Cosmos/M Designer II

De Dan Adrian DOBRE

Eficienta activitatii de productie a diverselor companii este în strânsa legatura cu posibilitatea de a realiza foarte rapid produse de calitate aliniata la standardele europene si mondiale. Acest deziderat poate fi realizat prin scaderea costurilor de proiectare si productie, cresterea calitatii produselor si îmbunatatirea activitatii de marketing.

În ceea ce priveste activitatea de proiectare este necesara automatizarea etapelor principale, care sunt: proiectarea conceptuala, analiza si proiectarea tehnologica. Este de remarcat ca partea de analiza este parte integranta a procesului de proiectare. Chiar daca analiza nu poate înlocui integral partea de teste experimentale pe prototip, poate ajuta proiectantul sa realizeze un prototip optimizat.

În ultimii ani, lumea CAD/CAM/CAE a fost zdruncinata de schimbari majore - toate în directia cresterii eficientei activitatii de proiectare. O serie de sintagme noi apar în domeniul proiectarii asistate de calculator: sistem integrat, inginerie concurentiala sau inginerie seriala, având scopul de a defini concepte cu totul noi, având ca obiective îmbunatatirea activitatii de proiectare.

Colectivele de proiectare au nevoie de sistem de proiectare care sa îndeplineasca urmatoarele obiective:

• integrarea capabilitatilor de modelare a solidelor cu instrumente de analiza structurala;
• costuri si timp de dezvoltare reduse;
• cresterea calitatii analizei structurale în scopul îmbunatatirii produsului final;
• raspuns rapid la schimbarile parametrilor initiali;
• optimizarea activitatii de proiectare;
• un ridicat nivel încredere în produse.

Aceste cerinte au condus la definirea conceptului de inginerie concurentiala.

Ingineria concurentiala a fost definita ca un mod de abordare sistematic al activitatii de proiectare prin sisteme integrate care raspund si activitatilor conexe, cum ar fi proiectarea tehnologica.

Ideea de inginerie concurentiala este de a asigura instrumente pentru proiectarea integrata cu ajutorul carora sa poata ataca simultan toate etapele corespunzatoare, in contrast cu inginerie seriala care are o abordare succesiva a problematicii. Schimbarile inerente ce apar în realizarea unui proiect încep chiar din stagiile incipiente si în cele mai multe cazuri sunt foarte usor de facut.

Acest concept permite atingerea parametrilor din tema de proiectare cu ajutorul unui numar mic de prototipuri, simularea numerica permitând procesarea unei game largi de date de intrare. În aceasta maniera, prototipul final care este realizat fizic va necesita doar modificari minore, care au costuri scazute. Rezultatul final este ca un produs poate fi proiectat, testat si experimentat într-un timp foarte scurt, eforturi financiare scazute, dar cu rezultate de calitate superioara.

Ingineria concurentiala este diferita fundamental de ingineria seriala. Strategia traditionala urmeaza o cale liniara, în care fiecare pas începe doar dupa realizarea completa a celui anterior, iar inginerii lucreaza în compartimente izolate.

Schimbarile în acest caz necesita reîntoarcerea la faza initiala si reluarea succesiva a tuturor etapelor, ceea ce conduce la necesitatea unui buget de timp important. De exemplu, proiectul poate fi conceput cu ajutorul unui pachet de programe, desenarea cu un alt software si analiza cu ajutorul unui al treilea pachet. Acest proces, desi aparent rezolva problema proiectarii, în realitate prezinta o serie de neajunsuri:

• la fiecare transfer dintr-un program în altul, modelele trebuie regenerate, necesitând timp suplimentar care poate avea pentru modelele complexe valori mari;
• preturi fara reduceri datorita achizitionarii programelor de la diverse companii;
• costuri de timp si materiale ridicate datorita necesitatii de a cunoaste 4-5 programe diferite;
• metodele traditionale pentru analiza structurala nu sunt foarte accesibile proiectantilor, în special datorita timpului lung de calcul si platformelor hardware si software scumpe.

Pornind de la aceste realitati incontestabile, produsul COSMOSM / Designer II, lansat oficial pe piata la Autofact 95 ofera un instrument ingineresc care elimina tocmai aceste probleme. În figura alaturata este prezentata interfata programului cu utilizatorul, în stilul clasic al aplicatiilor Windows, cu toolbar-uri si ferestre multiple ce pot fi vizualizate succesiv sau simultan, ca în orice aplicatie Windows. Mai mult, programul prezinta avantajul ca este o aplicatie pe 32 biti, lucrând pe calculatoare Pentium cu 32 MB RAM, având ca sistem de operare Windows 95 sau Windows NT.

Sa încercam sa parcurgem etapele descrise mai înainte, pentru a concluziona în ce masura raspunde la cerintele unui sistem integrat.

Modelarea tridimensionala este realizata având la baza standardului ACIS, care reprezinta o biblioteca de functii C++ dezvoltate de Spatial Technology Inc. si care este licentiat la peste 200 de utilizatori din zona universitara si a dezvoltatorilor de software pentru analiza cu elemente finite si pentru comenzi numerice. Modelarea se face prin cele doua tehnologii existente la ora actuala: solide parametrizare (CSG-Constructive Solid Geometry) si entitati de tip "features" (B-Rep Boundary Representation). Facilitatile sunt cele comune tuturor programelor de modelare a solidelor:

• parametrizarea totala si bidirectionala;
• existenta unor primitive 3D de tip paralelipied, con, cilindru, tor, sfera;
• posibilitatea combinarii acestor entitati prin operatii de algebra booleana in vederea obtinerii unor entiati complexe;
• aplicarea unor elemente specifice proiectarii constructive: tesiri, racordari, gauri;
• posibilitatea generarii unor biblioteci parametrizate de profile;
• utilizarea conceptului de "features manager" în vederea editarii atât a entitatilor, cât si a modului de combinare a acestora;
• posibilitatea de a lucra cu facilitatile conceptului de assembly, referitoare la desenul de ansamblu.

Analiza structurala reprezinta elementul de noutate al sistemului integrat, atât ca prezenta chiar în meniul principal, cât si ca tehnologie. Toate etapele parcurse pentru calculul de tensiuni si deplasari au algoritmi optimizati, ceea ce conduce la o reducere drastica a timpului necesar. Modul de definire al parametrilor specifici este deosebit de facil si are ca scop extinderea conceptului de parametrizare chiar pentru partea structurala.

Conditiile de contur (rezemari, încastrari, etc.) si solicitarile (forte, presiuni, etc.) sunt asociate cu elemente geometrice; astfel, orice modificari care apar în modelul geometric se transmit automat catre parametrii specifici analizei structurale. În figura urmatoare sunt prezentate încastrarile si presiunea ce apar pe o piesa specifica proiectarii organologice:

Spre deosebire de programele clasice de analiza structurala la care generarea retelei de noduri si elemente finite reprezinta un fapt banal, transparent pentru utilizator. Programul dispune de algoritmi moderni cu ajutorul carora acesta, în urma analizei elementelor geometrice, detecteaza atât marimea optima a elementului finit, cât si distribuirea acestora pe elementele geometrice. Pentru piesa din figura alaturata au fost generate 7268 elemente tetraerdale si 2266 noduri în aproximativ 3 minute. De remarcat faptul ca programul a asociat automat nodurilor de pe suprafata cu încastrare conditiile respective. De asemenea, au fost distribuite presiunile de pe suprafata catre elementele finite adiacente. Ambele etape au fost transparente pentru utilizator.

Partea de analiza reprezinta elementul forte al acestui sistem integrat. Pentru piesa prezentata anterior, s-au obtinut rezultatele din tabelul alaturat.

Se observa timpul de rulare extraordinar pentru acest nou solver de ecuatii denumit Fast Finit Element; informatii suplimentare despre acest solver pot fi obtinute pe una din urmatoarele pagini de web: http://www.cosmosm.com si http://www.topedge.com/home/inicad.

În concluzie, au fost necesare aproximativ 6 minute pentru generarea retelei de elemente finite si calculul deplasarilor.

În ceea ce priveste post procesarea, se pot obtine harti de deplasari sau tensiuni, care ofera o imagine foarte relevanta asupra comportarii piesei respective. În figuri sunt prezentate deplasarile si tensiunile pentru piesa luata în discutie.

Se observa ca exista posibilitatea ca anumite tensiuni sau deformatii sa aiba valori importante chiar în interiorul solidelor, fiind astfel mai greu de depistat aceste valori prin utilizarea facilitatilor prezentate anterior. Pentru eliminarea acestui neajuns, au fost create doua noi posibilitati care au urmatoarele facilitati:

• identificarea valorilor în diverse sectiuni de-a lungul uneia din cele trei axe de coordonate; în figura urmatoare poate fi analizat un astfel de caz;
• identificarea si vizualizarea izo-suprafetelor pentru anumite marimi; în ultima figura poate fi analizat un astfel de caz;
• Sistemul are la dispozitie în configuratia de baza 4 tipuri de analiza:
• static liniar;
• frecvente proprii;
• stabilitate;
• termic.

În configuratiile superioare, poate fi adaugat un modul de optimizare, care cuplat cu proiectarea parametrizata conduc la o combinatie ideala pentru proiectantul care pâna mai ieri folosea planseta, rigla de calcul si memoratorul ingineresc.

Extragerea desenelor de executie se face în mod automat, astfel:

• vederile sunt realizate automat în timp ce se genereaza modelul;
• sectiunile sunt generate direct prin indicarea traseului de sectionare;
• cotarea se face automat prin alegerea entitatii care trebuie cotata.

Programul mai pune la dispozitie si alte facilitati din zona de desenare, cum ar fi utilizarea conceptului de strat, tip de linie, text si aliniere, etc.

Comanda numerica se realizeaza prin transferul catre programe specializate a oricarui tip de fisier specializat acestei operatii: DXF, IGS, SAT.

Un alt avantaj important al acestui sistem este deschiderea catre cele mai importante pachete de CAD si element finit, cum ar fi: AutoCAD, Pro/Engineer, Catia, Solid Works, Euclid, Ansys, Nastran. Este de remarcat faptul ca pentru fiecare din aceste programe exista interfata speciala, care tine cont de toate elementele specifice ale fiecarui program.

În aceste conditii, având în vedere si faptul ca partea de generare a retelei de elemente finite este total transparenta pentru utilizator, acesta neavând nevoie de cunostinte suplimentare, acest sistem integrat este instrumentul ideal pentru realizarea unor proiecte rapide, ieftine si de calitate.

(C) Copyright Computer Press Agora