Predavanje-1 CAD 2007.pdf

1. PROJEKTOVANJE RAČUNAROM – DR MIOMIR JOVANOVIĆ 123. Februar 2007.Predavanje 1Projektovanje računaromCADKORIŠĆENJE RAČUNARA ZA PRORAČUNE MAŠINAProračun primenom računara je danas popularan, pre svega, zbog sve većeg brojasoftverskih paketa na tržištu i mogućnosti šireg sagledavanja svojstava, tretirajućistrukturu mašine velikim brojem provera. Ova prednost je zapravo ograničenjeklasičnog projektovanja koje izvodi čovek bez računara, zbog čega su razvijane mnogetehnike iznalaženja kritičnih lokacija i njihove provere. Podkategorije ove grupacije su:a. Analiza opterećenja konstrukcije:(Load analysis) složenih sistema i njihovo definisanje.Kod dizalica ovim metodama se na svim pojedinim članovima identifikuju izazvani uticajiod dejstva vetra, dinamičkih pojava u toku rada, ljuljanja tereta, havarijskih stanja, slučajnihuticaja, kombinacija dejstava i drugo. Ovakve analize u projektovanju, zbog broja mogućihstanja opterećenja i ukupnog broja članova konstrukcije, isključivo se rade računarom.b. Proračun kompaktnih veza:Sklopovi visokog stepena integracije komponenata kao što su prenosnici snaga,spojnice, sklopovi točkova, klipne pumpe, hidro-motori, ležajevi i drugo, odlikuju sekontaktnim naprezanjima. Za svaku kategoriju mašinskih elemenata razvijena jemetodologija specifičnog proračuna koja se izučava u mašinstvu. Svaka od ovihmetodologija proračuna efikasno se realizuje računarom a koriste se i opštije -numeričke metode mehanike kontinuuma. Jedna od tih numeričkih metoda je FEM.

2 1. PROJEKTOVANJE RA^UNAROMc. Proračun stabilnosti konstruktivnih elemenata:Predmet analize su: klipnjače, podizači, balansirajuće poluge (balanseri), pojasništapovi i štapovi ispune rešetkastih nosača, tanki zidovi različitih avio konstrukcija(krila i oplata trupa), brodske konstrukcije itd.d. Proračun dinamičkih svojstava konstrukcija.Podrazumeva odredjivanje sopstvene frekvencije i sopstvenih oblika oscilovanja kodmašina različitih tipova: turbina, mlinova, vibracionih sita, vibracionih transportera,motora i prenosnika snage, ali i složenijih sistema kao što su avio-letilice, kontejnerskedizalice, roto bageri itd.e. Proračun pogonske čvrstoće mašinskih delova.Odnosi se na proračun čvrstoće varova, zamor materijala i prslinu u konstrukciji. Uslovipri kojima se traži čvrstoća, su na niskim temperaturama ili metalurške opreme za rad sarastopinama.

1. PROJEKTOVANJE RAČUNAROM – DR MIOMIR JOVANOVIĆ 3f. Proračun kinematike mašinskih sistema.To su proračuni putanja mehanizama, raznih prenosnika snage i pokretnih nosećihstruktura. Specijalizovana grafička oprema računara koristi se za brža i pouzdanijaizračunavanja kinematskih rešenja i omogućuje vizuelnu kontrolu.g. Optimizacija konstrukcija.Metodama optimizacije mogu se ostvariti specifične osobine konstrukcija.To se postiže iz uslova minimuma kod sinteze geometrije lakih konstrukcija,Tehničke projekte konstrukcija prate jednociljni i višeciljni zadaci optimizacija sabrojnim ograničenjima. Za projektovanja sa više optimalnih ciljeva koristi se Paretokoncept. Prednost ovog koncepta nad klasičnim je u istovremenoj sintezi geometrijekonstrukcije po nekoliko tehničkih osnova.h. Proračun pouzdanosti:U širem smislu, pouzdanost iskazuje kvalitet upotrebljivosti sklopa, mašine ili sistema.Proračun pouzdanosti je redovan, a često i osnovni zadatak projektovanja odgovornih ivažnih sistema. Primera radi, kod nosećih struktura letilica, pouzdanošću se iskazujesposobnost stajnog trapa da izdrži dinamičke udare pri sletanju u toku eksploatacionogveka, a da pri tome dâ manji broj funkcionalnih otkaza od minimalno propisanog.PROJEKTOVANJE TEHNOLOGIJA I PODRŠKA ROIZVODNJEPoslovi projektovanja tehnoloških postupaka u tradicionalnim delatnostima mogu bitipodržani računarom jer je to rutinska delatnost. Ovim postupcima se obrazujeradionička dokumentacija proizvoda koja, osim konstruktivne dokumentacije, sadrži idokumentaciju alata i specifičnih resursa za proizvodnju, tehnološke parametreproizvodnje za odredjene mašine. Ovde su objedinjene delatnosti planiranja, selekcijeprojektovanja sklopova i tehnoloških proračuna. Često je računarom integrisan iproizvodni sistem (proizvodne i transportne mašine i uskladištenje). Primeriproizvodnih mašina upravljanih računarskom tehnologijom (CNC):

4 1. PROJEKTOVANJE RA^UNAROM• mašina za krojenje limova ili tkanina,• mašine za obradu rezanjem, erozijom, brizganjem itd,• mašine za pakovanje, doziranje, bojenje,• mašine za merenja i kontrolu kvaliteta itd.,• mašine za regalno uskladištenje i komisioniranje proizvoda,• montažne linije u autoindustriji sa sistemom konvejera, monorovera.UPRAVLJANJE MAŠINAMAKlasičan pristup automatizaciji mašina se izvodi prostim upravljačkim uredjajima kao što suelektrične sklopke i releji, mehanički i elektromehanički programatori. Nedostatak je što jepotrebno obilje veza izmedju komponenata. Stoga se upravljanje danas modernije realizujeprimenom mikroprocesora. Ovi sklopovi sada sadrže program realizacije odredjenih upravljačkihprocedura, shodno razvoju logičnog redosleda toka operacija. Kod transportnih mašina,primenom mikroprocesora se rešavaju sledeći zadaci:• prigušenje oscilovanja visećih tereta odgovarajućom pobudom,• zadavanje kinematike svih komponenata velikih masa i brzina,• upravljanje linijom kretanja grabilice u pretovaru sitnog materijala,• minimizacija dinamičkih pojava pri dizanju,• osiguranje od mogućih preopterećenja kod mobilnih dizalica,• skraćenje vremena čekanja ugradnjom komunikacijskih procesora,• upravljanje pozicioniranjem u skladištu itd.PRIMENA RAČUNARA U EKSPERIMENTALNOJ ANALIZIEksperiment je, verovatno, najobjektivnija kategorija razvoja konstrukcija.Eksperiment je stara kategorija provere stanja objekata i redovno je prisutan u proizvodnji.Poznat je pod mnogim imenima: probna montaža, probna vožnja, probna šarža, ispitivanjeprototipa itd. Kada je potrebno na mašinama vršiti ispitivanje njihovih karakteristika, povoljno jeiskoristiti računar za prikupljanje i smeštaj podataka.Rezultati obavljenih ispitivanja se mogu grafički interpretirati na monitoru računara, dodatnoobradjivati pa čak i koristiti za simulacije realnih uslova u labolatorijama. Prednost digitalnogbeleženja rezultata merenja nad analognim je u mogućnosti gušćeg zapisa, dakle, sa višepodataka.Multiplekseri, obezbedjuju rasporedjivanje mernih veličina u memoriji računara, i A/D konvertoriomogućuju prijem na više stotina kanala i nekoliko desetina hiljada informacija u sekundi.Laboratorijska ispitivanja sastavni deo uspešnih industrija, a eksperiment etapa razvoja iverifikacije proizvoda.Definicija:PROJEKTOVANJE RAČUNAROMProces projektovanja predstavlja nalaženje naučno opravdanog tehničkog rešenja kojese praktično može realizovati, a da pri tome zadovolji i ekonomske kriterijume.U užem smislu, projektovanje predstavlja definisanje tehničkog rešenja sa funkcionalnog,sadržajnog i konstruktivnog aspekta.

1. PROJEKTOVANJE RAČUNAROM – DR MIOMIR JOVANOVIĆ 5Projektovanje može imati i kompleksniji sadržaj, kada se postavljaju zahtevi traženja optimalnihsvojstava, pouzdanosti komponenata i funkcija i druga specifična svojstva.Nakon projektovanja, sledi KONSTRUISANJE TEHNIČKOG SADRŽAJA i ono predstavljadefinitivno oblikovanje konstrukcije kojim se definišu: geometrija (karakteristične dimenzije),materijal, način montaže, tolerancije, hrapavost i drugo.Očigledno da se konstruisanje vrši na bazi projektovanja i njime se precizira konačno rešenjekonstrukcije. Iz aktivnosti konstruisanja nastaje konstrukciona dokumentacija.Dalji tok korišćenja konstrukcione dokumentacije (slika 1.1) odvija se kroz pripremu za proizvodnju ita delatnost više ne pripada projektovanju i konstruisanju, već tehnološkoj pripremi. Iz tehnološkepripreme nastaje radionička dokumentacija koja sadrži, pored konstrukcione dokumentacije, itehnološku dokumentaciju. Tehnološku dokumentaciju čine: dokumentacija opreme i alata zaproizvodnju, dokumentacija kontrole i dokumentacija izvršenih ispitivanja.Slika 1.1 Aktivnosti nastanka proizvoda podržane računaromKlasična organizacija postupka projektovanja i pripreme proizvodnje dozvoljava primenu računara zaefikasniju realizaciju ovog procesa. Postupak uvodjenja računara uslovljen je formiranjem baze podataka donivoa radioničke dokumentacije prizvoda.Aktivnosti projektovanja i konstruisanja primenom računara poznate su u stručnoj javnosti pod engleskimnazivom: Computer Aided Design (CAD).Skraćenicu CAD predložio je T. D. Ross (USA) i ona je uvedena u terminologiju 1979.Skraćenica je simbol tehnologija projektovanja računarom.Uvodjenje računara u oblasti pripreme proizvodnje (Computer Aided Planing - CAP).Sama proizvodnja podržana računarom poznata je pod engleskim nazivom Computer Aided Manufacturing(CAM).CAD daje sledeće prednosti projektovanju:• viši nivo kvaliteta (tačnost, finoća),• realizuje najobimnije zadatke i oslobadjanje čoveka rutinskog posla,• vizuelnu interpretaciju forme koja omogućuje pre izrade, ocenu funkcionalnih iestetskih vrednosti proizvoda,• omogućava specifične analize (proračuni lokalnih napona kod brzih procesa i složenihstruktura) iz čega sledi poboljšanje sklopa pre izrade,• omogućuje brzu izradu tehničke baze podataka, počevši od tehničkih crteža dotehnoloških instrukcija za automatizovanu izradu,• široko integrisana proizvodnja računarom (Computer Integrated Manufacturing - CIM)Izvan CAD delatnosti, primena računara otvara mogućnosti daljih modernizovanja proizvodnje.Uvodjenjem CIM koncepta, integrišu se ostale aktivnosti proizvodnih sistema, slika 1.2:• prilagodjavanje proizvodnje potražnji, odredjivanjem dinamičkih parametara,• planiranje (količine materijala, termin planovi, radna snaga, distribucija zadataka),

6 1. PROJEKTOVANJE RA^UNAROM• povezivanje sa spoljašnjim izvorima (nacionalnim i svetskim) informacija (komiteti,berze, proizvodjači, distributeri, transport, uskladištenje, pretovar) o robi i sirovinama,• praćenje poslovanja (finansijskih tokova, zaliha robe, materijala),• praćenje proizvoda u eksploataciji (servis, kvalitet, korekcije tehnologija, održavanje),• koordiniraju osnovne fabričke aktivnosti (marketing, planiranje, investicije).OKRU@ENJESISTEMASlika 1.2 Aktivnosti koje su integrisane CIM konceptomKONSTRUKCIONA DOKUMENTACIJAOsnovni produkt projektovanja je konstrukciona dokumentacija. Kod klasičnog projektovanja,ona se formira na papiru i dalje distribuira kroz tehničku pripremu u proizvodnju. Kod primeneračunara u projektovanju, tok je isti, samo je dokumentacija prisutna na različitim medijumima.U principu, kod kompletnih CIM sistema dokumentacija ne mora da bude crtana sa čvrstimotiskom. Konstrukciona dokumentacija se realizuje u sledećim etapama (slika 1.3):• postavljanje zadatka,• prikupljanje informacija,• analiza informacija,• sastavljanje tehničkog predloga,• izrada idejnog projekta,• izrada tehničkog projekta i• izrada tehničke dokumentacije.Slika 1.3 Etape nastanka konstrukcione dokumentacijeKonstrukcionu dokumentaciju čine razne vrste dokumenata:• radionički crtež za izradu i kontrolu,• sklopni crtež,• crtež opšteg izgleda (forma, princip rada),

1. PROJEKTOVANJE RAČUNAROM – DR MIOMIR JOVANOVIĆ 7• teorijski crtež (pokazuje raspored pozicija),• gabaritni crtež (geometrija sa priključnim i montažnim mer.),• elektro-montažni crtež,• montažni crtež (podaci za postupak montaže),• crtež pakovanja,• crtež ambalaže, • šema veza, • specifikacija (spisak delova sklopa),• spisak specifikacija (to je spisak svih specifikacija),• spisak uputstava (popis svih dokumenata),• spisak poluproizvoda koji se kupuju kao gotova roba,• spisak pravnih lica koja poseduju originalnu dokumentaciju,• specifikacija idejnog projekta,• spisak tehničkog projekta,• spisak idejnog projekta,• objašnjenje (tehničkog rešenja i principa rada),• tehnički uslovi (norme za kontrolu, prijem i isporuku),• program i metode ispitivanja (isporuka, prijem, periodična kontrola),• proračun, tabele,• eksploatacioni dokumenti (održavanje, kvarovi),• remontni dokument,• karta tehničkog nivoa i kvaliteta,• ostali dokumenti (nomenklature, prospekti, tehnološke karte).Današnji stepen CIM sitema ne zahteva izradu svih dokumentacije sa čvrstim otiskom.U budućnosti, kategorija dokumenata na papiru trebalo bi potpuno da nestane.Može se očekivati racionalizacija i standardizacija informatičke dokumentacije proizvoda.STRUKTURA PROCESA PROJEKTOVANJAObjekat projektovanja može biti proizvod ili proces kod projektovanja tehnologija. Projektovanjeračunarom je automatizovan proces, različitog stepena automatizovanosti. Najčešće je procesprojektovanja u dijalogu, a kod rutinskih zadataka, samo izvršni. Način projektovanja zavisi odposlova i od raspoloživih uslova (softvera i hardvera).Analiza složenih tehničkih objekata u projektovanju vrši se prema tehnickim aspektima ihijerarhijskim nivoima, slika 1.4.Tehnički aspekti definišu funkcionalna, konstruktivna, tehnološka i eksploataciona svojstvaobjekata.Funkcionalni aspekt definiše osnovnu funkciju ili proces rada.Konstruktivni aspekt definiše sadržaj i formu objekta.Tehnološki aspekt definiše tehnološku moć objekta, vrste procesa izrade i drugo. Eksploatacioniaspekt definiše ponašanje objekta u eksploataciji.Složenost objekta može biti veća ili manja.Otuda u okviru svakog aspekta: hijerarhijski nivoi: objekat kao celina, funkcionalni podsistemi(noseća konstrukcija, pogonski uredjaji, komandni uredjaji itd.), delovi podsistema (sklopovi) idelovi sklopova (elementi).Broj hijerarhijskih nivoa, zavisi od stepena složenosti objekta.Prema hijerarhijskim nivoima, projektovanju se pristupa po različitim osnovama.

8 1. PROJEKTOVANJE RA^UNAROMSlika 1.4 Struktura procesa projektovanjaProcedure projektovanja:Projektovanje može biti izvedeno procedurama sinteze i procedurama analize.Danas se obe metode koriste u projektovanju računarom (CAD),U klasičnom projektovanju (bez upotrebe računara), metode sinteze koriste selektivno premaizgradjenom znanju i uhodanom inženjerskom pristupu.BANKA ZNANJA(ISKUSTVO)CILJEVIOSOBINE KONSTRUKCIJAOPTERECENJASTATICKO, DINAMICKO, TERMICKOOPIS KONSTRUKCIJECADMODELMODIFIKACIJEMODELAPRORACUNOSOBINAMEHANICKOG MODELAOCENA REZULTATAKONACNO RESENJEKONSTRUKCIJEKRITERIJUMIOCENEKONSTRUKCIJASlika 3.01 Koncept korišćenja metoda analize u projektovanjuProcedure sinteze polaze od zadatih svojstava, funkcije, nazivnih parametara (definisanihprojektnim ili istraživačkim zadatkom), a završne aktivnosti daju geometriju i konstruktivnudokumentaciju. Kako treba operisati sa realnim geometrijskim veličinama, metode sinteze koristena svakom hijerarhiskom nivou početni-pretpostavljeni opis, formirajući ga iz ograničenjadefinisanih na početnim hijerarhijskim nivoima.Procedure analize polaze od pretpostavljene geometrije konstrukcije i koriste je za analizu porazličitim osnovama (aspektima) i na različitim hijerarhijskim nivoima. Na ovaj način seproverava ispravnost početnog konstruktivnog opisa objekta.Na početku projektovanja metodama analize dobija se rešenje koje polazi od proizvoljnihpretpostavki pa zato i najviše odstupa od kriterijuma koji su zadati sa prethodnog hijerarhijskognivoa. Ovakva rešenja ne mogu biti verifikovana, ali su zato poznati kriterijumi koji nisuzadovoljeni, pa se prema njima vrši korekcija za novu analizu.U klasičnom postupku projektovanja, verifikacija se izvodi uvek prema specifičnim elementimakonstrukcije. Kod projektovanja računarom (CAD), potrebna je opštija logika koja bi važila zasvaku problematiku u istoj stručnoj grupaciji (mašinstvo, gradjevinarstvo, elektronika, dizajn).