi
rezultati realnejši. Če so vse aktivnosti tako natančno programirane, da simulirajo resnično
situacijo na svojih področjih, potem naj bi bili tudi računalniški rezultati zelo blizu realnim.
Na primer simulacija struženja (slika 4.3). Taka podobnost z realno situacijo nudi vodstvu
podjetja najmočnejše menagersko orodje, ki hitro pokaže učinke in rezultate katerekoli
izbrane dejavnosti na vseh ostalih področjih poslovanja. Spreminjajoče potrebe kupcev lahko
napovemo v zgodnji fazi, kar nam daje možnost, da pridobimo prednost pred konkurenco. S
hitrim dostopom do datotek na vseh področjih upravljanja lahko sistem takoj reagira na vsako
novo situacijo.
Seveda pa se moramo vedno zavedati, da vsako področje direktno ali indirektno vpliva
na celotno poslovno uspešnost podjetja. Žal se bo to za veliko podjetij izkazalo kot zelo drago
in bo CIM tako zanje v bližnji prihodnosti ostal nedosegljiv.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 21 -
Slika 4.3: Simulacija struženja
4.4 Komunikacija z datotekami
Ker podjetjem različne dele NC opreme in krmilja dobavljajo isti proizvajalci, se le težko
pripeti, da pride do problemov pri prenosu datotek in medsebojnem razumevanju med
posameznimi enotami (slika 4.4). To pomeni dokler obstajajo posamezni otoki avtomatizacije,
do problemov pri prenosu informacij ne pride. Če poskušamo uvesti CIM v celotni podobi,
mora obstajati možnost komunikacije med posameznimi segmenti, toda najbolje je, če je
možno, da posamezni del NC opreme komunicira s kompletnim sistemom. To pomeni, da
popolnoma odprto komunikacija z možnostjo povratne informacije uvedemo samo, če je to
potrebno [2].
Slika 4.4: Podatkovni tok v CIM okolju
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 22 -
5 KONSTRUIRANJE SISTEMA ZA PRAZNJENJE
BAGRSKE IZKOPNE ZAJEMALKE
V okviru diplomskega dela sem konstruiral sistem za praznjenje bagrske izkopne zajemalke.
Sistem sem razvil na obstoječi zajemalki (slika 5.1). Najprej sem poiskal ustrezne možne
rešitve problema, nato pa izdelal idejno zasnovo. Na koncu je sledilo konstruiranje sistema in
priprava tehniške dokumentacije za izdelavo prototipa.
Moja naloga je bila, da poiščem rešitev za ustrezen sistem, ki bo v praksi zanesljiv in
uporaben. Glavna naloga sistema je izpraznitev notranjega prostora v bagrski izkopni
zajemalki. Konstrukcijska izvedba mora prenesti vse obremenitve, ki se bodo pojavile med
delovanjem. Sistem mora biti konstruiran tako, da bo možna hitra montaža zajemalke na sam
delovni stroj. Predvidel sem tudi lahko montažo zasnovanih delov izbranega sistema. Seveda
pa mora biti rekonstrukcija ekonomsko opravičljiva.
Slika 5.1: Obstoječa izkopna bagrska zajemalka.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 23 -
5.1 Iskanje ustrezne variante
Glede na moje konstrukterske izkušnje, sem se odločil da ustrezno varianto rešitve poiščem
sistematično. Zato sem skrbno analiziral posamezne funkcije sistema in izbral smiselno
varianto za nadaljnjo konstruiranje. Morda lahko izkušen konstrukter to fazo razvoja sicer
preskoči, a je vendarle koristna. Sistemski pristop pripomore, da lahko zgolj zaradi tega, ker
sledimo opisan razvojni postopek za neko funkcijo, vendarle najdemo novo rešitev in tako
dvignemo kakovost izdelka. Najprej sem pripravil zahtevnik, pri tem pa moram upoštevati:
• Geometrijo: razpoložljivost prostora, lokacijo za montažo,
• Kinematiko: vrste in smeri gibanja,
• Kinetiko: sile in momenti na vhodu in izhodu, težo, resonanco
• Energijo: izhod, izkoristek
• Signale: merjenje, kontrola,
• Varnost: zaščitni sistemi,
• Okoliške pogoje: temperatura, vlažnost, obraba
• Proizvodnjo: preprosti deli, enostavna montaža,
• Vzdrževalne zveze: mazanje, obraba, zamenljivost delov,
• Stroške: upravičenost izdelave.
5.1.1 Glavna naloga sistema za praznjenje bagrske izkopne zajemalke
Glavna naloga sistema za praznjenje bagrske izkopne zajemalke je avtomatsko čiščenje
notranjega dela zajemalke med samim kopanjem jarkov z gradbenim strojem. Potrebno je
prenesti hidravlično ali mehansko moč iz gradbenega stroja na izkopno zajemalko. Končen
rezultat mora biti optimalna produktivnost stroja, s tem pa znaten prihranek energije in časa.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 24 -
5.1.2 Zahtevnik
Geometrija Posamezni deli morajo biti izdelani primerno glede
na velikost same zajemalke.
Kinematika Gibanje sistema ne sme ovirati delovanje stroja.
Gibanje posameznih delov naj bo ravninsko.
Kinetika Sile in momenti morajo biti razporejeni optimalno
po celotnem sistemu.
Energija Upoštevati moramo čim manjšo porabo delovnega
stroja.
Varnost Sistem mora zagotavljati zadostno mero varnosti v
okolju v katerem deluje.
Okoliški vplivi Upoštevati je potrebno obrabo materiala, pri
abrazivnih materialih.
Proizvodnja Posamezni deli morajo biti preprosto zasnovani za
proizvodnjo in montažo.
Vzdrževalne
zahteve
Zagotovljena mora biti zamenljivost posameznih
delov in možnost mazanja. Večjih vzdrževalnih
posegov naj ne bi izvajali.
Stroški Izdelava sistema mora biti ekonomsko upravičena.
5.1.3 Funkcijska struktura
V tem poglavju bom predstavil glavno funkcijo sistema in posamezne podfunkcije.
Glavna funkcija sistema je izpraznitev materiala iz notranjosti zajemalke. Kadar
kopljemo, gledamo na stroj kot celoto. Da bi lažje poiskali podfunkcije, bomo stroj razdelil na
več sklopov:
• Zadnja roka stroja,
• Zajemalka stroja,
• Sistem za praznjenje zajemalke,
Delne funkcije našega sistema so naslednje:
• Izpraznitev zajemalke,
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 25 -
• Prenos moči od stroja ( zadnje roke) na sistem za praznjenje,
• Prenos gibanja na element za praznjenje.
Pri iskanju možnih rešitev za posamezno podfunkcijo, sem si pomagal z uporabo morfološke
matrike (slika 5.2).
Slika 5.2: Morfološka matrika
Za izpraznitev zajemalke sem predvidel dve rešitvi. Prva rešitev temelji na loputi, s
pomočjo katere iztisnemo material iz same zajemalke. Pri drugi možni rešitvi sem uporabil
transportni trak, s katerim bi transportiral nabran material.
Mehanska moč iz stroja se bi lahko prenašala le v prvi rešitvi. Hidravlično moč pa lahko
uporabimo pri prvi rešitvi, kjer loputo potiskamo s hidravličnim valjem, in pri drugi rešitvi,
kjer poganjamo transportni trak.
5.1.4 Predlogi variant
Na podlagi mojih konstrukterskih izkušenj, sem se odločil za rešitev z loputo. Predvidevam
da je ta rešitev boljša, enostavnejša za izdelavo in bolj uporabna. Varianto z loputo sem razvil
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 26 -
v dve varianti (slika 5.3), varianto 1 in varianto 2. Pri varianti 1 loputo potiskamo prek
mehanizma, s katerim prenašamo mehansko moč iz stroja na samo loputo. Pri varianti 2 pa
premikamo loputo s pomočjo hidravličnega valja, ki ga upravljamo iz delovnega stroja.
Slika 5.3: Predlogi variant
5.2 Idejna zasnova
Predlagani varianti sem podrobneje raziskal in se odločil za ustreznejšo rešitev problema.
Preučil sem posamezne kriterije, ki sem jih zastavil pri razvoju sistema za čiščenje
zajemalke, tako da sem dobil oceno tehnične vrednosti.
5.2.1 Ocena tehnične vrednosti
Glede na kriterije posameznih podfunkcij sem izvedel oceno tehnične vrednosti (slika 5.4) in
s tem izločil eno od variant.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 27 -
Slika 5.4: Ocena tehnične vrednosti
Osredotočil sem se na kriterije, ki so pomembni za zadostitev moje naloge.
Pri obeh variantah, uporabljam enak sistem za praznjenje z loputo tako, da oba sistema
dosegata zelo dobro oceno. Drugi kriterij je ekonomičnost izdelave, ki je neprimerno večji pri
prvi varianti, zaradi nizkih stroškov komponent. Zanesljivost je dobra pri obeh variantah.
Nekoliko manjša je pri hidravličnem valju, kajti možne so poškodbe samega valja, tesnil na
valju in hidravličnih cevi. Nemoteno delovanje zagotavlja varianta 1, saj je sistem
avtomatiziran z delovanjem samega stroja. Pri kopanju je loputa povlečena navznoter, pri
praznitvi pa je loputa na skrajnem zunanjem robu. Pri hidravličnem valju mora upravljalec
delovnega stroja ročno sprožit delovanje hidravličnega valja, torej sistem ni avtomatiziran.
Poraba energije je prav tako višja pri varianti 2, že zaradi neavtomatiziranega delovanja in
toplotnih izgub. Proizvodnja obeh variant je dokaj enostavna. Po mojem mnenju, je bolj
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 28 -
uporabna varianta 1, prav zaradi avtomatskega delovanja in boljše prilagodljivosti pri kopanju
jarkov. Ugotavljam da je varianta 2 nekoliko manj prilagodljiva za kopanje ob steni, prav
zaradi hidravličnega valja in napeljave do stroja. Vzdrževanje obeh variant ocenjujem enako,
zaradi enakega sistema z loputo, kjer prihaja predvsem do obrabe lopute zaradi abrazivnosti
materiala. Varnost in ekološka neoporečnost je manjša pri hidravličnem sistemu, zaradi
možnosti pretrga napeljave in s tem možnosti poškodovanja okolice.
5.2.2 Končna izbira variante
Končno določitev variante sem izvedel s pomočjo izbirnega lista (slika 5.5).
Slika 5.5: Izbirna lista
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 29 -
Odločil sem se za varianto 1. Ekonomskega vrednotenja nisem izvedel posebej, ker sem
kriterij ekonomičnosti izdelave upošteval v oceni tehnične vrednosti.
5.3 Konstruiranje sistema
Pri zasnovi sistema za praznjenje, sem se osredotočil bolj na tehnično uporabnost sistema, kot
pa na estetski videz. Kajti pri kopanju jarkov ni tako pomemben estetski videz, zelo
pomembno pa je, da sistem učinkovito deluje in da je viden napredek opravljenega
zemeljskega dela. Najprej sem poiskal ustrezen material, iz katerega naj bo izdelan
posamezen del sistema. Nato sem določil okvirne dimenzije posameznih delov sistema, pri
čemer sem si pomagal s programskim orodjem CATIA V5. Kinematiko samega sistema sem
analiziral v nadaljnjih poglavjih. Kasneje sem določil končne dimenzije posameznih delov na
osnovi trdnostnih preračunov. Na koncu tega poglavja bom prikazal potrebno tehnično
dokumentacijo za izdelavo.
5.3.1 Izbira materiala
Pri izbiri materiala moram biti zelo previden, saj so materiali ki jih kopljemo dokaj abrazivni.
Tako mora biti loputa, ki je v neposrednim stiku z zemljo, izdelana iz obrabno obstojnih
materialov. Za mehanizem, ki mora prenašati le gibanje in sile pa lahko izberem ustrezno
konstrukcijsko jeklo.
Izbran material za mehanizem je splošno konstrukcijsko jeklo Fe 360.
Podatki:
Re = 225 N/mm2
Rm = 400 N/mm2
Izbran material za loputo pa je Hardox 400.
Re = 1000 N/mm2
Rm = 1250 N/mm2
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 30 -
5.3.2 Trdnostni preračun
Izvedel sem trdnostni preračun za vse pomembne dele sistema za praznjenje bagrske
izkopne zajemalke. Trdnostno sem preračunal loputo in posamezne dele mehanizma.
Dimenzije, ki jih pri preračunu uporabljam, so razvidne v prilogah diplomskega dela.
5.3.2.1 Preračun lopute
Določitev obremenitve na loputo pri praznjenju:
ρzemlje= 2050 kg/m3 - gostota mokre ilovnate zemlje
a = 2 m/s2 - pospešek praznjenja
r = 650 mm - radij žlice
k = 1,2 - faktor lepenja zemlje
h= 0,23 m - višina v žlici
F [N] - sila na loputo
V [m3] - volumen notranjosti žlice
q [N/mm] - kontinuirana obremenitev
mmNr
Fq
mhr
V
NkaVF zemlje
/57753,0650
40,375
0763,04
23,065,0
4
40,3752,120763,02050
322
===
=∗∗
=∗∗
=
=∗∗∗=∗∗∗=
ππ
ρ
Slika 5.6: Skica obremenitve sistema za praznjenje
(5.1)
(5.2)
(5.3)
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 31 -
Slika 5.7: Skica obremenitve lopute
( )( )
( )
( ) ( )N
x
xxqF
xxqxF
M
NFxxqP
xxqFP
F
i
i
01,3054002
65057753,0
2
02
0
38,7001,30565057753,0
0
0
2
1
221
1
221
11
0
121
211
=∗
∗=+
=
=+
+∗−
=∑
=−∗=−+∗=
=+∗−+
=∑
Sila P deluje v tečaju lopute in je zelo majhna, tako da posebne pozornosti ni potrebno
posvečati preračunu tečaja. Večja je sila F1, ki deluje na mehanizem sistema.
Maksimalen upogiben moment se pojavi pri sili F1.
Nmmxq
M 81,180472
25057753,0
2
222
max =∗
=∗
=
Določitev napetosti v loputi:
a = 230 mm - širina lopute
h = 10 mm - debelina lopute
max
2
322
2maxmax
/67,4163
1250
33,38336
10230
6
/70,433,3833
81,18047
σσ
νσ
σ
≥
===
=∗
=∗
=
===
dop
mdop
y
y
mmNR
mmha
W
mmNW
M
0
F1 P
q
400 250
(5.4)
(5.5)
(5.6)
(5.7)
(5.8)
(5.9)
(5.10)
(5.11)
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 32 -
Vidimo, da so napetosti zelo nizke kar pripomore dobra razporeditev vpetij in visoko
trdnostne lastnosti materiala. Napetosti se gibljejo daleč od dovoljenih mej.
5.3.2.2 Preračun mehanizma
Na podlagi lastnih izkušenj bom izbral najbolj kritična dela mehanizma. Izbral sem
sornik, ki prenaša strižne obremenitve in vzvod 2, ki je najbolj izpostavljen uklonskim
obremenitvam.
Preračun sornika na strig:
Sorniki so po celotnem sistemu mehanizma enaki.
τdop = 96 N/mm2 - dopustna strižna napetost sornikov
d = 20 mm - premer sornika
max
222
21max
16,3144
20
4
/647,016,3142
01,305
3
4
23
4
sdop
s
mmd
A
mmNA
F
ττ
ππ
τ
≥
=∗
=∗
=
=∗
∗=∗=
Preračun vzvoda 2 na uklon:
E = 210000 N/mm2 - elastični modul za jekla
a = 60 mm - širina nosilca
h = 20 mm - višina nosilca
1
2
433
22
2
2
2
06,545120022,454
12002060
55,671200/40000
390
/
4000012
2060
12
/22,45455,67
FF
kNAF
mmhaA
AI
l
i
l
mmha
I
mmNEE
kr
krkr
yy
y
kr
≥
=∗=∗=
=∗=∗=
====
=∗
=∗
=
=∗
=∗
=
σ
λ
π
λ
πσ
(5.12)
(5.13)
(5.14)
(5.15)
(5.16)
(5.17)
(5.18)
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 33 -
Vidimo tudi da je preračun predvidenega mehanizma pokazal, da je sistem
predimenzioniran.
Ampak zaradi konstrukcije vpetja na gradbenem stroju, sem prilagodil dimenzije
posameznih delov tako, da so primerne. Seveda sem pri tem upošteval abrazivnost zemlje, ki
je prisotna na celotnem sistemu za praznjenje. Tako bom za izdelavo posameznih delov
sistema za praznjenje bagrske izkopne zajemalke uporabil predvidene dimenzije že iz prvega
dela.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 34 -
6 MODELIRANJE S PROGRAMSKIM PAKETOM CATIA V5
Zaradi kompleksnosti problema in pomembnosti prilagajanja sistema za praznjenje sem
modeliral in simuliral kinematiko s pomočjo programskega paketa ki podpira 3D modeliranje.
Da je bil moj proces konstruiranja nekoliko lažji in krajši, sem uporabil dostop na fakulteti do
programskega paketa CATIA V5R16. Tako sem se izognil dolgotrajnemu snovanju in
morebitnim napakam pri izdelavi prototipa.
6.1 Predstavitev programskega paketa CATIA V5
CATIA sodi v sam svetovni vrh integriranih programskih paketov za računalniško podprto
oblikovanje, načrtovanje in proizvodnjo CAD/CAM/CAE. Že polno ime Catia Solutions
pove, da je to izdelek, ki ponuja celovite rešitve ne le na področju konstruiranja in
oblikovanja, ampak tudi na področjih, ki so vezana na proizvodne postopke. Gre za sistem
PDM (Product Data Management – upravljanje s podatki o proizvodnji), torej za postopke, ki
so vezani na spremljanje proizvodnega kroga v podjetju.
V začetku je bila CATIA zamišljena kot program za prostorsko modeliranje in
računalniško vodeno proizvodnjo (NC) le za potrebe domače hiše. Najprej so programski
paket osvojili predvsem uporabniki v letalski industriji, ob koncu osemdesetih in v začetku
devetdesetih let, pa so CATIA sprejeli v širokem krogu avtomobilske industrije.
Če bi iskali vzroke, zakaj je bila CATIA tako hitro in enoglasno sprejeta u s strani
velikih industrijskih vej, kot sta letalska in avtomobilska industrija, je vsekakor
najpomembnejši dejavnik izredno kakovosten prostorski prikazovalnik. Zaradi široke palete
programov oziroma modulov je CATIA vsestranski program, v katerem vsakdo lahko najde
svoje rešitve. CATIA nudi poleg standardnih modulov za načrtovanje tudi module za analizo
(FEA – analiza s postopkom končnih elementov), proizvodnjo (CAM/NC) in še veliko število
točno določenih in specializiranih modulov.
V preteklosti je prihode novih različic paketa CATIA vselej spremljalo vprašanje, kdaj
se bo pojavila izvedba za okolje Windows. Odgovor je konkretiziral v obliki popolnoma
predelane različice 5.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 35 -
Osnovna značilnost nove različice je poleg že omenjene popolne prilagojenosti filozofiji
in podobi okolja Windows preprosta, a zelo široka uporabnost. Glavna kvaliteta pri
modeliranju je tesna povezanost med površinskim in prostorskim modeliranjem.
Eden njenih glavnih adutov je tudi področje za računalniško vodenje proizvodnje
(CAM). Na voljo ima module za struženje in 2,5-osno, 3-osno in 5-osno rezkanje [12] .
6.2 Predstavitev modula Mechanical Design
Programski paket CATIA sestavljajo moduli, ki nudijo podporo konstrukterju pri različnih
aktivnostih v procesu konstruiranja. Paket predstavlja zelo dobro orodje za računalniško
podprto konstruiranje (Computer Aided Design – CAD). Izbor modulov, ki jih nudi CATIA,
lahko vidimo v zavesnem meniju, ki se odpre, ko izberemo ukaz Start iz menijske vrstice
(slika 6.1). Vsak modul ponuja še različna delovna okolja, seznam katerih najdemo v
zavesnem podmeniju, ko izberemo posamezni modul.
Slika 6.1: Moduli programskega paketa CATIA/delovna okolja Mechanical Design.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 36 -
Modul Mechanical Design je osnovni modul programskega paketa znotraj katerega se
nahajajo pomembna delavna okolja za modeliranje, kot so Part Design, Assembly Design,
Weld Design, Drafting, Sheet Metal Design, Generative Sheetmetal Design.
6.2.1 Predstavitev delavnega okolja Part Design
Delavno okolje Part Design je eno najosnovnejših delavnih okolij. V tem delavnem okolju se
modelirajo najosnovnejši volumski deli.
6.2.2 Orodja za modeliranje v delavnem okolju Part Design
Osnovna orodja za modeliranje:
• Sketch: osnovno okolje. kjer se skicirajo v 2D osnovne oblike, profili oziroma
konture, ki jih uporabimo za nadaljnje modeliranje.
• Creata a Pad: Izvlek skiciranega profila v prostor oziroma 3D. To je eden od
osnovnih gradnikov iz katerega izpeljujemo ostale gradnike.
• Create a Multi-Pad: Omogoča izvlek profila, ki pripada isti skici, z različnimi
dolžinami posameznih delov skice.
• Create a Drafted Filleted Pad: Izvlek profila z hkratnim oblikovanjem robov in
sten elemtnta (posnetja robov, koničnost sten).
• Create a Pocket: Izdelava žepa. Omogoča izdelavo utorov, izsekov, lukenj
različnih oblik.
• Crate a Multi-Pocket: Izdelava žepov na osnovi iste skice, vendar z različnimi
globinami posameznih delov skice.
• Create aDrafted Filleted Pocket: Izdelava žepov z hkratnim oblikovanjem robov
in sten elementa (posnetja robov in koničnost sten).
• Create a Shaft: Z rotiranjem profila oziroma skice okrog ene osi se ustvari
element.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 37 -
• Create a Groove: Z rotacijo profila okoli osi se iz že obstoječega elementa
odstrani material.
• Create a Hole: Izdelava luknje, omogoča tudi hkratno oblikovanje roba luknje,
določevanje globine (če je slepa luknja) in določevanje morebitnega navoja.
• Create a Rib: Izvlek profila po krivulji, tako da ustvarimo element.
• Create a Slot: izvlek profila po krivulji, tako da odvzamemo material iz že
obstoječega elementa.
• Create a Stiffener: Izdelava reber na osnovi profila z določevanjem smeri in
debeline rebra.
• Create a Multi-sections Solid: Izdelava elementa z izvlekom skozi več različnih
profilov oziroma prerezov.
• Remove a Multi-sections Solid: Z navideznim izvlekom skozi različne profile
oziroma prereze se odstrani material iz že obstoječega elementa.
Oblikovanje zunanjih oblik:
• Create a Solid Combine: Element kot rezultat sekanja več elementov.
• Create a Fillet: Ustvarjanje posnetja robov z konstantnim polmerom.
• Create a Variable Radius Fillet: Ustvarjanje posnetja robov z spreminjajočim se
polmerom.
• Create a Face-Face Fillet: Ustvarjanje prehoda med dvema površinama, ki nista v
direktnem stiku.
• Create a Chamfer: Ustvarjanje ravnega posnetja robov pod različnimi koti.
• Create a Basic Draft: Ustvarjanje poševnosti robov oziroma površin za na primer
lažje odstranjevanje odlitka iz kalupa.
• Create an Advanced Draft: Omogoča izbiro dveh različnih naklonov površin za
zahtevnejše prehode.
• Create a Variable Angle Draft: Omogoča izbiro različnih kotov na eni površini.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 38 -
• Create a Shell: Omogoča praznjenje elementa ob ohranitvi konstantne debeline
stene.
• Create a Thickness: Omogoča spreminjanje debeline elemnta.
• Create a Thread/Tap: Izdelava navojev
• Create a Remove Face Feature: Izbira nekaterih površin, ki se odstranijo.
• Create a Replace Face Feature: Omogoča odstranitev dela površine na osnovi
oblike neke druge površine.
Orodja za premaknitve in ponovitve:
• Create a Translation: Premaknitev.
• Create a Rotation: Rotacija.
• Create a Symmetry: Ustvarjanje simetričnega elementa.
• Create a Mirror: Zrcaljenje elementa.
• Create a Rectangulare Pattern: Omogoča hitro pomnožitev elementa v vrstično
stolpčni ureditvi.
• Create a Circular Pattern: Omogoča hitro pomnožitev elementa v obliki kroga.
• Create a User Pattern: Omogoča uporabniku, da po lastni želji določi kje (ne po
naprej določenem vzorcu) bo imel določene elemente, kot kopije nekega elementa.
• Create a Scaling: Omogoča povečanje ali zmanjšanje elementa glede na neko
referenčno točko, ravnino ali površino.
Referenčni elementi:
• Create Point: Ustvari točko.
• Create Line: Ustvari črto.
• Create Planes: Ustvari ravnino.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 39 -
6.2.3 Predstavitev delavnega okolja Assembly Design
Delavno okolje Assembly Design je delavno okolje, kjer sestavljamo elemente v produkte
oziroma manjše dele v neko celoto oziroma sestavo.
6.2.4 Orodja za delo v delavnem okolju Assembly Design
Analiza Produkta oziroma sestave:
• Compute a Clash: Analiza možnosti trka.
• Analyze Constraints: Analiza omejitev.
• Analyze Dependences: Analiza odvisnosti.
• Analyze Updates: Posodobitev.
• Analyze Degrees of Freedom: Analiza prostostnih stopenj.
Urejevalni ukazi:
• Manage Coincidence Constraint: Sovpadna odvisnost.
• Create a Contact Constraint: Ustvarjanje kontaktne odvisnosti.
• Manage Offset Constraint: Oddaljenost oziroma vzporednost.
• Create an Angle Constraint: Ustvarjanje kotne odvisnosti.
• Fix a Component: Fiksiranje komponente (nepremakljivost).
• Fix Components Together: Zlepljenje komponent.
• Change Constraint: Zamenjava omejitve.
• Deactivate or Activate Constraints: Vklop ali izklop omejitev.
• Use a Part Design Pattern: Uporaba vzorca oziroma ponovitev iz Part Design.
Premikanje komponent:
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 40 -
• Translate Components: Translacijski premik komponent.
• Rotate Components: Rotacija komponent.
• Manipulate Components: Ukaz za manipulacijo komponent v različnih smereh.
• Explode a Constrained Assembly: »Razstrelitev« oziroma raztegnitev komponent
iz sklopa v različne smeri, tako da je vsaka komponenta vidna posamično in ne v
sklopu.
• Stop Manipulation on Clash: Z tem ukazom se manipulacija komponent ustavi v
primeru, da pride do trka med komponentami.
6.3 Predstavitev delavnega okolja DMU Kinematics
Delavno okolje DMU Kinematics je delavno okolje, kjer lahko s pomočjo različnih orodij
naredimo kinematično analizo sklopa, ki smo ga pred tem modelirali in sestavljali v ostalih
delavnih okoljih.
6.3.1 Osnovna orodja za delo v delavnem okolju DMU Kinematics
Na voljo imamo številne različne tipe povezovalnih orodij (Joint), ki imajo različno število
prostostnih stopenj:
• Revolute : Omogoča rotacijo elementa okrog nekega drugega oziroma okoli osi.
Ima eno prostostno stopnjo, pri čemer kot komando podamo kot zasuka.
• Prismatic: Omogoča translacijo elementa samo po eni osi. Ima eno prostostno
stopnjo, kot komando podamo dolžino translacije.
• Cylindrical: Omogoča translacijo in rotacijo in sicer oboje okoli iste osi. Ima dve
prostostni stopnji, pri čemer kot komando podamo kot zasuka in/ali dolžino
translacije.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 41 -
• Screw Joint: Omogoča simulacijo gibanja po navojnici. Ima eno prostostno
stopnjo in sicer je to lahko kot zasuka (rotacija), ali pa dolžina (translacija).
• Spherical: Omogoča simulacijo krogličnega gibanja (rotacija v vseh treh oseh) in
sicer ima tri prostostne stopnje.
• Planar: Omogoča simulacijo gibanja po ravnini. Ima tri prostostne stopnje in
sicer dve translaciji (dolžina) in eno rotacijo (kot zasuka).
• Rigid: Povezovalno orodje, ki nima prostostnih stopenj, vendar pa povzroči
navidezno fiksno povezavo med izbranima elementoma.
• Slide Curve: Omogoča translacijo in rotacijo po krivulji. Ima tri prostostne
stopnje.
• Roll Curve: Omogoča kotaljenje, ima dve prostostni stopnji.
• Gear Joint: Omogoča simulacijo zobniškega prenosa gibanja. Ima eno prostostno
stopnjo in sicer rotacijo.
• Rack Joint: Omogoča simulacijo prenosa gibanja z zobato letvijo. Ima eno
prostostno stopnjo, kot komando pa lahko podamo ali rotacijo (kot zasuka) ali pa
translacijo (dolžina).
Druga pomembna orodja za delo v delavnem okolju DMU Kinematics.
• Fixed Part: Z tem ukazom izberemo element, ki bo predstavljal fiksni del
oziroma osnovni element za izdelavo simulacije.
• Mechanism Analysis: Ukaz za analizo mehanizma, kjer ugotovimo, ali lahko naš
mehanizem analiziramo.
• Simulation: Ukaz, s katerim odpremo pogovorno okno za izdelavo simulacije.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 42 -
6.4 Izdelava modela sistema za praznjenje bagrske zajemalke
6.4.1 Uporaba delovnega okolja Part Design
Najprej izberemo delavno okolje: Start/Mechanical Design/Part Design. V primeru, da se
pojavi pogovorno okno New Part (slika 6.2 ), lahko v okno Enter part name vnesemo ime
našega modela, ki ga bomo kreirali. Program predlaga ime Part1 in če se z njim strinjamo,
lahko potrdimo z gumbom OK. Lahko pa izberemo svoje ime.
Slika 6.2: Pogovorno okno New Part.
S potrditvijo s klikom na OK se nam odpre delavno okolje Part Design (slika 6.3).
Slika 6.3: Delavno okolje Part Design.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 43 -
6.4.1.1 Skiciranje
Z klikom na ukaz Sketcher preidemo v delovno okolje za skiciranje, ki predstavlja
dvodimenzionalno delovno okolje.
Profil bomo najprej skicirali, kar pomeni, da bomo risali obliko profila (vertikale,
horizontale, poševnice …), ne da bi pri tem upoštevali dejanske dimenzije. Pri tem si bomo
pomagali z mrežo in avtomatsko navigacijo. Risanje profila začnemo z izbiro ukaza Profile.
6.4.1.2 Dimenzioniranje
Nato sledi dimenzioniranje profila in geometrijskih odnosov med elementi profila, ki niso bili
definirani v fazi kreiranja profila. Uporabimo lahko ukaz Constraint ter posamično kotiramo
dimenzije vseh elementov profila.
Slika 6.4 prikazuje obliko in dimenzije profila. Ko smo vse kote prilagodili dejanskim
vrednostim, so vse črte izrisane z zeleno barvo. Če bi bil kateri od elementov ob koncu
dimenzioniranja še vedno obarvan belo, bi to pomenilo da ni dovolj definiran.
Slika 6.4: Oblika in dimenzija profila.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 44 -
6.4.1.3 Izvlek profila v tretjo dimenzijo
Dvodimenzionalni prerez prednjega dela zajemalke smo tako narisali. Če želimo izdelati
prostorski model telesa, moramo spremeniti delavno okolje – ponovno preiti v 3D okolje.
Trenutno delovno okolje Sketcher zapustimo tako, da uporabimo izraz Exit workbench. Tako
se vrnemo v delovno okolje Part Design, kjer je profil, katerega kreiranje smo pravkar
zaključili, prikazan z referenčnimi točkami – bele oziroma oranžne pike. Če opazimo črne
pike, to pomeni, da profil ni neprekinjen in ga ne bo mogoče raztegniti v polno telo.
Prostorski model lahko kreiramo le z raztegom zaključenega oziroma sklenjenega profila.
Izvlek profila v tretjo dimenzijo naredimo s pomočjo ukaza Pad. Izbira ukaza Pad
aktivira prikaz pogovornega okna Pad Definition (slika 6.5), kjer mora biti v polju
Profile/Surface v oknu Selection izbran naš profil, ki ga želimo izvleči. V polju First Limit pa
izberemo način izvleka ter želeno dimenzijo.
Slika 6.5: Pogovorno okno Pad Definition.
Po pravilni izbiri profilov in definiranju dolžine izvleka, izberemo OK in na ta način
smo izdelali računalniški prostorski model prednjega dela zajemalke.
6.4.1.4 Zrcaljenje teles
Zrcaljenje teles izvedemo s pomočjo ukaza Mirror. Najprej izberemo telo ki ga želimo
zrcalit. Nato pa ravnino preko katere se naj telo prezrcali (slika 6.6).
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 45 -
Slika 6.6: Zrcaljenje telesa
6.4.1.5 Izdelava lukenj
Za izdelavo utorov uporabimo ukaz Create a Pocket ali po potrebi Crate a Multi-Pocket.
Z klikom na ploskev izberemo ravnino, na kateri želimo izdelati izrez. Z ukazoma
Sketcher zapustimo delavno okolje modeliranja in preidemo v delavno okolje za skiciranje.
Tukaj narišemo izrez oziroma utor, ga pozicioniramo in z ukazom Exit workbench zapustimo
delovno okolje.
Nato izberemo ukaz Create a Pocket. Odpre se pogovorno okno Pocket Definition, kjer
mora biti v polju Profile/Surface v oknu Selection izbran naš profil. V polju First Limit
izberemo način izvleka našega profila. Lahko določimo globino, ali pa ga omejimo z neko
ploskvijo (slika 6.7). Vse izbrano potrdimo z ukazom OK.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 46 -
Slika 6.7: Izdelava luknje.
Podobno naredimo še poglobitev ostalih ploskev.
6.4.1.6 Oblikovanje robov
Zaradi potreb obdelovalnih postopkov moramo oblikovati še razne robove delov. Tukaj si
pomagamo z ukazom Chamfer. Odpre se pogovorno okno Chamfer Definition (slika 6.8).
V oknu Mode izberemo način podajanja, v oknu Lenght 1 dolžino in v oknu Angle kot
posnetja. V oknu Object(s) to chamfer izberemo robove, ki jih želimo posneti.
Slika 6.8: Pogovorno okno Chamfer Definition.
-
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 47 -
Z ukazom Fillet oblikujemo še ostale robove, ki jih želimo oblikovati. Postopek je
podoben kot pri ukazu Chamfer.
Slika 6.9: Računalniški model izkopne zajemalke.
Na podoben način se lotimo modeliranja ostalih elementov celotnega sistema.
6.4.2 Uporaba delavnega okolja Assembly Design
6.4.2.1 Izbira delavnega okolja
Najprej izb