Vyzkoušejte funkční navrhování – 3. díl

Historicky lze tedy shrnout vývoj aplikací pro tvorbu digitálních návrhů do několika základních úrovní:

-Nástroje pro klasické modelování – modely v těchto aplikacích vytvořené mají neparametrickou podobu. Typickou ukázkou může být například AME modelář integrovaný v AutoCADu. Význam těchto modelovacích postupů ovšem nepodceňujme ani v době parametrického modelování. Neparametrický model může být velmi důležitým zdrojem informací především v oblastech tvorby prvotního designu, reverzního inženýrství a v celé řadě dalších oblastí. Tyto aplikace tvoří často samostatná řešení určená především pro návrh designérského, případně ergonomického konceptu řešení. Typickou ukázkou takovéto moderní aplikace je například Autodesk Studio, dříve Alias Studio. Klasické modelování je často také součástí aplikací pro animaci a vizualizaci v segmentu multimédií.

-Parametrické modelování – je zcela novou podobou tvorby digitálních modelů, která je svázána s matematicky (parametry) a geometricky (vazbami) vytvářenou geometrií. V praxi se využívají prakticky dva základní principy tvorby digitálních modelů. Jedná se v první řadě o objekty vytvářené pomocí typických konstrukčních prvků, například koule, válec, kvádr apod. Druhou z možností tvorby modelu je definice jeho geometrie pomocí parametrických náčrtů. Dříve jednotlivými výrobci aplikací preferované postupy byly dnes integrovány postupně oba prakticky ve všech stěžejních aplikacích. Parametrické modelování je základem celé řady optimalizovaných postupů. Jedním z nich může být například adaptivní modelování, které umožňuje ovlivnění geometrie součástí v závislosti na okolní geometrii součástí. Jedná se ve své podstatě o snahu akcelerace tvorby geometrie součásti s cílem co možná nejrychlejšího konceptu návrhu celé sestavy.

Posun pozice tvorby funkčního návrhu v předvýrobní etapě

-Funkční navrhování – přináší do oblasti modelování „fyzikálně mechanický rozměr“. V oblasti tvorby geometrie návrhu se jedná především o využití generátorů typických součástí. Velmi důležitou složkou tvorby funkčního návrhu je ovšem rozšíření procesu o CAE/FEM metody. Tyto jsou k dispozici uživatelům v přímé integraci. Řešitel projektu tak nemusí při tvorbě geometrie návrhu využívat desítky dalších zdrojů informací. Tyto postupy a metody samozřejmě nejsou na poli aplikačního řešení žádnou novinkou. Byly a jsou často předmětem výkonných, specializovaných aplikací. Integrace těchto nástrojů do CAD aplikací je ovšem řešena především s ohledem na účelnost a provázanost. Výsledky výpočtů již tedy nejsou pouze údaji přenášenými manuálně z jedné aplikace na druhou, ale přímo ovlivňují geometrii součásti prostřednictvím změn rozměrových a geometrických parametrů. Velmi důležitou součástí tvorby funkčního návrhu je podpora myšlení technika z hlediska názorných informací.

Finální spodní blok převodové skříně s mechanikou

Funkční přístup k tvorbě modelu je tedy spojením digitalizace geometrie modelu součásti s aplikací výpočtů a analýz spadajících dříve více do segmentu CAE/FEM. Výhodou tohoto řešení je úzká provázanost potřebných činností. Tento trend lze spatřovat v poslední době prakticky u všech stěžejních dodavatelů software řešení pro strojírenství. Především přítomnost generátorů součástí, databáze normalizovaných prvků a integrované CAE nástroje jsou vždy výraznou konkurenční výhodou při prodeji aplikací. Vše je samozřejmě výrazně ovlivněno stále větším rozvojem strategie PLM ve strojírenském segmentu techniky a technologií.

Náš návrh převodovky se tak dostává do finále. Nad jádrem převodovky, které je vytvořeno převážně aplikací generátorů součástí, databáze normálií a CAE výpočtů je vytvořena tradičními postupy modelování skříň. I v této oblasti můžeme využít optimalizovaných postupů vázaných především na pokročilé metody modelování v sestavě, případně na použití uživatelsky definovaných konstrukčních prvků.

Virtuální model převodovky po dodatečných kontrolách a analýzách kolizí

Velmi důležitou součástí prakticky každého projektu je tvorba výkresové dokumentace. Přímý přenos informací ze 3D modelu například na obráběcí stroj je možná, ale v praxi často pokulhávající s nutností triviálního přenosu informací do výroby často rozložené po celém světě. Nejčastěji využívaným modelem současné praxe je spojení obou přístupů. To znamená tvorba digitálního modelu výrobku na základě kterého je vytvořena z výrazné části automaticky výkresová dokumentace. Pokud je to nutné a možné je geometrie součásti současně použita jako vstupní informace pro CAM řešení.

Nutnost tvorby 2D výkresové dokumentace nemůže být tedy podceněna. Výrazným usnadněním tvorby výkresu je odvození jednotlivých pohledů a řezů na základě existujícího modelu. Tvorba výkresu se tedy skládá z vygenerování pohledů a řezů s tím, že se uživatel dále soustředí již pouze na technické náležitosti výkresu. Nejčastěji je nutné do výkresu přidat kóty, normalizované značky a popisky. Velkou výhodou těchto postupů je existence plné asociativity geometrie na výkrese s modelem. Modifikace modelu součásti vyvolává potřebné změny ve výkrese. Tyto postupy jsou již ovšem standardní, svázané s metodami parametrického modelování, nejsou tedy výrazně ovlivňovány technikami funkčního navrhování.

Generování výkresové dokumentace

Součástí výkresu součástí a sestav může být řada dříve prakticky nerealizovatelných 3D názorných pohledů. Zobrazení naši převodovky v částečně rozložené sestavě pro montáž je díky existujícímu modelu otázkou několika sekund. Tato zobrazení bylo dříve možné realizovat pouze technikami prostorového zobrazování a deskriptivní geometrie nakreslit. Časová náročnost těchto postupů je ovšem naprosto mimo reálné možnosti technické produkce. Proto se v klasické dokumentaci 3D pohledy a technické ilustrace prakticky neobjevovaly a pokud ano, jednalo se o stovky hodin práce navíc.

Obecně lze říci o tvorbě výkresů ve 3D modelářích, že je stále propracovanější. Od prvotní euforie, kdy se vývoj aplikací pro parametrické modelování soustředil pouze na tvorbu virtuálních modelů součástí a sestav a tvorba výkresů byla považována na méně podstatnou, se přístup vývojářů software ze zásady změnil. Výrazný podíl na tomto směru a snaze zapracovat tvorbu precizní výkresové dokumentace do 3D modelářů mají především požadavky praxe. Obecně lze říci, že výkresová dokumentace vytvořená v aktuálních verzích aplikací je již opravdu precizní. Jediným rozdílem je nepatrně jiný přístup při tvorbě pohledů a řezů, kdy vycházíme ze skutečného modelu a není možné tedy realizovat různé typy pootočení děr do řezné roviny apod. Odměnou je ovšem obrovská akcelerace tvorby pohledů a řezů asociativně svázaných s modelem. Vytvoření pohledů a řezů již není dnes otázkou hodin práce, ale v závislosti na výkonu počítače otázkou desítek sekund až jednotek minut.

Zákaznická vizualizace výrobku pro public relations

Velmi zajímavou funkčností aplikací pro tvorbu digitálních modelů jsou integrované vizualizační nástroje. Může se jednat o nástroje určené pro tvorbu prezentační statické vizualizace například do katalogu výrobků, nebo dokonce o nástroje pro tvorbu rozpadu a animace. Tyto nástroje nachází uplatnění především v oblasti prezentace, ale také mohou být neocenitelnou pomůckou při školení servisních středisek, nebo zdrojem velmi názorných montážních postupů, které bylo v dřívějších dobách možné prakticky vytvořit jen za cenu desítek hodin práce zručného ilustrátora.

Samostatnou část pak tvoří nástroje pro tvorbu animace. Ta je vytvářena na základě modelu součástí a sestav, případně animace rozpadu sestav. K dispozici je navíc možnost vysoce realistického zpracování animace pomocí vizualizačních nástrojů. V případě Autodesk Inventoru se jedná o Inventor Studio. Tyto nástroje nejsou nijak složité na obsluhu, jsou schopny poměrně rychle na základě vzorových šablon vytvořit velmi kvalitní vizualizaci, případně animaci.

Ukázka rozpadu sestavy do montážního postupu

3D model může být zdrojem informací pro celou řadu dalších postupů a metodik zpracování. Zřejmě nejpoužívanější je zpracování technologických postupů výroby a tvorba řídících programů pomocí CAM aplikací. Řada z nich je integrována přímo v aplikacích pro 3D navrhování v podobě samostatných modulů, případně v podobě externích aplikací. Vzájemná integrace jde až na úroveň vzájemné asociativity tvaru modelu a drah obráběcího nástroje.

Návrh technologie výroby a výroba kol

Závěrem článku mi dovolte připomenout již několikrát publikovaný graf, který znázorňuje metodiku tvorby technického projektu pomocí digitálních technologií. Proti tradičním postupům je postup výrazně změněn právě v oblasti tvorby výkresové dokumentace. Primárním zdrojem informací je model, který dále ovlivňuje konstrukci výrobního zařízení, případně optimalizaci pracovního prostředí.

Pokud to vezmeme do extrému, můžeme mít o těchto věcech teoreticky modelově jasno, aniž bychom museli vytvořit jediný výkres. A to nejen na úrovni geometrie a rozměrů součástí, ale také na úrovni fyzikálních a mechanických znalostí.

Modifikovaná metodika realizace projektu v důsledku nasazení PLM

Současné aplikace dokonce umožňují studie provádět až na úrovně pohybových kinematických analýz. Spojení dynamiky pohybu jednotlivých součástí v sestavě s analyzačními nástroji a grafickými výstupy může výrazně urychlit práci na složitých mechanismech. Tyto bylo dříve možné řešit pouze tradičními postupy se soustavami vztahů odvozených na základě diferenciálního počtu ze soustavy vektorových pohybových rovnic.

Dynamická simulace aplikovaná na rotorovou hlavu modelu vrtulníku