Kam kráčí strojírenský CAD?

Situace na trhu se výrazně stabilizovala, a počet dnes nabízených a vyvíjených strojírenských 3D CAD systémů by se s troškou nadsázky dal spočítat na prstech jedné ruky. Společnosti si při výběru „svého“ 3D systému stanovují řadu různých kritérií, protože rozdíly v modelovacích funkcích jsou na první pohled těžko postřehnutelné, a v podstatě se s každým systémem dá navrhnout jakýkoliv výrobek. Po nákupu 3D systému ale jeho uživatelé rychle docházejí k závěru, že sice jeho nasazení přineslo řadu výhod a jde o obrovský skok vpřed, ale v podstatě si pořídili jen nástroj sloužící k vytváření a skládání válců a kvádrů s užitečnými funkcemi pro zaoblování a srážení hran. Řada oblastí konstruktérské práce nemůže být v geometricky orientovaných 3D systémech vůbec řešena, protože těžištěm jejich funkcí je právě a pouze „jen“ modelování 3D geometrie. Příkladem takové nedostatečnosti může být absence návrhových a kontrolních výpočtů strojních komponent, nebo inteligence součástí tvořících určitý strojní uzel, který se „automaticky“ přizpůsobuje změnám ne geometrických, ale fyzikálních vstupních údajů. Tento koncept tzv. „funkčního navrhování“, tedy navrhování, během kterého se jednotlivá geometrická 3D tělesa chovají inteligentně v závislosti na zadaných konstrukčních parametrech, jakými může být např. síla, rychlost, kroutící moment nebo přenášený výkon, byl v minulosti součástí strojírenské aplikace MechSoft. Ta byla až do letošního jara k dispozici téměř pro všechny důležité 3D modeláře: Autodesk Inventor, Pro/Engineer, SolidEdge, SolidWorks a Unigraphics. Autodesk ale na jaře udělal to, co si z finančních důvodů nemohl žádný jiný výrobce 3D CAD systémů dovolit – odkoupil od společnosti MechSoft klíčová aktiva. Zcela logicky došlo k zastavení vývoje MechSoftu pro konkurenční systémy, a byly zahájeny práce na integraci „funkčního navrhování“ do Autodesk Inventoru. V těchto dnech se již uživatelé Autodesk Inventoru těší z nového modulu, který dostal jméno Design Accelerator.

Obr 1.BMP: 25 generátorů strojních komponent umožňuje nejen rychlé vytvoření požadované geometrie, ale také její rychlou modifikaci v případě změny zadání.

Obr 2.BMP: Strojírenské výpočty (svary, brzdy, svěrné spoje…) jsou integrovány přímo do CAD systému. 

Ohlédnutí do historie

Do roku 1995 byl nosným produktem Autodesku program AutoCAD, a uživatelé jeho obecnou kreslicí funkčnost rozšiřovali prostřednictvím řady profesních nadstaveb. Aplikace MechSoft (dříve se produkt prodával také pod názvy PROFI, MechSoft-PROFI a MechSoft.com) byla jednou z nich. Různící se požadavky a očekávání více než 4 000 000 uživatelů AutoCADu časem vyústily v rozhodnutí vytvořit různě modifikované verze AutoCADu. Pro výrobní průmysl je určen AutoCAD Mechanical a AutoCAD Electrical. Tyto 2D aplikace jsou schopny velice úzce spolupracovat se 3D systémy Autodesk Inventor Series a Autodesk Inventor Professional, které tvoří páteř strojírenských řešení Autodesku. Oborově orientované verze AutoCADu se za posledních téměř 10 let rozhodly rutinně využívat ke své každodenní práci stovky tisíc zákazníků po celém světě, a ve svých oblastech se staly novými standardy. Podobné je to i s Autodesk Inventorem, který je od svého uvedení na trh každoročně celosvětově nejprodávanějším strojírenským 3D systémem. Oznámením o uzavření dohody o odkoupení klíčových aktiv společnosti MechSoft, Inc vyjádřil Autodesk aplikaci MechSoft stejnou důvěru, jakou k ní mělo jejích tehdejších 23 000 uživatelů. Tím, že Autodesk uvolnil funkčnost MechSoftu pro uživatele Inventoru, stoupl přes noc počet konstruktérů využívajících principu „funkčního navrhování“ na několik set tisíc.

Obr 3.BMP: Příklad „funkčního navrhování“ převodovky. Na základě zadání (přenášený výkon, výstupní otáčky, průměr hřídele) byly vygenerovány jednotlivé součásti, které se při změně zadání automaticky aktualizují.

Obr 4.BMP: Jednotlivé výpočty jsou provázány s knihovnou komponent, takže konstruktér může např. při definici šroubového spoje pracovat rychle a přesně.

Jaká je současnost?

Uvolněný Design Accelerator obsahuje následující skupiny funkcí:

– Generátory komponent, které umožňují rychlý návrh, analýzu a vytvoření často používaných strojních komponent na základě funkčních požadavků a specifikací.

– Strojírenské výpočty, reprezentované snadno použitelnými výpočetními a analytickými nástroji, které odstraňují nákladné modifikace návrhů a zvyšují efektivitu konstruktérů.

– Inženýrská příručka, která výrazně zkracuje čas potřebný pro nalezení potřebných vzorců, výpočetních vztahů, tabulek a technických norem.

Obr 5.BMP: Elektronická příručka pro strojní elementy. K dispozici je teorie, vzorce pro výpočet a výpočetní postupy. Výsledky lze přenést do prostředí sestavy jako prostorový model .

Obr 6.BMP: Průvodce generátoru řetězových kol má stejně jako ostatní průvodci 3 režimy (Designeer, Engineer, Expert). Další parametry návrhu jsou nabízeny podle zvoleného režimu.

Na cestě k „funkčnímu navrhování“ jde o důležitý krok vpřed, protože konstruktéři mohou nyní začít při své práci uvažovat ve zcela jiné rovině. CAD systém za ně příslušnou komponentu nejen vypočte, ale současně ji vygeneruje jako třírozměrné objemové těleso, které je pak potřeba pouze umístit do správné polohy v sestavě. Výsledkem jsou správné a optimalizované návrhy, které vznikají za zlomek původního času. Design Accelerator obsahuje téměř vše, co bylo obsahem původní aplikace MechSoft. Poslední komponentou, na jejíž integraci se zatím pracuje, je tzv. Správce vazeb. Ten umožňuje vytvořit mezi jednotlivými geometrickými tělesy funkční vazby, které řídí celý strojní uzel. Příkladem může být převodovka, ve které jsou hřídele, ložiska a ozubená kola odvozena od přenášeného výkonu a převodového poměru, a při změně jednoho z těchto řídících parametrů dojde automaticky k aktualizaci všech komponent. Zatímco v geometricky orientovaných CAD systémech je nutné jednotlivá tělesa namodelovat podle výsledků nezávislých výpočtů, a při změně zadání vše znovu přepočítat a upravit 3D modely, funkční navrhování poskytuje okamžitou a správnou odezvu. Správce vazeb by měl být k dispozici na jaře příštího roku současně s Autodesk Inventorem 10.

Obr 7.BMP: Průvodce s definovaným šroubovým spojem. V případě změny zatížení se automaticky aktualizují všechny komponenty spoje. 

Závěr

Lze konstatovat, že funkční navrhováni jde daleko za hranice parametrického modelování. Je tedy otázkou, jak na poslední krok Autodesku zareagují ostatní dodavatelé CAD systémů, protože srovnatelnou míru funkčnosti není žádný z nich schopen v současné době nabídnout. MechSoft má za sebou dlouhou řadu let vývoje a dohnat takový náskok nebude jednoduché. Pokud vezmeme v úvahu fakt, že Autodesk Inventor je díky adaptivitě (schopnosti 3D těles automaticky přizpůsobovat své rozměry okolním součástem), mimořádnému výkonu při práci s velkými sestavami a jednoduchosti použití nejprodávanějším strojírenským 3D systémem, že obsahuje kromě AutoCADu, AutoCADu Mechanical a Mechanical Desktopu také systém pro správu inženýrské dokumentace Autodesk Vault, a že smyslem investic do CAD systémů je dostat na trh kvalitnější výrobky v kratším čase, mají dnes zákazníci Autodesku mimořádnou konkurenční výhodu. Proto bude jistě zajímavé sledovat, jak ji jednotlivé firmy využijí k tomu, aby se prosadili proti své konkurenci, a jak jejich aktivity ovlivní další vývoj na trhu 3D systémů pro strojírenství.