1. Úvod do Systémů CAD Studijní cíl Tento blok kurzu je věnován CA technologiím. Po úvodním seznámení se soustředíme především na oblast počítačové podpory konstruování, tedy CAD. Doba nutná k nastudování 2 hodiny Průvodce studiem Pro studium tohoto předmětu je požadovaná základní znalost počítačové techniky. 1.1 CA technologie S rozvojem průmyslové výroby vzrostla složitost a komplikovanost navrhovaných výrobků. Trend je určen požadavky výroby a je vyžadovaná přesnost a možnosti rychlé tvorby variant. Nasazením CA technologií (používaná zkratka pro komplexní počítačovou podporu předvýrobní a výrobní etapy) je jednou z kritických oblastí řešení předvýrobní etapy výroby. V praxi jsou spojeny s vyššími náklady než u klasické konstrukce. Výsledkem využití CA technologií je ale několikanásobně zkrácená doba vývoje a tvorby variant. Návratnost investic bývá při používání těchto technologií zpravidla za kratší dobu. CAx Computer-aided (Počítačem podporované ) 1
1.1.1 Členění CAx technologií CAD Computer-aided design (Počítačem podporované navrhování) Projektování či konstruování na počítači. CAM Computer-aided manufacturing (Počítačem podporovaná výroba) Řízení či automatizace výroby, např. obráběcích strojů, robotů, CNC. CAE Computer-aided engineering (Počítačem podporované konstruování) Provádění technických výpočtů a navrhování (simulace, testování, analýzy FEM...). CIM Computer-integrated manufacturing (Počítačem integrovaná výroba) Komplexní uplatnění všech systémů v průběhu celé fáze vzniku výrobku. CNC Computer numerical control (Číslicové řízení počítačem) Řízení obráběcího stroje počítačem, respektive programem. FEM Finite elements method (Metoda konečných prvků) Způsob zjednodušeného analytického výpočtu (např. zatížení, deformace) rozložením objektu modelu na malé jednoduché části. 1.2 Computer-aided design CAD Computer-aided design je jednou z větví CA technologií, která je určena pro široké nasazení aplikací výpočetní techniky v praxi. Umožňuje nahradit rutinní práci konstruktérů moderními postupy. Tyto umožňují podstatně rozšířit možnosti konstruktéra nejen o produktivní tvorbu výkresové dokumentace, ale konstruktér získává možnost vytvoření geometrie objektů přibližujících se skutečnosti. Na takto 2
definovaných modelech je možné provést nejen řadu úprav, ale také odvodit jejich základní technické parametry. 1.2.1 CAD technologie v praxi Nasazení CAD aplikací v průmyslové praxi bezesporu vyžaduje změnu metodiky konstruování. Vlastní CAD systém je vždy nutné považovat pouze za nástroj, který je schopen řešit pokyny svého uživatele. 1.2.2 Rozdělení CAD systémů podle zaměření Obecné CAD systémy Specializované CAD systémy Strojírenství. CAM (computer-aided manufacturing) CAE (computer-aided engineering) Stavebnictví a architektura. AEC (Architecture-Engineering-Construction) BIM (Building Information Model) CAAD (Computer-aided architectural design) Potrubní systémy a technické zařízení budov. Liniové a dopravní stavby. Správa nemovitostí. FM (Facility Management) Elektrotechnika. PCB (printed circuit boards) EDA (Electronic design automation) Územní plánování a geografie. GIS (geographic information systems) 3
1.2.3 Rozdělení CAD systémů podle způsobu práce 2D - pracují v 2D rovině Obrázek 1 (zdroj: http://www.cadac.com/nl/product/contentimages/autocad-lt-2013.jpg) 3D - pracují s 3D modelem Obrázek 2 (zdroj: http://itinfoz.com/wpcontent/uploads/2011/04/autocad2012_wn_adsk_inventor_fusion_large.jpg) 4
1.2.4 Rozdělení CAD systémů podle kategorií I. generace pouze 2D tvorba klasické výkresové dokumentace AutoCAD LT II. generace 2D + 3D modelář generování 2D dokumentace z 3D modelu AutoCAD, MicroStation III. generace 2D + 3D parametrický modelář + CAD/CAM/CAE adaptivní a parametrické 3D navrhování Autodesk Inventor, SolidWorks, Solid Edge IV. generace 2D + 3D parametrický modelář + CAD/CAM/CAE + správa konstrukčních dat adaptivní a parametrické 3D navrhování, provázanost jednotlivých fází výroby Pro/ENGINEER, CATIA, NX Unigraphics Poznámka: Za parametrický model považujeme takový, který je matematicky popsán pomocí parametrů. Na modelu jsou definovány charakteristiky jeho geometrických částí a vzájemné vztahy s jinými součástmi, pokud je v sestavě. U takto vytvořeného modelu nejsou rozměry a další charakteristiky určeny konkrétními hodnotami, ale pomocí proměnných, výrazů a rovnic, které spolu vzájemně souvisí. Po dosazení několika základních konkrétních hodnot dojde k výpočtu skutečných rozměrů produktu. 1.3 AutoCAD AutoCAD je populární software pro 2D a 3D projektování a konstruování, vyvinutý firmou Autodesk. 5
Přestože AutoCAD existoval i pro jiné platformy (Unix, Macintosh), od roku 1994 jeho vývoj pokračoval jen na platformě Microsoft Windows (aktuální verze podporuje Windows XP, Windows 7 a Windows 8). Po delší přestávce se však AutoCAD v roce 2010 opět vrátil i na platformu Macintosh. První verze AutoCADu pochází z roku 1982. Aktuální verzí je AutoCAD 2014. AutoCAD je dodáván ve 32bitové i nativní 64bitové verzi. Existuje řada lokalizovaných verzí AutoCADu, mj. i verze česká. Nativním formátem výkresů AutoCADu je neveřejný souborový formát DWG, popř. jeho výměnná (textová) verze DXF. Oba formáty tvoří standard pro výměnu 2D CAD dat. AutoCAD publikuje CAD data i do formátu DWF (resp. DWFx). 1.3.1 AutoCAD není jenom CAD, je to i vývojová platforma Na AutoCAD lze hledět jako na CAD program anebo také jako na platformu pro vývoj uživatelských CAD aplikací. Od samotného počátku má AutoCAD otevřenou architekturu pro vývoj rozšiřujících nadstaveb. V prvních verzích AutoCADu pomocí vývojových prostředků jazyka AutoLISPu, později pomocí Visual LISPu, ale i v jazyce C, později v jazyce C++, VBA a nyní v jakémkoliv jazyku platformy.net. Programování je zejména dnes, díky moderním programovacím nástrojům, dostupné i běžným uživatelům. To vše přispělo ke vzniku tisíců nadstavbových aplikací, od jednoduchých utilit až po rozsáhlé CAD systémy, kde je pouze využíváno jádro AutoCADu. Přímo Autodeskem jsou vyvíjeny profesně orientované aplikace napříč širokým spektrem oblastí: AutoCAD základní aplikace a vývojové prostředí. AutoCAD Mechanical aplikace pro strojírenské 2D navrhování. AutoCAD Mechanical Desktop aplikace pro strojírenské 3D navrhování pomocí parametrického modelování. AutoCAD Architecture (dříve Architectural Desktop) aplikace pro architekturu a stavebnictví AutoCAD Civil 3D aplikace pro územní plánování. AutoCAD Map 3D aplikace pro GIS (geografické informační systémy). AutoCAD Raster Design aplikace pro práci s rastrovými daty. 6
1.3.2 AutoCAD LT AutoCAD LT je limitovaná verze AutoCADu, stojí méně než normální či profesní AutoCAD (okolo 35000 Kč oproti 110000 Kč za plnou verzi). Oproti plné verzi AutoCADu je AutoCAD LT omezen v řadě funkcí. Především nemá možnosti modelování a práce ve 3D, nepodporuje některé pokročilejší funkce a nemá integrované žádné programovací rozhraní, nepodporuje tedy ani LISP programy a aplikační nadstavby. Otázky na procvičení 1. Vysvětlete pojem CA technologie? 2. Jaké výhody a nevýhody přináší nasazení CA technologií? 3. Co znamená zkratka CAD? 4. Rozdělte CAD systémy podle zařazení. 5. Rozdělte CAD systémy podle kategorií. 6. Charakterizujte parametrický model. 7. Charakterizujte vývojové prostředky AutoCADu. 7