POČÍTAČOVÁ PODPORA TECHNOLOGIE

Transkript

1 VUT Brno Fakulta strojního inženýrství ÚST odbor tváření kovů a plastů POČÍTAČOVÁ PODPORA TECHNOLOGIE SYLABY Ing. Miloslav Kopřiva BRNO 2002

2 ÚVOD V současné etapě rozvoje průmyslu lze docílit nejvyššího zefektivnění výroby využíváním nových technologií a plného zapojení počítačové podpory technologie do praxe. Bez akceptování těchto světových trendů růstu průmyslu by český průmysl nebyl konkurenceschopný. Za poslední období využívání počítačové podpory technologie největší rozvoj zaznamenaly software počítačové simulace v oblasti přípravy výroby s provázáním na systém řízení a plánování výroby pomocí počítačů. Promyšleným využitím počítačové simulace technologických procesů je dosahováno výrazných finančních úspor např. stanovováním predikce vytváření přeložek při objemovém tváření jak za tepla tak i za studena. V oblasti plošného tváření např. stanovením optimálních tažných rádiusů ap. Příkladem využívání výše uvedených software jsou mezi jinými podniky automobilového průmyslu, v naší republice je to AUTOŠKODA Mladá Boleslav či TATRA Kopřivnice. 1.0 POČÍTAČOVÝ SYSTÉM ŘÍZENÍ A PLÁNOVÁNÍ VÝROBY Uplatnění výše uvedeného systému je v následujících oblastech výroby ( např. software QUORT, IMPERIUM, a p.) : TECHNICKÁ PŘÍPRAVA VÝROBY tvorba kompletní dokumentace výrobků s vazbou na konstrukční systém,kusovníky, technologické postupy, kalkulace ODBYT evidence objednávek,vytváření výrobních příkazů v souladu s kapacitami podniku, vytváření požadavku na kooperaci mezi středisky ZÁSOBOVÁNÍ optimalizace stavu skladových zásob, evidence materiálu na skladech a meziskladech, rezervace a výdej materiálu na výrobní příkazy ŘÍZENÍ VÝROBY sledování výkonu pracovníků včetně mzdy,evidence nevýrobních časů, sledování produktivity práce, vyčíslení přímých nákladů v reálném čase, sledování parametrů jakosti výroby, evidence dokončené a rozpracované výroby, evidence nástrojů ŘÍZENÍ JAKOSTI sledování průběhu výroby na zakázce s možností snímání vybraných parametrů výroby a jejich statistického vyhodnocování, kompletní podklady pro certifikaci v souladu s normami ISO 9000, vyhodnocení maximálních a minimálních hodnot pro zadaný parametr SBĚR DAT Z VÝROBY volitelný způsob sběru dat umožňující snímání signálů ze strojů, hlášení výroby a jakosti z terminálů nebo personálních počítačů PLÁNOVÁNÍ VÝROBY sestavení plánu výroby podle sortimentu nebo objednávek,případně z výrobních příkazů včetně kalkulace kapacitních nároků pro plné využití tento systém vyžaduje kvalitní síťové propojení počítačů, hardwarové vybavení je dostačující na běžném standartu vybavení Office provozů. 2

3 1.1 Sběr dat z výroby Řízení výroby založené na sběru dat v reálném čase poskytuje následující přínosy : EFEKTY V OBLASTI KONTROLY PRACOVNÍKA - eliminace administrativní práce (oběh papírových formulářů) - zvyšování produktivity práce - okamžitý signál pro vedení v případě výskytu problému - kontrola výrobních a nevýrobních časů - sledování skutečných přímých nákladů se zvláštním zřetelem na analýzu příčin navýšení nákladů EFEKTY V OBLASTI KONTROLY PRACOVNÍCH MÍST A STROJŮ - monitorování strojů a technologických celků - zpětná vazba na plánování výroby - kontrola výrobních a nevýrobních časů - komunikace s lokálními řídícími systémy - sledování stavu opotřebení nástrojů v reálném čase EFEKTY V OBLASTI OBCHODNÍ ČINNOSTI - nepřetržité sledování rozpracované a odvedené výroby - totální kontrola kvality, podklady pro certifikaci ISO plánování zakázek podle aktuálního stavu výrobních kapacit - rychlá komunikace s odběrateli 3

4 EFEKTY SPOJENÉ S ORGANIZACÍ A ŘÍZENÍM VÝROBY - upřesňování normovaných časů podle skutečných průběhů - optimalizace rozpisu výroby na pracoviště - signály o úzkých místech ve výrobě - snižování rozpracovanosti - řízení meziskladů a sledování spotřeby materiálu EFEKTY V OBLASTI ADMINISTRATIVY - veškerý sběr dat a jejich zpracování je realizován bez dodatečných nákladů, ihned po vstupu dat z pracoviště do systému jsou data automaticky zpracovávána 2.0 VÝPOČTOVÁ ANALÝZA A SIMULACE V PŘÍPRAVĚ VÝROBY Výpočtová analýza a simulace je řešena převážně pomocí programových souborů metody konečných prvků, spojených v jeden integrovaný celek. Zde jednotliví členové plní specielní úlohy a přitom jsou vzájemně propojeni, používají stejného počítačového zařízení. Průběh etap vývoje : - konstrukční návrh nebo projekční návrh - optimalizace tvaru a funkce - technologie výroby - zkoušky prototypů obr.1 4

5 Výhody použití výpočtových prostředků pro analýzu a simulaci v přípravě výroby se projevují v těchto oblastech: - snížení nákladů a zkrácení času na vývoj nového výrobku - zvýšení spolehlivosti, bezpečnosti a ekologičnosti - zvýšení efektivnosti zkoušek prototypů - podstatné zvýšení produktivity práce - sdílení hardware 2.1 Software přímé podpory technologií Nedílnou součástí přípravy výroby s provázáním na systém řízení a plánování výroby pomocí počítačů jsou software přímé podpory technologií, tyto software obvykle řeší dílčí úseky technické příprava výroby jako je stanovování normativů výrobních časů, přehled rozpracovanosti výroby, stanovování cenových relaci a p., představitelé jsou např. software LADY NORMS a KALK 4. Tyto software pracují na běžných PC používaných v kancelářské praxi a jejich obsluha nevyžaduje složité zaškolení. Pracovní postup při určení výrobního času : zadání a popis součásti určení druhu technologie zadání charakteristických parametru součásti a operace výpočet export výsledků do souboru nebo na tiskárnu Bližší informace jsou uvedeny v Sylabu tabulky a návody. 2.2 Vývojové etapy CAD / CAM Pro rozvoj systémů počítačové podpory výrobního procesu existuje několik mezníků ve kterých proběhl zásadní zvrat v technické i organizační koncepci výroby : aplikace numericky řízených strojů řízení pomocí číslicového počítače vznik koncepce CNC a DNC strojů první realizace pružných výrobních buněk, uplatnění skupinové technologie, aplikace pružných výrobních systémů integrované CAD/CAM systémy, systémy pro plánování a řízení výrobního procesu, plné uplatnění filozofie CIM 5

6 3.0 PŘEHLED POČÍTAČOVÉ PODPORY VÝROBNÍHO PROCESU Jaká je provázanost jednotlivých systémů počítačové podpory je zřejmé z obr.2, nejvíce je ve světové průmyslové výrobě z oblasti CIM využívána kombinace CAD/CAM a to pro svou maximální efektivitu. obr.2 : 4.0 SIMULACE V CIM Simulace výrobních procesů velmi významně přispívá k zvýšení produktivity ve fázi přípravy výroby. Nejvíce simulačních software používá k výpočtu metodu konečných prvků MKP - FEM. Ve strojírenství simulujeme procesy velmi širokého spektra problémů od simulace technologií až po simulace celých zařízeni a strojů. 6

7 4.1 Metoda konečných prvků (FEM) Metoda konečných prvků byla vyvinuta pro numerické řešení napjatosti, deformace, teplotních polí, hlukovou analýzu atd. v konstrukcích za podmínek elastického, tedy lineárního chování materiálu. FEM patří mezi variační metody, kde se sestavuje výsledný funkční předpis aproximací nenulových funkcí jen v omezených oblastech, tzv. konečných prvcích. Konečné prvky se získají rozkladem oblasti na troj, čtyř, šestiúhelníkové prvky v rovině a jejich analogiích v prostoru, které jsou vzájemně disjunktní. Aproximační funkce se volí jednoduché, za hranicemi prvků se pokládají rovny nule. Na hranici prvků musí být splněn požadavek spojitosti, což vede na závislost kombinačních koeficientů elementárních funkcí. Problematiku řeší eliminace koeficientů v uzlových bodech. V oblasti tváření není splněna podmínka linearity závislosti napětí-deformace. Proto samotné řešení je složitější. Pro modelování tvářecích procesů pomocí FEM je nutné uvážit materiálový model. Materiálové modely používané jednotlivými softwary na FEM analýzu jsou následující: - tuhoplastický model - tuhoviskoplastický - elasticko plastický - elasticko viskoplastický První dva modely lze s výhodou použít v případech, kdy můžeme zanedbat elastickou deformaci, tj. zejména u tváření za tepla. Pomocí tuhoplastického modelu FEM byla řešena úloha izotemického kování. Vstup do výpočetního systému FEM se požije rovnice Levy-Misesova, v dalším se musí ošetřit kontaktní okrajové podmínky ( rychlost uzlu=rychlost nástroje ), třecí kontaktní podmínky se udávají dvojím způsobem. První způsob je pomocí Coulombovského modelu tření, nebo faktorem tření. Musí se také ošetřit body neutrální, jejichž rychlost je nulová. Tímto modelem lze simulovat kombinovaný výpočet deformační a teplotní. U teplotního výpočtu se vyjde z 1. a 2. zákona termodynamiky. Viskoplastický přístup modelu FEM využívá Norton-Hoffův zákon, přístup zahrnuje vliv okolní teploty, deformační zpevňování a kontaktní podmínky. Aplikace tohoto přístupu, jež je výpočtově náročnější než tuhoplastický model, ale aplikace jsou širší. Mezi hlavní aplikace patří: - simulace kontinuálního lití - válcování za tepla - superplastické tváření tenkých plechů - kování za tepla i za studena Elasticko plastický model chování materiálu se využije tam, kde předešlé přístupy již nestačí, díky tomu, že zahrnuje vliv elastické deformace. To znamená, že se s výhodou použije pro simulaci tváření za studena. Důležitým procesem během simulace je remeshing, neboli obnova nadmíru zdeformované sítě FEM. U simulace tváření je tato fáze velice důležitá, protože vlivem velkých deformací dochází k velké deformaci sítě FEM, což přináší zvýšené numerické chyby při výpočtu. Metoda konečných prvků je v praxi nejpoužívanější a také dává dobré výsledky, velkým problémem je implementace vhodného výpočtového modelu materiálových vlastností, protože jak již bylo uvedeno výše, každý model se hodí pro jiný typ úloh. 7

8 Práce se simulačním systémem má tři základní fáze: - preprocessing, zde se připravuje geometrický model, jehož modelování je součástí simulačního softwaru, nebo se geometrie importuje z CAD systému, určují se materiálové konstanty, parametry stroje, parametry pracovního procesu - processing, kde dochází k vlastnímu výpočtu výše uvedenými metodami, s vlastnostmi implementovanými do systému - postprocessing, zde se zobrazují výsledky z vlastní analýzy 4.2 Základní pojmy MKP SÍŤ OBJEKTU Síť objektu je konečněprvková síť, která je nezbytná pro řešení jakéhokoli problému metodou konečných prvků. Geometrický tvar objektu je nezbytné nejprve popsat pomocí makroprvků, potom rozdělit jejich makrohrany a pak danou oblast automaticky pokrýt sítí konečných prvků tak, aby s optimální hustotou aproximovala tvar daného objektu. Síť OBJEKTU obsahuje následující pomocné entity, které slouží pro vytvoření sítě konečných prvků: - MAKROUZEL - MAKROHRANA - MAKROPRVEK a dále entity sítě konečných prvků: - PRVEK SÍTĚ - UZEL SÍTĚ MAKROPRVEK je entita sítě daného objektu. Makroprvek je uzavřená posloupnost makrohran a pouze pro něj lze vytvořit síť konečných prvků. Síť lze na makroprvku vytvořit po nadělení všech jeho makrohran. V programu FORMFEM může být vytvořen makroprvek dvou typů: -logický čtyřúhelník kde čtyři geometrické body tvoří makrouzly, které definují vrcholy logického čtyřúhelníka. Makrohrany spojují makrouzly a mohou se skládat z více než jedné nebodové geometrické entity. Pro vytvoření sítě na logickém čtyřúhelníku musí být protilehlé makrohrany naděleny na stejný počet dílků a pro tento typ makroprvku lze vytvořit síť pouze ze 4-uzlových čtyřúhelníkových prvků. 8

9 - obecný N-úhelník kde makrouzly jsou geometrické body ležící ve vrcholech N-úhelníka. Makrohrany jsou hrany N-úhelníka a každá se skládá jen z jedné nebodové geometrické entity. Pro vytvoření sítě na obecném N-úhelníku není dělení makrohran nijak omezeno, ale pro tento typ makroprvku lze vytvořit síť pouze ze 6-ti uzlových trojúhelníkových prvků. MAKROUZEL je entita sítě objektu, která definuje počátek a konec makrohrany daného makroprvku. Makrouzel je význačný geometrický bod objektu z hlediska globálního popisu jeho tvaru (roh logického čtyřúhelníka, vrchol obecného N-úhelníka). MAKROHRANA je entita sítě daného objektu, která definuje hranu makroprvku. Makrohrana je spojnice dvou makrouzlů daného makroprvku a skládá se z jedné nebo více nebodových entit geometrie objektu. RASTR je mřížka pevně spojená s deformujícím se objektem typu tvářený polotovar. Na počátku tvářecího procesu je rastr vytvořen jako pravoúhlá mřížka, která se deformuje a názorně zobrazuje tok materiálu v průběhu tvářecího procesu. 4.3 Modelování vlivu tření na simulovaný proces Nedílnou součástí korektní simulace řešené problematiky je otázka tření. Tření je fenomén, jež ovlivňuje velikost tvářecí síly potřebné k danému procesu. Tření má za následek opotřebení materiálu nástroje, dále povrchové poruchy tvářeného materiálu, jež mohou vést ke zmetkovitosti. Třecí síla, nebo obecněji třecí napětí se určuje, jak už bylo zmíněno výše dvěma přístupy. První přístup, Coulombův, je určení třecí síly na základě znalosti koeficientu tření a normálové síly: F t = µ.f n nebo pro napětí τ = µ.σ Druhý přístup je alespoň pro první aproximaci bere za materiálovou konstantu pevnost ve 9

10 střihu nezávislou na styčném tlaku, konstantu m a pevnost ve střihu deformovaného tělesa. τ i = m τ 0 Ani µ, τ i, nepodávají informaci o kontaktních podmínkách dvojice tvářecí nástroj- tvářený polotovar, ale podávají zprávu o relacích mezi třecími a ostatními parametry procesu. Pokud užijeme podmínku HMH, τ 0 =0.577.σ, µ nemůže teoreticky přesáhnout hodnoty V procesu tváření chceme dosáhnout, aby τ i <τ 0, pokud je τ i =τ 0 ( m=1), dochází ke tření kdy ulpívá materiál a ke smyku nedochází na po povrchu, ale uvnitř materiálu. U nemazaného styku je stykové napětí τ i =τ 0 měkčího materiálu, což je nežádoucí a je nutno užít maziva, které sníží třecí faktor m. SEZNAM POUŽITÝCH OZNAČENÍ F n normálová síla MPa F t tečná síla MPa m třecí faktor 1 µ koeficient tření 1 τ i smykové napětí MPa τ 0 pevnost ve smyku Mpa 4.4 Rozdělení simulačních software : dle simulovaných jevů : statické dynamické smíšené geometricky v principu dělíme po posouzení tvaru a složitosti tělesa do tříd : 3D - obecné tvary součástí 2D - a.) rovinné b.) osově symetrické deformace (rotační řezy součásti) teplotně : za tepla za studena dle materiálového modelu : s odpružením bez odpružení dle tření: konstantní proměnné dle teplotního režimu : přeměna třecí a deformační práce na teplo přestup tepla 10

11 režim processingu : plně automatický obslužný kombinovaný určení stupně deformace : pro velké malé deformace - mezní hodnota: ε = 0,3 4.5 Kriteria volby simulačního software hlavní posuzované parametry : - poměr výkon / cena - snadnost editace - stupeň náročnosti obsluhy - doba přípravy vstupních dat - doba výpočtu - možnosti CAD - CAM - možnosti výsledků v post processingu nedílnou součástí volby software je i jeho testování na známé součásti kdy je nutná shoda tvarů v postpro-cessingu dále teploty, technologických vad atd. s reálnou součásti. POZOR simulace v režimu 2D řez, předpoklad - tok materiálu jen v rovině řezu a všechny složky napětí, deformace a vlastnosti materiálu zůstávají konstantní. 4.6 Přehled dosažitelných simulačních software a jejich vlastnosti : 4.61 Software pracující dvojdimenzionálně i trojdimenzionálně : MARC / Autoforge Umožňuje simulace a to jak v oblasti objemového tak i plošného tváření a to za tepla,i za studena. Software umožňuje práci v režimu 2D i 3D. Software pracuje s odpružením tvářeného materiálu. Je možno volit jak elasto-plastický tak tuho-plastický materiálový model. Je tedy možno pracovat s pružnými i tuhými nástroji. Většinu vlivu ovlivňujících tvářecí proces lze pro každou individuální simulaci volit dle potřeb řešeného problému. Databáze materiálu,která je k dispozici Software pracuje metodou FEM. Má možnost automatického i manuálního nastavení hustoty sítě. Během simulace,pokud není zadáno jinak dochází k automatickému přesíťování. Provedení pro operační systém NT4.0 nebo UNIX. 11

12 Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : a) pro režim 2D : 64 MB RAM, 300 MB HDD, PC P 120 MHz b) pro režim 3D: 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 200 MHz DEFORM Také tento software pracuje metodou konečných prvků. Simulace řeší v celé škále teplot běžně používaných v tváření.umožňuje simulace a to jak v oblasti objemového tak i plošného tváření. Software umožňuje práci v režimu 2D i 3D. I zde je možno volit jak elasto-plastický tak tuho-plastický materiálový model. Je tedy možno simulace provádět pružnými i tuhými nástroji. Je zde k dispozici mnoho modulů a nástrojů, které umožňují zahrnout všechny podstatné vlivy ovlivňující tvářecí proces. Hustota sítě má možnost automatického i manuálního nastavení, dle charakteru řešené simulace. I tento software během simulace,pokud není zadáno jinak, automaticky přesíťovává simulační síť. Materiálová databáze je otevřená. Provedení softwaru je pro operační systém NT4.0 nebo UNIX. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : a) pro režim 2D : 64 MB RAM, 300 MB HDD, PC P 120 MHz b) pro režim 3D: 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 233 MHz FORGE 2, 3 FORGE 2 Tento software je určen pro simulaci tváření za tepla i za studena pro všechny tvářecí operace. Také tento software pracuje metodou FEM. Software pracuje jak s tuhými tak i deformovatelnými tělesy. K významným výhodám patří možnost na základě výsledků simulace předvídat vznik mikrotrhlin v tvářeném polotovaru. Také tento software má otevřenou materiálovou databázi. Je dodáván v provedení pro operační systémy UNIX nebo Win NT 4.0. FORGE 3 Od dvojdimenzionálního FORGE 2 se liší tím, že zatím umí řešit pouze problematiku tuhých těles. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : a) pro režim 2D : 32 MB RAM, 300 MB HDD, PC P 120 MHz b) pro režim 3D : 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 233 MHz 12

13 4.62 Software pracující jen trojdimenzionálně SUPERFORGE Software pracuje metodou konečných objemů. Je to nový směr směřující ke zkrácení simulačních časů. Software pracuje v režimu 3D. Umožňuje simulace a to jak v oblasti objemového i plošného tváření a to jak za tepla,tak za studena. Systém pracuje s tuho-plastickým materiálovým modelem. Nemá zatím vytvořeny žádné databáze ani není možnost je vytvářet. Znamená to tedy, že pro každou simulaci je nutno všechna potřebná data vytvářet znovu. Také kreslící editor nezvládá složitější modelování. Pokud není zadáno jinak, během simulace dochází k automatickému přesíťování. V současné době je software dodáván jen pro operační systém UNIX. Nyní končí vývoj verze 2.0, která již bude umožňovat práci pod operačním systémem Win NT4.0. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 233 MHz PAM STAMP Pracuje metodou konečných prvků s operačními systémy UNIX a Win NT 4.0. Je určen převážně pro simulace v oblasti lisování a hlubokého tažení plechů uvažuje vlivy přítlačné síly přidržovačů. Vzhledem k tomu ze pracuje s elasto-plastickým materiálovým modelem výsledky simulací zahrnují vliv odpružení. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 233 MHz 4.63 Software pracující jen dvojdimenzionálně FORMFEM Software pracuje metodou konečných prvků s úplnou teplotní vazbou. Pro simulaci lze volit tři typy prvků simulační sítě. Slouží pro simulování tvářecích procesu v oblasti objemového i plošného tváření a to za tepla i za studena a to pro oblasti, kde plastické deformace převyšují deformace elastické. Kromě výše uvedené problematiky řeší také oblast válcování plochých vývalků a protahování. Součástí software je také kreslící editor, který je na své možnosti limitované simulaci na PC vybaven velmi komfortně. Samozřejmostí je také jako u podobných software načítání geometrie ve formátu DXF. V průběhu výpočtu lze volit automatické přesíťování. Databáze materiálů je poměrně rozsáhlá a otevřená. Součástí simulačního software je také modul pro simulaci tepelného zpracování a to jak nasimulovaných tvářenců, tak součástí, které jsou pouze tepelně zpracovávány. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 32 MB RAM, 350 MB HDD, PC Pentium 90 MHz 13

14 Q Form Tento software je pokračovatelem software Form 2d. Je již určen na rozdíl od svého předchůdce jen pro operační systémy Windows 95 a vyšší.simulační software pracující v režimu 2D. Pracuje s tuho-plastickým modelem materiálu s možností použití elastických nástrojů. Je určen pro simulaci objemového i plošného tváření jak za tepla, tak i za studena, s omezeními vyplývajícími z možností výše uvedeného materiálového modelu. Mezi jiným tento software lze použít pro simulaci vtlačování, ražení, děrování a vystřihování, kalibrování,tlakovou a tahovou zkoušku, zkoušku tvrdosti vtlačováním, případně i pro určování součinitele tření. Software umožňuje víceoperační simulace.kreslící editor je na dobré úrovni, samozřejmostí je možnost transportu geometrie pomocí CAD souborů. Databáze je dostatečně vybavená a je otevřená. Součástí software je i modul TOOL používaný pro rozbor napjatosti a deformace nástrojů. Je nabízen také modul pro elektropěchování a tváření porézních materiálů. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 32 MB RAM, 350 MB HDD, PC Pentium II 90 MHz Form 2D starší software dosud hojně používaný. Simulační software pracující v režimu 2 D využívající MKP. Pracuje s tuho-plastickým modelem materiálu. Je určen pro simulaci objemového i plošného tváření jak za tepla tak i za studena s omezeními vyplývajícími z možností výše uvedeného materiálového modelu. Součástí software je i modul TOOL používaný pro rozbor napjatosti a deformace nástrojů. Lze jej vybavit modulem pro elektropěchování a tváření porézních materiálů. Software je řešen pro operační systém MS DOS a pro Win 3.x Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 4 MB RAM, 250 MB HDD, PC - Pentium Software pro simulaci tváření plastů C - MOLD provádí simulace vstřikování plastů za tepla. Pracuje v režimu 3D. Software pracuje s odpružením tvářeného materiálu.je možno pracovat s pružnými i tuhými nástroji. Většinu vlivů ovlivňujících proces vstřikování plastické hmoty lze pro každou individuální simulaci volit dle potřeb řešeného problému. Software pracuje metodou FEM. Má možnost automatického i manuálního nastavení hustoty sítě. Během simulace,pokud není zadáno jinak dochází k automatickému přesíťování. Provedení je pro operační systém NT4.0, Win 95, Win98 nebo UNIX. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 233 MHz 14

15 RAPIDMESH I tento software pracuje metodou konečných prvků. Je určen pro provádění simulace vstřikování plastů za tepla, simuluje např. plnění a chlazení formy, dotlak, smrštění při lisování plastů. Pracuje v režimu třídimenzionálním. Je možno pracovat s pružnými i tuhými nástroji. Lze volit dle potřeb řešeného problému většinu vlivů ovlivňujících proces vstřikování plastické hmoty pro každou individuální simulaci. V průběhu simulace,pokud není zadáno jinak, dochází k automatickému přesíťování. Má možnost automatického i manuálního nastavení hustoty sítě. Proveden je pro operační systém NT4.0, Win 95, Win98 nebo UNIX. Požadavky na hardware ( minimální konfigurace ) : 128 MB RAM, 500 MB HDD, pracovní stanice 233 MHz 4.65 Univerzální software metody FEM - MKP : K nejvíce využívaným software metody konečných prvků se řadí FEM software ANSYS a NASTRAN a to především v oblasti pevnostních výpočtů. 4.7 Hardware pro simulační software: Pro simulační software obecně platí tato standardní konfigurace počítačů : režim 2D : standardní PC (RAM 128, PENTIUM III, min. 1GB HDD ) 3D : špičkové PC pro jednodušší simulace, standardní pracovní stanice a to až 8 procesorové pro složité simulace 4.8 Podmínky korektnosti postprocessingu jsou především v oblasti absolutní korektnost vstupních dat. Jedná se především o oblast materiálových dat, teplot, maziv. Zde se totiž pracuje s exponenciálními funkcemi a proto i malá odchylka od skutečnosti zapřičiní značně nekorektní výsledky simulace. 4.9 Hlavní důvody pro využívání počítačové simulace : 1. Simulací lze řešit i velmi složité technologické operace, které jsou neřešitelné nebo obtížně řešitelné analytickými metodami, popř. kde by použití analytického řešení bylo příliš zjednodušující. Pomocí simulace je rovněž možné prověřit výsledky docílené jinými metodami z hlediska experimentů nebo výsledků z praxe 2. Simulace umožňuje studium chování tvářeného materiálu v reálném, zrychleném nebo zpomaleném čase. Po zhotovení geometrického modelu a provedení simulačního výpočtu lze pak během několika minut např. odsimulovat průběh celé technologické operace. 15

16 3. Již samotné zkušenosti z tvorby simulačního modelu mohou vést k návrhům na zlepšení geometrie či materiálu. Vytvoření simulačního modelu (tj. zjednodušeného popisu reálného stavu) totiž není možné bez důkladné analýzy zkoumaného problému, která může odhalit v samém začátku zpracování zadání značné rezervy. 4. Simulace nabízí komplexní pohled na studovaný problém a umožňuje tak jeho analýzu na základě více kriterií. Změnou jednoho konstrukčně-technologického parametru lze sledovat jeho vliv jak na chování tvářeného materiálu, na průběh technologické operace tváření operace i na případné vady produktu (trhliny, přeložky, nezatečení aj.). 5. Pomocí simulace je možné důkladně prověřit různé varianty řešení. To umožňuje minimalizovat rizika chybných rozhodnutí. Dá se tak předejít event. dodatečným opravám tvářecích nástrojů, které jsou náročné jak časově, tak ekonomicky. 6. Možnost využití již jednou vytvořeného simulačního modelu i v dalších činnostech, např. využití pro další podobné případy, popř. při školení pracovníků. Simulační model tak tvoří v podstatě know-how zásobník podniku. 7. Simulace podporuje tvůrčí práci. Tento bod vyplývá z výhod využívání počítačové simulace. Získání rychlých výsledků různých variant, možnost ověření si i netradičních řešení, větší přehled o procesu - to vše podporuje proces hledání a rozhodování a tím tvůrčí práci pracovníků. Přínosy i náklady se velmi liší případ od případu a nedají se předem jednoznačně určit, protože jsou odvislé od konkrétního projektu. Náklady na simulaci záleží i na tom, zda se jedná o první, pilotní projekt, či o opakovaný projekt. Ze zkušenosti se ukazuje, že při včasném a správném nasazení simulace je možné dosáhnout přínosů několikanásobně vyšších, než jsou náklady s ní spojené. Kvalitativní faktory přitom mohou vést ještě k dalšímu výraznému zlepšení ekonomických výsledků. 5.0 OBLAST TECHNICKÁ : 5.1 Oblast software pro zadání geometrie a podkladů pro vytvoření sítě MKP Základní zadávané parametry pro sítě MKP : OBJEKT 1. určení typu prvku sítě - 4 uzlový čtyřúhelník - 8 uzlový čtyřúhelník - 6 uzlový trojúhelník 2. určení makroprvku - 4 uzlový - obecný - obecný automaticky vytvořený ( jen pro 6 uzlový trojúhelník ) 3.dělení makrohran - na počet na dané entitě ( počet a poměr ) - na délku (délka 1. posledního a úseku ) 16

17 4. informační počet - dílků hrany makroprvku - entit sítě makroprvku 5. vytvoření sítě - klasické - automaticky VLASTNOSTI OBJEKTU parametry objektu - model materiálu - viskoplastický - pro polotovar - elastoplastický - pro polotovar - nedeformovatelný - pro nástroj - elastický - pro nástroj součást - model geometrie - rotační symetrie - rovinná deformace - počáteční teplota - rastr ( počet čar horizontálních i vertikálních obvykle max.. 50 ) ZADÁNÍ GEOMETRIE součástí v režimu 2D a 3D určují dodavatelé simulačních software obvykle se jedná a soubory *.dxf a *.prt. Příklad zadané geometrie s vlastnosti a podmínkami po ukončeném preprocessingu: obr.3 17

18 6.0 VÝSTUPY POSTPROCESSINGU ukázka z řešení problému problematiky tažení tlustého plechu za poloohřevu Obr.4 průběh teplotního pole po skončení tažné operace ( FormFEM ) Standardně jsou software využívané v oblasti tváření a tepelném zpracování materiálu v postprocessingu vybaveny jak pro nástroje, tak zpracovávanou součást grafickými výstupy průběhu deformace, napětí, rychlosti, predikce porušení materiálu a přeložek, stupně deformace, rychlosti deformace, teplot, průběhu tvářecí síly,tvářecí práce. 6.1 Výstupy simulací - další možnosti : Některé úzce specializované software podle účelu svého zaměření mají i další možnosti výstupu z postprocessingu a to např.: -zhrubnutí zrna -rozdělení strukturních fází -zbytkové pnutí -makrotrhliny -opotřebení, -pohyb daného bodu za simulace 18

19 7.0 OBSAH : Úvod Počítačový systém řízení a plánování výroby 2 1.1Sběr dat z výroby Výpočtová analýza a simulace v přípravě výroby Software přímé podpory technologií Vývojové etapy CAD / CAM Přehled počítačové podpory výrobního procesu Simulace v CIM Metoda konečných prvků FEM Základní pojmy MKP Modelování vlivu tření na simulovaný proces Rozdělení simulačních software Kriteria volby simulačního software Přehled dosažitelných simulačních software a jejich vlastnosti Software pracující dvojdimenzionálně i trojdimenzionálně Software pracující jen trojdimenzionálně Software pracující jen dvojdimenzionálně Software pro simulaci tváření plastů Univerzální software Metody FEM - MKP Hardware pro simulační software Podmínky korektnosti postprocessingu Hlavní důvody pro využívání počítačové simulace Oblast technická Oblast software pro zadání geometrie a podkladů pro vytvoření sítě MKP 16 Objekt 16 Vlastnosti objektu 17 Zadání geometrie Výstupy postprocessingu Výstupy simulací - další možnosti Obsah Seznam použité literatury 20 19

20 8.0 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. Harley, P., Pilinger, J., Sturgess, C. : Numerical Modelling of Material Deformation Processes, Spriger-Verlag Rowe G., Strugress C.: FEM plasticity and metalforming analysis, Cambridge University Press Kánocz, A.: Metoda konečných prvků v mechanice poddajných těles. ČVUT Praha Kolář, V., FEM: Principy a praxe metody konečných prvků, Computer Press Praha Kratochvíl C., Ondráček E.: Mechanika těles- počítače a MKP, VUT Brno Schey, J.: Metal deformation processes friction and lubrication, Marcel Dekker, New York Hutchings, I.: Tribology- friction and wear engineering materials, Cambridge University Press Williams, J.: Engineering tribology, Oxford University Press Manuály: FORM 2-D, MARC AUTOFORGE, MSC SUPERFORGE 1.0, FORMFEM Čermák,J.: Cíle a možnosti využívání simulací ve tváření kovů, ČVUT Praha Hrubý J., Petruželka J.:Výpočetní metody ve tváření,všb TU Ostrava - Ostrava Kříž R., Vávra P.: CIM Počítačová podpora výrobního procesu, svazek 2, oddíl F, SCIENTIA spol. s.r.o. Praha