Zadáváme komplexní CAD/CAE projekt

Moderní konstrukce výrobků se opírá nejen o špičkové technologie, ale také o zcela nové možnosti řešení projektů. Postupy, tvorba a nástroje dávají vývojářům do rukou realizovat své vize snadno a rychleji v prostředí digitálních prototypů. Společným jmenovatelem řešení je týmová spolupráce, která se opírá o využití nástrojů pro správu dat a nutnost digitální komunikace. S nástupem 2D, potažmo 3D modelování jsme stáli na škole před rozhodnutím, jak tento v praxi zcela běžný model realizace projektu integrovat do výuky digitálního prototypování.

První pokusy byly již realizovány před deseti lety. Kdy jedním ze základních požadavků zaměstnavatelů našich absolventů byla schopnost samostatného řešení projektu v rozsáhlejším týmu odborníků, kteří se jsou schopni navzájem domluvit nejen na vlastních technických problémech, ale také na jejich úspěšném řešení a realizaci. Tuto myšlenku nám o pár let později potvrdila také zajímavá stáž na vzdělávacích institucích v okolí Silicon Valley v USA. Tehdy jsme se s našimi kolegy vyučujícími CAM technologie zaměřili především na komplexní realizaci projektů a jejich metodiku realizace.

Technický projekt je kreativní a týmová hra

Základní myšlenkou pro zcela nový přístup ve výuce CAx technologií je vytvoření komplexního projektu, který bude řešen podle obdobných metodických pravidel a přístupů jak je tomu v reálné praxi. Není žádným tajemstvím, že vlastní metodika realizace projektu byla optimalizována na základě našich aktivních zkušeností z dlouhodobých realizací zakázek především výrobních zařízení a nástrojů pro oblast automobilového průmyslu. Zde jsou přístupy poměrně výrazně optimalizovány a opírají se často o spolupráci desítek vývojových pracovišť a stovek technických i netechnických profesí.

Vizí zhmotnění této strategie je vytvoření nejčastěji čtyř studentů, kteří mají v čele zvoleného vedoucího projektu s určitou rozhodovací pravomocí. Musí se samozřejmě jednat o studenty s nejlepšími znalostmi a schopností komunikace se svým týmem. Základní motivací všech je pak vytvoření společného projektu tak, aby byl co možná nejlepší. Podmínkou v realizaci projektu jsou vstupní definice základních specifikací a z naší metodické stránky nutnost společného vyjadřování se k problému. Cílem není tedy vytvořit řešení na základě jediného dogmatického rozhodnutí, ale musí mu vždy předcházet týmová konzultace s možností vyjádření a zvážení všech dobrých nápadů.

Typické součásti, které mohou být vytvářeny přímým modelováním, nebo pomocí funkčního navrhování v širším pracovním týmu studentů

Atraktivní projekt základem

Již v několika svých článcích jsem se zmiňoval o problému atraktivity řešeného projektu, která může výrazně vylepšit finální výsledky realizovaného projektu a posílit vlastní aktivitu studentů. Najít taková témata není ovšem snadné. V Silicon Valley mne například fascinoval komplexní projekt vznášedla, který byl ve výuce realizován studenty od návrhu až po realizaci. Po individuálních projektech a relativně jednoduchých zadáních bylo tedy nutné najít témata zahrnující jak maximum typických konstrukčních problémů, tak se opírala o dostatek vnějších informací.

Projekt vznášedla jsme předem zavrhly, protože je k tomuto tématu dostupných poměrně málo technických specifikací a institut, který tento projekt realizoval v USA, měl k dispozici přímou vazbu na Stainford University a Boeing. Bylo tedy nutné sáhnout po projektu, který by vyhovoval struktuře blízké jak našim zkušenostem z komerční oblasti, tak možnostem školy na případnou realizaci výsledků.

Na základní téma zadání projektu mne dovedl jeden z mých kolegů z modelářského klubu. Ten jednoho časného rána na modelářském sletu v Přibyslavi, kdy se nad startovací dráhou válela ještě mlha, probudil všechny neskutečným řevem spalovacího motoru. Někteří z kolegů komentovali jeho aktivitu za marnou, vzhledem k nízké oblačnosti, ale pár jich vykouklo ze stanu a po čerstvě posekané dráze nepojížděl ku překvapení všech akrobatický model letadla, ale něco, co jen vzdáleně připomínalo rádiem řízený automobil. „Kluci já jen zkouším novou pohonnou směs s větším množstvím Nitrometanu“. O pár let později jsem si na tuto událost vzpomněl, když jsme s kolegou řešili právě téma projektu.

Základní vstupní omezující parametry (servo, střídavý motor, regulátor a LiPol baterie 5000mAh) + orientační rozměry modelu

Pro řešení našeho týmového projektu jsme zvolili RC model automobilu. Zadání bylo nutné optimalizovat tak, abychom dostali funkční model, ale nevyčerpali na jeho konstrukci celou časovou dotaci výuky. Příliš dlouhá realizace projektu má navíc za důsledek snížení zájmu studentů a složitou kontrolu. Ale i zde jsme našli řešení, z původního záměru realizovat čtyřkolku s diferenciály na spalovací motor jsme upustili a zvolili konstrukčně jednodušší v automodelářské hantýrce nazývaný „zadohrab“ poháněný elektromotorem.

Typické provedení podvozku RC automobilu s náhonem zadních kol s pohonem elektromotorem

Slovo elektromotor v automobilu vyvolá u řady čtenářů jistě úsměv, ale podívejme se v současné době například na špičkové produkty předních automobilek. Také v oblasti rc modelů ať již letadel, lodí a automobilů má špičkový pohon založený na střídavém elektromotoru a spínaném regulátoru své nezastupitelné místo. Takovéto motory často z výkony pohybujícími se výkonově někde 0,5 až 1 kW jsou zcela hrdou náhradou klasických spalovacích motorů.

Jedna z prvních složitějších úloh v řešení projektu

K projektu je nejen dostatek vstupních informací, ale spojuje v sobě prakticky všechny základní konstrukční prvky, běžně využívané v technické konstrukci. Studenti zde procvičí nejen práci s normalizovanými prvky, a základními tvary jakým je hřídel, příruba, konzola, ale také návrh pružin, konstrukci ozubení apod. Pokud doplníme modely také výřezem výkresové dokumentace můžete s úspěchem zopakovat taková témata, jakými je například promítání, tolerování rozměrů a stále častěji využívané geometrické tolerance.

Řešení řízení automobilu je v 3D opravdová lahůdka

Projekt byl prakticky omezen ve vstupech, kterými byl typ střídavého elektromotoru, zde se jednalo konkrétně o model brněnské firmy Mega Motors. Regulátor byl zvolen s ohledem na dostupnost od zlínské firmy MGM ComPro. Pro pohon automobilu musela být použita LiPOL baterie s kapacitou 5000 mAh. Dalším mantinelem byla aplikace digitálního serva řízení od společností Futaba a přijímače pracujícího na technologii 2,4 GHz.

Využijme v maximální míře digitální prototypování s vazbou na CAE

Velkou výhodou dnešní generace studentů je dostupnost špičkových technologií. Lze hrdě říci, že dnešní studenti mohou ve výuce i mimo ni využívat doslova nástroje, které naše generace „čerstvých čtyřicátníků“ neznala vůbec, a pokud se s nimi setkala, tak pouze na pár špičkových pracovištích ve světě. 3D digitální prototyp prostě v posledních pěti letech hýbe technickým světem a kdo tento směr nerespektuje, ztratí jistě široké spektrum zákazníků. Osobně nemám v této oblasti zase až tak vyhraněný názor, myslím si, že za ideální je spojení 2D i 3D dokumentace.

Servo řízení je jedním z omezujících faktorů

Co se týká Autodesk Inventoru, je v této oblasti ideálním nástrojem. Výhodou tohoto produktu není jen české prostředí a intuitivní obsluha, ale především bezkonkurenční integrace CAE nástrojů. Autodesk Inventor není dnes již pouze adaptivním modelářem, ale je nástrojem, který v sobě integruje vedle snad největší databázi normalizovaných prvků vůbec, která je spojena s generátory konstrukčních uzlů, rámů, potrubí, dynamikou kinematikou a celou řadou technických výpočtů.

Výpočet ozubení pomocí CAE nástrojů integrovaných v Autodesk Inventoru

Na kvalitě Inventoru je opravdu znát velké investice, které byly udělány v posledních letech především do oblasti integrace CAE nástrojů. Hlavní sílu Autodesk Inventoru nehledejte dnes již v adaptivním navrhování, ale především v CAE nástrojích. Vytvořit ozubené kolo, celou převodovku, vačky, pružiny, šroubové spoje je pomocí nich opravdu triviální a to včetně integrovaných technických výpočtů. Jistě určitou satisfakcí pro nás je také to, že se právě pod vývoj těchto nástrojů podepisuje české vývojové centrum.