Testiranje i proizvodnja

(kliknite za veću sliku)

U PC #121 smo napomenuli da softverska gama kompanije UGS obuhvata dve osnovne grane: NX i Velocity. NX predstavlja zaokruženu celinu namenjenu mašinskom projektovanju u specijalizovanim i visoko zahtevnim oblastima kakve su auto, avio, pa čak i svemirska industrija, dok je druga grana namenjena klasičnom mašinskom projektovanju u procesnoj industriji, proizvodnji alatnih mašina, pakerica, projektovanju postrojenja i sl. Trend podele na visokospecijalizovane i „svakodnevne“ softverske pakete za mašinsko projektovanje nije karakterističan samo za proizvode UGS-a. Mnoge konkurentske firme su, sledeći istu logiku, stvorile uslovnu podelu tržišta na high-end i low-end proizvode, dodatno zbunjujući manje upućene korisnike kod kojih preovladava mišljenje da je high-end aplikacija u svakom pogledu superiornija. Stvari idu dotle da je rad na high-end platformi postao pitanje prestiža među projektantima, iako u realnosti svaka od klasa softverskih alata ima svoju ciljnu grupu korisnika kojoj je prilagođena, tako da rad na neodgovarajućoj platformi samo dovodi do gubitka vremena i novca.

Velocity serija, za koju se smatra da je dovoljna za preko 80% mašinskog projektovanja, sastoji se od CAD softvera SolidEdge, CAE aplikacija Femap i NX Nastran koje udruženim snagama ispituju kako projektovani model reaguje na različita linearna i nelinearna opterećenja, širenje toplote i sl, te CAM programa NX CAM Express kojim se simulira proces proizvodnje i generiše kod za numerički upravljane mašine koje proizvode željeni deo. Deo Velocity serije je i PDM paket Team Centar, zadužen za manipulaciju, pretraživanje i upravljanje fajlovima koje generiše projektantski biro.

Metoda konačnih elemenata

Glavnu prednost projektovanja pomoću računara predstavlja mogućnost simulacije – nekada je bilo neophodno fizički napraviti model da bi se ispitivale njegove osobine, a danas se najveći deo posla obavlja u virtuelnom svetu. Idealan bi bio proizvod koji je u stanju da proradi „iz prve“ i čije bi osobine bile potpuno u skladu sa željama projektanta, čime bi se u razvoju novog proizvoda uštedelo mnogo vremena i novca. Sa drastičnim rastom procesorske moći računara sve značajniji postaju numerički proračuni koji se izvode tzv. metodom konačnih elemenata (poznatom još i kao FEM – Finite Element Method ili FEA - Finite Element Analysis).

Ako želimo da dobijemo preciznu sliku onoga što će se dešavati kada se model nađe pod mehaničkim opterećenjem, moramo da posmatramo svaku tačku modela ponaosob. Utvrđivanjem zakonitosti ponašanja tačaka i njihovih međusobnih interakcija za zadata opterećenja, određuje se ponašanje celog modela. Ovo je najčešće nemoguće izvesti jer je tačka beskonačno mala, pa se model sastoji od beskonačno mnogo tačaka. Ako žrtvujemo egzaktnost zarad praktičnosti, možemo da izdelimo model na konačan broj malih delova i sprovedemo izračunavanje za svaki od njih. Prelaskom iz matematičkog u fizički domen čitav proces se svodi na komplikovani (ali rešivi) sistem jednačina. Recimo, ako je model izdeljen na 100.000 elemenata, što je realna vrednost u praksi, metoda konačnih elemenata zahtevaće rešavanje sistema od oko 100.000 jednačina sa 100.000 nepoznatih. Rešavanje bi bilo neizvodivo bez upotrebe modernog računara, ali uz njegovu procesorsku moć se može doći do rezultata. Uz pažljivo odabran broj i raspored konačnih elemenata mogu se dobiti dragoceni podaci o ponašanju modela sa dovoljno velikom tačnošću.

Metoda konačnih elemenata ne koristi se samo prilikom proračunavanja opterećenja mehaničkih delova, već se primenjuje i u mnogim drugim oblastima. U mašinstvu se često koristi za simulaciju dinamike fluida: ulivanja istopljene plastike u kalupe, opstrujavanje vazduha u avio-industriji i sl. U elektrotehnici je ova metoda našla primenu u određivanju oblika i intenziteta elektromagnetnog polja u prostoru, jer zbog nelinearnosti materijala i vremenske zavisnosti ovaj problem ne bi mogao da bude rešen egzaktno.

Femap i NX Nastran

(kliknite za veću sliku)

Dok i sam SolidEdge poseduje izvesnu CAE funkcionalnost oličenu u vidu Femap Express-a, njegova primena je ograničena na područje projektovanja 3D modela – projektovanje u CAD programima podrazumeva više iteracija, pa tako inženjer može da osmisli nešto u SolidEdge-u i odmah isproba neke osnovne stvari pomoću Femap Express-a. Tako se brzo uočava šta treba promeniti u dizajnu, pa se kroz nekoliko uzastopnih koraka modelovanja u SolidEdge-u i ispitivanja u Femap Express-u dolazi do preliminarnog rešenja. Usvojeno rešenje obično treba detaljnije ispitati ozbiljnijim CAE softverom kakav je Femap. Ovaj program je pretprocesor za postavljanje problema za FEM analizu, za koju je neophodan model koji je generisan CAD programom. Femap može da uvozi ne samo CAD modele generisane u SolidEdge-u, već podržava i formate poznatijih CAD programa.

Za model se prvo definišu opterećenja u željenim tačkama, postave granični uslovi i podaci o fiksiranju modela (ležišta i tačke oslonca), a zatim se pristupa postavljanju mreže. Ona je zapravo način na koji model biva izdeljen na male konačne elemente a to je posao koji zavisi od znanja i iskustva inženjera. Što je mreža gušća to je proračun precizniji, ali je i vreme obrade duže. Nekada nije bila retkost da obrada traje danima, ali je danas to vreme svedeno u razumne okvire. Rešavanje ogromnih sistema jednačina zahteva brz procesor i mnogo memorije, pa postoje firme koje nude sopstvene platforme za paralelno procesiranje – ako je u pitanju složen problem njima se preko Interneta prosledi model, a korisniku se vraća rezultat. I postavljanje mreže se najčešće obavlja kroz iteracije – prvo se postavlja retka mreža a kad rezultat pokaže kritične tačke, ti delovi se premreže finijom strukturom i proračun se ponavlja. Iskusan inženjer, međutim, unapred zna da su najkritičnija mesta oko raznih otvora i tačaka oslonca. Na kraju preostaje da se zadaju fizičke karakteristike materijala od koga će proizvod biti napravljen, kao što su gustina ili toplotna provodnost.

Nakon što je problem u potpunosti postavljen, na scenu stupa solver – program koji obavlja izračunavanja i vraća rezultate Femap-u. Rezultati analize ukazuju na eventualne probleme pa se u SolidEdge-u mogu izvršiti potrebne izmene. U tom slučaju se ceo postupak ponavlja onoliko puta koliko je potrebno da bi se dobilo zadovoljavajuće rešenje. Femap je veoma popularan u mašinskom projektovanju jer važi za najkvaliteniji program za postavljanje mreža, a pored toga je u potpunosti nezavisan kako prema CAD aplikaciji iz koje preuzima model, tako i prema solveru kome predaje podatke. Zbog toga nije retkost da se na Femap oslanjaju korisnici UGS-ove serije ali i konkurentskih alata. Neki od poznatijih korisnika Femap-a su i renomirane firme poput Boinga, Nisana, Lockheed Martin-a, Omron-a ili Škode.

NX Nastran ime duguje svom istorijskom razvoju. Prva verzija Nastran-a je nastala davnih sedamdesetih, a napravila ju je NASA za potrebe dizajna kosmičkih raketa Saturn V, pa ime dolazi od NAsa STRuctural ANalysis. Program je komercijalizovan a danas se nalazi u Velocity seriji kao NX Nastran. Ovaj program rešava razne klase problema, pa je u zavisnosti od potreba moguće kupiti osnovnu ili verziju sa dodatnim solverima. Femap/NX Nastran koristi Linear static, Normal modes, Buckling, Heat transfer, Basic nonlinear, Spot weld i Dynamic response, dok se za složenije probleme dokupljuju solveri Advanced nonlinear, Superelements, Direct matrix abstraction programming (DMAP) i Design optimization (nazivi su na engleskom jeziku s obzirom na opšteprihvaćenu stranu terminologiju). I Femap i NX Nastran poseduju veoma opsežne tutorijale iz kojih i slabo upućen korisnik može puno naučiti o upotrebi ovih programa.

Za specifične namene je moguće napisati posebne module za solver, ali to zahteva prilično visok nivo znanja. Interesantno je da se tim našeg profesora Miroslava Živkovića sa katedre za primenjenu mehaniku na Mašinskom fakultetu u Kragujevcu već niz godina bavi ovom problematikom. Oni su sami napisali solvere i, u saradnji sa firmom ITS, vrše obuku inženjera za rad sa ovim softverom.

NX CAM Express – simulacija proizvodnje

Niz iteracija kojima se kroz CAD i CAE program dolazi do rešenja ima za cilj da završni model bude ne samo funkcionalan nego i najbolji mogući – što jeftiniji i lakši za proizvodnju, a da pritom zadovoljava sve zahteve. Na primer, ako je u nekom sklopu potrebno odrediti dimenzije vratila koje treba da izdrži neko opterećenje, to se može izvesti na dva načina. Prvi pristup podrazumeva upotrebu dovoljno masivnog vratila koje će sigurno izdržati, a drugi provlačenje modela kroz CAE kako bi se odredio tačno onaj prečnik koji izdržava traženo, ali ne i bitno veće, opterećenje. Ovo je značajno ako se projektovani proizvod pravi u velikim serijama, jer može znatno da utiče na cenu.

Konačan model se na kraju uvozi u CAM aplikaciju – softver koji je zadužen da „osmisli“ način na koji će model biti fizički realizovan. Postoji mnogo samostalnih CAM aplikacija, pa se CAD i CAE delovi projektovanja mogu obaviti u jednom a CAM u nekom potpuno nezavisnom programskom alatu. Pomenuti high-end softver, NX, nastao je sjedinjavanjem UniGraphics-a i Ideas-a, a UniGraphics je bio poznat po vrlo dobrom CAM-u. Zato je NX u potpunosti preuzeo UniGraphics-ov CAM. Pošto je NX CAM Express iz Velocity serije nastao vađenjem CAM segmenta iz NX-a, može se reći da je UniGraphics-ov CAM predak današnjeg NX CAM Express-a koji je poslednjih pet godina najprodavaniji CAM u svetu.

Ovaj program podržava sve bitne vrste mašinske obrade kao što su 2,5-osno, 3-osno i 5-osno glodanje, bušenje, struganje, rad sa erozimatima sa žicom, kao i kombinacije više vrsta obrada. Kako se danas sve više radi sa vrlo brzim alatima koji znatno skraćuju proces obrade, NX CAM Express podržava i generisanje putanja za ovakve alate kod kojih se moraju poštovati neka posebna pravila. Završni deo se dobija mašinskom obradom tzv. pripremka (stock) – bloka materijala koji se obrađuje. Ovaj materijal ponekad može biti i odlivak nepravilnog oblika, pa se nakon postavljanja koordinatnog sistema programu zadaje geometrija pripremka. Sledi izbor redosleda postupaka, načina obrade i alata za obradu, tako da čitav proces bude što brži, efikasniji i, naravno, jeftiniji. Iako je softver nezamenljiv, ovo je u velikoj meri „majstorski“ posao pošto postoji beskrajno mnogo različitih načina da se to izvede, a iskusni tehnolozi mogu da naslute koje će rešenje biti najbolje. Kada se sve putanje alata generišu obično se radi verifikacija – simulacija obrade na računaru, pa tehnolog može videti da li će sve teći glatko.

Iako je način ispisa putanje alata univerzalan kod CAM programa, numerički upravljane mašine za mašinsku obradu različitih proizvođača zahtevaju i različit ulazni kod, pa se koriste postprocesori koji „prevode“ podatke o putanjama alata na jezik koji CNC mašina razume. Sa UGS-ovog sajta se mogu skinuti postprocesori za većinu poznatih mašina, a u slučaju da neka nije podržana postprocesor možete i da napišete specijalno za nju pomoću posebne aplikacije unutar NX CAM Express-a.

Čitava Velocity serija je ponuđena na poklon svim srednjim mašinskim školama u Srbiji. Akcija je još uvek u proceduri, ali nezvanično saznajemo da su brojne škole već dobile ovaj moderan softver i počeće uskoro da ga koriste.

Korisne adrese:

Industrial Technology Systems
tel: 011/3390-903
http://www.itsyu.net

© 1995-2024 PC Press. Sva prava zadržana.