Thuis
Contacten

    Hoofdpagina


Samenvatting cadcam I hoorcollege 1: Modellen voor ontwerpprocessen en ontwerpmodellen (H1)

Dovnload 68.91 Kb.

Samenvatting cadcam I hoorcollege 1: Modellen voor ontwerpprocessen en ontwerpmodellen (H1)



Datum08.05.2017
Grootte68.91 Kb.

Dovnload 68.91 Kb.

Samenvatting CADCAM I

Hoorcollege 1: Modellen voor ontwerpprocessen en ontwerpmodellen (H1)


Wij leven in een markteconomie. Deze markteconomie legt een steeds grotere druk op bedrijven om in een zo kort mogelijke tijd én tegen een zo laag mogelijke prijs, een zo goed mogelijk product af te leveren.
De totstandkoming van een product ziet er globaal zo uit:

  1. Producten worden alleen ontwikkeld als de markt er om vraagt

  2. Ontwerpers krijgen deze vraag voorgeschoteld en proberen het beste concept te bedenken

  3. Vervolgens worden ingenieurs ingeschakeld om alles door te rekenen en precies te ontwerpen.

  4. Als het ontwerp tot in detail is uitgewerkt gaat een procesplanner kijken wat er allemaal nodig is om het product te maken. (Hoorcollege 7)

  5. Tenslotte zorgt een productieplanner ervoor dat het product op de juiste manier wordt gemaakt.

3 Modellen van ontwerpprocessen (vooral stap 2 en 3 van hierboven):



  • Ullman: Heel uitgebreid schema dat de totale levenscyclus beschrijft

  • Paul & Beitz: Het ontwerpproces bestaat uit 4 stappen, namelijk analyseren, concepten bedenken, definitieve vorm bedenken en berekenen.

  • Ohsuga: Het ontwerpproces bestaat uit n stappen, afhankelijk van de complexiteit van het model. In elke stap wordt het ontwerp weer iets gedetailleerder.

Mede door de toenemende marktdruk is concurrent engineering ontstaan. Dit betekent dat ontwikkelen, ontwerpen, analyseren en pre-manufacturing tegelijkertijd gaan lopen. Hierdoor bespaar je veel tijd. Deze manier is echter alleen geschikt voor het verbeteren van bestaande producten en niet voor het ontwerpen ven een geheel nieuw product


Naast ontwerpproces modellen heb je ook nog zoiets als ontwerpmodellen. Dit zijn tekeningen/schetsen/3D-plaatjes van je toekomstige product. Ontwerpmodellen worden gebruikt om informatie uit te wisselen. Natuurlijk kun je verschillende ontwerpmodellen maken, zoals modellen die geschikt zijn voor sterkte-berekeningen, of om de kinematica te beschouwen. Met ontwerpmodellen kun je dus aan anderen jouw ideeën/bedoelingen/eisen duidelijk maken. Een SolidWorks-tekening is ook een ontwerpmodel, net zoals een VLS, enz.

Met behulp van CAD wordt het makkelijker om met behulp van ontwerpmodellen ideeën uit te wisselen, maar ook om gemakkelijk complexe dingen te ontwerpen.


Tijdens het ontwerpen is het goed om design records te maken. Dt betekent dat je vastlegt wat je verzint en waarom je het hebt verzonnen/besloten.
Ontwerpen gaat snel als je niet teveel kettingreacties krijgt als er halverwege iets veranderd wordt.

Hoorcollege 2 & 3: technieken voor 2D en 3D modelleertechnieken (H2/H3)


In Hoorcollege 1 hebben we gekeken naar modellen voor ontwerpprocessen. Nu gaan we kijken naar ontwerpmodellen. Er zijn verschillende soorten ontwerpmodellen:

  • Hiërarchisch: hoofdfunctie opsplitsen in deelfuncties en daar een boomdiagram van maken

  • Relaties/Schema’s: bijv. de tekening van een elektrische printplaat

  • Analyse e.d.: Krachten, stijfheid/sterkte, enz. (VLS)

  • Geometrsich: Schetsen, 3D tekeningen, werkplaatstekeningen

Het definiëren van je ontwerpmodel kun je op 2 manieren doen:



  1. Top-down: Dit gebruik je bij het maken van een hiërarchisch boomdiagram. Je begint met je totaal-ontwerp en je modelleert één voor één de deelfuncties.

  2. Bottom-up: Dt gebruik je o.a. met SolidWorks. Je modelleert eerst je parts, die je later in elkaar zet tot één assembly.

Bij het maken van geometrische ontwerpmodellen komt de computer goed van pas. De eerste computer-programma’s waren in feite niets meer dan elektronische tekentafels. Een tekeningen bestond volledig uit entiteiten (punten, lijnen, bogen, curves enz.) en groepen van entiteiten (patronen, arceringen, symbolen, enz.). Deze manier van 2D tekenen werd Computer Aided Drafting genoemd.

Hoewel dit een hele verbetering was ten opzichte van een normale tekentafel, zaten er nog steeds nadelen aan deze manier van werken, namelijk:


  • Vaardigheid noodzakelijk

  • Het was mogelijk om onmogelijke modellen te tekenen

  • Het tekenen van complexe vormen was bijna onmogelijk

  • Veel paierwerk

Later zijn we overgegaan op 3D modelleertechnieken, zoals:



  • Wireframe modelling: simpele dingen

  • Surface modelling: dubbel gekromde oppervlakken

  • Solid modelling: totaal 3D beeld en het laten zien van bewegende delen en functies

De computer beschrijft lijnen aan de hand van wiskundige formules die geparametriseerd zijn, omdat een gewone y=y(x) functie beperkingen kent:



  • Veel curves hebben meerdere x en y coordinaten (zoals een cirkel)

  • Oneindige geometrie wordt voorkomen

  • Evaluatie van punten op geometrie

  • Niet afhankelijk van het gebruikte coordinatenstelsel



Curves hebben een bepaalde mate van continuiteit:continuiteit

  1. C0 continu: Curve continu, afgeleide bestaat niet in een bepaald punt


c1-continuiteit


  1. C1 continu: Curven zijn tangent, maar verschillende kromming


c2-continuiteit


  1. C2 continu: Curven zijn continu, tangent en hebben dezelfde kromme

Enkele technieken om lijnen te tekenen:

  • Interpolatie

    • Lineair: Rechtstreeks van punt naar punt




    • Lagrange interpolatie: n punten en een functie van de (n-1)e graad.





    • Hermite interpolatie: Geef 2 punten en 2 hellingsgetallen




  • Benadering

    • Bezier curve: geef 4 punten en de curve gaat naar de punten toe, maar raakt ze niet (behalve in begin- en eindpunt). Gemakkelijk als je de curve snel wilt veranderen.




    • Convex Hull: Curve ligt binnen een gebied dat opgespannen wordt door de control points. Elk punt staat in verbinding met de volgende 2 punten.





  • Overige technieken

    • Composite curve: Meerdere curve-segmenten achter elkaar plakken




    • Spline: Geef een aantal punten op en de computer tekent een C2 continue lijn door deze punten.




    • B-spline: Een spline die ook lokaal modificeerbaar is door middel van meervoudige control points (dus u loopt niet tot 1, maar tot (graad - 1).






Rationale curves: Curves die gedeeltelijk analytisch beschreven kunnen worden en gedeeltelijk vrij gevormd zijn. Ook hier wordt gebruik gemaakt van control points met weegfactoren. Bekendste voorbeeld hiervan is de zogenaam NURB (Non-Uniform Rational B-spline). Non-uniform betekent dat in de blending functie de afstand tussen twee punten op de x-as niet overal even groot is, waardoor je meer vormvrijheid kunt krijgen.

Tot zover de curves. Nu volgen de surfaces.

Voor het modelleren van meer complexe modellen worden surfaces gebruikt in plaats van curves. Verder is deze techniek geschikt voor het vervaardigen van matrijzen en stempels; de auto- en de vliegtuigindustrie.

Er zijn een aantal methoden voor het definiëren van oppervlakken als parametrische functie:



  • Coons patch

  • Bicubic patch

  • Bezier surface

  • B-spline surface

Er zijn een aantal methoden voor het definiëren van oppervlakken met een vrije vorm:



  • Wolk van punten in de ruimte (3D gezichtsscan)

  • Mesh van curves (netwerk van curves, dus een surface met van die vlakjes erop)

    • Ruled surface: rechte lijnen tussen 2 curves. Enkel gekromd, dus gemakkelijk en goedkoop te maken met bijv. een frees




    • Tabulated cylinder: Een curve langs een vector projecteren




    • Surface of revolution: Een curve wentelen om een centerline




    • Swept surface: Een curve wentelen om een gebogen lijn i.p.v. een centerline

      gt1


    • Curve-mesh surface: Dubbel gekromd oppervlak over een newerk van curves uit meerdere richtingen.




  • Lofting (Reeks doorsneden waarmee je je oppervlak gaat opbouwen)

    • Deelvlakken verbinding (rechter plaatje)

    • Fillet surface

Hoewel je met surface modelling modelling mooiere dingen kunt maken, zijn er nog steeds enkele nadelen:



  • Meer rekentijd vereist (tegenwoordig geen probleem meer)

  • Meer vaardigheid nodig in constructie en gebruik

  • Interpretatieproblemen bij complexe producten

  • Per ongeluk discontinue/verkeerde modellen maken

  • Geen informatie over het solid model (gewicht, stijfheid/sterkte, enz.)

Conclusie: Voor de behoefte aan een zo compleet mogelijk model, gebruik solid modelling.

Tot zover de surfaces. Nu volgen de solids.

Er zijn grofweg 2 technieken voor Solid Modelling



  • CSG (Counstructive Solid Geometry, ook wel C-rem of boolean methode genoemd)

  • B-rep (Boundary Representation, ook wel graph-based genoemd)

CSG combineert steeds 2 simpele vormen A en B. Er zijn 3 manieren om A en B te combineren:



  1. Union (A of B)): Als A of B op een bepaalde plek in het assenstelsel voorkomt, dan moet je materiaal tekenen.

  2. Intersection: Als A én B op een bepaalde plek in het assenstelsel voorkomen, moet je materiaal tekenen.

  3. Difference: Als A wel en B niet voorkomt, moet je materiaal tekenen. Dit kan uiteraard ook met B wel en A niet.

Een nadeel van deze techniek is dat het niet erg snel gaat en je kunt ook geen complexe vormen tekenen.
B-rep is eigenlijk surface modelling, maar dan uitgebreid met informatie over hoe de vlakken met elkaar verbonden zijn en informatie over het materiaal. Een voordeel is dat je nu gemakkelijker complexe vormen kunt tekenen met solid modelling. Nadeel van deze techniek is dat er veel data opgeslagen moet worden, maar dat is tegenwoordig geen probleem meer.

B-rep werkt met een aantal condities:



  • Vlakken snijden elkaar niet; behalve bij gelijke punten en randen

  • Grenzen van de vlakken zijn loops van randen die elkaar niet snijden

  • Set van vlakken is gesloten; geen open objecten

Redenen dat B-rep het meest gebruikt is:

  • Geometrische beperkingen CSG

  • Geen conversie B-rep -> C-rep (maar C-rep kun je wel omzetten naar B-rep)

  • Compatibel met surface modelling

De meeste moderne CAD-programma’s zijn hybride systemen. Dit betekent dat ze zowel met CSG als B-rep om kunnen gaan. SolidWorks is ook een hybride systeem.
In een B-rep model wordt van elk punt (vertice), rand (edge) en vlak (face) opgeslagen met welke andere dingen ze in verbinding staan:


Een gesloten model zonder gaten kan op consistentie worden gecontroleerd met behulp van de formule van Euler: V – E + F = 2
Objecten met gaten e.d. zijn te controleren met behulp van de Euler-Poincaré formule:

V – E + F – H + 2P = 2B

V = vertices (punten)

E = edges (randen)

F = faces (vlakken)

H = gaten die niet helemaal door het materiaal heen gaan

P = passages (through all holes, dus kun je doorheen kijken)

B = aantal objecten


Vb: een cilinder: 4V, 6E en 4F.
Een andere technologie is het gebruik van features. Je bouwt één voor één de onderdelen aan elkaar. Een tolerantie, lineaire opschaling en relaties tussen entiteiten zijn ook features.
Nog een leuk en veelgebruikte techniek is parametrisch ontwerpen. Dit houdt in dat je entiteiten niet rechtstreeks een waarde geeft, maar een variabele. Alle variabelen krijgen vervolgens een waarde. Op deze manier wordt het heel gemakkelijk om maten aan elkaar te relateren, bijv

hoogte = 2x de breedte.

Verder wordt deze techniek gebruikt als je veel dezelfde dingen moet maken die allemaal nét iets groter of kleiner gemaakt moeten worden.

Hoorcollege 4: Toepassingen van 2D en 3D modelleertechnieken (H6)


2D tekeningen zijn opgebouwd uit layers. Elke layer heeft zijn eigen nummer. Voor elke soort layer zijn layer nummers gereserveerd, bijv.:

  • 0-99 voor de hoofdgeometrie

  • 100-199 voor de dimensies/annotaties (annotaties zijn bijv. toleranties, ruwheden enz.)

  • 200 voor de drawing border

  • 201-209 voor de rechtter onderhoek

Eigenlijk wordt 2D alleen nog gebruikt voor lasersnijden en de BOM (Bill Of Materials). Verder moeten er bijna altijd 2D werkplaatstekeningen gemaakt worden van een 3D model.

Het grote voordeel van 2D CAD t.o.v. de traditionele tekentafel is snelheidswinst door het gebruik van een bibliotheek met standaard componenten en het snel kopiëren van herhalende elementen. Ook kun je gemakkelijk veranderingen doorvoeren.
Nadelen 2D CAD:


  • Kopiëren van een bepaald stuk geometrie (er staan altijd andere lijntjes omheen die je niet wilt hebben)

  • Lijnstuk bestaat uit meerdere segmenten

  • Kleine veranderingen in grote bestanden

  • Veranderingen in componenten -> Veranderingen in samenstellingen

Tegenwoordig is het dus vooral 3D tekenen. Met 3D modellen kun je tevens assessments (analyses) uitvoeren, zoals het bepalen van de helling/kromming van curves, krommingen/normaalvectoren van oppervlakken, afstanden, massa’s, traagheidsmomenten, volumes enz. Ook de buigvolgorde van plaatwerk kan bepaald worden met 3D modellen. Tevens behoort interference detection tot de mogelijkheden.


Naast de analyses zijn ook de geometrische functies veel uitgebreider:

  • In de auto/vliegtuig-industrie wordt het gebruikt voor dubbel gekromde oppervlakken en grote complexe vormen.

  • In de spuitgiet-industrie kun je ook gebruik make nvan 3D modellen voor complexe vormen en het automatisch generenen van matrijzen.

Een veelgebruikte analyse-techniek is FEM (Finite Elements Methods – Eindige elementen methode). Dit komt neer op het verdelen van je model in driehoeken. Kritieke plaatsen worden heel fijn onderverdeeld, terwijl onbelangrijke stukken grote driehoeken krijgen.


FEM bestaat uit 3 stappen:

  1. Pre-processing: Idealisering van het probleem. Dit komt neer op het vastleggen van de geometrie, materiaalkeuze, krachten, temperaturen, enz.

  2. Processing: Uitvoeren van de analyse. Hierin worden de driehoeken gemaakt en alle spanningen, temperaturen enz. berekend.

  3. Post-processing: Interpretatie van de resultaten. Dit komt neer op het verbetern van je ontwerp.

Het totale driehoeken- en knooppuntenmodel heet een mesh. De kwaliteit van de mesh bepaalt de kwaliteit van de analyse. Daarom is het belangrijk dat dit goed gebeurt. Hoewel hier automatische mesh-programma’s voor zijn ontwikkeld, blijft het ook hier weer belangrijk dat een ingenieur alles controleert. Er zijn grofweg 2 soorten meshes:



  • Structured mesh: Verdeelt een model in regelmatige vormen (beter resultaat, moeilijker)

  • Unstructured mesh: Verdeelt een model in onregelmatige vormen

Er zijn een aantal manieren om snel samenstellingen te tekenen:

  • Bottom-up

  • Top-down

  • In context modelling: Parts tekenen m.b.v. de geometrie vanuit de samenstelling

Met behulp van onderstaande trucjes kun je een grote complexe samenstelling slimmer opbouwen:



  • Maak dichte onderdelen transparant

  • Logische opbouw

  • Zet geen bouten, moeren e.d. in de samenstelling (ééntje mag wel, maar niet allemaal)

  • Relateer de onderdelen zoals je dat ook in de werkplaats zou doen

  • Gebruik “hide” en ”suppress”

  • Simplified representations (bepaalde configuratie van onderdelen)

  • Leightweight (in SolidWorks): Alleen nodige onderdelen in het geheugen laden

  • Relateer de maatvoering van onderdelen aan elkaar. Dan hoef je maar één referentiemaat aan te passen en de hele samenstelling verandert mee. Pas wel op dat je referentiemaat niet verwijdert!

  • Gebruiik een skeleton-part (een basispart waar je alles omheen bouwt, zoals de muis uit hoofdstuk 1 van dictaat SW deel 2).

Een downstream proces is een proces dat zijn gegevens afleidt uit een CAD-model. Enkele voorbeelden zijn spanningsanalyses, matrijsontwerpen, flow analyses, NC data schrijven.


Hoorcollege 5: Expanding capabilities - CAD-programma’s uitbreiden (H8)


Hoewel CAD een goede tekenhulp is geeft het nog geen advies op het gebied van vorm, materiaalkeuze e.d.
In CAD-programma’s wordt daarom ook kunstmatige intelligentie toegepast op de volgende manieren:

  • Geometrisch

    • Parametrisch ontwerpen

    • Constraint solving (een volledig gedefinieerd ontwerp maken aan de hand van constraints (eisen) met betrekking tot minimale/maximale afmetingen van dimensies

    • Design tables: meerdere varianten van één vorm in tabelvorm. Nuttig als je veel ongeveer dezelfde vormen moet maken waarvan alleen de lengte o.i.d. verschillend is.

    • Het gebruik van features: oorspronkelijk waren features geometrische eigenschappen van een vorm. Tegenwoordig vallen ook functionele eigenschappen van een vorm onder features, zoals materiaaleigenschappen, toleranties, enz.
      Ook bestaat er zoiets als design by feature: Je tekent een werkstuk met behulp van standaardfeatures, zoals een gat, afronding, enz.

  • Knowledge

    • Smart features (kan zijn eigen afmetingen automatisch aanpassen aan zijn functie)

    • KBE (Knowledge Based Engineering): Routinewerk automatiseren voor bestaande producten die vaak opnieuw ontworpen moeten worden. Een voorbeeld is het ontwerpen van koplampen voor auto’s. Normaal moet je, als je een koplamp hebt ontworpen, eerst aan de koplampen fabrikant vragen of dit ontwerp wel realiseerbaar is. Door de eisen van de koplampen fabrikant bij in het CAD-programma te programmeren, vertelt het CAD-programma je gelijk of een bepaald ontwerp mogelijk is, en voorkom je wachttijden voor controle.

  • Customizing (CAD-programma’s uitbreiden met extra functionaliteit)

    • Macro’s: serie commando’s in textformaat

    • API (Application Programming Interface): Koppeling tussen twee programma’s, bijvoorbeeld SolidWorks en de printer)



Hoorcollege 6: Van geheugen naar beeldscherm (H4)


Het projecteren van een tekening op een beeldscherm gebeurt via een zogenaamde pipeline. Er is zowel een 2D als een 3D pipeline.
De opbouw van de 2D pipeline is als volgt:

  • Curves en arceringen omzetten in vectoren

  • Clipping: Het wegsnijden van informatie die toch buiten je scherm valt

  • Vectoren omzetten in pixels die in de viewport afgebeeld worden. De viewport wordt afgebakend door een frame dat we de window noemen.

  • Pixels tekenen op de monitor

De opbouw van de 3D pipeline ziet er zo uit:



  • CPU deel:

    • Data

    • Model transform

    • Tessellation: techniek voor hidden-line en hidden-surface removal

    • Clip to view volume

    • Projecteren op viewplane

  • GPU deel:

    • Scan conversion

    • Pixels

Er wordt onderscheid gemaakt tussen image space data (zoals een decoratieve tekening in Paint: het gaat om datgene wat je ziet) en model space data (datgene wat je ziet is model voor een ander object)



Display tolerance geeft aan hoeveel de vorm op het scherm mag afwijken van de echte vorm.
Bekende 2D transformaties:

  • Transleren

  • Roteren

  • Schalen

Er zijn een aantal methoden bedacht om een kleur aan te duiden:



  • RGB: Rood; groen blauw

  • CMYK; Cyaan, Magenta, Yellow, Black

  • HSB: Hue (kleur), Saturation (verzadiging), Brightness (helderheid)

  • Lab: Lichtsterkte; groen-rood as; blauw-geel as

De volgende technieken worden gebruikt om meer visueel realisme te creëren:



  • Hidden-line/Hidden-surface removal

  • Licht en schaduw (flat, gouraud, phong shading)

  • Ray tracing (weergeven van scherp belichte glanzende vlakken, gekleurd licht en schaduwen)

  • Radiosity (weergeven van doffe oppervlakken, zoals meubilair of gebouwen)

  • Texture: een patroon afbeelden op een oppervlak (zand, steen, enz.).

Een bekende beeldverbeterende techniek is anti-aliasing. Metdeze techniek kunnen kartelige lijnen vloeiender worden gemaakt door rondom de lijn pixels te plaatsen die steeds minder verzadigd zijn.

Verder is bump-mapping een techniek die zorgt voor verbeterde oppervlakte-weergave door schaduwen e.d.

Hoorcollege 7: CAM-technieken (H9, H10 en H11)


Een traditioneel ontwerptraject: ontwerp à process planning à productie;

Hieronder zal dieper in gegaan worden op het gedeelte process planning: het vertalen van ontwerp- en procesinformatie naar productie-instructies. Procesplanning is dus de link tussen ontwerp en manufacturing/assemblage.


In procesplanning zijn 3 stadia te onderscheiden:

  • identificeren: kunnen features van een onderdeel gemaakt worden met de beschikbare productiemiddelen;

  • identificeren van de specifieke productiebewerkingen (fabricage en assemblage);

    • Selectie van productietechnieken (draaien, frezen, gieten, spuitgieten, …);

    • Bepalen van de procesvolgorde;

    • Bepalen van de middelen om de processen te doorlopen (bemensing, machines, gereedschappen, opspanmiddelen, …);

    • Selectie van procesparameters voor de verschillende processen (aanzet, snelheid, snedediepte, …);

    • Gedetailleerde planning van de processen (bv. NC code genereren).

  • optimaliseren van bewerkingsvolgorde.

Tijdens het werkvoorbereiden spelt informative een belangrijke rol:



  • Component informatie;

  • informatie aangaande machines, gereedschappen en processen.

Deze informatie is onder te verdelen in:



  • absolute kennis:

    • geometrie en topologie van de delen;

    • vorm-genererende capaciteiten van de processen.

  • beperkende kennis:

    • maatvoering, afwerkingen en nauwkeurigheid van onderdeel;

    • procescapaciteit en groottes van machines.

Bepaalde factoren beïnvloeden het werkvoorbereidingsproces. Enkele voorbeelden zijn Part geometrie, Vereiste nauwkeurigheid en oppervlaktegesteldheid, Productie-aantallen, Materiaal, Aanwezige machines in fabriek, etc.

Bijvoorbeeld.: glad of ruw oppervlak? Grote of kleine aantallen?
Traditioneel gebeurde procesplanning op de volgende manier:


  • Procesplan wordt handmatig gemaakt;

  • interpreteren van tekeningen;

  • nemen van beslissingen over bewerkingen / assemblage;

  • bepaling van de bewerkingsvolgorde;

  • bepalen welke gereedschappen, machines en opspanningen nodig zijn;

  • etc.

Het resultaat was een procesplan dat sterk afhankelijk was van de kwaliteit van de procesplanner.
Tegenwoordig helpt de computer met proces planning in de vorm van CAPP: Computer Aided Process Planning.

Een belangrijke techniek waar CAPP gebruik van maakt is GT (Group Technology). Dit betekent dat elk product wordt ingedeeld in een bepaalde categorie, waardoor je aan de hand van bestaande producten kunt afkijken hoe een nieuw ontworpen product gemaakt kan worden. Op deze manier bespaar je veel tijd. Ook kun je je werkplaats anders inrichten, bijv. aparte draaihoek, freeshoek enz.


Er zijn twee benaderingen voor computergesteund werkvoorbereiden:

  • Variant process planning:

    • gelijke onderdelen hebben gelijke procesplannen;

    • computersoftware identificeert gelijke delen (GT).

  • generative process planning:

    • er wordt een voor ieder onderdeel een nieuw procesplan gegenereerd. Dit gaat als volgt:

      • beschrijving van onderdeel:

        • geometrische features, maatvoering, toleranties, opp.

      • subsysteem voor definiëren van machineparameters;

      • subsysteem voor het selecteren en ordenen van individuele bewerkingen;

      • database van beschikbare machines en gereedschappen;

      • een rapport generator, die een procesplan rapport aanmaakt.

Toch moet de ontwerper ook blijven nadenken. Dit kan hij doen door rekening te houden met DFM (Design For Manufacturing: hoe ga ik het maken) en DFA (Design For Assembly: hoe ga ik het product in elkaar zetten). Richtlijnen voor DFM:



  • Algemene benadering;

    • gebruik maken van ‘economies of scale’;

      • onderdelen hergebruiken;

      • minimaliseren van verschillende onderdelen (~DFA).

    • gebruik maken van standaardisatie;

      • ontwikkelen van part families;

      • gebruik bestaande onderdelen van andere leveranciers.

    • gebruik maken van simpele, goedkope bewerkingen.

      • vermijd dure technieken, tenzij nodig;

      • ontwerp eenvoudige geometrieën.

  • Keuze van productieproces (omvormen, spuitgieten, verspanen etc.);

  • Richtlijnen voor specifieke processen;

  • Assemblage (Design for Assembly – DFA). Combinatie: DFMA – Design for Manufacturing and Assembly.

    • Bekijk organisatorische en omgevingscondities;

      • informatieverschaffing;

      • integratie tussen ontwerp en productie;

      • vrije bepaling assemblagevolgorde.

    • Vereenvoudig en standaardiseer het productontwerp;

      • minimaliseer het aantal onderdelen;

      • minimaliseer onderdeel- en productvariëteit;

      • gebruik assemblagegerichte constructieprincipes;

        • modulariteit, (losse dingen die je in elkaar klikt); sandwichconstructie

      • gebruik subsamenstellingen;

      • gebruik basiscomponent.

    • Vereenvoudigen van assemblage:

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Tegenwoordig is quality engineering een hot item. Naast zero-defects (alles moet gelijk kloppen i.v.m. dure matrijzen e.d.) is Total quality Management (TQM) belangrijk. Dit betekent dat álle afdelingen in een organisatie bijdragen aan de kwaliteit van het product. Enkele principes om dit te bereiken:



  • continue verbetering en innovatie in alle gebieden;

  • verminder het aantal toeleveranciers, en vraag van hen ook continue verbetering;

  • verschaf technieken voor probleemidentificatie en probleemoplossing -> gebruik statistische methoden;

  • gebruik multi-disciplinaire teams; vermijd bureaucratische instelling van standaarden

Daarnaast zijin er ook enkele bekende technieken voor TQM:



  • Quality function deployment (QFD): Matrix techniek om de product features te identificeren die het meest bijdragen aan productkwaliteit, en direct daaraan gekoppeld: waar moet de meeste effort in gestopt worden. Hierin zijn 4 levels te onderscheiden:

    • productfeatures en -functies (product design phase);

    • componentkenmerken (detail design phase);

    • proceskenmerken;

    • productiebewerkingen.

  • Design for manufacture and assembly (DFM/DFA): Zie hierboven

  • Failure mode and effect analysis (FMEA): Consumenten zijn dom en kunnen door verkeerd gebruik een product onbruikbaar maken. Om dit te voorkomen ga je kijken door welke domme acties van mensen een product onbruikbaar wordt, bijv. een vetvlek in je broek waarmee je product in aanraking komt en onbruikbaar wordt.

  • Taguchi methods;

  • Statistical proces control (SPC);

  • Poka Yoke;

  • Proces capability studies;

  • Simulation;

  • Validation testing;

  • Problem solving techniques.

Mensen kopen soms liever iets dat goedkoop is en iets minder goed (quality loss function).


--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Tegenwoordig worden veel producten gemaakt met behulp van NC (numerical control) machines.
Machinebesturingen:

  • 2-assig: x- en y-richting;

  • 3-assig: x-, y- en z-richting;

  • 4-assig: x-, y-, z- en rotatie van tafel;

  • 5-assig: x-, y-, z-, rotatie van tafel en rot. spindel;

Bewegingen:



    • Point-to-point: lineaire verplaatsing tussen 2 willekeurige punten;

    • Straight-cut: punt-naar-punt geleiding langs X,Y, of Z as;

    • Contouring.

Vroeger moesten NC machines handmatig worden geprogrammeerd. Dit was erg saai werk. Voordeel ten opzichte van een traditionele draaibank is al wel dat je bepaalde stukken code kunt hergebruiken.

Computergesteund programmeren:


  • Identificeren geometrie en machineparameters;

  • Coderen van geometrie, snijbewegingen en algemene machine-instructies in een programmeertaal
    (APT – Automatically Programmed Tools);

  • Uitvoeren van ‘source’ code naar CLDATA (machine-onafhankelijk);

  • Post-processing CLDATA -> MCD (Machine Control Data, machine specifiek);

  • MCD -> machine -> testen.


De frees wordt begeleid aan de hand van 3 oppervlakken: drive surface, part surface en check surface. Het gereedschap gaat altijd over de drive surface, tot aan de check surface en dan stopt ie. Het gereedschap is altijd in contact met de part surface, in dit geval normaal op de part surface, dit zal in meeste gevallen zo zijn.


Gereedschapsbaan van eindbewerking van oppervlak:

  • Banen geprojecteerd op het oppervlak;

  • Lace;

  • Non-lace (retract = gereedschap bij elke baan omhoog tillen; non-retract);

  • Contour.


figure11-22l
De rilhoogte (ook wel cusp size / scallop height genoemd) is de hoogte tussen 2 gereedschapsbanen van een frees. Met behulp van de rilhoogte kan de afstand tussen twee freesbanen berekend worden: met straal r en rilhoogte h

Tevens kan de overlap tussen de twee freesbanen berekend worden met


De rilhoogte kan op 2 manieren verkleind worden:

  • Verhogen van het aantal gereedschapsbanen;

  • Gebruik maken van 5-assige i.p.v. 3-assige machine:

    • Gereedschap in lijn met de surface-normaal;

    • gereedschap onder een hoek plaatsen;

    • Recht gereedschap (alleen voor convexe opp.)

Hoorcollege 8: Data-opslag (H5, H7)


Met behulp van computerprogramma’s is het mogelijk ontwerpmodellen te maken. Er zijn twee manieren om informatie in een model op te slaan, namelijk een tabel en een linked list. Een tabel heeft het grote nadeel dat als er één informatieregel verwijderd wordt, de hele tabel opgeschoven moet worden. Een linked list daartentegen is niks anders dan een aaneenschakeling van informatieregels, en je kunt er dus zonder problemen een schakel tussenuit halen.
Om snel een BOM te kunnen maken van een CAD-model, moet je een complete assembly gemaakt hebben, met bij elk part de naam, materiaal en overige gegevens die je in je BOM wilt hebben.
Sommige high-end CAD-systemen gebruiken een database-structuur i.p.v. een part file voor het opslaan van modellen, waardoor je data erg overzichtelijk wordt. Ook kunnen er meerdere databases gemaakt worden die naar elkaar verwijzen. De meest CAD-systemen gebruiken echter een tabel of een linked list in een part file, omdat dit wereldwijd nog het meest gebruikelijk is. Nadeel van part-files is dat je veel dezelfde part-files krijgt en dat niet alle assembly’s automatisch geupdated worden.
De basis van een model wordt bepaald door de kernel van het CAD-programma. Dit is een soort van kernprogramma die bepaalt hoe informatie wordt opgeslagen en verwerkt. Daarbovenop zit de informatie door het CAD-programma wordt toegevoegd, zoals de geschiedenis, de undo-commando’s, de indeling van de feature tree, enz.
Tegenwoordig wordt alle informatie in een model opgeslagen met behulp van object-orientated representations. Je hoeft dan alleen maar de benodigde eigenschappen van je entiteiten op te geven en verder hoef je je nergens druk om te maken. Het voordeel hiervan is dat je een overzichtelijk bestand krijgt waarin gemakkelijk veranderingen aan te brengen zijn. Bovendien kun je de code robuuster maken door private eigenschappen te gebruiken in plaats van public eigenschappen (zie applicatiebouw). Alle moderne programma’s zijn herschreven in een OO taal. Polymorphisme houdt in dat verschillende soorten objecten reageren op hetzelfde commando:

vroeger: draw_circle; draw_line; polymorphisme: draw_entity (werkt bij cirkel en vierkant)


Er zijn veel verschillende CAD-programma’s in omloop die allemaal een eigen bestandsindeling gebruiken voor het opslaan van CAD-modellen. Om ervoor te zorgen dat de bestanden toch uitwisselbaar zijn, kun je een aantal dingen doen:

  1. Native file: Gebruik van eigen formaat als beide bedrijven hetzelfde programma gebruiken

  2. Neutral file: Je CAD-model opslaan in een neutraal formaat, bepaald door een onafhankelijk bureau, zoals IGES of STEP. Nadeel hiervan is dat dit bestandsformaat niet de nieuwste technieken kan opslaan. Het loopt een paar jaar achter op het gebied van functionaliteit.

  3. Software opgegeven specificatie: Opslaan in een zelfbedachte standaard zoals het DXF-formaat van AutoCAD.

  4. Kernel file: Je CAD-model opslaan in het kernel-formaat.

  5. Direct file translation: Opslaan van een CAD-model in een formaat van een concurrent. Een variant hierop is het opslaan van je model in een indeling voor oudere versies van hetzelfde programma (dus bijv. een SW2007 tekening opslaan in SW2006 formaat)

Het kiezen van een uitwisselingsformaat doe je aan de hand van wat voor soort tekening je gemaakt hebt. Voor een simpele 2D tekening voldoet DXF, terwijl je voor 3D tekeningen STEP moet gebruiken.

Daarnaast is het altijd nuttig een PDF te maken van je tekening als controlemiddel voor de ontvanger.
Tegenwoordig gebruiken veel bedrijven Engineering data management systemen (PDM). Dit is een computersysteem dat alle bestanden veilig stelt en een uniek nummer geeft. Bovendien houdt hij van alle bestanden de versie bij, wie het ontworpen heeft, wie welke rechten heeft, enz.

Hoorcollege 9: Nieuwe ontwikkelingen (H16)


De ontwikkelingen op IT-gebied gaan razendsnel, ook op het gebied van CAD/CAM. Tegenwoordig worden er ook CAD-programma’s ontwikkeld met nieuwe technische snufjes zoals feature recognition (herkenning van generieke vormelementen, zoals gaten, kamers, vlak bewerkte oppervlakken, enz.). Bij feature recognition ondeerscheiden we 3 klassen van methoden:

  1. Syntactic pattern methods (substrings zoeken, kan alleen in 2D)

  2. Rule based methods (If then else clauses)

  3. Graph based methods (face-edge graphs , classification concave/convex)

Een andere razendsnelle ontwikkeling is het verbinden van CAD-programma’s met internet, om een gigantische bibliotheek met standaardonderdelen te raadplegen, online hulp vragen, enz. Ook wordt het steeds beter mogelijk om met meerdere mensen aan één tekening te werken. Enkele voordelen van internet in het algemeen is het op afstand vergaderen, online offertes aanvragen en onderdelen bestellen.


Daarnaast wordt virtual reality steeds belangrijker. Dit houdt in dat je een speciale bril opkrijgt en sensoren in de hand (haptic device, laat je krachten voelen), en dan kun je ervaren wat er gebeurt als je met een nieuw ontworpen product te maken krijgt, zoals een nieuwe auto. Hierdoor wordt het bouwen van een prototype in sommige gevallen overbodig, zodat je hiermee veel geld kunt besparen.

Enkele virtual reality technieken:



  • virtual kneading: Dit houdt in dat je net doet alsof je een echt 3D model maakt, alleen slaat de computer je gemaakte model op. Op deze manier is het niet meer noodzakelijk een CAD/CAM cursus gevolgd te hebben. Zo maakte een zevenjarig meisje in 2 uur tijd een ontwerp van een poppetje dat wij met al onze CAD/CAM kennis nog niet na kunnen tekenen.

  • Virtual hands: Mechanisme voor om je handen waarmee je virtuele handen op een beeldscherm kunt besturen

  • CAVE (Computer Animated Virtual Environment): Overal om je heen heb je beeldschermen die een bepaalde omgeving afbeelden

  • Virtual interior: Als je door een bril kijkt lijkt het alsof je in het nieuwe interieur van een auto zit

  • Augmented reality: Een monteur krijgt bij een bout informatie via een bril over het maximale aandraaimoment.

Mede door deze ontwikkelingen worden ontwerpers gedwongen steeds sneller producten te ontwikkelen, omdat je de concurrent voor moet blijven. Tegenwoordig worden dingen in 3-6 maanden ontworpen met behulp van veel standaardtechnieken. Je wordt dus steeds gedwongen om iets nieuws te kopen om bij te blijven. Dit fenomeen staat bekend als de purple world.


De huidige CAD-programma’s helpen vooral bij het maken van tekeningen, maar nog niet bij het oplossen van ontwerpproblemen, waardoor ingenieurs nog steeds veel tijd kwijt zijn aan het optimaliseren van een ontwerp. Het ontwerpproces zou dus nog sneller kunnen als er computerprogramma’s komen die zelf ontwerpen kunnen bedenken, de zogenaamde Synthesis Based ontwerpsystemen. Een voorbeeld hiervan is het programma van de UT die automatisch de de vorm van een dubbele slinger kan berekenen die een bepaalde voorgeschreven baan moet volgen. De computer moet dus zelf de synthese (ontwerpen bedenken) en evaluatie (ontwerpen controleren) kunnen uitvoeren, zodat je er als ontwerper alleen maar eisen in hoeft te stoppen, zodat er even later ontwerpoplossingen uit komen rollen!

  • Hoorcollege 2 3: technieken voor 2D en 3D modelleertechnieken (H2/H3)
  • Hoorcollege 4: Toepassingen van 2D en 3D modelleertechnieken (H6)
  • Hoorcollege 5: Expanding capabilities - CAD-programma’s uitbreiden (H8)
  • Hoorcollege 6: Van geheugen naar beeldscherm (H4)
  • Hoorcollege 7: CAM-technieken (H9, H10 en H11)
  • Hoorcollege 8: Data-opslag (H5, H7)
  • Hoorcollege 9: Nieuwe ontwikkelingen (H16)

  • Dovnload 68.91 Kb.