A számítógéppel segített tervezés (CAD - computer aided design) alatt többféle, számítógépen alapuló módszert értünk, amely mérnökök és más, tervezéssel foglalkozó szakemberek tervezési tevékenységét segíti. A jelenleg használatos CAD rendszerek kínálata igen széles körű, a 2D (síkbeli) vektor-grafikai rajzoló programoktól a 3D-s (térbeli) parametrikus asszociatív, integrált modellező rendszerekig. CAD rendszerek alkalmazása szintén igen széles körű, tananyagunk fókuszában a gépészeti tervezés áll, azonban a CAD rendszerek megtalálhatók az építészeti tervezés, az elektronikai termékek, áramkörök, mikrocsipek tervezése, a ruha- és cipőipari tervezés területén is. A különböző alkalmazási területek természetesen más más igényeket támasztanak a CAD rendszerrel szemben.
A CAD rendszereket számos szempont szerint osztályozhatjuk.
- Ez első lehetséges osztályozás az alkalmazási terület. Bár léteznek általános rendszerek, a legtöbb rendszer vagy iparág specifikus, vagy létezik iparág-specifikus szakmodulja. A gépészeti/elektronikai/építészeti/ruha- és cipőipari CAD rendszerek azonban alapvető eltéréseket mutatnak.
- A modellezési módszer egy másik vetülete a 2D-s, vagyis síkbeli és a 3D-s, vagyis térbeli modellezést alkalmazó CAD rendszerek.
- A CAD rendszereket osztályozhatjuk az alkalmazott modellezési módszerek szerint, így léteznek drótváz-, felület- és testmodellező rendszerek, valamint hibrid modellezési rendszerek is, melyek egyszerre képesek többféle modellezési módszert kezelni.
- A CAD rendszer modellkezelése lehet parametrikus és nem parametrikus. A parametrikusság azt jelenti, hogy a geometriai elemek méretét a méretszámok megadásával tudjuk módosítani, vagyis a méretszám módosításával a modell is módosul. A nem parametrikus rendszereknél a modell határozza meg a méretszámot, a módosítása a modell geometriai elemeinek manipulálásával tudjuk elérni.
A korszerű gépészeti CAD rendszerek számos azonos vonással, funkcióval rendelkeznek. Ezen fontosabb tulajdonságok, melyek részleteit a tananyag különböző fejezetei fejtik ki bővebben, a következők:
- 3D parametrikus alaksajátosságon alapuló modellezés, térfogati modellezés
- Szabad formájú felületmodellezés
- Kétirányú parametrikus asszociativitás: különböző aspektusokból is módosítható a modell és ezen módosítások hatása kölcsönösen jelentkezik (pl. a 3D-s modell alaksajátosságainak módosítása megjelenik a rajzon, a rajzon módosított méter megváltoztatja a 3D-s modellt)
- Teljes körű összeállítás modellezése, melyek összetevői alkatrészek vagy más összeállítások lehetnek
- Műszaki rajz készítése a térfogati, illetve felületmodellből
- Műhelyrajzok és darabjegyzékek készítése
- Ábrázolási segítségek biztosítása (sraffozás, elfordítás, takart vonalak eltávolítása stb.)
- Tervrészletek újbóli felhasználása
- A modell könnyű változtathatósága és változatok készíthetősége
- Szabványos alkatrészek generálása katalógus alapján
- Tervek hozzáigazítása tervezési szabályokhoz
A CAD rendszerek alapvető funkciói közé tartozik a geometriai modellezés. Ezen belül megkülönböztetünk nem teljes értékű és teljes értékű modellező rendszereket. A teljes értékű rendszerek magukban foglalják a palástmodellezést és a testmodellezést.
A testmodellezésnek létezik halmazelméleti megközelítése, valamint különböző eszközei. A modelltörténetnek két fő típusa van: a CSG-fa (Constructive Solid Geometry) és a halmazelméleti megközelítésű modelltörténet.
A parametrikus modellezés lehetővé teszi a geometriai elemek méretének könnyű módosítását a méretszámok megadásával. A hagyományos geometriai modellezést is értékelni kell a fejlődő rendszerek tükrében.
Az alaksajátosságra alapozott geometriai modellezés kiemelt szerepet kap a modern CAD rendszerekben. Az alaksajátosság értelmezése, az alkatrész-modellezés folyamata, beleértve a vázlatkészítést, az alaksajátosságok létrehozását, a modelltörténetet, a parametrikus alkatrészek modellezését és az attributív információk hozzáadását, mind részei ennek a folyamatnak.
Az attributív információk és mérnöki számítások szerves részét képezik a CAD rendszernek. Ide tartoznak a fájl attribútumok használata, egyedi információbeviteli ablakok készítése és az alkatrészekhez rendelt információk kinyerése. Az intelligens sajátosság katalógusok, tervezési könyvtárak és könyvtárműveletek megkönnyítik a tervezést. A programok számos mérnöki számítást végezhetnek, mint például CAM-es szerszámpálya tervezése, horony tervezése, zártszelvények és tartószerkezetek szilárdsági méretezése, csapágyméretező kalkulátorok, szabványos szerkezetidomok hozzáadása alkatrészekhez és falvastagság-analízis.
A lemezalkatrészek modellezése speciális területe a CAD-nek. Figyelembe kell venni a lemezalkatrészek tervezési sajátosságait, az alapfogalmakat, az alapbeállításokat, a technológiailag helyes tervezést, valamint a specifikus alaksajátosságokat, mint a hajlítás és mélyhúzás jellegűek, illetve a technológiai alaksajátosságokat. Az alkatrészváltozók kezelése és a terítékképzés is fontos. A terítékszámítás alapjai, a semleges szál tényező jelentősége, a teríték méretezése és a kimeneti adatformátumok mind részei ennek a folyamatnak. A gyakorlatban figyelembe kell venni a gyártói és megrendelői adatszolgáltatást, a speciális kötőelemeket és a gazdaságos összeállításra vonatkozó tervezési javaslatokat.
A felületmodellezés a bonyolultabb formák létrehozásának eszköze. Ennek matematikai alapjai, az analitikus és szintetikus felületek, valamint a jellemző felületműveletek, mint a kihúzás, forgásfelület-képzés, szorzatfelületek előállítása és felületek ellenőrzése mind fontosak.
A konstrukciók és összeállítások modellezése a szerelés definíciójával, fajtáival, módszertani fejlődésével és nem geometriai tulajdonságaival kezdődik. A kényszerek, mint a geometriai, passzív, kinematikai, aktív, technológiai és struktúrakényszerek, alapvetőek a szerelés során. A szerelésleírás, a műveletek, a szerelési struktúra, a szerelési környezetben végzett műveletek és az additív entitások mind hozzájárulnak a teljes modell felépítéséhez. A modellalkotási módszerek hatása a szerelésre, mint a CSG szerelési modell, a parametrikus vagy hagyományos szerelés, a direkt vagy explicit szerelés és a szinkron vagy hibrid szerelés is figyelembe veendő. Az alkatrészkezelés a szerelésen belül, a szerelésen belüli modellalkotás és a virtuális komponensek alkotása tovább bővíti a lehetőségeket.
Bármilyen alakzat modellezése Archicadban
A kinematikai vizsgálatok CAD-környezetben lehetővé teszik a mechanizmusok elemzését. Az alapfogalmak, a kinematikai párok osztályozása, a kinematikai vázlat és a mechanizmus szabadságfokának értelmezése az alapok. A 3D-modell építése kinematikai vizsgálathoz kritériumai, mint az egyszerűsített modellek és a 3D-CAD-modellek importálása, a kinematikai párok definiálása, a speciális kapcsolatok és a működési jellemzők definiálása, valamint az eredmények megjelenítése mind elengedhetetlenek. Esettanulmányok, mint a forgattyús mechanizmus vagy a kiegyenlítő tengelykapcsoló elemzése, jól szemléltetik a módszert.
A műszaki rajzkészítés alapjai CAD rendszerekben magukban foglalják a rajzkészítést, a gépészeti alkatrészek ábrázolását, a méretmegadást, a méret-, alak- és helyzettűréseket, valamint a felületi minőség jelölését. Mellékletek segítik az alak- és helyzettűrések értelmezését, a különböző gyártási technológiákra jellemző felületi érdességet és elérhető méretpontosság-értékeket, valamint a feliratmező tartalmát.
A CAD numerikus módszerei, különösen a végeselem-módszer mechanikai/matematikai alapjai, a végeselemes programok jellemző elemkészlete, terhelésmodellek, peremfeltételek és a programokkal megoldható feladatok, valamint a szerkezet viselkedésének modellezése mélyebb betekintést nyújt a szimulációs lehetőségekbe. A végeselem-módszer a műszaki gyakorlatban, a rugalmasságtan differenciálegyenlet-rendszere és peremérték-problémája, az egyensúlyi, geometriai és anyagegyenletek, a peremfeltételek, a közelítő mezők, a virtuális munka elve, a potenciális energiaminimum elve, a Lagrange-féle variációs elv és a mozgásmódszeren alapuló végeselem-módszer mind részei ennek az analízisnek.
A végeselem-módszer alkalmazásorientált bemutatása magában foglalja a tartók modellezését, mint a kör keresztmetszetű tartó vizsgálata, vékony falú, zárt és nyitott szelvényű rudak modellezése, valamint a vastag falú cső modellezése. A merevségi egyenlet meghatározása és megoldása síkbeli, húzott rúdelemre szintén fontos.
A CAx rendszerek integrációja kulcsfontosságú a modern mérnöki munkafolyamatokban. A CAx rendszerek, az adatcsere közöttük (DXF, IGES, VDA/FS, STEP, STL formátumok), a CAD elemtárak, a digitális prototípus (digital mockup) és a termékéletút-kezelés (PLM), a termékadat-menedzsment (PDM) mind részei ennek az integrációnak.
A PLM rendszerek, a PDM rendszerek főbb funkciói, mint a termékadatok kezelése, vizualizáció, mérnöki változtatások kezelése, csoportmunka támogatása és folyamatmenedzsment, valamint a konkurens tervezés, párhuzamosítási lehetőségek és a termékmodellek, információmenedzsment, adatbázisok és adatbázis-kezelő rendszerek mind hozzájárulnak a hatékony termékfejlesztéshez.
A perifériális technológiák, mint a 3D-szkennelés (digitalizálás műveleti sorrendje, típusai) és a gyors prototípusgyártás (SLA, SLS, DMLS, LOM, FDM, 3DP, SGC, PolyJet) modern eszközöket kínálnak a tervezés és gyártás támogatására. A CAM rendszerek szintén fontos szerepet játszanak.
tags: #szabalytalan #forgastest #modellezes #archicadben