INFORMATIKA 2

INFORMATIKA 2.NYME Informatika Intézet

Kalmár János egy. docens

Tartalom:

• Számítógéppel támogatott tervezés és gyártás,

• Vállalatirányítási rendszerek, minőségbiztosítás.

Elosztott

A számítógéprendszerek különbözõ üzemmódjának összefüggéseit a 14. sz. ábra szemlélteti.

CentralizáltSzámítógépüzemmódok

Több-felhasználós

Egy-felhasználós

Kötegelt Interaktív

Multiprogramozott

Prioritásos Idõosztásos

Dialógus Folyamatvezérelt

14. sz. ábra:A számítógéprendszerek üzemmódjai

Kötegelt Interaktív

IdõosztásosPrioritásos

Multiprogramozott

A vállalatirányítási rendszer összetevői és kapcsolatai

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Az üzleti folyamatok kapcsolódása a vállalat műszaki feladataihoz

Az üzleti folyamat vázlata:Rendelés-feldolgozás → Szükségletszámítás és ütemezés → Beszerzés → Gyártás → Kibocsátás és számlázásKapcsolódási pontok a műszaki feladatokhoz:Számítógéppel segített tervezés (CAD/CAE) → TermékdefinícióSzámítógéppel segített gyártás (CAM) → Termeléstervezés és irányítás, gyártásRugalmas gyártórendszerek (FMS) → GyártásA rendszereket hierarchikus számítógépes hálózattal kell összekötni, integrálni:4. réteg: Vállalati szint: pénzügyi tervezés, terméktervezés3. réteg: Üzemi szint: termelésirányítás, ütemezés, karbantartás2. réteg: Cella szint: gépcsoportok felügyelete, vezérlése1. réteg: Gép szint: NC, robot, PLC0. réteg: Érzékelők/beavatkozók: termékmegmunkálás, folyamatirányítás

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

CAD : Computer Aided Design (konstrukció)

CAE : Computer Aided Engineering (analízis, szimuláció)

CAM : Computer Aided Manufacturing (gyártás)

CAP : Computer Aided Planning (folyamat)

CAST : Computer Aided Storing & Transfering (tárolás és szállítás)

CAQ : Computer Aided Quality (minőségbiztosítás)

CIM : Computer Integrated Manufacturing

FMS : Flexible Manufacturing System (rugalmas gyártórendszer)

IMS : Intelligent Manufacturing System (intelligens gyártás)

PPS : Parallel Processing System (tervezés és irányítás)

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Gyártási folyamatok irányításának hierarchiai szintjei :

• termelés irányítás

• gyártási folyamatirányítás

• gépcsoportok, cellák működésének irányítása

• megmunkálási folyamat komplex irányítása (gép+ megmunkálási folyamat, adaptív funkciók)

• szerszámgépek és robotok alapszintű irányítása (pozícionálás, sebesség, gyorsulás)

• anyagleválasztási folyamat közvetlen irányítása (áramerősség szabályozása elektronikus polírozásnál)

SzerszámgépekMérőgépekSzállító eszközökRaktározás eszközeiSzámítógépekHálózati elemek

Gyártórendszer elemei

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Gyártórendszerek fejlődése

• Szerszámgép csoportok direkt numerikus vezérlése (direct numerical control DNC) a késő hatvanas években

• Rugalmas gyártórendszerek (flexible manufacturing system FMS), ahol a szerszámgépek automatikus szerszám- munkadarab cserélővel vannak ellátva és a rendszerek képesek voltak az on-line ütemezési feladatok bizonyos szintű ellátására (70-es évekbeli elterjedésűk ma is tart)

• Számítógéppel integrált gyártás (computer integrated manufacturing), amely a számítógéppel segített tervezés (CAD), folyamatvezérlés (CAPP) és gyártás (CAM) szintézisével jellemezhető (jelenleg a kutatási eredmények egyre szélesebb körű ipari felhasználásának lehetünk tanúi)

• Intelligens gyártórendszerek (intelligent manufacturing systems, IMS)

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Információ-technológiai elvárások

• Intelligens alkatrész (információ hordozó memória chip kapcsolása az alkatrészhez)

• Rádió kommunikáció (olcsó és vezeték nélküli kommunikáció a rendszer elemek között)

• Olcsó számítógépek (rendszeren belüli minden feladathoz külön számítógép)

• Előrelépés a technológia tervezésben (CAD modellre alapozott automatikus tervezés)

Virtuális tervezés és gyártás

CAD története

• Ivan Sutherland (MIT) tekinthető a számítógépes grafika a CAD rendszerek„atyjának” • MIT fejlesztési projekt 1963, a számítógépes rajztábla Sketchpad” kifejlesztése • 60’ –as évek végére 2D és 3D rajzolásra volt lehetőség, USA-ban 200 CAD munkaállomás (UNIX)

1970-es évek:• megjelenik a testmodellezés• A modelleknek felülete van és analizálhatók a számítógép segítségével• 12,000 CAD munkaállomás az USA ban.

1980-as évek:• PC-k népszerűsége és teljesítőképessége a mikroprocesszorok révén jelentősen megnő.• RISC –(Redukált utasításkészletű) processzorok nagyobb feldolgozási sebességet tesznek lehetővé.• Mérnöki munkaállomások,• mainframe Számítógépek

1990-es évek:• parametrikus, feature alapú testmodellezés• Szoborfelületek modellezése• NURBS felületek• Hálózati számítógép rendszerek.

2000-es évek:• parametrikus, feature alapú felületmodellezés• Jelentős koncentrálódás a rendszerek számátilletően• Webcad

CAD története

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

E rendszerek elterjedése, hatékonyságuk főképpen a következőkkel magyarázható :

• a minőségi szellemi munkát jelentő tervezést mentesítik az automatizálható rutinfeladatoktól

• a tervek módosítása e rendszerekkel jóval kisebb ráfordítással, kevesebb hibával elvégezhető

• nem kell költséges prototípusokat megépíteni, a tervek szimulációval jól tesztelhetők

• az újabb CAD rendszerek lehetővé teszik a megtervezett objektumok valósághű, foto minőségű megjelenítését is. Ez javítja a megrendelő és a tervező kommunikációját. Például egy megtervezett házat a megrendelő 3D szimulációval "bejárhat", megnézhet, az épület valós természeti környezetben is elhelyezhető.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Alkatrészek geometriai modellezése

• modellezés input adatai (konstrukciós vázlat műhelyrajz, ...)

• 2D és 3D drótváz, felület és testmodellek.

• alaksajátosság alapú alkatrészmodellek

• modellrekonstrukciós módszerek és eszközök

• felületek, testek valósághű megjelenítése, animáció

• adatcsere eszközei (interface-k: DXF, IGES, VDA-FS, SAT, STEP)

• dokumentáció és rajzkészítés

• modellezési példák

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Alkatrészmodell elemei

Technológiai modell

• méret, tűrés (szerszámgép hibák stb.)

• felületi érdesség (él geometria, rezgések ...)

• hullámosság (deformáció, lengések ...)

• alakeltérések (egyenesség, síklapuság..> deformáció)

• Irányhiba (párhuzamosság, merőlegesség, szöghiba ...)

• pozíció (koncentrikusság, egytengelyűség ...)

• ütés (radiális, axiális szög > mozgások, gépmerevség)

Anyagmodell

• keménység

• szilárdság

• ütőmunka

• rugalmassági modulus

• poisson tényező

Geometriai modell

• drótváz

• test

• felület

• features

Munkadarab geometriai modell elemeiPont : - a munkadarab modell legegyszerűbb eleme

- a pont lehet térbeli vagy síkbeli : P=P(x,y,z) - térben , P=P(x,y,z0) - síkon

Pontok : - bizonyos tervezési szempontból összetartozó pontok összerendelése (pl.: furatkör)

Görbe : - osztályozhatók : 3Dgörbe - G=G(x,y,z) , 2Dgörbe - G=G(x,y,z0)

- az egyenes és kör görbének kitüntetett szerepe van

- az analitikus görbéken túl használunk pontokkal adott görbéket is (pl.: splines)

Kontúr : - a görbékből van összerakva

- tartalmazhat analitikus és pontsorozattal adott görbéket is

- fontos az átmenetek kezdeti feltételeinek pontos meghatározása

Felület : - csoportosítási lehetőség : "bonyolultságuk" szerint

+egyszerű felületek - sík, henger, kúp, tórusz stb.

+bonyolult felületek - generálható, szorzat-, spline-, szobor-, stb.

(egyszerű felületek meghatározásának módjai a geometriából közismertek)

Test : - a geometriai modellek legösszetettebb építőelemei - primitívek

- tipikus elemkészlet lehet például: tégla, henger, kúp, gömb, ék

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Modellezés input adatai

• kézi vázlat

• műhelyrajz

• adatfile

• fizikai modellről felvett ponthalmaz

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Testmodellezési megszorítások

A testmodellezés a modellezett objektumra az alábbi feltételezéseket, illetve megszorításokat alkalmazza:

• az objektum merev test, konkrét és invariáns alakkal rendelkezik

• az általa lefoglalt teret homogénen tölti ki

• kiterjedése véges, a modellje leképezhető

• véges számú elemi test kompozíciójaként létrehozható

• a merevtestszerű mozgások és a halmaz-műveletek szempontjából zárt halmazként modellezhető

Felületek létrehozása• a bonyolult felületek egy jelentős csoportja

• a közelmúlt geometriai modellezésének középpontjában állt

Oka: az ilyen felületek gyártásának feltételeiben bevált változás:

többtengelyes szerszámgépek és vezérlések létrejötte volt

egy sík- vagy térgörbét (leírógörbe)

egy másik, sík- vagy térgörbe (vezérgörbe) által meghatározott pályán

előírt módon (generálási mód - transzláció) mozgatunk (pl.: eltolás, forgatás,...)

bonyolult felület keletkezik (transzlációs felület)

alakja alapvetően a fenti három összetevőből

-a generáló görbék közvetlenül szolgáltatják a lehetséges szerszámpályákat

-a generálási mód pedig egyértelmű utalást adhat a felület gépi megmunkálással történő előállításakor alkalmazható gyártástechnológiai eljárásokra, módokra, eszközökre.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Vonalfelületek

 Definíció : azon bonyolult felületek, melyek egyenes leírógörbével generálhatók

Leírógörbe (generátor): egyenes

Vezérgörbe (direktrix): általános sík vagy térgörbe

A generálási módtól (transzláció) függően alapvetően három típusa:

• hengeres vonalfelület

• kúpos vonalfelület

• általános vonalfelület

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

"Reverse engineering" elve

• fizikai modell digitalizálása

• mérési pontok editálása

• mérési pontok beolvasása CAD rendszerbe

• Pontokra felületi görbék illesztése

• görbékre felület vagy felületek illesztése

• modell pótlása, kiigazítása

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

"Reverse engineering" alkalmazása

• alkatrészről dokumentáció készítése

• alkatrész ellenőrzése, megjelenítése

• többet megtudni a versenytárs konstrukciójáról

• régészeti leletekből modell építése

• sebészeti segédeszközök előállítása

• "földidegen" alkatrészek űrkutatás számára

• protézisek, művégtagok gyártása

• multimédia és animáció

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

"Reverse engineering" folyamatábra

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Letapogatási stratégiák Manuális letapogatás

Ebben az esetben a felhasználó mozgatja a mérőfejet az általa legjobbnak tartott pálya mentén. Az előre maghatározott stratégia hiánya nem segít a pontokra történő görbék vagy felületek illesztésnél

 Lineáris letapogatás

A modellek egyenes mentén kerülnek letapogatásra. A digitalizálás iránya a majdani vagy feltételezett megmunkálás irányával lehet párhuzamos, illetve azzal szöget bezáró.

Egy vagy kétirányú letapogatás is lehetséges. Egyirányú letapogatás esetén a tapintó kiemelés után gyorsmenetben tér vissza kiinduló pozíciójába.

 Radiális letapogatás

Azok a felületek digitalizálhatók ezzel a módszerrel, amelyek egy adott forgástengelyhez viszonyítva megközelítőleg szimmetrikusak.

 Útmenti letapogatás

Egy jól definiált poligon görbe mindenkori pontjára merőlegesen történik a digitalizálás. A merőleges irányú elmozdulás mértéke tetszőleges lehet.

 Kontúrmenti letapogatás

Egy adott kontúr irányában ekvidisztans görbék mentén történik meg a felületi pontok meghatározása.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

CAD modell javítását indikáló információk

• folytonossági hiányok

• szabályos szöget bezáró felületek

• párhuzamos felületek

• egyenesek és körök (analitikus görbék)

• ismétlődő elemek távolsága

• él letörések, lekerekítések

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

CAE, a számítógépes analízis és

szimuláció eszközei és módszerei

• hálógenerálás

• alkatrészek hő és feszültség analízise

• rugalmas, képlékeny alakváltozások

• műanyagok folyásanalízise

• kinematikai analízis eszközei és módszerei

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Véges elemek hálója (FEM)

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

IPARI ROBOTOK

Definíció: Ipari robotoknak azokat a szabadon programozható, többcélú mechanizmusokat nevezzük, amelyek anyag, alkatrész, szerszám vagy egyéb eszköz egyszerűen változtatható program szerinti mozgatását, térbeli helyzetének megváltoztatását vagy megtartását, megfogását vagy elengedését, vagyis manipulálását végzik.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

A robotok alkotóegységei

Mechanika : A tárgy pozícionálását és mozgatását biztosítja

Effektorok : A tárgy megfogását vagy megmunkálását végzi

Motorok : A mozgás vagy az effektorok számára szükséges energiát biztosítja

Szenzorok : Érzékeli vagy analizálja a mechanizmus aktuális állapotát illetve környezetét

Vezérlés : A robotmechanizmus mozgását szinkronizálja

Számítógép : A robotprogram szerkesztése és futtatása, a robot tesztelése

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Az inverz transzformáció

A robotprogramozás alapproblémája a következő :

A tárgy egy pontja a szerszám koordinátarendszerében adott, és azt kell a világ koordinátarendszerbe transzformálni, vagyis az előzőekben felírt számítás inverze a feladat. Ennek az inverz transzformációnak azonban több megoldása is lehetséges (tehát szinguláris pontjai vannak a robot munkatérnek)

Néhány konfigurációs definícióval egyértelművé tehető a megoldás (jobb illetve bal kezes konfiguráció, alsó vagy felső állás)

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

A robot programozás három fajtája

• betanítás és a feladat ismétlése

• kódrendszerben történő programozás

• magasszintű programnyelven történő programozás

(az utasítások az emberi nyelv azonos értelmű szavainak felelnek meg)

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Számítógéppel Segített Robot Programozás

Computer Aided Robot Programming (CARP)

• a robotpályák meghatározása (CAD/CAM software segítségével)

• posztprocesszálás (a robot program generálása)

• a program áttöltése

• futtatás

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

•A robotkar mozgatásával

•Szimulátor mozgatásával

•"Teach box" alkalmazásával

A robot betanítása

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

CAQ számítógéppel segített minőségbiztosítás

• minőségbiztosítás általános elvei

• mérés minősítés eszközei

• SPC statisztikai minőségellenőrzés

• mérőgépek és CAD rendszerek kapcsolata

• felületek letapogatása (eszközök és módszerek)

• felületmodell és mért értékek összevetése, minősítése

Minden ipari tevékenység célja az, hogy a termékeket :

• kellő mennyiségben

• megfelelő minőségben

• gazdaságosan állítson elő

A minőség akkor megfelelő, ha :

• a szabvány előírásainak megfelel a termék

• a megrendelő átveszi a terméket

• a fogyasztó (vevő) nem reklamál

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Minőség meghatározása I.

 Számszerűsíthető jellemzők:

• teljesítmény

• hatásfok

• pontosság

• megbízhatóság

• üzemkészség

• üzembiztonság

• élettartam

• energiafogyasztás

• tömeg

• térfogat

•fajlagos mutatók

• moduláris felépítés

• kiépítettség

• zaj és rezgésmentesség

• környezetkímélés

• klímaállóság

• software-ellátottság

• HW-SW-kompatibilitás

• autómatizáltsági szint

• szolgáltatások (kimenetek)

• külföldi szabványoknak megfelelés

• felhasznált anyagok minősége

• referenciahelyek száma

• stb.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Minőség meghatározása II.

 Nem számszerűsíthető jellemzők:

• korszerűségi szint

• korszerűség tartalma

• rugalmas alkalmazhatóság

• sokoldalúság

• integrálhatóság

• a kezelés egyszerűsége

• a kiszolgálás komfortja

• karbantartási igény

• javíthatóság

• alkatrész és szerviz ellátottság

•a szerelés minősége

• értékesítési kultúra

• iskolázás, kiképzés

• továbbképzés, patronálás

• esztétikai tartalom

(anyagok választéka, térbeli forma, felületek minősége, színek harmóniája, betűk és számok típusa, jelek és szimbólumok alakja, fény- és hanghatások stb.)

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Nem megfelelő minőség következményei

Elemzés szerint a minőség nem megfelelő volta az alábbi következményekkel jár :

• a termék minőségével elégedetlen vevők 90%-a ezután elkerüli a terméket

• egy elfogadható átlagon felüli minden hiba legalább 3-4 % -kal csökkenti az eladási volument

• az elégedetlen vevők mindegyike legalább 9 további személynek mondja el a panaszát (de ez akár 20 fölé is emelkedhet)

• új vevőt csak 5-ször akkora ráfordítással lehet szerezni mint amekkorával a régit megtartani.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Minőségirányítási alapelvek• Vevőközpontúság : A szervezetek vevőiktől függetlenek, ezért ismerniük kell jelen és jövőbeli vevői szükségletet, teljesíteniük kell a vevők követelményeit és igyekezniük kell felülmúlni a vevők elvárásait.

• Vezetés : A vezetők megteremtik a szervezet céljainak és igazgatásának egységét. Hozzanak létre és tartsanak fenn olyan belső környezetet, amelyben a munkatársak teljes mértékig részt vesznek a szervezet céljainak elérésében.

• A munkatársak bevonása : A szervezet lényegét minden szinten a munkatársak jelentik, és az ő teljes mértékű bevonásuk a teszi lehetővé képességeik kihasználását a szervezet javára.

• Folyamatszemléletű megközelítés : A kívánt eredményt hatékonyabban lehet elérni, ha a tevékenységeket és a velük kapcsolatos erőforrásokat folyamatként irányítják.

• Rendszerszemlélet az irányításban : Az egymással összefüggő folyamatok rendszerként való azonosítása, megértése és irányítása hozzájárul ahhoz, hogy a szervezet eredményesen és hatékonyan elérje el a céljait.

• Folyamatos fejlesztés : A szervezet működésének átfogó, folyamatos fejlesztése legyen a szervezet állandó célja.

• Tényeken alapuló döntéshozatal : Az eredményes döntések az adatok és egyéb információ elemzésén alapulnak

• Kölcsönösen előnyös kapcsolatok a (be)szállítókkal : A szervezet és (be)szállítói kölcsönösen függnek egymástól, és egy kölcsönösen előnyös kapcsolat fokozza mindkettejük értékteremtő képességét.

NYME Informatika Intézet Tárgy : Informatika II

Folyamatszemléletű minőségirányítási rendszer modellje