NAČRTOVANJE IN PROIZVODNJA IZDEI.KOV Tatjana WELZER, Bogomir HORVAT TEHNIŠKA FAKULTETA MARIBOR UDK: 681.3.014 POVZETEK - Referat opisuje prednosti CAD in CAM sistemov. To so sistemi, ki omogočajo konstruiranje, oblikovanje, načrtovanje in proizvodnjo s pomočjo računalnika. Opisane so faze razvoja in iztlelave izdelka ter tehnična podatkovna zbirka, ki jo potrebujemo za uspešno delo sistemov za načrtovanje in proizvodnjo izdelkov- DEVELOPMENT AND MANUFACTURING OF PRODUCTS: The paper describes advantagesof CAD and CAM systems. This are systems for Computer Aided Design and Computer Auled Manufacturing. Described are development and manufactufing phases of products and tehnical data base, which we need [or succes ul work of CAD and CAMsystems. 1. UVOD Izdelke običajno načrtujemo za risalno desko. Ko so : odpravljene napake na papirju in je pripravljena vsa po- trebna dokumentacija, potrebujemo določen čas za izdela- vo modela in njegovo testiranje. Testni rezultati nam omo- gočajo odkrivanje napak ter popravljanje in spreminjanje parametrov izdelka v obliko primerno za proizvodnjo. Po uspelem preizkusu modela organiziramo redno proizvod- njo izdelka, ki zahteva različna ročna in strojna orodja ter primerno kvalificirano delovno silo. Zamudno risanje, odpravljanje napak, testiranje, izdela- va modela in uvajanje izdelkov v proizvodnjo so problemi, ki najbolj izstopajo in povzročijo, da izdelek od ideje do izvedbe že zastari. Mnogo teh problemov uspešno rešuje- jo CAD in CAM sistemi oziroma CAD/CAM sistemi. 2. CAD IN CAM CAD (Computer Aided Design) sistem omogoča konstru- iranje, oblikovanje in načrtovanje izdelkov s pomočjo ra- čunalniške opreme. Računalniku pri konstruiranju pre- puščamo predvsem rutinske naloge. Intenzivnost uporabe računalnika je odvisna cxl obsega teh nalog. CAD sistem sestavljajo miniračunalnik, masovni pomnilnik, grafični terrninal, risalna deska z elektronskim pisalom in si- stemska programska oprema. Celoten sistem je načrto- van tako, da omogoča uspešno komuniciranje z uporabni- kom . CAM (Computer Aided Manufacturing) je računal- niško podprta proizvodnja. Sistem sestavljajo računalniš- ko podprti numerično krmiljeni (NC) stroji in roboti, ki predstavljajo najvišjo stopnjo avtomatizacije. Osnovna prednost sistemov CAD/CAM je v tem, da od- pravljajo pregrado med razvojem izdelka na risalrii deski in njegovo proizvodnjo. Omogočajo nam skoraj takojšnjo prilagajanje proizvodnje novih izdelkov, istočasno pa nam nudijo: a) Kvaliteto - poveča se kvaliteta izdelka, tako v načrto- vanju kakor tudi pri izvedbi. Z uporabo CAD lahko pri konstrukciji izdelka raziščemo več možnih modelov. Natančno lahko raziščemo kritične točke in dosežemo večjo zanesljivost. b) Za izvedbo projekta porabimo mnogo manj časa, kot pri klasičnem načinu. Načrti so boljši, manj je nepo- trebnih podatkov, testi modelov ob spremembi para- metrov so hitrejši. c) Izboljša se medsebojna povezanost različnih progra- mov. Izhod nekega programa je lahko istočasno tudi vhod nekega drugega programa. d) CAD/CAM sistem nam v nekaterih primerih edini omogoča reševanje zapletenih in obsežnih problemov kot celote. e) Pri posameznih projektih v. klasičnem primeru sodeluje mnogo različnih strokovnjakov za posamezna področja. Z uporabo CAD/CAM sistema pa se število sodelav- cev lahko močno zmanjša. 3. RAČUNALNIŠKO PODPRTE FAZE RAZVOJA IN IZDELAVE IZDELKA Računalniško podprt razvoj in izdelavo izdelka izvedemo v več korakih: a) V fazi priprave projektne dokumentacije oblikujetno osnutek projekta izdelka. V njem podamo tehnične po- datke in zahteve o izdelku, njegove možne rešitve, prednosti in slabosti. Projektna dokumentacija vsebuje tudi finančno oceno izdelka stroške in čas izdelave, potrebna ročna in strojna orodja ter primerno kvalifi- cirano delovno.silo za razvoj in izdelavo izdelka. Obli- kovanje takšnega osnutka nam omogoča ustrezen in- formacijski sistem. Sistem zbira kvalitetne in najnq-=- vejše podatke (o materialih,. standarditi,, dimenzijah, lastnostih, značilnostih, meritvteh.ih kvaliteti) skrbi za njihov prenos, obdelavo, shrajijeyanje m dostav- Ijanje uporabnikom. " ".': •'.-•. . • , ''" b) Konstruiranje je proces obdelave podatfcov, katerih končni rezultat je izdelek 6ziroma;Ustrežna' intormaci- ^ja' o njem. Ristvo faze je iterativnfest} saj jo-lahko več- krat ponovimo in tako dobimo za isti izdelek v.eč mož- nih rešitev. Fazo konstruiranja sestavljata še dve pod- fazi: priprava koncepta in snovanja , nalogi, ki 292 ju v večini primerov rešuje konstrukter. Da je njegovo delo uspešno, mora razpolagati z množico informacij. . Informacije za posamezne izdelke in materiale so lah- ko ekonomske ali tehnične. Dobimo jih iz ustrezne po- datkovne zbirke in iz drugih informacijskih sistemov. Pri tem zahtevamo aktualnost (podatki morajo biti kar se da novi) in natančnost. c) Rezultat sinteze oziroma konstrukcije je želeni model izdelka. Preizkušamo lahko abstraktni (teoretični mo- del) ali fizični model (prototipni model, pilotski mo- del, pomanjšani model). Pred izdelavo modela pozna- mo tehnične zahteve in karakteristike večine agregatov in elementov (agregati so sestavne enote izdelka, ele- menti pa so sestavne enote le-teh). Ob njihovi zdru- žitvi pride do interakcije (medsebojnega vpliva zdru- ženih agregatov in elementov). To lahko povzroči spre- membo začetnih karakteristik in karakteristiko celot- nega prototipa. Zato dejanske karakteristike modela izmerimo in analiziramo s pomočjo različnih testnih programov. Vhodne podatke spreminjamo tako kot se spreminjajo v realnih pogojih delovanja in opazujemo njihove izhodne oziroma končne rezultate, ki jih dobi- mo v obliki diagramov, Izračunov in opisov. Z usti-ez- no računalnlško materialno in programsko opremo lahko rezultate izrišemo na zaslon grafičnega termi- nala all na papir. Pričakovani rezultati nas vodijo v iz- delavo izdelka in v pripravo dokumentacije. V nasprot- nem primeru pa fazo izdelave in preizkus modela iz- delka ponovimo. d) Izdelava izdelka predstavlja konec razvoja izdelka in začetek njegove serijske proizvodnje, ki jo lahko izva- jamo na različne načine. Klasična industrijska proiz- vodnja poteka za preprostimi "neinteligentnimi" stroji in z velikim deležem žive delovne sile. Pri težjih, ne- varnih in monotonih opravilih pa vedno pogosteje upo- rabljamo numerično krmiljenje - NC stroje. Ob na- daljnji avtomatizaciji proizvodnje lahko pričakujemo, da bodo živo delovno silo zamenjali roboti. Le-ti se v industriji pojavljajo na delovnih mestih s težkimi de- lovnimi pogogi, kot manipulatorji za prenašanje posa- meznih agregatov in elementov, za varjenje, barvanje in kontrolo. e) Priprava dokumentacije daje izhodne informacije o opravljenih nalogah v prfedhodnih fazah. Dokumentaci- jo o izdelku naredimo na osnovi predhodno postavljenih tehničnih zahtev za izdelek in iz rezultatov, ki smo jih dobill pri analizi in testiranju modela. Vsebuje pa tudi tehnične in tehnološke podatke o izdelku in njegovih ele- mentih. 4. ZBIRKA TEHNIČNIH PODATKOV Za izvedbo opisanih nalog potrebujemo kopico podatkov, karakteristik in standardov o posameznih agregatih in ele- mentih. Podatke hranimo v "informacijskem skladišču", ki ga sestavlja ena ali več podatkovnih zbirk (uporablja- mo tudi ime tehnična podatkovna zbirka). Podatkovno zbirko definiramo kot neredundantno zbirko vzajemno povezanih podatkov, kot množico višjih logičnih zbirk ali kot zbirko podatkov, ki so medsebojno povezani brez nepotrebne redundance in omogočajo optimalno iz- vajanje najrazličnejših aplikacij. Po svoji strukturi so po- datkovne zbirke lahko hirearhične, mrežne-ali relacijske. Hirearhična zbirka je sestavljena iz segmentov. Najvišji nivo ima le en segment - temeljni segment ali Izvor. Ra- zen izvora, imajo vsi ostali elementi nad sabo en sam te- meljni segment, ki pa je lahko element na višjem nivoju ležečega temeljnega segmenta. Drevesna struktura je lahko homogena, heterogena, uravnotežene ali neuravno- težena. Za razliko od drevesne strukture (kjer obstaja za posa- mezen nivo le en temeljni segment) imamo lahko v mrež- ni podatkovni zbirki več temeljih segmentov, kar nam omogoča poljubne povezave med posameznimi elementi. Za mrežo lahko tudi rečemo, da je homogena ali hetero- gena, odvisno od tipoveegmentov, ki jo sestavljajo. Zanimivo povezavo med elementi oziroma odvisnost med posameznimi segmenti nam daje relacijska zbirka podat- kov. Organizirana je v obliki tabele, kar je ugodno pred- vsem za uporabnika, saj lahko odvisnost med segmenti spremljamo v obeh smereh direktno, medtem ko moramo pri mreži ali drevesu posamezne povezave ugotavljati od nivoja do nivoja. Pri projektiranju in izdelavi zahtevnejših izdelkov pa po- trebujemo več računalnikov. Vsak računalnik skrbi za načrtovanje in izdelavo določenega elernenta ali skupine elementov. Za uspešno končno izvedbo izdelka, moramo računalnike povezati med seboj. Na računalniški mreži zgradimo avtomatiziran lokalni tehnično informacijski sistem, ki uporabnikom omogoča kvalitetno delo in ustrez- ne medsebojne komunikacije. 4.1. KLASIFIKACIJA PODATKOV Zahtevna naloga pri oblikovanju tehnične podatkovne zbir- ke je zbiranje podatkov. Raztreseni so po najrazličnejših mestih (v literaturi, priročnikih, dokumentaciji, zahte- vah uporabnikov, protokolih, ...). Zato je izredno težko vse te informacije neredudantno zbrati, saj so nekateri izmed naštetih virov večkrat nenatančni in neurejeni. Zbiranju podatkov sledi klasifikacija, pri kateri podatke sestavljamo v homogene kategorije ali skuplne, na osno- vi določenih skupnih značilnosti (dimenzija, material, oblika, barva, fizikalne in kemijske lastnosti).Pravilno klasifikacijo dosežemo z uporabo naslednjih pravil: - natančno definiramo posamezne karakteristike agrega- tov in elementov, - določimo logično strukturo podatkov, - zagotovimo nadaljnje širjenje homogenih kategorij in - upoštevamo pravila za klasifikaoijo. Po uspeli razvrstitvi oziroma združitvi podatkov v homo- gene skupine je naslednji korak identifikacija. Vsaki sku- pini podatkov in vsakemu podatku moramo prirediti ustrez- no šifro ali ključ, ki nam omogoča, da podatek vedno hi- tro in enostavno najdemo v tehnični podatkovni zbirki. Pri izbiri ključa imamo veliko možnosti, vendar moramo upo- števati omejitve, ki izhajajo iz morebitnih zahtev uporab- nišklh programov in sistema za upravljanje s podatkovno zbirko. Zato ključ izberemo tako, da bomo uporabili čim manj prostora. 5. ZAKLJUČEK Pri računalniško podprti proizvodnji. prihranimo mnogo časa pri konstrukciji in izdelavi izdelka. Preizkusimo oziroma testiramo lahko tudi več možnih rešitev in iz- beremo najboljšo med njlmi, kvalitetna zbirka tehničnih podatkov predstavlja zelo dobro osnovo za dokumentacijo in nadaljnje načrtovanje. Računalniško podprti sistemi za načrtovanje in proizvodnjo izdelkov bodo popolnoma zaži- veli ko bomo odpravili nekatere kritične točke. Izboljšati 293 moramo obstoječe informacijske sisteme, zbiranje in ob- navljanje podatkov, uvesti je potrebno sodobno opremo (grafični terminali, risalne deske z elektronskim pisalom, sodobni risalniki), izpopolniti je potrebno robote, dobro- došla pa bo tudi pomoč umetne inteligence. Pri uvajanju CAD/CAM sistemov, moramo upoštevati tu- di ekonomski in socialni vpliv teli sistemov v industriji. Hitrejša in avomatizirana proizvodnja zmanjšuje namreč število potrebnih delavcev, istočasno pa zahteva tudi ve- lika sredstva za popolno uveljavitev sistema in posodobi- tev proizvodnje. 6. UTERATURA 1. Carl Machover, Robert E. Blauth: The CAD/CAM Handbook Computervision, Dedford 1980 2. Martin Prašnički: Model sistema za avtomatizirano konstruiranje sklopov vozil z računalniško grafiko in miniračunalnikom , Magistrsko delo, VTŠ Maribor 1981 3. Interface challenges loom for CAM in computer-con- trolled automation, Electronic Design, November 10 1983, str. 109-127