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


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)


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


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)


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


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.


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


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


Modellezés input adatai

• kézi vázlat

• műhelyrajz

• adatfile

• fizikai modellről felvett ponthalmaz


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.


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


"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


"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


"Reverse engineering" folyamatábra


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.


CAD modell javítását indikáló információk

• folytonossági hiányok

• szabályos szöget bezáró felületek

• párhuzamos felületek

• egyenesek és körök (analitikus görbék)

• ismétlődő elemek távolsága

• él letörések, lekerekítések


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


Véges elemek hálója (FEM)


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.


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


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)


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)


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


•A robotkar mozgatásával

•Szimulátor mozgatásával

•"Teach box" alkalmazásával

A robot betanítása


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


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.


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.)


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.


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.


Folyamatszemléletű minőségirányítási rendszer modellje

Documents

INFORMATIKA 2