MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ INSTITUT CELOŽIVOTNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ ZÁVĚREČNÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ INSTITUT CELOŽIVOTNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ ZÁVĚREČNÁ PRÁCE Brno 2007 Ing. Jiří Schreier

2 Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Institut celoživotního vzdělávání Metodika využití ICT ve strojírenských předmětech na odborných školách Závěrečná práce Vedoucí práce: Ing. Ludmila Brestičová Vypracoval: Ing. Jiří Schreier Brno

3 Prohlašuji, že jsem závěrečnou práci na téma Metodika využití ICT ve strojírenských předmětech na odborných školách vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. V Opavě dne 1. září

4 Abstract Schreier, J. Methodology of using ICT in the subjects of engineering in special schools. Final work. Brno, The work deals with using ICT in special subjects of engineering in secondary special schools and vocational schools. It describes the present state of using CA technologies during school teaching, using PC for machine parts and devices (CAD-Computer Aided Design) designing, the code for CNC machines (CAM- Coputer Aided Manufacturing) creating and it deals with using PC as an implement for quality controlling, for obtaining of the dates from the manufacture and creating of the measuring records (CAQ-Computer Aided Quality). Key words CAD/CAM technologies, CAQ, metrology, ICT Abstrakt Schreier, J. Metodika využití ICT ve strojírenských předmětech na odborných školách. Závěrečná práce. Brno, Práce se zabývá využitím ICT v odborných předmětech strojírenských na středních odborných školách a středních odborných učilištích. Popisuje současný stav využití CA technologií při výuce, využití počítače při navrhování strojních součástí a zařízení (CAD-Computer Aided Disign), tvorbu kódu pro CNC stroje (CAM-Computer Aided Manufacturing) a zabývá se problematikou využití počítače jako nástroje pro řízení kvality, pro pořizování a vyhodnocování dat z výroby, tvorbu měrových protokolů (CAQ-Computer Aided Quality). Klíčová slova CAD/CAM technologie, CAQ, metrologie, ICT. 4

5 OBSAH 1 Úvod 6 2 Cíl práce 6 3 Současný stav využití CA technologií Pojmová mapa PLM, aplikace využívané v praxi Mezioborové vztahy ve výuce strojírenských oborů a jejich návaznost na PLM Současný stav využití ICT v odborném školství 10 4 Metodika využití ICT v CAQ Kvalita ve strojírenství Péče o kvalitu v České republice Struktura počítačové podpory řízení jakosti Výuka CAQ na středních odborných školách Evidence a kalibrace měřidel Kalibrace měřidel Vyhodnocování naměřených hodnot 20 5 Návrh vzdělávacího programu pro výuku CAQ 22 6 Využití dalších oblastí CA technologií ve školství Řešení technických výpočtů pomocí MITCalc FEM 28 7 Závěr 29 8 Seznam použité literatury 30 9 Seznam obrázků 31 Přílohy 32 5

6 1 ÚVOD Oblast PLM (Product Lifecycle Management) je v současné době nejkomplexnějším popisem správy životního cyklu výrobku v produkční sféře. PLM řešení v sobě sdružuje jak systémy, postupy a nástroje pro řešení problematiky přímo svázané s realizací nového, případně inovovaného výrobku, tak systémy, nástroje a postupy pro zabezpečení správy vlastního digitálního obsahu. Integrální součástí PLM je přímá podpora ekonomických, účetních, správních a marketingových činností. Jde o soubor systémů, od CAD, CAM, CAE, CAQ, přes řízení dat, vizualizaci, různé simulace výroby, až po systémy pro komunikaci se zákazníky a subdodavateli apod. Cílem zavedení těchto integrovaných systémů je zkrácení celkového času vývoje a náběhu výrobku do výroby a na trh. Místo sekvenčního procesu vývoje a přípravy výroby je tak umožněno pracovat paralelně a to jak v celé firmě, tak ve spolupráci se subdodavateli a zákazníky. Současný trend vývoje průmyslu musí kopírovat cíle a metody vzdělávání budoucích pracovníků, aby se co nejrychleji mohli adaptovat na nové podmínky v oblasti strojírenství. Analytická společnost Gartner Group došla k následujícímu závěru: Do roku 2007, výrobci Fortune 1000 (tj.přední světoví výrobci), kteří nepřijali PLM strategii podporovanou softwarem se stanou neschopnými konkurence (pravděpodobnost 90%). 2 CÍL PRÁCE Cílem práce je zmapovat současné trendy ve strojírenské výrobě, ve výuce na středních odborných školách a navrhnout metodiku využití ICT ve strojírenských předmětech na středních odborných školách. Současně vytvořit metodiku výuky CAQ, připravit vzdělávací program včetně výukového materiálu. 6

7 3 SOUČASNÝ STAV VYUŽITÍ CA TECHNOLOGIÍ 3.1 Pojmová mapa PLM, aplikace využívané v praxi Obr. 1 Pojmová mapa PLM 1 CAD (Computer Aided Design), systémy pro zpracování konceptu návrhu a designu nového, případně inovovaného výrobku, poskytují postupy a technologie řešící návrh geometrických a rozměrových charakteristik výrobku. Digitální popis výrobku může být realizován buď jako standardní 2D výkresová dokumentace, nebo jako 3D model definovaný pomocí objemů a ploch charakterizovaných nejčastěji pomocí rozměrových a geometrických parametrů. Typické aplikace: AutoCAD, Inventor, SolidEdge, SolidWorks, NX, CATIA, Pro/Engineer. CAE (Computer Aided Engineering), systémy pro podporu inženýrských činností, poskytují nástroje, které usnadňují technické výpočty a analýzy vedoucí k optimalizaci funkčnosti, geometrie a rozměrů nového, případně inovovaného výrobku v průběhu jeho návrhu. Do této oblasti patří také systémy pro řešení kinematických vazeb a pohybových studií. Tato systémy úzce souvisí s oblastí návrhu, optimalizace geometrie a určení mechanických vlastností nového, případně inovovaného výrobku. Typické aplikace: MITCalc, CosmosMotion, EPLAN, integrované funkce v CAD CAM (Computer Aided Manufacturing), systémy pro počítačovou podporu výroby, poskytují nástroje pro přípravu technologických operací realizovaných na obráběcích, tvářecích případně jiných typech produkčních strojů řízených 1 Obrázek byl převzat z portálu zabývající se problematikou CA technologiemi. 7

8 jistým typem řídícího kódu. Geometrie výrobku pro návrh technologie může být převzata z CAD systémů, případně vytvořena přímo v integrovaném modeláři. Tato oblast úzce souvisí s problematikou CNC (Computer Numeric Control) strojů a DNC (Distributed Numeric Control) produkčních sítí. Typické aplikace: SurfCAM, EdgeCAM, MasterCAM, SolidCAM, AlphaCAM. CAQ (Computer Aided Quality), systémy posilující řízení jakosti, poskytují nástroje pro řízení kvality. Většinou se jedná o soubor datově provázaných programových modulů sloužících pro počítačovou podporu řízení kvality, pro pořizování a vyhodnocování dat z výroby, podporující oběh dokumentů a umožňující napojení na podnikové informační systémy prostřednictvím standardních forem. Typické aplikace: Palstat CAQ, CAQ AG Factory Systems. CRM (Customer Relationship Management), systémy podporující přímou spolupráci se zákazníky, posilují základní hybný proces celého výrobního a inovačního procesu a tím jsou zákaznické požadavky, připomínky a názory. CRM systémy zajišťují a posilují zpracování těchto informací s možností okamžitých analýz. Jedná se ve své podstatě o management zákaznických vztahů, vyhledávání poznámek ze schůzek, důležitých informací o zákaznících a příslušných dokumentů apod. Nejmarkantněji se potřeba nových nástrojů pro kontakt se zákazníky projevila se vznikem call center. Typické aplikace: SAP CRM, Super Office, Siebel Insurance, Oracle Marketing. EAM (Enterprise Asset Management), systémy pro řízení údržby a správu podnikového hmotného majetku, se zaměřují především na minimalizaci celkových provozních nákladů souvisejících s provozem všech výrobních zařízení, na jejich maximální dostupnost pro výrobní operace a na prodloužení jejich životnosti. Systémy mají ve většině případů modulární stavbu pro řešení konkrétních problémů (majetek, záruky, optimalizace, kapacity apod.). Typické aplikace: EMPAC, IMPACT XP, Datastream Systems MP5. ERP (Enterprise Resource Planning), podnikové plánování zdrojů, je souborem aplikačních funkcí pro podporu analytických činností, finančního řízení, řízení lidských zdrojů, řízení logistiky a korporačních služeb. Systém umožňuje dále přehledně uchovávat finanční data společnosti a nabízí možnosti vytváření finančních přehledů pro vyhodnocování hospodaření společnosti. Typické aplikace: SAP ERP, iscala, LCS Noris NET. FEM - Finite Element Metod (systémy pro analýzy pomocí metody konečných prvků) doplňují CAE systémy o analytické řešiče multifyzikálních úloh v mechanice, pružnosti pevnosti, akustice, termice, elektrostatice a celé řadě jiných 8

9 oblastí. Tato systémy úzce souvisí s oblastí návrhu, optimalizace geometrie a určení mechanických vlastností nového, případně inovovaného výrobku. Typické aplikace: COMSOL, MSC Nastran, MARC, ANSYS. PDM (Product Data Management), nástroje pro správu dat o výrobku, poskytují samostatné nebo integrované prostředky pro archivaci, výměnu a analýzu digitálního obsahu. Propojují mezi sebou datové výstupy z jednotlivých aplikací a umožňují verifikaci jejich variant. Součástí PDM systémů jsou nástroje pro podporu schvalovacího řízení. Data jsou v PDM systémech analyzována nejčastěji pomocí uživatelsky definovaných atributů na úrovni návrhu nebo použitých technologií. Tyto systémy usnadňují a zefektivňují práci s rozpiskami, kusovníky a dalšími technickými dokumenty. PDM nástroje podporují často celou řadu datových formátů a jsou přímo určeny pro podporu týmových projektů CSCW (Computer Supported Cooperative Work). Typické aplikace: Teamcenter, Autodesk Vault, SmarTeam, Axalant. SCM (Supply Chain Management), řízení dodavatelského řetězce, je strategií managementu pro optimalizaci všech činností a systémů pro zabezpečení dodávky produktů a služeb od dodavatelů surovin přes jejich výrobu nebo vývoj, přes distribuční kanály až ke koncovému spotřebiteli. Hlavními oblastmi dodavatelského procesu je plánování, získávání, výroba, dodání a reklamace. Aplikace jsou obvykle řazeny do dvou kategorií: aplikace pro plánování (stanovení optimálního stavu) a aplikace pro realizaci (evidence a sledování). 3.2 Mezioborové vztahy ve výuce strojírenských oborů a jejich návaznost na PLM ICT a mezioborové vztahy patří ke stěžejním otázkám výuky odborných předmětů postavených na využití aplikované informatiky. Jakákoli integrace ICT do výuky, pokud není úzce propojena s reálnou praxi, je neperspektivní. Řešení vlastní problematiky systematického začlenění ICT do výuky strojírenských oborů je nutné realizovat nad úrovní výuky odborných předmětů. Tento krok není možné realizovat pouhým propojením ICT s jednotlivými odbornými předměty. ICT jsou pouze tvůrčím nástrojem, který akceleruje rutinní činnosti, zvyšuje efektivitu a kvalitu provedené práce. Je nutné dbát v jednotlivých oblastech integrace výuky a ICT především na mezipředmětové vztahy a vazby výuky jednotlivých odborných předmětů. ICT musí tuto mozaiku informací zefektivnit a přiblížit reálnému stavu v průmyslové praxi. 9

10 Obr. 2 Mezioborové vztahy ve výuce strojírenských předmětů 2 Jedná se o komplexní průřezové projekty, které prochází výukou na střední škole od prvotního návrhu v technickém kreslení, přes výpočty v mechanice a pružnosti až po konkrétní návrh virtuálního prototypu výrobku a jeho výrobu pomocí CA aplikací. Samozřejmostí by měla být v budoucnu oboustranná komunikace a správa dat v rámci realizovaného výrobku pomocí PLM systémů. 3.3 Současný stav využití ICT v odborném školství Současný stav využití ICT ve výuce strojírenských odborných předmětů je úzce spojen s CA technologiemi. Současný stav můžeme rozdělit do tří základních oblastí: návrh součástí, tvorba kódu pro CNC stroje a simulace výroby, kontrola jakosti výrobků Návrh součástí Informační technologie mění celou koncepci výuky technické dokumentace. Při tvorbě výkresové dokumentace se využívají 2D a 3D aplikace. Mezi nejpoužívanější patří AutoCAD, Inventor, SolidEdge, SolidWorks a Catia. Klasická výkresová dokumentace ustupuje do pozadí. Výkres je vyjadřovacím prostředkem popisujícím geometrii a vlastnosti výrobku (rozměr, 2 Obrázek byl převzat z portálu zabývající se problematikou CA technologiemi. 10

11 tvar, povrch, tepelné zpracování apod.). Pokud tyto údaje mohou být převzaty například technologickými nástroji, může být výkres sekundární. Současná výuka je orientována na 3D modelování. Model není jen pouhou informací o geometrii a rozměrech budoucího výrobku. Je skutečnou virtuální kopií reálného objektu, často včetně jeho fyzikálních vlastností. Může být tedy na virtuálním stroji testován a vyroben s nulovou potřebou materiálu a lidské práce. Obr. 3 Schéma konstrukčního řešení 3 Mezi hlavní přínosy používání strojírenských 3D návrhových systémů patří: vizualizace, analýzy, variantní řešení, vytvoření 2D dokumentace, napojení na výrobu, interoperabilita (schopnost vzájemné spolupráce a výměny dat) Tvorba kódu pro CNC stroje Výrobek, který je navržen, musí být schopny technologie vyrobit. Je tedy zřejmé, že pouze nasazení samotných CAD systému do předvýrobních etap je při navrhování složitých tvarových dílců pouze částečným a neúplným řešením. 3 Obrázek byl převzat z portálu zabývající se problematikou CA technologiemi. 11

12 CAD software musí úzce spolupracovat se systémem pro tvorbu obecného programu pro řízení stroje, musí generovat přímo použitelné řídící programy pro jednotlivé řídící systémy CNC strojů. Pro oblast výroby je geometrie modelu výrobku přímo zdrojem informací pro návrh technologie výroby a řídícího programu obráběcího stroje. CAM technologií pokrývá poměrně široké spektrum technologických činností. Zahrnuje prakticky veškeré typy obrábění a nekonvenčních metod. Největší předností CAM pro výuku je simulace obrábění přímo v prostředí virtuálního stroje. Můžeme výrazně snížit náročné investice do většího množství pracovišť s obráběcími stroji a vyučovat CAM přímo na učebnách výpočetní techniky. Navíc si můžete odzkoušet technologická řešení na různých typech produkčních obráběcích strojů, které jsou cenově školám prakticky nedosažitelné. Mezi nejpoužívanější CAM software využívaných pro výuku patří SurfCAM, EdgeCAM, MasterCAM, SolidCAM a AlphaCAM Kontrola jakosti výrobků Jestliže předchozí dvě oblasti jsou na středních odborných školách vyučovány v poměrně dobré kvalitě, modul CAQ poměrně silně zaostává. Je to způsobeno zejména nedostatkem kvalitního a cenově dostupného softwaru. Dalším problémem je cenová dostupnost digitálních měřidel s datovým výstupem na PC a propojenost výuky s praxí. Jelikož na středních odborných školách s praktickým vyučováním jsou vhodné podmínky pro zavedení CAQ do výuky, chci se touto problematikou ve své práci zabývat. 4 METODIKA VYUŽITÍ ICT V CAQ 4.1 Kvalita ve strojírenství Kvalita a její dlouhodobé zajištění je dnes nedílnou součástí každého výrobního podniku. Se vstupem do EU bylo a je nutné budování podnikových systémů jakosti. Smyslem budování podnikových systémů jakosti není jen vytváření rozsáhlé dokumentační pyramidy ani samotná certifikace, nýbrž pouze maximální míra spokojenosti zákazníků při minimálních nákladech. V současné době existuje několik koncepcí budování systému jakosti. Jde o soubor východisek, předpisů a norem, na kterých mohou být systémy jakosti vytvářeny Koncepce ISO V roce 1987 Mezinárodní standardizační organizace ISO zveřejnila soubor norem, které se výhradně zabývaly požadavky na systém jakosti. Původní soubor 12

13 pěti norem se postupně rozrůstal, vznikali normy nové. Změnu přinesla revize z roku 2000 známá pod názvem ISO Koncepce TQM Total Quality Management (TQM) je proces neustálého zlepšování ve všech oblastech, na kterém se podílejí všichni zaměstnanci firmy s cílem maximálně uspokojit požadavky zákazníků a současně dosáhnout ekonomického přínosu pro organizaci. Koncepce TQM se neřídí žádnou normou, je postavena na šesti základních pilířích: orientace na zákazníka, prevence, neustálé zlepšování, účast všech zaměstnanců, komunikace a informace, vliv na okolní prostředí Podnikové standardy Podnětem pro vybudování podnikových standardů byly americké společnosti, k nimž se přidávaly další, pro které bylo budování systému jakosti důležité. Příkladem jsou VDA normy, QS 9000, EAFQ, AQAP. 4.2 Péče o kvalitu v České republice V roce 2000 přijala vláda České republiky svým usnesením program Národní politiky podpory jakosti. Řízením programu je pověřena Rada České republiky pro jakost, která je poradním, iniciačním a koordinačním orgánem vlády ČR. V Radě jsou zastoupeny všechny resorty, podnikatelská sdružení a svazy, nevládní organizace zabývající se jakosti a zástupci spotřebitelů. Národní politika podpory jakosti (NPJ) je souhrn metod a nástrojů ovlivňování jakosti výrobků, služeb, činností v rámci národní ekonomiky a služeb veřejné správy, přijatý usnesením vlády ČR č. 458 ze dne Cílem programu Národní politiky podpory jakosti je vytvořit v České republice prostředí, ve kterém je jakost přirozenou součástí života společnosti. 13

14 4.3 Struktura počítačové podpory řízení jakosti Aplikací výpočetní techniky a jejího programového vybavení do řízení jakosti se zabývá na českém trhu několik společností. Významnou společností zabývající se podporou řízení jakosti je firma PALSAT s.r.o. ve Vrchlabí. Její produkty využívá např. Škoda Auto a.s. Mladá Boleslav, RUBENA a.s. Hradec Králové, ETA a.s. Hlinsko aj. Obr. 4 Struktura řízení jakosti společnosti PALSAT 4 Počítačová podpora jakosti CAQ je navržena jako integrovaný informačně řídící systém pro podporu managementu jakosti. Systém je dělen na jednotlivé oblasti a moduly, které pokrývají celou oblast požadavků mezinárodních norem pro management jakosti. 4 Obrázek byl převzat z portálu PALSAT CAQ, dostupný na portálu zabývající se problematikou CAQ. 14

15 4.4 Výuka CAQ na středních odborných školách Výuka CAQ na středních odborných školách a středních odborných učilištích by měla být směřována zejména do oblasti metrologie. Danou problematiku lze rozdělit do několika oblastí: normy související s budováním podnikových systému jakosti a metrologii, metody měření, měřidla a praktická měření se standardními měřidly a s digitálními měřidly s datovým výstupem, evidence a kalibrace měřidel, zpracování naměřených hodnot, grafické výstupy a měrové protokoly. Pro potřeby Střední školy technické v Opavě byl zvolen program Metrolog W2007 pro evidenci, kalibraci a výpočet způsobilosti měřidel a program WinProtokol pro zpracování naměřených údajů do měrových protokolů, grafické a číselné vyhodnocení a tisk měrových protokolů. Autory programu jsou Ing. Miroslav Jakub a Viktor Houdek, bližší informace nalezneme na Tento program používají pro výuku např. TU v Liberci Fakulta strojní a ČVUT Praha - fakulta strojní, z firem uveďme alespoň Aero Vodochody a.s., Metra Blansko, a.s., VOP Nový Jičín a Výtahy Schindler Praha. 4.5 Evidence a kalibrace měřidel Nezbytnou oblastí prevence před nekvalitní produkcí, eliminací chyb a tím i úsporou nákladů firmy jsou programy v oblasti CAQ evidence měřidel. Programové vybavení pro evidenci a kalibraci měřidel a měřicích prostředků je určeno pro aplikaci ve výdejnách měřidel a nářadí, pro vedení okamžitého stavu měřidel (majitel měřidla, umístění, stavu kalibrace měřidla) a v metrologických laboratořích, kde se měřidla a měřicí prostředky kalibrují a vyřazují nevyhovující měřidla. Základní znaky používaného software: jsou tvořeny v souladu se zákonem č. 505/1990 Sb. - Zákon o metrologii a č. 262/2000 Sb. - Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu, kterou se zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření, mají uživatelsky příjemné prostředí a intuitivní ovládání, protože reagují na požadavky a připomínky z jeho praktického používání, evidenci a automatickou kontrolu platnosti ověření etalonů, stanovených, pracovních a orientačních měřidel, obsahuje podrobně zpracovaný záznam o každé prováděné kalibraci s vyhodnocením výsledků a nejistot kalibrace, vícestupňové filtrováni, čímž jsou požadované informace přehledné a snadno dostupné, kromě evidence ověření respektive kalibrací i evidenci historie měřidla. 15

16 4.5.1 METROLOG W2007 Program METROLOG je určen pro pracovníky metrologických oddělení podniků a organizací, sloužící pro sestavování evidence měřidel, sledování termínů platných kalibrací, přípravu seznamů měřidel určených pro pravidelnou kalibraci. Síťová verze zajišťuje současný přístup několika uživatelů, kteří mají nastavena přístupová práva. Obr. 5 Dialogové okno pro nastavení přístupových práv Evidence měřidel Nevýznamnější položkou programu je KARTA. Zde se provádí zobrazení karet vložených měřidel, zobrazení vyřazených měřidel a zobrazení karty dodavatele metrologických služeb. U zobrazené karty měřidla lze provádět kalibraci, opravovat údaje o umístění měřidla, vyřadit ho z evidence, stanovit podle Metody 1 (BOSCH) nebo Metody2 (MSA) způsobilost měřidla Karta MĚŘIDLA Každé měřidlo má svoji kartu, ve které jsou umístěny přehledně ty nejdůležitější informace. 16

17 Obr. 6 Karta měřidla Množství vyhledávacích tlačítek umožní spolehlivě a rychle najít měřidlo a zobrazit o něm všechny potřebné údaje. Vyhledání konkrétního měřidla je prováděno podle: oboru použití měřidla, názvu měřidla, rozsahu měřených hodnot, evidenčního, inventárního, výrobní čísla nebo kódu měřidla, uživatele, osobního čísla pracovníka nebo střediska Karta DODAVATELÉ METROLOGICKÝCH SLUŽEB V této kartě si můžete zaznamenávat potřebné údaje o vašich dodavatelích metrologických služeb. Obr. 7 Karta Dodavatelé metrologických služeb 17

18 4.6 Kalibrace měřidel V programu METROLOG W2007 lze provádět kalibraci pomocí šablon. Vnitřní kalibrace měřidla, které jsou součástí programu nebo pouze kalibraci či ověření měřidla pouze zaevidovat a skutečné kalibrační listy od externích kalibračních firem mít založeny v pořadačích Vnější kalibrace měřidla Vnější kalibrace měřidla Tato funkce se hlavně použije u malých firem, pro které se ekonomicky nevyplatí si pořizovat etalony na všechny pracovní měřidla, která používá ve výrobě. Proto zadává jiným externím kalibračním firmám kalibraci svých měřidel a v programu vede pouze evidenci. Obr. 8 Dialogové okno Vnější kalibrace měřidla Vnitřní kalibrace měřidel Při použití vnitřní kalibrace je celá kalibrace provedena pomocí programu METROLOG W2007. Kalibrace měřidel se provádí zadáním jmenovitých rozměrů a tolerancí rozměrů. 18

19 Obr. 9 Formulář pro kalibraci pevných měřidel Vyhodnocení kalibrace měřidla Po provedené kalibraci a zaznamenání naměřených úchylek do formulářů budeme navedeni programem na závěrečné vyhodnocení kalibrace. Tímto hodnocením prochází každé měřidlo, které je podrobeno vnitřní kalibraci. Pokud měřidlo splňuje všechny požadavky, je hodnoceno jako vyhovující a je mu přiřazen parametr stav měřidla v procentních bodech. Obr. 10 Dialogové okno Vyhodnocení stavu měřidla Program umožňuje vygenerování kalibračních listů ve formátu.pdf nebo.doc a jejich tisk. 19

20 Obr. 11 Kalibrační list měřidla Způsobilost měřidel Podle mezinárodních norem řady ISO 9000 a hlavně podle požadavků zákazníků je výrobce povinen vyšetřovat způsobilost měřidel. Při používání zkušebních prostředků dochází k nepřesnostem při měření. Chyby měření jsou zapříčiněny vlivem nepřesnosti měřidla, měřící metody, obsluhy měřidla, nestálých měřících podmínek a dalších vlivů. V programu METROLOG je možné vyšetřovat způsobilost vybraných měřidel pomocí METODY 1 (dle metodiky Bosch) a METODY 2 (dle MSA, ANOVA). 4.7 Vyhodnocování naměřených hodnot PROTOKOL 2007 Program Protokol 2007 zpracovává naměřené údaje do měrových protokolů, graficky a číselně je vyhodnotí a provede tisk. Obsahuje podporu úchylek ISO, tabulek s netolerovanými rozměry a norem pro výpočet závitů (M a G). Naměřené údaje je možné transportovat do jiných programů a souborů (EXCEL, WORD, TXT, PDF...) a dále je zpracovávat. Naměřené údaje lze do databáze rozměrů vkládat ručně pomocí klávesnice nebo přímo z digitálních měřidel, jestliže je k dispozici příslušné vybavení na komunikaci měřidla s PC. Program má několik stupňů přístupových práv, která zabezpečují přesně vymezené práva jednotlivých uživatelů programu Vytvoření protokolu Nový protokol můžeme vytvořit několika způsoby: ručně - údaje se vkládají pomocí klávesnice, 20

21 souborem - naměřené údaje z jiného produktu (2D/3D) se automaticky převedou do programu PROTOKOL, kopírováním - použije se již jednou vytvořený protokol, který se okopíruje pod nové číslo a datum a původní údaje se pouze upraví podle nových naměřených rozměrů. Naměřená data, která získáme měřením ručně vkládáte do připravených polí jednotlivých kót nebo přenášíme přímo prostřednictvím rozhraní digitálních měřidel s datovým výstupem. Pro lepší identifikaci měřeného dílu je možné umístit do měrového protokolu obrázek (*.jpg, *.bmp a další). Obr. 12 Dialogové okno Měrového protokolu Obr. 13 Měrový protokol Prostřednictvím nabídky lze vyhodnotit statistiku měření, grafický výstup naměřených hodnot a tisk měrového protokolu. 21

22 5 NÁVRH VZDĚLÁVACÍHO PROGRAMU PRO VÝUKU CAQ Název: METROLOGIE A KONTROLA JAKOSTI Cíl programu: vytvořit komplexní systém vzdělávání CA technologií CAD/CAM/CAQ, seznámit žáky kurzu s legislativou zabývající se kontrolou jakosti a CAQ. Obsah programu: Rozsah: seznámení s legislativou normy související s budováním podnikových systému jakosti a metrologii (zákon č. 505/199 Sb. Zákon o metrologii a č. 262/2000 Sb. Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu, kterou se zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření, seznámení s problematikou zavádění certifikace dle ISO 9001:2001, přehled měřidel, jejich použití a zásady správného měření, evidence měřidel (program Metrolog), kalibrace měřidel, praktická měření, vyhodnocení naměřených hodnot (program Protokol), exkurze do akreditované zkušební a kalibrační laboratoře. vzdělávacích dnů 6, vzdělávacích hodin 24 hodin. Cílová skupina: kurz je určen pro žáky studijních oborů Mechanik strojů a zařízení, Mechanik seřizovač. Vstupní předpoklady: základní znalosti v oblasti Metrologie, základní obsluha PC. Návaznost programu: CAD/CAM systémy. Počet účastníků ve skupině: 6 22

23 Místo konání: Lektoři: SŠT Opava, Kolofíkovo nábř. 51, Opava, teoretická část: učebna VT, praktická část: dílna CNC techniky. Ing. Jiří Schreier legislativa, základní pojmy metrologie, evidence měřidel (program Metrolog), Karel Michálka, Jaroslav Lenc kalibrace měřidel, praktická měření a zpracování měrových protokolů (program Protokol), exkurze do akreditované zkušební a kalibrační laboratoře. Metody a formy vzdělávání: teoretická část (výklad, seznámení s problematikou PLM a CAQ, evidence měřidel v programu Metrolog), praktická část (praktické činnosti, kalibrace měřidel, měření a vyhodnocení naměřených hodnot v programu Protokol, exkurze). Ukončení vzdělávacího programu: ověření znalostí z oblasti legislativy a evidence měřidel formou testu, vypracování měrového protokolu na základě praktického měření, provedení a vyhotovení kalibračního protokolu posuvného měřítka, mikrometru. 23

24 Tématický plán vzdělávacího programu METROLOGIE A KONTROLA JAKOSTI 1 Hodina Téma TEORETICKÁ ČÁST Současný stav CA technologií, pojmová mapa PLM. Seznámení s legislativou zabývající se metrologií a kontrolou jakost (zákon č. 505/199 Sb. Zákon o metrologii a č. 262/2000 Sb. Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu, kterou se zajišťuje jednotnost a správnost měřidel a měření, ISO 9001/2001). Péče o kvalitu v ČR. Seznámení s programem Metrolog, evidence měřidel, karta měřidla, kalibrace měřidel, označení měřidel. PRAKTICKÁ ČÁST Kalibrace měřidel, kalibrační postupy, kalibrace posuvného měřítka a mikrometr, kalibrační protokol. Praktická měření, vyhodnocení naměřených hodnot, tvorba měrových protokolů v programu Protokol. Exkurze do akreditované zkušební a kalibrační laboratoře. Výklad Výklad Metoda Výklad Práce v programu Metrolog Výklad Praktická ukázka Práce s programem Protokol Exkurze 6 VYUŽITÍ DALŠÍCH OBLASTÍ CA TECHNOLOGIÍ VE ŠKOLSTVÍ Další oblast CA technologií, která není běžně využívaná ve výuce je oblast technických výpočtů, CAE a FEM. Je to dáno finančními požadavky na daný software a skutečnost, že technické výpočty jsou částečně součásti některých aplikací CADu. Mezi aplikace řešící danou problematiku patří zejména MITCalc, CosmosMotion, COMSOL, MSC Nastran, MARC, ANSYS. Přijatelným řešením pro školy může být využití aplikace MITCalc, která je obsahově i cenově přijatelná pro výuku. 24

25 6.1 Řešení technických výpočtů pomocí MITCalc MITCalc je sada strojírenských, průmyslových a technických výpočtů. Spolehlivě, přesně a hlavně rychle nás provede návrhem součásti, řešením technického problému či výpočtem strojírenského uzlu bez větších nároků na speciální odborné znalosti. Aplikace je řešena jako otevřený systém navržený v Microsoft Excelu, ve kterém je možné provádět úpravy či uživatelská rozšíření bez jakýchkoli programátorských znalostí. Tím je také umožněno jednoduché propojování jednotlivých částí jak mezi sebou, tak s uživatelskými výpočty a tabulkami. Výpočty jsou navržené jak podle ČSN, tak podle celé řady dalších mezinárodních norem (DIN, EN, BS, ANSI) a podporují milimetrovou a palcovou soustavu jednotek. Většina výpočtů umožňuje přímý výstup do podporovaných 2D CAD systémů. Ve výpočtu stačí vybrat cílový CAD systém a vybrat pohled (typ zobrazení). Do CAD systému je pak umístěn zvolený výkres ve správném měřítku a v odpovídajícím systému hladin. Řešení je maximálně otevřené. Je tak možné snadno připojit další CAD systémy nebo definovat nové šablony výkresů založené na vypočítaných hodnotách. Podporované 2D CAD systémy: DXF soubor, AutoCAD, AutoCAD LT, IntelliCAD, Ashlar Graphite, TurboCAD. 3D CAD systémy jsou podporovány formou samostatné instalace, která obsahuje kromě výpočtů i příslušné parametrické modely a interface mezi Excelem a příslušným 3D CAD systémem. Do sestavy je možné vkládat nejen samostatné díly, ale i skupiny součástí (podsestavy). Můžete tak například vložit najednou kompletní řešení řemenového převodu, které je plně asociativní a při změně parametrů výpočtu se příslušným způsobem změní i rozměry vloženého dílu (podsestavy). Podporované 3D CAD systémy: Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge, Pro/ENGINEER. Součásti a komponenty lze pomocí MITCalc také přímo generovat. Většina výpočtů má podobné uživatelské rozhranní, jehož předností je logická struktura úlohy shora dolů, od zadání k výsledkům. 25

26 Obr. 14 Uživatelské rozhraní aplikace MITCalc Moduly aplikace MITCalc: Nosníky program je určen k výpočtu přímých maximálně třikrát staticky neurčitých nosníků s konstantním osově symetrickým profilem. Hřídele výpočet je určen pro geometrický návrh a komplexní kontrolu hřídelí. Profily výpočet řeší plošné charakteristiky obecných profilů a hmotnostní charakteristiky těles vzniklých vytažením nebo rotací profilu. Vzpěr štíhlých prutů výpočet je určen k návrhu optimálního průřezu a k pevnostní kontrole štíhlých prutů namáhaných na vzpěr. Čelní ozubení výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh a kontrolu čelního ozubení s přímými a šikmými zuby. Kuželové ozubení výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh a kontrolu kuželového ozubení s přímými, šikmými a zakřivenými zuby. Návrh převodového poměru tento sešit obsahuje dva pomocné výpočty k výpočtům převodů. Valivá ložiska I, II výpočet je určen pro výběr, výpočet a kontrolu valivých ložisek společnosti SKF. Klínové řemeny výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh řemenových převodů klínovými řemeny. Ozubené řemeny výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu řemenových převodů ozubenými řemeny. 26

27 Válečkové řetězy výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu běžných řetězových převodů válečkovými řetězy. Převod více řemenicemi/řetězovými koly výpočet je určen pro geometrický návrh řemenových/řetězových převodů s více koly (max. 15). Šroubový spoj výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu předepjatého šroubového spoje, namáhaného statickým resp. cyklickým zatížením, působícím jak v ose šroubu, tak i v rovině spojovaných částí. Spojení hřídelí perem, drážkováním výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu tvarových spojů hřídele s nábojem. Spojení hřídelí nalisováním, svěrným spojem výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu silových spojů hřídele s nábojem s válcovou stykovou plochou. Čepové a kolíkové spoje výpočet je určen pro geometrický návrh a pevnostní kontrolu čepových a kolíkových spojů. Tlačné pružiny výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh šroubovitých pružin válcových tlačných z drátů a tyčí kruhového průřezu formovaných za studena, namáhaných statickým resp. cyklickým zatížením. Tažné pružiny výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh šroubovitých pružin válcových tažných z drátů a tyčí kruhového průřezu formovaných za studena, namáhaných statickým zatížením. Zkrutné pružiny výpočet je určen pro geometrický a pevnostní návrh šroubovitých pružin válcových zkrutných z drátů a tyčí kruhového průřezu formovaných za studena, namáhaných statickým resp. cyklickým zatížením. Tolerance tento sešit obsahuje tabulky a výpočty pro snadnou volbu uložení strojních součástí a určení jejich rozměrových tolerancí a úchylek. Toleranční analýza pro analýzu lineárních, rovinných a prostorových rozměrových řetězců jsou k dispozici dva programy, které kromě základní analýzy obsahují i řešení některých speciálních věcí, jako je například analýza rozměrového řetězce deformovaného v důsledku změny teploty a návrh tolerancí pro selektivní montáž. Převody jednotek, tabulky MITCalc obsahuje kromě mnoha výpočtů, také řadu srovnávacích a převodních tabulek. Technické vzorce sešit obsahuje řešení mnoha desítek základních vzorců z oblastí fyziky, techniky a strojírenství. Ke vzorcům je dostupná nápověda, obrázky a v mnoha případech i výběrové tabulky s hodnotami různých koeficientů a materiálových vlastností. 27

28 6.2 FEM Metoda konečných prvků (FEM Finite Element Method) je disciplína umožňující již ve fázi návrhu zkontrolovat chování a vlastnosti součástí, vystavených požadovanému zatížení. Podle zjištěných výsledků je možné provést konstrukční úpravy návrhu nebo přímo optimalizovat zvolené součásti a skupiny na požadované vlastnosti, a to ještě dříve, než dojde k jeho výrobě na modelu, vytvořeném na obrazovce počítače. Výpočty mechanického namáhání součástí jsou nedílnou součástí konstrukční práce. Metody postavené na principech analýz sítí konečných prvků jsou stále častěji přímou součástí CAD aplikací. Jedná se o modul, který umožňuje analyzovat samostatné součásti metodou konečných prvků. K tomuto účelu využívá výpočetní jádro FEM od firmy Ansys, která je autorem stejnojmenného výpočetního systému. FEM modul Inventoru je určen pro kontrolu součásti v době jejího návrhu. Konstruktér je poté schopen zohlednit výsledky analýzy ve vlastním konstrukčním řešení. Provádění pevnostní analýzy pomáhá dodat na trh lepší výrobky v kratším čase. Může tak vzniknout značná úspora na materiálu, zkouškách, prototypech, apod. Pevnostní analýza umožňuje: provádět pevnostní a frekvenční analýzy, simulovat způsob zatížení tělesa působením silou, tlakem, nosností, momentem nebo zatížením vrcholů ploch nebo hran součásti, aplikovat pevné nebo posuvné vazby na součásti, zobrazit výsledky analýzy v režimech napětí, deformace, bezpečnosti nebo rezonanční frekvence, přidávat konstrukční prky (výztuhy, zaoblení, žebra) a opakovaně návrhy analyzovat, generovat zprávy o analýze, které lze uložit do HTML formátu. Obr. 15 Příklad analýzy deformace součásti 28

29 7 ZÁVĚR Oblast CA technologií patří mezi progresivně se rozvíjející oblasti ve strojírenství. Ve své práci jsem popsal současný stav využití těchto technologií v praxi a směr, kterým se ubírá výuka na středních odborných školách. CA technologie se promítají téměř ve všech strojírenských odborných předmětech, z těchto důvodů nelze tyto technologie ve výuce opomíjet. Je snaha o komplexnost výuky, která se projevuje v provázanosti jednotlivých částí, od návrhu součástí v předmětu technická dokumentace, pevnostní výpočty v předmětu mechanika, editace CNC kódu v předmětu technologie, vlastní výroba v odborném výcviku až po kontrolu hotového výrobku v předmětu metrologie. Ve své práci jsem se zaměřil na oblast CAQ, protože oblast metrologie a kontroly jakosti se samostatně na středních školách nevyučuje, je součástí jiných předmětů. K tomu mě přiměly požadavky firem na naše absolventy, které vyplývají se zaváděním certifikace jakosti ISO Vypracoval jsem samostatný vzdělávací modul, který naši absolventi absolvuji. Tento modul je v současné době ověřován ve výuce. Skládá se ze dvou částí. V teoretické části se studenti seznamují s legislativou metrologie a kontroly jakosti, povinnostmi vyplývajícími z nich. Součástí této části je také evidence, kalibrace a způsobilost měřidel pomocí výpočetní techniky. Tato část se vyučuje na učebně VT ve skupinách maximálně 12 žáků, což je dáno velikosti výrobně učební skupiny. V praktické části se žáci seznamují s praktickými činnostmi, provádějí kalibraci měřidel a vlastní měření, které vyhodnocují prostřednictvím PC, vypracovávají měrové protokoly. Samozřejmostí je využití digitálních měřidel s datovým výstupem na počítač. Praktická část je prováděna ve skupinách po 6 žácích, jednak proto, protože praktická náročnost kalibrace neumožňuje provádět tyto činnosti celé skupině, a potom také z prostorových a technických možnostech školy. Současně se vzdělávacím programem byl vypracován učební materiál, zahrnující legislativu, metodické postupy evidence a označování měřidel, návrhy kalibračních postupů a listů, teorie způsobilosti měřidel a výstupní test. 29

30 8 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY DesignTech, otevřený publikační portál [online]. c2005, [cit. 25. srpna 2007]. Dostupné na Internetu: < JAKUB, Miroslav. Metrolog [online]. c1998, [cit. 25. srpna 2007]. Dostupné na Internetu: < PALSAT CAQ [online]. c2006, [cit. 25. srpna 2007]. Dostupné na Internetu: < GOIŠ, Petr. Řízení jakosti v souvislosti se vstupem do EU. Průmyslové spektrum, červen 2006, č. 6, s ISSN RYŠÁNEK, Pavel. Péče o kvalitu v České republice. Průmyslové spektrum, červen 2006, č. 6, s ISSN RŮŽIČKA, Tomáš. Kvalita ve strojírenství a základní možnosti jejího zajištění. Průmyslové spektrum, červen 2006, č. 6, s ISSN

31 9 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Pojmová mapa PLM... 7 Obr. 2 Mezioborové vztahy ve výuce strojírenských předmětů...10 Obr. 3 Schéma konstrukčního řešení...11 Obr. 4 Struktura řízení jakosti společnosti PALSAT...14 Obr. 5 Dialogové okno pro nastavení přístupových práv...16 Obr. 6 Karta měřidla...17 Obr. 7 Karta Dodavatelé metrologických služeb...17 Obr. 8 Dialogové okno Vnější kalibrace měřidla...18 Obr. 9 Formulář pro kalibraci pevných měřidel...19 Obr. 10 Dialogové okno Vyhodnocení stavu měřidla...19 Obr. 11 Kalibrační list měřidla...20 Obr. 12 Dialogové okno Měrového protokolu...21 Obr. 13 Měrový protokol...21 Obr. 14 Uživatelské rozhraní aplikace MITCalc...26 Obr. 15 Příklad analýzy deformace součásti

32 10 PŘÍLOHY Výukový text Metrologie 5 Příklad výstupního testu 5 Výukový text Metrologie a příklad výstupního testu je přiložen v elektronické podobě na přiloženém CD. 32