DATAASSISTERT DESIGN og PRODUKSJON

computer-aided design (CAD), også kjent som computer-aided design and drafting (CADD), innebærer hele spekteret av tegning ved hjelp av en datamaskin—fra rette linjer til tilpasset animasjon. I praksis REFERERER CAD til programvare for design av tekniske og arkitektoniske løsninger, komplett med to – og tredimensjonale modelleringsfunksjoner.

COMPUTER-aided manufacturing (CAM) innebærer bruk av datamaskiner til hjelp i enhver produksjonsprosess, inkludert fleksibel produksjon og robotteknologi. Ofte fungerer utganger fra CAD-systemer som innganger TIL CAM-systemer. NÅR disse to systemene fungerer sammen, kalles RESULTATET CADCAM, og blir en del av et firmas datamaskinintegrerte produksjonsprosess (cim).

CADCAM-systemer er ment å bistå i mange, om ikke alle, trinnene i en typisk produktlivssyklus. Produktets livssyklus innebærer en designfase og en implementeringsfase. Designfasen inkluderer å identifisere designbehov og spesifikasjoner; utføre en mulighetsstudie, designdokumentasjon, evaluering, analyse og optimalisering; og fullføre selve designet. Implementeringsfasen inkluderer prosessplanlegging, produksjonsplanlegging, kvalitetskontroll, emballasje, markedsføring og frakt.

CAD-systemer kan hjelpe med de fleste designfaseprosessene, MENS CAM-systemer kan hjelpe med de fleste implementeringsprosessene. Bidragene FRA CAD-og CAM-systemer er beskrevet nedenfor.

CAD-SYSTEMER

CAD-systemer er en spesialisert form for grafikkprogramvare, og må derfor overholde grunnleggende prinsipper for grafikkprogrammering. Alle grafikkprogrammer fungerer i sammenheng med en grafikkenhet(f. eks. et vindu på en skjerm, en skriver eller en plotter). Grafikkbilder tegnes i forhold til et 2-D eller 3-D koordinatsystem, hvorav det finnes flere typer.

et enhetskoordinatsystem er 2-D og kartlegger bilder direkte til punktene (piksler) på maskinvareenheten. For å lette enhetsuavhengig grafikk, abstraherer et virtuelt enhetskoordinatsystem 2-D-punktene i et logisk rammeverk.

selvfølgelig er enhetene som utformes generelt 3d-objekter, som også krever et verdenskoordinatsystem for å representere rommet der objektene bor, og et modellkoordinatsystem for å representere hver av objektene i det rommet. CAD-programvare inkluderer algoritmer for å projisere 3-D-modellene på 2-D-enhetens koordinatsystemer og omvendt.

CAD-systemer inkluderer flere primitive tegnefunksjoner, inkludert linjer, polygoner, sirkler og buer, rektangler og andre enkle former. Fra disse primitiver, 3-D kompositter kan konstrueres, og inkluderer kuber, pyramider, kjegler, kiler, sylindere, og kuler. Disse figurene kan tegnes i hvilken som helst farge, og fylt med solide farger eller andre mønstre (kalt klekking). I tillegg kan grunnleggende former endres ved filetering (avrunding) eller avfasning (linjesegmentering).

basert på manipulering av grunnleggende former, konstruerer designere modeller av objekter. En skjeletttrådformmodell er en 3d-representasjon som viser alle kanter og funksjoner som linjer. En mer realistisk utseende modell kalles en solid modell, som er en 3-D-modell av objektet som er utformet som en enhetlig helhet som ikke viser skjulte funksjoner. Den faste modellen representerer et lukket volum. Den inneholder overflateinformasjon og data som avgjør om det lukkede volumet inneholder andre objekter eller funksjoner.

Solid modellering innebærer funksjoner for å lage 3d-figurer, kombinere former (via union, kryss og forskjell operasjoner), feiing (translasjonell og roterende) for å konvertere enkle former til mer komplekse, skinning (for opprettelse av overflatestrukturer), og ulike grenseopprettelsesfunksjoner. Solid modellering inkluderer også parameterisering, DER CAD-systemet opprettholder et sett av relasjoner mellom komponentene i et objekt, slik at endringer kan spres til følgende konstruksjoner.

Vanlige former er konstruert til funksjoner (f. eks., slots, hull, lommer), som deretter kan inkluderes i en solid modell av et objekt. Funksjonen representasjon hjelper brukeren definere deler. DET forenkler OGSÅ CAD-programvaredesign fordi funksjoner er enklere å parameterisere enn eksplisitte interaksjoner. Objekter bygget fra funksjoner kalles deler. Siden et produkt som utformes består av flere deler, inkluderer MANGE CAD-systemer en nyttig monteringsmodell, der delene refereres og deres geometriske og funksjonelle forhold lagres.

CAD-modeller kan manipuleres og vises i en rekke sammenhenger. De kan sees fra alle vinkler og perspektiv ønsket, brutt fra hverandre eller skiver, og selv satt gjennom simuleringstester for å analysere for styrker og defekter i design. Deler kan flyttes innenfor sine koordinatsystemer via rotasjonsoperasjoner, som gir ulike perspektiver på en del, og oversettelse, som gjør at delen kan flytte til forskjellige steder i visningsrommet. I TILLEGG GIR CAD-systemer verdifull dimensjoneringsfunksjonalitet, som tildeler størrelsesverdier basert på designerens tegning.

bevegelsen av disse bildene er en form for animasjon. OFTE INKLUDERER CAD-systemer virtuell virkelighetsteknologi, som produserer animerte bilder som simulerer en virkelighetsinteraksjon med objektet som utformes. For eksempel, hvis objektet er en bygning, kan virtual reality-systemet tillate deg å visualisere scenen som om du gikk rundt innsiden og utsiden av bygningen, slik at du dynamisk kan se bygningen fra en rekke perspektiver. For å produsere realistiske effekter må systemet skildre de forventede effektene av lys som reflekterer på overflaten når det beveger seg gjennom brukerens synsfelt. Denne prosessen kalles gjengivelse.

Gjengivelsesteknologi inkluderer fasiliteter for skyggelegging, refleksjon og strålesporing. Denne teknikken, som også brukes i sofistikerte videospill, gir et realistisk bilde av objektet og hjelper ofte brukerne til å ta beslutninger før de investerer penger i byggekonstruksjon. Noen virtuelle virkelighetsgrensesnitt involverer mer enn bare visuelle stimuli. Faktisk tillater de designeren å være helt nedsenket i det virtuelle miljøet, opplever kinestetisk interaksjon med den utformede enheten.

NOEN CAD-systemer går utover å bistå i deledesign og inkluderer faktisk funksjonalitet for å teste et produkt mot belastninger i miljøet. Ved hjelp av en teknikk som kalles FINITE element method (FEM), bestemmer disse systemene stress, deformasjon, varmeoverføring, magnetfeltfordeling, væskestrøm og andre kontinuerlige feltproblemer.

Endelig elementanalyse er ikke opptatt av alle designdetaljer, så i stedet for den komplette solide modellen brukes et nett. Mesh generation innebærer å beregne et sett med enkle elementer som gir en god tilnærming til den utformede delen. En god meshing må resultere i en analytisk modell med tilstrekkelig presisjon FOR FEM-beregningen, men med et minimum antall elementer for å unngå unødvendig kompleksitet.

i TILLEGG TIL FEM, noen CAD-systemer gir en rekke optimaliseringsteknikker, inkludert simulert annealing og genetiske algoritmer (lånt fra feltet av kunstig intelligens). Disse metodene bidrar til å forbedre formen, tykkelsen og andre parametere for et utformet objekt, samtidig som de tilfredsstiller brukerdefinerte begrensninger (f.eks. tillatte stressnivåer eller kostnadsbegrensninger).

når en designer bruker CAD til å utvikle et produktdesign, lagres disse dataene i EN CAD-database. CAD-systemer tillater en designprosess der objekter består av underobjekter, som består av mindre komponenter, og så videre. DERMED CAD databaser tendens til å være objektorientert. SIDEN CAD-design kanskje må brukes I CAM-systemer, eller deles med ANDRE CAD-designere ved hjelp av en rekke programvarepakker, sikrer DE fleste CAD-pakker at databasene deres samsvarer med et av STANDARD CAD-dataformatene. En slik standard, utviklet Av American National Standards Institute (ANSI), kalles Initial Graphics Exchange Specification (Iges).

Et annet dataformat ER DXF, som brukes av Den populære AutoCAD-programvaren og blir en de facto industristandard. Evnen til å konvertere fra ett filformat til et annet kalles datautveksling, og er et vanlig trekk ved MANGE CAD-programvarepakker.

Moderne CAD-systemer tilbyr en rekke fordeler til designere og bedrifter. For eksempel gjør de det mulig for brukere å spare tid, penger og andre ressurser ved automatisk å generere standardkomponenter i et design, tillate gjenbruk av tidligere utformede komponenter og lette designmodifisering. Slike systemer sørger også for verifisering av design mot spesifikasjoner, simulering og testing av design, og produksjonen av design og teknisk dokumentasjon direkte til produksjonsanlegg. Mens noen designere klager over at begrensningene I CAD-systemer noen ganger tjener til å dempe sin kreativitet, er det ingen tvil om at de har blitt et uunnværlig verktøy i elektrisk, mekanisk og arkitektonisk design.

CAM SYSTEMS

produksjonsprosessen omfatter prosessplanlegging, produksjonsplanlegging (med innkjøp av verktøy, bestilling av materialer og programmering av numerisk kontroll), produksjon, kvalitetskontroll, emballasje, markedsføring og frakt. CAM systemer bistå i alle, men de to siste trinnene i denne prosessen. I CAM-systemer grensesnitt datamaskinen direkte eller indirekte med anleggets produksjonsressurser.

Prosessplanlegging er en produksjonsfunksjon som fastslår hvilke prosesser og parametere som skal brukes, samt maskinene som utfører disse prosessene. Dette innebærer ofte å forberede detaljerte arbeidsinstruksjoner til maskiner for montering eller produksjon av deler. Computer-aided process planning (CAPP) – systemer bidrar til å automatisere planleggingsprosessen ved å utvikle, basert på familieklassifiseringen av den produserte delen, en sekvens av operasjoner som kreves for å produsere denne delen (noen ganger kalt en ruting), sammen med tekstbeskrivelser av arbeidet som skal gjøres ved hvert trinn i sekvensen. Noen ganger er disse prosessplanene konstruert basert på data fra CAD-databasene.

Prosessplanlegging er et vanskelig planleggingsproblem. For en kompleks produksjonsprosedyre kan det være et stort antall mulige permutasjoner av oppgaver i en prosess som krever bruk av sofistikerte optimaliseringsmetoder for å oppnå den beste prosessplanen. Teknikker som genetiske algoritmer og heuristisk søk (basert på kunstig intelligens) er ofte ansatt for å løse dette problemet.

den vanligste CAM-applikasjonen er numerisk kontroll( NC), der programmerte instruksjoner styrer maskinverktøy som grinder, kutter, møller, slår eller bøyer råmateriale til ferdige produkter. OFTE legger NC inn spesifikasjoner fra EN CAD-database, sammen med tilleggsinformasjon fra maskinverktøyoperatøren. Et typisk NC-maskinverktøy inkluderer en maskinstyringsenhet (MCU) og selve maskinverktøyet. MCU inkluderer en databehandlingsenhet (dpu), som leser og dekoder instruksjoner fra et delprogram, og en kontrollsløyfeenhet (CLU), som konverterer instruksjonene til styresignaler og driver maskinverktøyets drivmekanismer.

delprogrammet er et sett med utsagn som inneholder geometrisk informasjon om delen og bevegelsesinformasjon om hvordan skjæreverktøyet skal bevege seg i forhold til arbeidsstykket. Skjærehastighet, matehastighet og annen informasjon er også spesifisert for å oppfylle de nødvendige deletoleranser. Delprogrammering er en hel teknisk disiplin i seg selv, som krever et sofistikert programmeringsspråk og koordinatsystemreferansepunkter. Noen ganger deler programmer kan genereres automatisk FRA CAD databaser, hvor de geometriske og funksjonelle spesifikasjonene TIL CAD design automatisk oversette til deler programinstruksjoner.

Numeriske kontrollsystemer utvikler seg til en mer sofistikert teknologi kalt rapid prototyping and manufacturing (RP&M). Denne teknologien innebærer tre trinn: danner tverrsnitt av objektene som skal produseres, legger tverrsnitt lag for lag og kombinerer lagene. Dette er et verktøy-mindre tilnærming til produksjon gjort mulig av tilgjengeligheten av solid modellering CAD-systemer. RP & m brukes ofte til å evaluere design, verifisere funksjonelle spesifikasjoner og omvendt engineering.

selvfølgelig brukes maskinstyringssystemer ofte i forbindelse med robotteknologi, bruk av kunstig intelligens og datastyrte humanoide fysiske evner (f.eks. fingerferdighet, bevegelse og visjon). Disse «stålarbeidere» øker produktiviteten og reduserer kostnadene ved å erstatte menneskelige arbeidere i repeterende, verdslige og farlige miljøer.

CAM-systemer inneholder ofte komponenter for å automatisere kvalitetskontrollfunksjonen. Dette innebærer å evaluere produkt-og prosessspesifikasjoner, teste innkommende materialer og utgående produkter, og teste produksjonsprosessen pågår. Kvalitetskontrollsystemer måler ofte produktene som kommer fra samlebåndet for å sikre at de oppfyller toleransespesifikasjonene som er etablert i CAD-databasene. De produserer unntaksrapporter for samlebåndsledere når produktene ikke oppfyller spesifikasjonene.

I sammendraget øker CAM-systemene produksjonseffektiviteten ved å forenkle og automatisere produksjonsprosesser, forbedre utnyttelsen av produksjonsanlegg, redusere investeringer i produksjonslagre og til slutt forbedre kundeservicen ved å drastisk redusere situasjoner som ikke er på lager.

SETTER DET HELE SAMMEN: COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING

I ET CADCAM-system er en del designet på datamaskinen (VIA CAD) og deretter overført direkte til de datadrevne maskinverktøyene som produserer delen via CAM. I denne prosessen vil det være mange andre datastyrte trinn underveis. Hele riket av design, materialhåndtering, produksjon og emballasje blir ofte referert til som datamaskinintegrert produksjon (CIM).

CIM inkluderer alle aspekter AV CAD og CAM, samt lagerstyring. For å holde kostnadene nede, har selskapene en sterk motivasjon for å minimere lagervolumene i lagrene sine. Just-in-time (JIT) lager politikk blir normen. FOR å lette dette inkluderer CIM material requirements planning (MRP) som en del av sin overordnede konfigurasjon. MRP-systemer bidrar til å planlegge hvilke typer og mengder materialer som trengs for produksjonsprosessen. Fusjonen AV MRP med CAM produksjonsplanlegging og butikk gulvkontroll kalles manufacturing resource planning (MRPII). Dermed integrerer fusjonen AV MRP med CADCAM-systemer produksjons-og lagerstyringsfunksjonene til en organisasjon.

Dagens næringer kan ikke overleve med mindre de kan introdusere nye produkter med høy kvalitet, lav pris og kort ledetid. CADCAM-systemer bruker datateknologi for å gjøre disse kravene til virkelighet, og lover å utøve stor innflytelse på design -, ingeniør-og produksjonsprosesser i overskuelig fremtid.