CAD RENDSZEREK II. előadás. Piros Attila tulajdonos (kutatás, fejlesztés) C3D Kft.

Átírás

1 CAD RENDSZEREK II előadás Piros Attila tulajdonos (kutatás, fejlesztés) C3D Kft

2 ÁTTEKINTÉS 1/3 Tervezés automatizálása Automatizálási problémák áttekintése Automatizálási eszközök csoportosítása Külső analízisek alkalmazása Integrált analitikus eszközök Mintapéldák geometriai optimalizálásra Lágy számítási módszerek Fuzzy módszerek Neurális hálózatok Genetikus algoritmusok Kombinált módszerek

3 ÁTTEKINTÉS 2/3 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális technológiák Digitális MockUp Virtuális technológiák tipikus lépései Koncepcionális modellek Részlettervezés Virtuális tesztek

4 ÁTTEKINTÉS 2/3 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Konkurens tervezés Termékmodellek, információmenedzsment Adatbázisok és adatbázis kezelő rendszerek PDM rendszerek főbb funkciói Termékadatok kezelése, vizualizáció Mérnöki változtatások kezelése Csoportmunka támogatása Folyamatmenedzsment Kitekintés a PLM rendszerekre

5 Tervezés automatizálása Automatizálási problémák áttekintése rutin tervezés: struktúra ismert, paraméterek meghatározása kreatív tervezés: struktúra és paraméterek ismeretlenek optimalizálás: sok tervezési paraméter komplex, nemlineáris, ismeretlen összefüggések sok lokális extrémum Az automatizálás célja az egyes tervezési paraméterek automatizált meghatározása. Ezek a paraméterek lehetnek: geometriai méretek anyagtulajdonságok mozgásparaméterek

6 Tervezés automatizálása Automatizálási eszközök csoportosítása Csoportosítás funkció szerint: matematikai szoftverek (pl. MathCAD) szilárdságtani (FEA) szoftverek (pl. Ansys) áramlástani (CFD) szoftverek (pl. Fluent) Csoportosítás integráltság szerint: együttműködő külső szoftverek (pl. MS Excel) integrált szakmodulok (pl. Pro/E BMX - Behavioral Modeling Extension)

7 Tervezés automatizálása Külső analízisek alkalmazása Valamely a CAD rendszerben nem elérhető funkció segítségével a CAD modell analízise, majd a kapott eredmények exportálása az adott CAD rendszerbe. Előnyök: összetett analízisek végezhetők segítségükkel lehetőség a megosztott számításra (network computing) kifinomult kiértékelési lehetőségek

8 Tervezés automatizálása Integrált analitikus eszközök Jellemzően valamely speciális szakmodulok az adott CAD rendszerben. Előnyök: egységes adatmodellen végzik a számításokat nincs szükség adatcserére lehetőség a megosztott számításra (network computing) eredmények megjelenítése a megszokott CAD környezetben

9 Tervezés automatizálása Mintapéldák geometriai optimalizálásra Az integrált eszközök egyik tipikus alkalmazása a modell geometriájának optimalizálása: forgattyús tengely kiegyensúlyozása lámpatest reflexiós optimalizálása csomagolás minimalizálása

10 Tervezés automatizálása Lágy számítási módszerek Az eddig tárgyalt számítási módszerek analitikus matematikai eljárásokon alapulnak, mint például: gradiens módszer szimulált hűtés A lágy számítási módszerek bonyolult, sokszor csak pontatlan paraméterekkel leírható rendszerek optimalizálására is használhatók: Fuzzy módszerek: alapjait az a mód képezi, ahogyan az agy bánik pontatlan információkkal Neurális hálók: az agy felépítését követik egyszerűsítve Genetikus algoritmusok: az öröklődés törvényeit követő globális optimalizáló rendszerek

11 Tervezés automatizálása Fuzzy módszerek Az elmosódott halmazok logikája (angolul: fuzzy logic) a többértékű logikai szemantikák egyike. A fuzzy számítógépes rendszereknek, melyek szemben a szokványos rendszerekkel, nem csak igen és nem (illetve ki és be, vagy 1 és 0) értékekkel dolgoznak, hanem közbülső valóságértékekkel is, mint például 0,5 (féligmeddig), 0,2 (kicsit), 0,8 (eléggé) Ezáltal az életlen (fuzzy) meghatározások (mint például az előbbiek) matematikailag kezelhetővé válnak. Fuzzy halmazok (elmosódott halmazok) és műveletek Fuzzy függvények (értékeik nulla és egy között maradnak)

12 Tervezés automatizálása Neurális hálók A neurális háló: elemi számító/feldolgozó összekapcsolt csoportja. A háló építőelemei: egységek elemi egységek: belső állapotai leírhatók számokkal (aktivációs értékek), ezek alapján kimeneti érték generálása csatlakozás: egyéni súlyokkal (a súlyok számokkal leírva) hibafüggvény: a hálózat kimenetelének az eltérése az elvárt értéktől A neurális háló működése: a kapcsolat bemeneti oldalán álló egység fogadja az értékéket, és azok súlyozásával kiszámolja az aktivációs értékét. A hálózat a csatlakozások súlyának módosításával tanul. A súlymódosítás során a hibafüggvény eredményét veszi figyelembe.

13 Tervezés automatizálása Genetikus algoritmusok Genetikus reprezentáció formába konvertált adatokon, természetes evolúción alapuló optimum keresés. Folyamata: kezdeti populáció létrehozása kezdeti populáció kiértékelése ciklus egyedek kiválasztása keresztezésre keresztezés mutáció reprodukció új egyedek kiértékelése válogatás, új populáció létrehozása leállási kritérium, ciklus vége

14 Tervezés automatizálása Kombinált módszerek A lágy számítási módszerek közös vonásai lehetővé, kiegészítő tulajdonságai előnyössé teszik egyesítéseiket, ilyen módon rendkívül hatékony, könnyen tervezhető, jól értelmezhető számítási eljárások jöhetnek létre. Példák a kombinációkra: Neuralizált fuzzy rendszerek Fuzzyfikált neurális hálózatok Fuzzy, neurális, genetikus kombinációk Genetikus algoritmusok fuzzy rendszerek javítására Genetikus algoritmusok javítása fuzzy logikával Genetikus műveletek fuzzyfikálása Genetikus neurális kombinációk

15 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális technológiák Digitális MockUp A virtuális technológiák célja egy Digitális MockUp (DMU) létrehozása, mellyel részben vagy egészében helyettesíteni lehet a fizikai prototípust. DMU létrehozása és alkalmazása a következő előnyöket adhatja: A piacra kerülés idejének radikális csökkentése A tervezés különböző fázisaiban a termék ellenőrzése komplex 3D-s modellen Egyéb kiegészítő információk közös forrása Tervezési költségek csökkentése

16 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális technológiák tipikus lépései Virtuális technológiák segítségével komplex 3D-s CAD modellt lehet felépíteni, melyen mint egy Digitális MockUp-on, különböző teszteket, vizsgálatokat lehet elvégezni. A DMU alkalmazásának 3 fő lépése van: Koncepcionális modellek készítése Részlettervezés Virtuális tesztek végrehajtása

17 Virtuális technológiák a tervezésben Koncepcionális modellek Top-Down építési stratégia első lépése a koncepcionális modell elkészítése A papír alapú koncepciók kiváltása 3D-s modellel Közös forrás a részlettervezéshez Különböző előzetes vizsgálatok elvégzésének lehetősége Az ipari formatervezés fázisainak drasztikus csökkentése Az üzleti döntések hatékony támogatása

18 Virtuális technológiák a tervezésben Koncepcionális modellek - formatervezés Szabadkézi rajzból közvetlenül 3D-s modell Nem szükséges fizikai modellt építeni a forma ellenőrzéséhez, nincs reverese engineering Formaadó felületek a koncepcióban A végleges karosszéria elemek valamint a gyártószerszámok forrása

19 Virtuális technológiák a tervezésben Koncepcionális modellek - reflexió vizsgálat A szabadformájú felületek ellenőrzése Görbületek megjelenítése valós idejű tükröződés segítségével Felület elemek csatlakozásának (görbületfolytonosság) ellenőrzése

20 Virtuális technológiák a tervezésben Részlettervezés Cél: a fizikai prototípus kiváltása Teljes részletességű digitális termék Konkurens tervezés közös alapokon Különböző reprezentációk a virtuális tesztek támogatására A gyártási dokumentáció alapja

21 Virtuális technológiák a tervezésben Részlettervezés Minden elem pozíciója a koncepcionális modellen alapul Mozgó elemek a motion skeleton alapján Beszállított alkatrészek integrálása Komponensek interferenciájának ellenőrzése

22 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális tesztek Cél: a fizikai vizsgálatok kiváltása Előzetes vizsgálatok már a koncepcionális modellen (kinematika, reflexió, stb.) Részletes szimulációk a végleges modellen (FEA, CFD, stb.) Speciális szimulációk az üzleti folyamatok támogatására (fotórealisztikus képek-, animációk készítése)

23 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális tesztek FEA szimuláció Számítógépes vizsgálatok a DMU megfelelő reprezentációján Vázszerkezet szilárdságának ellenőrzése Kritikus pontok lokalizálása Feszültségek, deformációk meghatározása különböző szituációkban

24 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális tesztek CFD szimuláció Karosszéria áramlástani vizsgálata Légellenállás meghatározása Karosszéria közüli áramlás vizsgálata

25 Virtuális technológiák a tervezésben Virtuális tesztek fotórealisztikus megjelenítés Jármű elhelyezése különféle környezetekbe Eltérő konfigurációk összehasonlítása Forgalmazás korai támogatása

26 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Konkurens tervezés (CE) A Konkurens Mérnöki Tevékenység (Concurrent Engineering) a termék párhuzamos, integrált tervezésének és gyártás folyamatainak (+ támogató folyamatok) módszeres megközelítése. Ez a megközelítés arra inspirálja a fejlesztőket, hogy a termék életciklusának minden fázisában figyelembe vegyék (kezdve a koncepcionálástól egészen a kiszállításig), a minőségbiztosítást, az ütemezést, és a felhasználói követelmények elemzését is. [Institute for Defense Analyses] 30% - 70% -al rövidebb fejlesztési időtartam, 65% - 90% -al ritkábban szükséges utólagos tervezési változtatás, 20% - 90% -al rövedebb piacrekerülési idő, 200% - 600% -al magasabb minőség, 20% - 110% -al magasabb mérnöki produktivitás.

27 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Konkurens tervezés (CE) A CE relatív időbeli helyzete az életciklusban A CE ismeretáramlása

28 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Termékmodellek, információmenedzsment Termékmodell (Product Data): a termék életciklusmodellje és mind tervezési (geometria, anyag, stb.), mind gyártási termékinformációkat tartalmaz. A PDM (Product Data Management = termék adat kezelés) definiálható, mint olyan eszköz, amely segít a mérnököknek és másoknak az adatok és a termékfejlesztési folyamat kezelésében. A PDM rendszerek kezelik a tervezéshez, gyártáshoz és a termék támogatásához szükséges adatokat. Továbbá a PDM több rendszeren keresztül és között is integrálja és kezeli a termék definíciójához tartozó folyamatokat, alkalmazásokat és információt.

29 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Adatbázisok és adatbázis kezelő rendszerek Adat: strukturálatlan tények, amelyek tárolhatók, visszakereshetők, aktualizálhatók és újra tárolhatók Információ: jelentéssel bíró tények, értékelt adatok Adatbázis (DB): hosszú ideig struktúrát formában tárolt információk gyűjteménye. Olyan integrált adatszerkezet, amely több különböző objektum előfordulási adatait adatmodell szerint szervezetten perzisztens módon tárolja olyan segédinformációkkal (metaadatokkal) együtt, melyek a hatékonyság, integritásőrzés, adatvédelem biztosítását szolgálják. Adatbázis kezelő rendszer (DBMS): programrendszer, amelynek feladata az adatbázishoz történő hozzáférések biztosítása és az adatbázis belső karbantartási funkcióinak végrehajtása.

30 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés PDM rendszerek főbb funkciói Termékadatok kezelése, vizualizáció Mérnöki változtatások kezelése Csoportmunka támogatása Folyamatmenedzsment

31 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Termékadatok kezelése, vizualizáció A PDM rendszer egységes forrást biztosít a termékhez kapcsolódó összes adat strukturált tárolására és kezelésére. Ezen felül a következő funkciókat nyújtja még: bármilyen adatformátum tárolását és kezelését (heterogén CAD adatok, office dokumentumok, -ek, stb.) segíti az információk gyors megszerzését, kikeresését biztosítja a legfrissebb CAD dokumentáció pontos megjelenítését (előnézetek, robbantott ábrák, stb.) megjeleníti a termékstruktúrát testre szabott formátumokban is, lehetséges annak importálása valamint exportálása a gyártásirányítási rendszerekkel való adatcsere érdekében.

32 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Mérnöki változtatások kezelése Az egyik legfontosabb funkció az adatok változásának nyomon követése, naplózása. Számos egyéb funkció épül erre a szolgáltatásra. A változások kezelése a következőket foglalja magában: történetiség nyomon követése (verziók és iterációk tárolása, lehetőség egy korábbi állapothoz való visszatérésre) naplózás funkció (adatváltozások, hozzáférések, tevékenységek rögzítése) változásmenedzsment (változáskérések, változási értesítések, kapcsolatos végrehajtási és jóváhagyási folyamatok kezelése)

33 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Csoportmunka támogatása Fontos funkció a CE támogatása a párhuzamosan tevékenykedő tervezőcsoportok munkájához megfelelő háttér biztosításával. Ehhez a következő funkciók szükségesek: a rendszer garantálja, hogy egy adott dokumentációt egyszerre csak egy felhasználó módosíthasson a jogosultságok szabályozásával elkerülhetők a jogosulatlan hozzáférések értesítés küldése adott esemény esetén (jóváhagyás, módosítás, új verzió, stb.) elektronikus aláírások támogatása a változásmenedzsmenthez kapcsolódóan

34 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Folyamatmenedzsment A PDM-mel kapcsolatos tevékenységek magasabb szintű kontrollálásának a támogatását szolgálja a folyamatmenedzsment szolgáltatás. Ennek fő összetevői a következők: folyamatba bennfoglalt szerepkörök és szereplők meghatározása feladatlisták definiálása (szereplők, tevékenységek, határidők és értesítések) folyamatok automatizálására workflow motor alkalmazásával (feladatlisták automatikus léptetése) folyamatok nyomon követése (státusz, döntési pontok megjelenítése) komplex termék életciklusok építése az előre definiált folyamatokból (és speciális kapu folyamatokból)

35 Tervezői adatbázisok, csoportos tervezés Kitekintés a PLM rendszerekre A PLM (Product Lifecycle Management) rendszer bizonyos szempontból a PDM rendszer kiterjesztése a termék teljes életútjára. Így a PLM rendszer magában foglalja még a következő területek kontrollálását is: prototípusok készítése gyártás utángyártás alkatrész utánpótlás szerviz A PLM rendszerek jövőképében egyre fontosabb szerepet kap az együttműködő csoportmunka támogatása, amely lehetővé teszi a földrajzi helyzettől független feladatmegosztást, lehetőséget biztosítva a folyamatok további optimalizálására. További cél a termék életciklus során a digitális termék előnyeit kihasználva még inkább előtérbe helyezni azt az innováció során a fizikai reprezentálással szemben.