Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών Διδάσκοντες : Α. Γκίνης Χ. Παπαδόπουλος. Βοήθεια Υπολογιστή.

Transcript

1 Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών Διδάσκοντες : Α. Γκίνης Χ. Παπαδόπουλος Μηχανολογικό Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή Εισαγωγή

2 Γραφική απεικόνιση Γεωμετρία Εφαρμογές Τέχνες Επιστήμες του Μηχανικού Γλυπτική Ζωγραφική Αρχιτεκτονική Μηχανολογία Ηλεκτρολογία, κλπ

3 Αναγκαιότητα της ύπαρξης γραφικής γλώσσας για την επικοινωνία των μηχανικών Ο γραπτός λόγος είναι ανεπαρκής για την πλήρη και κατανοητή περιγραφή του μεγέθους, του σχήματος και των χαρακτηριστικών ενός αντικειμένου.

4 Σύνθεση της γραφικής γλώσσας Στις εφαρμογές του μηχανικού,, με τη γραφική γλώσσα χρησιμοποιούμε γραφικά αντικείμενα (σε δύο ή τρεις διαστάσεις) για την μετάδοση της πληροφορίας που απαιτείται κατά τη φάση σχεδιασμού, βελτιστοποίησης και παραγωγής ενός προϊόντος Η γραφική γλώσσα στις εφαρμογές του Μηχανικού είναι γνωστή ως «Τεχνικό Σχέδιο». Το Τεχνικό Σχέδιο μπορεί να παραχθεί με ελεύθερο χέρι (σκαρίφημα), με όργανα σχεδίασης ή με τη χρήση υπολογιστή.

5 Σχεδίαση με όργανα σχεδίασης Τα όργανα σχεδίασης χρησιμοποιούνται για τον σαφή και ακριβή σχεδιασμό ευθείων γραμμών, κύκλων και καμπυλών. Παράδειγμα

6 Σχεδίαση με τη βοήθεια Η/Υ Η σχεδίαση γίνεται με τη βοήθεια κάποιου εξειδικευμένου λογισμικού CAD όπως το AutoCAD, Solid Works, Rhinocerοs Inventor, Pro-Engineer, Catia, κλπ. Παράδειγμα

7 Εξέλιξη του τεχνικού σχεδίου Χρόνος Σύλληψη Σκαρίφημα Μυαλό Χαρτί και Μολύβι Σχέδιο Όργανα σχεδίασης 2-D CAD 3-D CAD Κατασκευή Κατασκευαστικά Σχέδια Ερμηνεία από τον χειριστή Συμβατικές μηχανές (χειροκίνητες) Χειροκίνητη Μετάφραση σε γλώσσα μηχανής Μετάφραση σχεδίου σε γλώσσα μηχανής CNC εργαλειομηχανές Διαδικασία Προϊόν

8 Ορολογία CAD: Computer Aided Design CAM: Computer Aided Manufacturing CAE: Computer Aided Engineering CIM: Computer Integrated Manufacturing

9 Απλοποιημένη διαδικασία σχεδιασμού Ανάγκες Διαδικασία σχεδιασμού Λύσεις 1. Ορισμός προβλήματος. 2. Εύρεση πιθανών λύσεων. 3. Αξιολόγιση κάθε λύσης με βάση τα δεδομένα κριτήρια και επιλογή της βέλτιστης 4. Τεκμηρίωση της λύσης.

10 Σημαντικότητα του σχεδιασμού Επίδραση του μηχανολογικού σχεδιασμού στο τελικό κόστος παραγωγής νέου προϊόντος 100% Κόστος εξαρτώμενο του παραγώμενου αριθμού προϊόντων 80% 60% 40% Γεν. Έξοδα Εργατικά Υλικά Σχεδιασμός 20% 0% Τελικό Υλικά κόστος παραγωγής Κόστος ανεξάρτητου του παραγώμενου αριθμού προϊόντων

11 Η επίδραση του CAD στη διαδικασία σχεδιασμού Γραμμική Διαδικασία Σχεδιασμού Σύγχρονη/παράλληλη Διαδικασία Σχεδιασμού Ρόλος του CAD στην διαδικασία σχεδιασμού

12 Γραμμική διαδικασία σχεδιασμού Καταναλωτές Προσδιορισμός αναγκών Κατασκευαστές Ορισμός προβλήματος Δημιουργία Σκαριφημάτων, ρφημ Προκαταρκτικοί σχεδιασμοί Σύλληψη πιθανών λύσεων Αλλαγή παραμέτρων του προβλήματος, Αλλαγή σχεδιασμών Δημιουργία Σχεδίων, CAD Σύνθεση Όχι Δημιουργία Μοντέλων, Πρωτοτύπων, CAE Ανάλυση και βελτιστοποίηση η Στρατηγική Marketing, Υποστήριξη πελατών Service προϊόντος, Ανακύκλωση Τελική σχεδίαση (product life-cycle) Ναι Ικανοποιούνται τα κριτήρια; Παραγωγή προϊόντος Διαδικασία Παραγωγής προϊόντος Δημιουργία κατασκευαστικών σχεδίων, βελτιστοποίηση γραμμής παραγωγής

13 Ο ρόλος του CAD στη γραμμική διαδικασία σχεδιασμού Δημιουργία πρωτοτύπου Μοντέλο CAD Στατική Δυναμική Ανάλυση Πειραματική ανάλυση Ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων Πείραμα Βέλτιστη Σχεδίαση CAE

14 Σύγχρονη/παράλληλη διαδικασία σχεδιασμού (concurrent engineering design process) Η σύγχρονη διαδικασία σχεδιασμού αποτελεί μια συστηματική προσέγγιση για τη δημιουργία ενός τελικού προϊόντος κατά την οποία εξετάζονται συνεχώς όλες οι παράμετροι του κύκλου ζωής του προϊόντος από την αρχική ιδέα μέχρι την παραγωγή του. Με τη σύγχρονη διαδικασία σχεδιασμού ορίζονται ταυτόχρονα το προϊόν, η διαδικασία βιομηχανικής κατασκευής και όλες οι άλλες διαδικασίες που απαιτούνται (χρηματοδότηση, marketing, management, logistics, κλπ.) Η σύγχρονη διαδικασία δ σχεδιασμού ύδεν είναι απλά η απαλοιφή κάποιας διαδικασίας δ από την συμβατική σειριακή διαδικασία. Αντίθετα είναι η σύγχρονη (παράλληλη) σχεδίαση όλων των παραμέτρων του προϊόντος με σκοπό τη βελτιστοποίηση σχεδιασμού, με το ελάχιστο κόστος και τη μέγιστη αποτελεσματικότητα. Βάση της σύγχρονης διαδικασίας σχεδιασμού αποτελεί η βάση CAD του προϊόντος.

15 Σύγχρονη/παράλληλη διαδικασία σχεδιασμού (concurrent engineering g design process) Ορισμός προβλήματος Αρχικός σχεδιασμός Χρηματοδότηση Τεκμηρίωση Μοντελοποίηση Ανάλυση Οπτικοποίηση Παραγωγή Marketing Συντήρηση η Υποστήριξη Βάση CAD Παράλληλη βελτιστοποίηση

16 Σύγχρονη/παράλληλη διαδικασία σχεδιασμού (concurrent engineering g design process) Η βάση δεδομένων του CAD αποτελεί το συνδετικό κρίκο όλων των πλευρών ενός προβλήματος παραγωγής Σχεδιασμός Χρηματοδότηση Marketing Προγραμματισμός Διοίκηση Παραγωγή

17 Formats Αποθήκευση Βάση CAD Τι είναι; Από ποια οατμήματα α αποτελείται; ε α ; Πώς αλληλεπιδρά με τον χειριστή; Μεταφραστές Importers Exporters Βάσεις Δεδομένων Σχεδιαστική Έλικα Προκαταρκτικός Σχεδιασμός Βελτιστοποίηση η Λεπτομερής Σχεδιασμός Version control Management Collaborative design Γεωμετρικός Πυρήνας CAΜ Υλικά, πρωτογενής μορφή Μηχανικές επεξεργασίες Θερμικές επεξεργασίες Στατικοί υπολογισμοί Δυναμικοί υπολογισμοί Οπτικοποίηση (Χρώμα, φως, υφή φωτορεαλισμός) Δά Διάμεσος Συστήματος-Χρήστη (graphical user interface)

18 Εξομάλυνση Σημεία Καμπύλες Γεωμετρικός Πυρήνας Επιφάνειες Στερεά

19 Η εξέλιξη του CAD 2-D σχεδίαση. 3-D σχεδίαση με χρήση ακμών (wireframe modeling). 3-D σχεδίαση με χρήση επιφανειών (surface modeling). 3-D σχεδίαση στερεών (B-REP, Constructive Solid Geometry, CSG). 3-D παραμετρική σχεδίαση (parametric design).

20 2-D απεικόνιση

21 3-D απεικόνιση Σχεδίαση ακμών (Wireframe models) Απεικόνιση 3-D γεωμετρίας μέσω ακμών. Δεν υπάρχει πληροφορία επιφάνειας, όγκου, μάζας.

22 3-D απεικόνιση Σχεδίαση επιφανειών (Surface models) Απεικόνιση 3-D γεωμετρίας μέσω επιφανειών. Δεν υπάρχει πληροφορία όγκου, μάζας.

23 3-D απεικόνιση Σχεδίαση στερεών (Solid models) Τομή Διαφορά Στερεό Ένωση Κατασκευαστική Γεωμετρία Στερεών (Constructive Solid Geometry) Constructive Solid Geometry: Χρήση πρωτόγονων στερεών (παραλληλεπίπεδα, κύλινδροι, κώνοι, κλπ.) ) για τη σύνθεση πολύπλοκων σωμάτων. Κατασκευή στερεών με συνδυασμό πρωτόγονων στερεών με χρήση λογικών τελεστών ένωσης, τομής, διαφοράς (boolean operators). Αναπαράσταση μέσω συνοριακών επιφανειών (Boundary Representation) Boundary Representation: Με μεταφορά (Extrusion) Με περιστροφή (Revolving) Με μετακίνηση πάνω σε προκαθορισμένη διαδρομή (Sweeping)

24 3-D απεικόνιση Παραμετρική σχεδίαση (Parametric modeling) Παραμετρική Σχεδίαση Μέσω περιορισμών Μέσω γεωμετρικών των διαστάσεων περιορισμών ρ Χρήση παραμέτρων για τον ορισμό των διαστάσεων των γεωμετρικών στοιχείων. Χρήση γεωμετρικών περιορισμών (καθετότητα, η παραλληλία,, συμμετρία,, ομοκεντρότητα, κλπ.)

25 Προγράμματα 3-D παραμετρικής μοντελοποίησης Autodesk Inventor Unigraphics, NX Dassault Catia PTC Pro Engineer Dassault Solidworks Kubotek CAD-Key

26 Autodesk Inventor

27 Autodesk Inventor 2-D σκαριφήματα ρφήμ 3-D στερεά Παραμετρική σχεδίαση Βιβλιοθήκες τυποποιημένων στοιχείων μηχανών Δημιουργία συναρμολογημένων συνόλων Εκτύπωση 2-D κατασκευαστικών σχεδίων

28 Περιεχόμενα μαθήματος «Μηχανολογικό γ Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή» Μέθοδοι CAD. Μεθοδολογίες σχεδίασης (2-D, 3-D design, virtual reality). Παραμετρική σχεδίαση. Σχεδίαση μέσω χαρακτηριστικών. Γεωμετρικοί περιορισμοί, περιορισμοί διαστάσεων. Εισαγωγή στο πρόγραμμα σχεδιασμού ύatd AutodeskInventor. Δημιουργία ηλεκτρονικών 2-D σκαριφημάτων. Δημιουργία βασικών οντοτήτων. Δημιουργία 2-D μορφοποιήσεων. Δημιουργία 3-D χαρακτηριστικών από 2-D σκαριφήματα. Δημιουργία στερεού με μετακίνηση ή περιστροφή επιφανειών. Χρήση λογικών τελεστών (Boolean operators) για τη σύνθεση στερεών. Δημιουργία 3-D μορφοποιήσεων. Δημιουργία συναρμολογημένων συνόλων. Ανοχές διαστάσεων, συναρμογές, Ποιότητα επιφάνειας. Τυποποιημένα στοιχεία μηχανών. Γεωμετρικοί περιορισμοί συναρμολόγησης. Δημιουργία 2-D σχεδίων όψεων από 3-D μοντέλα.

29 Ιστοσελίδα μαθήματος «Μηχανολογικό γ Σχέδιο με τη Βοήθεια Υπολογιστή» Η ιστοσελίδα του μαθήματος είναι αναρτημένη στο δικτυακό τόπο mycourses.ntua.gr Για ναυπάρχει πρόσβαση στη σελίδα πρέπει όλοι οι σπουδαστές να δημιουργήσουν κωδικό στο κεντρικό υπολογιστή του Πολυτεχνείου. Στη συνέχεια με χρήση του κωδικού αυτού πρέπει να εγγραφούν στο μάθημα. Η ιστοσελίδα θα περιέχει χρήσιμες πληροφορίες καθώς και αντίγραφα των παρουσιάσεων του μαθήματος.

30 Χρήση υπολογιστών του PCLAB της Σχολής Ναυπηγών Κάθε σπουδαστής θα αποκτήσει κωδικό πρόσβασης στους υπολογιστές του PC- LAB της Σχολής Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Οι υπολογιστές του PC-LAB έχουν εγκατεστημένο το πρόγραμμα Autodesk Inventor με το οποίο θα πραγματοποιηθούνοι εργασίες του μαθήματος. Οι σπουδαστές θα μπορούν να χρησιμοποιούν τους υπολογιστές του PC-LAB είτε κατά τη διάρκεια των εργαστηριακών ωρών, είτε και οποιαδήποτε άλλη στιγμή, αρκεί ναυπάρχει διαθεσιμότητα της αίθουσας και υπολογιστών. Οι σπουδαστές θα χωριστούν σε δύο ή περισσότερες ομάδες. Για κάθε ομάδα θα ορισθούν οι ώρες των εργαστηριακών ασκήσεων.

31 Σημειώσεις Μαθήματος Μ.Μ. Σφαντζικόπουλος, Γ.Α. Παπανδρέου, «Μηχανολογικό Σχέδιο ΙΙ»,, Ε.Μ.Π.,, 2002 Παρουσιάσεις του μαθήματος οι οποίες θα είναι αναρτημένες στην ιστοσελίδα του μαθήματος

32 Εργαστηριακές ασκήσεις Εκπόνηση αριθμού θεμάτων κλιμακούμενης δυσκολίας ώστε να καλυφθεί πλήρως η διδαχθείσα ύλη. Οι εκφωνήσεις των ασκήσεων θα αναρτώνται στην ιστοσελίδα του μαθήματος Εκπόνηση θεμάτων στο PC-LAB θα γίνεται κάθε Τρίτη μεταξύ 15:00 και 18:00 ανάλογα με το τμήμα στο οποίο ανήκει κάθε σπουδαστής. Ο κάθε σπουδαστής θα παραδίδει μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου την εργασία του στο του μαθήματος Δεκτές θα γίνονται οι εργασίες που αποστέλλονται εμπρόθεσμα.

33 Τελική Γραπτή Εξέταση Τελικές εξετάσεις διάρκειας 2 ωρών. Γραπτές εξετάσεις διάρκειας 1 ώρας. Εκπόνηση θέματος στον υπολογιστή (PC-LAB), διάρκειας 1 ώρας. Ο τελικός βαθμός του μαθήματος προκύπτει ως εξής: 0.25 x Βαθμός γραπτής εξέτασης x Βαθμός θέματος στον υπολογιστή x M.O. Βαθμών παραδοθέντων θεμάτων Για να επιτύχει κάποιος σπουδαστής πρέπει να έχει επιτύχει μέσο όρο τουλάχιστον 4/10 στις τελικές εξετάσεις.

34 Ακαδημαϊκή νοοτροπία Ενθαρρύνεται η συνεργασία μεταξύ των σπουδαστών με σκοπό την πρόοδο όλων των εμπλεκόμενων μερών. Η ατομική παράδοση θεμάτων σημαίνει ότι το θέμα Η ατομική παράδοση θεμάτων σημαίνει ότι το θέμα εκπονήθηκε από τον υπογράφοντα. Ο κάθε σπουδαστής πρέπει να είναι έτοιμος να απαντήσει σε ερωτήσεις και να δώσει εξηγήσεις σχετικά με τη μέθοδο που ακολούθησε κατά την εκπόνηση της εργασίας.