Kierunki rozwoju systemów CAD: KBE (cz. I)

-- wtorek, 01 maj 2007 12:04

Od co najmniej 20 lat konstruktor ma do dyspozycji komputerowe systemy wspomagające pracę. Zakres wspomagania prac projektowych przez te systemy jest bardzo różny – od tworzenia rysunków po zaawansowane modelowanie przestrzenne. Dzisiaj prawie każdy system CAD umożliwia modelowanie bryłowe lub powierzchniowe, które skraca czas projektowania, redukuje liczbę prototypów fizycznych i zapewnia lepszą jakość produktu finalnego. Systemy CAE oferują bogaty zestaw analiz dynamicznych i wytrzymałościowych, a systemy CAM wspomagają definicję dowolnego procesu skrawania. Jednak każdy z tych systemów nie może być wyizolowaną wyspą w strukturze firmy i dlatego coraz częściej nie tylko mówimy, ale wdrażamy zintegrowane środowisko CAD/CAM/CAE wspomagane mechanizmami inteligentnego poszukiwania, przepływu i dostępu do informacji o projekcie, czyli... PLM

RYS. 1

Sama integracja to jednak za mało, bo – wracając do konstruktora – trzeba zauważyć, że zazwyczaj system CAD pomaga zdefiniować model geometryczny, czasami ostrzega o niemożliwości realizacji jakiegoś zadania z powodu ograniczeń jego algorytmów obliczeniowych lub nielogicznej geometrii, ale niezwykle rzadko podpowiada JAK i DLACZEGO rozwiązać problem konstrukcyjny (a nie geometryczny!). Inaczej mówiąc system CAD przyspiesza pracę nad projektem, bo umożliwia automatyzację pewnych rutynowych zadań konstrukcyjnych, ale nie zwalnia konstruktora od myślenia, kreatywności oraz obowiązku przestrzegania norm i zasad konstruowania. I o ile innowacyjność projektu może być w tylko niewielkim stopniu wspomagana technikami komputerowymi, to zapewnienie zgodności projektu z wymaganiami konstrukcyjnymi, technologicznymi czy montażowymi może być wspomagane przez system CAD.

Załóżmy z pewnym uproszczeniem, że proces projektowania składa się z fazy koncepcyjnej i szczegółowej. Rezultatem prac koncepcyjnych jest zestaw elementów podstawowych, na przykład: szkice, główne krzywe, przekroje charakterystyczne, płaszczyzny symetrii czy schematy kinematyczne. Na tym etapie projektowania inwencja konstruktora ma znaczenie decydujące. W fazie projektowania szczegółowego, kiedy trzeba zdefiniować precyzyjnie kształt każdej części, zweryfikować jej technologiczność oraz funkcjonalność w kontekście zespołu części – wiedza i doświadczenie konstruktora są nieocenione, bo to konstruktor odpowiada sam sobie na pytania: JAK i DLACZEGO.

RYS. 2

Także w przypadku projektowania kolejnego wyrobu, typowego dla specjalności konstruktora, musi on przeszukać zasoby swojego mózgu i po raz kolejny zastosować wiedzę, którą zdobył przez lata pracy w danej dziedzinie. A co ma zrobić początkujący konstruktor lub ten, kto po raz pierwszy próbuje rozwiązać problem, który być może jest jak przysłowiowa bułka z masłem dla kolegi zza ściany? Czy nie można jakoś zdefiniować wiedzy doświadczonych konstruktorów i udostępnić takiego intelektualnego kapitału firmy innym? Można, choć trzeba przyznać, że nie jest to zadanie szybkie i łatwe.

Gdyby w powiązaniu z systemem CAD zdefiniować Bazę Wiedzy, to w rezultacie otrzymalibyśmy środowisko, które w stopniu znacznie większym niż tylko automatyzacja rutynowych zadań geometrycznych wspomaga pracę konstruktora. Pomysł nie jest nowy, bo użytkownicy systemów CAD zawsze byli dodatkowo wspomagani pisanymi na żądanie programami, których celem była automatyzacja niektórych zadań na etapie projektowania szczegółowego. Niestety, nawet jeśli te programy były zintegrowane z systemem CAD, to precyzyjnie zdefiniowany algorytm był zbyt statyczny – żeby nie powiedzieć: sztywny – aby dopasować się do zmieniających się wymagań konstruktora. Mimo ewidentnych korzyści program napisany przez informatyka był dla większości konstruktorów zbyt trudny do zmodyfikowania, a zmiany konstrukcyjne są przecież istotą procesu projektowania.

RYS. 3

Podobnie w fazie opracowania koncepcji nowego wyrobu istniały i istnieją programy eksperckie, które bazując na sieciach neuronowych, logice rozmytej czy elementach sztucznej inteligencji wspomagają prace projektowe, ale zazwyczaj na etapie wstępnym. Dopiero niektóre dzisiejsze systemy CAD/CAM/ CAE umożliwiają zdefiniowanie takiego środowiska projektowego, które wspomaga konstruktora na każdym etapie projektowania, zapewniając nie tylko wspomaganie w zakresie definiowania geometrii, ale także definiowanie i udostępnienie know-how firmy i jednocześnie nie wymaga zaawansowanych umiejętności programistycznych.

KBE

Knowledge Based Engineering (KBE) to środowisko, w którym projektowany obiekt (cecha konstrukcyjna, model części lub zespołu itp.) to nie tylko jego parametryczna różnorodność geometryczna, ale także wszystko to, co jest związane wymaga zaawansowanych umiejętności programistycznych. KBE Knowledge Based Engineering (KBE) to środowisko, w którym projektowany obiekt (cecha konstrukcyjna, model części lub zespołu itp.) to nie tylko jego parametryczna różnorodność geometryczna, ale także wszystko to, co jest związane z intencją konstruktora – powiązanie wymiarów z rodzajem zastosowanego materiału, technologiczność wykonania i montażu, funkcjonalność czy wydajność. Zastosowanie takiego obiektu oznacza wskazanie lub zdefiniowanie parametrów wejściowych, które przetworzone przez wewnętrzną „inteligencję” obiektu decydują o ostatecznym kształcie, wielkości czy zastosowanych materiałach po to, aby zapewnić poprawność konstrukcyjną i zgodność z różnorodnymi wymaganiami.

Autor: TEKST I RYSUNKI: ANDRZEJ WEŁYCZKO

Linki sponsorowane

	Produkcja od A do Z w samym sercu polskiego przemysłu Zapraszamy Państwa na VI edycję Targów Produkcji i Technologii PROTECH, które ponownie zagoszczą we Wrocławiu.
	Almanach Produkcji w Polsce Kompleksowy katalog w wersji on-online oraz drukowanej majacy na celu dostarczenie użytecznych informacji o dostawcach dla przemysłu jak i oferowanych przez nich produktach.