CAD. och mer därtill. KTH Industriell Produktion/DKT Lasse Wingård. CAD och mer därtill

Transkript

1 CAD och mer därtill

2 CAD Computer Aided Design - Datorstödd Konstruktion Standardverktyg för ingenjörer Programvara + Dator Många olika tillämpningsområden skilda programvaror Mekanik verkstadsindustri Elektronik Bygg & anläggning Arkitektur

3

4

5 Produktutveckling (traditionellt) Prototyp Konstruktion Testning Produkt

6 Produktutveckling (simulering) Analys / Simulering Konstruktion Verifierande testning Produkt

7 Service Illustrations Design Product development Analysis Production Preparations Tool Development

8 Simulering av monteringscell

9 CAD-modellen i centrum Master-modell

10 CAD-modellen i centrum Master-modell Central data store - stores all data for all versions

11 STEP AP 214 Core data for automotive mechanical design processes Tools and development of method plan Manufacturing NC programming Documentation Product data Kinematics and robotic simulation Production planning Design Design of parts and assemblies Part lists, Bill-of-material Quality check

12 CAD KNOWLEDGEWARE DIGITAL MOCKUP VIRTUAL PRODUCT MODEL 3D DESIGN ELECTRONIC DRAWING

13 CAD Computer Aided Design - Datorstödd Konstruktion Standardverktyg för ingenjörer Dator + Programvara Många olika tillämpningsområden skilda programvaror Mekanik verkstadsindustri Elektronik Bygg & anläggning Arkitektur

14 Hårdvaruutveckling Typisk CAD-arbetsplats År Processor RAM HDD Grafik OS Nätverk Pris/Användare 1980 Dedicerad 1MB 80 MB Tektronix Dedicerat Standalone 2 MSEK 1982 VAX 11/780 4 MB 200 MB Alfanumerisk VAX/VMS Nej 2-3 MSEK/flera + Tektronix/ Vektorgrafik 1990 Motorola RISC MB 400 MB Rastergrafik Unix TCP/IP 0,5-1 MSEK 1000x1000 LAN 1993 TI Super Sparc 48 MB 1 GB 1152x968 Unix TCP/IP 0,25 MSEK OpenGL LAN 1997 PentiumPro MB 3,2 GB 1024x768 Win95/NT TCP/IP ksek 1-2 MB LAN 1998 PIII MB GB 4 MB WinNT TCP/IP ksek >=32 MB Risc Intranät 2000 PIII MB 20+ GB 32 MB WinNT/2000 TCP/IP 20- ksek 3D-accelerator Intranät Idag P4 2,4+ GHz 1 GB 80+ GB 128 MB Win2000/XP TCP/IP 15- ksek Intranät

15 Programvaruutveckling CAD 1962 Sketchpad Första interaktiva grafiska ritsystemet Forskning, 2D-linjer Första riktiga CAD-systemen Kommersiella, 2D ritplanka Bezier Första systemen med 3D-geometri Forskning, friformade ytor B-rep/CSG Första solidmodellerande systemen Forskning 1980 TIPS & PADL Första kommersiella solidmodellerande systemen 1985 CATIA, CADDS, Kommersiella solidmodellerande system vanligare Geomod, EMS,... Ytmodeller med NURBS 1990 Pro/E, I-DEAS,... Solidmodellerande system med parametriserade modeller och integrerade friformsytor börjar komma SolidEdge Första parametriserade solidmodellerande systemen SolidWorks utvecklade enbart för NT-miljö Idag Solidmodellerande system används alltmer i industrin Parametriserade modeller standard Alla UNIX -system finns att få i NT-versioner

16 Vad finns det för verktyg? Mechanical Systems CAD & CAM Engineering Electrical Systems CAD Systems CAE Manufacturing Systems Simulation PDM/ERP Systems Pro-E CATIA I-DEAS Unigraphics SolidEdge SolidWorks AutoCAD Mentor PCAD Viewlogic PADDS Adams Ansys MoldFlow Mechanica MatLab Pro Mesh Robcad IGRIP Deneb Delfoi Matrix Metaphase Optegra IMAN Enovia Windchill SAP

17 Geometrimodeller & Grafik Geometrimodell beskrivning av formen hos enstaka detalj, lagras av CAD-systemet Solidmodeller (3D-objekt i 3D-rymd) Ytmodeller Trådmodeller Grafik bild av geometrimodellen, skapas av CAD-systemet för att åskådliggöra geometrimodellen, kan aldrig bli mer avancerade än bakomliggande modell. Har kopplingar till geometrimodellen Ritningar Wireframe -bilder Skuggade bilder Ray-tracing

18 Solidmodeller vå vanliga metoder: SG Constructive Solid Geometry Basvolymer/Primitiver kombineras med mängdoperationer -rep Boundary Representation 3D-solider beskrivs av sina 2D begränsningsytor 2D-ytor av sina 1D randkurvor + ytinformation 1D-kurvor av sina 0D ändpunkter + kurvinformation 0D-punkter beskrivs av sina koordinater

19 Solidmodellering: Hur gör man? En enkel solidmodell skapas på endera av två sätt: En tvådimensionell, plan, sluten, sammansatt kurva skapas och projiceras (sveps, extruderas) eller roteras till en grundsolid. En tredimensionell, solid basvolym (primitiv) skapas direkt utifrån en uppsättning karakteristiska måttvärden.

20 Solidmodellering: Hur gör man? En tvådimensionell, plan, sluten, sammansatt kurva skapas och projiceras (sveps, extruderas) till en grundsolid

21 Solidmodellering: Hur gör man? En tvådimensionell, plan, sluten, sammansatt kurva skapas och roteras runt en axel till en grundsolid

22 Basvolymer/Grundsolider Primitives/Base solids En basvolym är t ex ett rätblock eller en rät cirkulär cylinder som skapas automatiskt utifrån några givna parametervärden. För en basvolym skapas vanligen automatiskt måttvariabler motsvarande de givna parametervärdena. En grundsolid är resultatet av att en plan, sammansatt, sluten kurva sveps rätlinjigt eller cirkulärt. För en rätlinjesvept grundsolid genereras vanligen automatiskt minst en måttvariabel - sveplängden. För en cirkulärsvept grundsolid genereras vanligen automatiskt minst en måttvariabel - svepvinkeln. För både basvolymer och grundsolider gäller att de automatskapade måttvariablerna bestämmer storlek, inte läge och orientering.

23 Basvolymer Primitives För en basvolym skapas vanligen automatiskt måttvariabler motsvarande de givna parametervärdena.

24 Grundsolider Base solids För en rätlinjesvept grundsolid genereras vanligen automatiskt minst en måttvariabel - sveplängden. För en cirkulärsvept grundsolid genereras vanligen automatiskt minst en måttvariabel - svepvinkeln.

25 Solidmodellering: Hur gör man? (forts.) Den skapade solidmodellen modifieras/detaljeras stegvis, där varje steg också kan utföras på endera av två sätt: Genom formelement-operationer, där man gör lokala förändringar av modellen, dvs det är bara vissa väl definierade delar av solidmodellen som förändras, på ett väldefinierat vis. Genom mängdoperationer (Booleska operationer) med andra solidmodeller. Sådana operationer är globala till sin natur, dvs man kan inte säga vilka delar av de ingående solidmodellerna som kommer att förändras, eller hur.

26 Formelement Form features Ett formelement [(form) feature] har av någon definierats som "en karakteristisk form med någon ingenjörsmässig betydelse". Ett formelement motsvarar den resulterande formen vid en lokal formförändring hos en volymmodell. Att formen är karakteristisk innebär att den styrs av ett antal indata, parametrar och eventuellt någon 2D-modell, och att de ingående, resulterande delarna av solidmodellen har en typisk form och relation till varandra. Parametrarna motsvaras vanligen av måttvariabler i den resulterande modellen. Att formförändringen är lokal innebär att man vet vilka delar av solidmodellen som kommer att påverkas av operationen och därför kan bortse från andra delar av solidmodellen. Detta innebär att formelementoperationer i princip inte kräver så mycket beräkningar.

27 ängdoperationer (Booleska operationer) Set (Boolean) operations En mängdoperation utförs mellan två eller flera (solid)modeller. En mängdoperation är global, dvs man kan inte förutsäga vilka delar av de ingående modellerna, som kommer att påverkas av operationen, och måste därför ta hänsyn till alla delar av alla modeller i beräkningarna. Detta är resurskrävande! Booleska operationer resulterar inte i några måttvariabler i den resulterande modellen. Paradox: Formelementoperationer är enkla och inte beräkningskrävande i sig, men det krävs många, vilket resulterar i ett djupt träd av associativa beroenden vid associativa modeller, varför uppdateringar av modellen kan bli komplicerade och ta lång tid i anspråk.

28 Och nu blir det roligare Dags för lite demonstration