TUGAS

CAD/CAM

Oleh:

Felix Hariyanto Husada

061001500552

Jurusan Ekstensi Teknik Mesin

Universitas TrisaktI

1.1 Pemodelan pada CAD/CAM/CAE

Suatu proses untuk membuat struktur data yang digunakan untuk merepresentasikan

obyek melalui proses solusi matematis, biasanya menggunakan software

CAD/CAM/CAE.

1.2 Pemodelan Geometrik

Teknik pemodelan geometri merupakan variabel mendasar dari aplikasi teknologi virtual

set. Dalam teknologi virtual, parameter utama adalah kecepatan dalam men-generate

gambar. Dalam hal ini output dan karakter sebuah model geometri merupakan variabel

dasar dari generated image yang memegang peranan penting dalam menentukan

kecepatan rendering.

Manfaat Pemodelan Geometrik Dalam CAD/CAM Menurut Mortenson

1. Part Representation

Representasi Model Lengkap termasuk data geometri dan topologi;

2. Design

Fleksibilitas dan Kemudahan PerubahanGeometris Sesuai dengan Fungsinya

atau Estetisnya.

3. Rendering

Data Base yang Ringkas & Kecepatan Akses Data untuk Waktu tampilan atau

simulasi.

1.3 Tipologi dan Geometri

Topologi merupakan hubungan dasar dari entitas geometris dalam suatu obyek.

Setiap entitas geometris, seperti titik, garis, permukaan memiliki elemen topologi,

seperti vertex, edge, face. Topologi dari objek 3D dibatasi oleh beberapa permukaan.

Hubungan topologi yang sama tetap sama untuk setiap tetrahedron, dari berbagai

ukuran atau orientasi.Topologi juga merupakan cabang matematika yang bersangkutan

dengan tata ruang yang tidak berubah dalam deformasi dwikontinu (yaitu ruang yang

dapat ditekuk, dilipat,disusut, direntangkan, dan dipilin, tetapi tidak diperkenankan untuk

dipotong, dirobek, ditusuk.

Face digambarkan dengan persamaan permukaan(e.g. planar, conic, free

form, etc). Sebuahpermukaan dibatasi oleh sisi.

Edge diperoleh dari sebuah persamaan (line, circle, curve)

Loop sekumpulan sisi, sebuah elemen topologi antara betweenface dan

edge

Vertex Titik yang merupakan perpotongan dari garis. Pada segitiga

terdapat tiga buah vertex

1.3.1 Teknik Dasar Pemodelan Geometrik

1.3.1.1 Pemodelan Wire frame

Merupakan rangkaian garis yang yang membentuk kerangka kawat 3D,dengan

hanya menentukan sisi dan vertice,tidak mempunyai permukaan.Terjadi batasan

permukaan yang ambiguouity ; sehingga dapat memberikan menimbulkan pengertian

lebih dari 1pengertian ( sebagai contoh tidak ada hitungan volume , tidak ada

pembentukan lintasan pahat NC )

1.3.1.2 Metode Pendefinisian Kurva-Kurva Sintesis

1. Analitik (Titik, Garis, Arcus, Lingkaran, Fillet/Chamfer, conus, Ellipse, Parabola,

Hiperbola)

2. Sintetik (Macam-macam spline (Cubic Spline, B Spline, (nu) ,Spline) dan kurva

bezier.

Kurva Sintetik :

Cubic Spline Satu set data titik-titik Slope awal & akhir

Bezier Curve Satu set data titik-titik

Spline Curve Merupakan pendekatan sekumpulan data titik-titik dan Interpolasi

sekumpulan data titik-titik.

NURBS Nonuniform Rational B-Spline (B-Spline dengan sekumpulan titik yang

tidak seragam). Pada kenyataannya NURBS ini yang terdapat dalam CAD dan

1.4 Pemodelan Surface

a. Disimpan dalam bentuk persamaan matematik Surface

b. Garis-garis dapat disembunyikan

c. Kebanyakan libraries 3 D Graphis menggunakan pemodelan surface

d. Baik untuk pemvisualisasian permukaan yang kompleks dan pembuatan

lintasan pahat pada otomasi NC dari permukaan yang komplek.

Plane

Surfaces

a. Surface

Paling

Sederhana

b. Diperlukan 3

titik yang tidak

berimpit untuk

mendefinisikan

sebuah bidang

terbatas

Ruled

(Lofted)

Surfaces

a. Sebuah

surface linier

b. Surface ini

diinterpolasi

secara linier

antara 2 curva

c. pembatas

yang

mendefinisikan

surface (rails)

Surface of

Revolution

a. Sebuah

permukaan

asimetrik yang

dapat menjadi

model

simetrik

b. Dibangun

dengan merotasi

sebuah entity

wire frame

planar,

dalam suatu

ruang simetri

terhadap sumbu

dengan suatu

sumbu yang

pasti.

Tabulated

Cylinder

Surface

dibangun

dengan

mewujudkan

sebuah kurva

planar

sepanjang jarak

yang pasti pada

arah yang

ditentukan.

Bezier

Surface

a. Surface yang

merupakan hasil

pendekatan dari

sekumpulan

data titik.

b. Hanya dapat

dikontrol secara

global.

B Spline

Surface

a. Surface

merupakan hasil

pendekatan atau

interpolasi dari

sekumpulan

data titik.

b. Dapat

dikontrol secara

global maupun

local B spline

surface

Fillet

Surface

a. Sebuah B

Spline Surface

yang digunakan

untuk

memadukan dua

surface menjadi

satu.

b. Kedua

surface tidak di

trimmed

Coons Patch a. Surface ini

digunakan

dengan batas

terbuka Coons

Patch

atau

sekumpulan

data titik.

b. Patch

Digunakan

untuk membuat

surface dengan

menggunakan

kurva yang

membentuk

batas tertutup.

Offset

Surface

Surface-surface

yang ada dapat

di offset untuk

membuat suatu

bentuk identik

tetapi

mempunyai

dimensi yang

berbeda.

2.1 Pemodelan 3D Solid

Pemodelan Solid merupakan kunci dalam CIM (Computer Integrated

Manufacturing), Merupakan solusi teknik dalam pengotomasian dan pengintegrasian

desain dan fungsi manufaktur. Teknik Pemodelan Solid berdasarkan pada

penginformasian lengkap, valid dan penggambaran yang pasti dari suatu objek

Kelengkapan dan kepastian model serta informasi yang diperoleh (Volume, Momen

inersia) dari model lebih baik dari surface dan wire frame model karena solid modelnya

menyimpan informasi geometri dan topologinya. Memerlukan Hardware dengan

spesifikasi lebih tinggi jika dibandingkan dengan surface dan wire frame.

Block Slinder Kerucut

Bola Baji (Wedge ) Ring

2.2 Teknik-Teknik Pembuatan Solid Modeling

1. Pure Primitive instancing (PPI)

PPI Melibatkan pemanggilan gambaran-gambaran bentuk primitive solid seperti

blok, bola, silinder dan bentuk-bentuk solid primitive yang sudah diskalakan.

2. Spatial Occupancy Enumeration (SOE)

Penggambaran sesuatu dengan mengisi ruangnya. Seumpama sebuah kubus

yang dipecah menjadi kubus-kubus kecil, dan kemudian kubus-kubus kecil itu

diisi sesuai dengan geometri objek.

o Bekerja dengan baik untuk hal-hal seperti data medis MRI atau CAT

scans, mengisi sendiri kubusnya sedikit demi sedikit.

o Data dihubungkan dengan masing-masing voxel (volume element)

Masalah yang harus diatasi:

o Untuk sesuatu yang mempunyai volume kecil atau resolusi rendah , jumlah

dari voxels meledak.

o Catatan bahwa jumlah dari voxels tumbuh dengan kubus dari dimensi linear.

Penggambaran pengisian ruang pada SOE: Metode ruang subdivisi

menggunakan skema rekursif untuk kerusakan atau membagi solid. Divisi

biasanya berupa blok persegi panjang.

Penggunaan voxel dalam penggambaran dalam casting. Pada gambar

pertama, daerah merah mewakili daerah stres yang tinggi atau berat. Pada

gambar kedua, hanya wilayah terberat stres ditampilkan.

Struktur Data Spatial

Octrees adalah suatu contoh dari sebuah struktur data spatial. Sebuah

struktur data secara spesifik didisain untuk menyimpan informasi dari sifat dasar

sebuah spatial . Pada graphics, octrees seringkali digunakan untuk menyimpan

informasi dimana polygons, atau bentuk primitif lainnya, dilokasikan dalan suatu

scene. Mempercepatperhitungan dengan membuatnya cepat untuk

menggambarkan kapan sesuatu relevan atau tidak.

3. Cell Decomposition (CD)

Penggambaran Solid sebagai suatu kombinasi dari sel-sel yang tidak

teratur yang digabung bersama. (Ex: FEA) Cellular Decomposition menampilkan

solid sebagai kombinasi sel yang tidak teratur yang ditempel di wajah umum.

Berikut adalah contoh dari Analisis Elemen yang digunakan dalam pencitraan

satelit. Warna-warna menunjukkan aktivitas setiap sel.

4. Sweeping

Lintasan umumnya berbentuk kurva . Poligon yang di sweep (sapu) dapat

ditransformasikan bergerak sepanjang lintasannya.

Sulit untuk menghindari self-intersection, karena :

a) Banyak elemen mesin mempunyai sumbu simetri didefinisikan sebagai obyek

2-1/2 D

b) Sweep seringkali lebih intuitif untuk digunakan daripada operasi Boolean

(CSG).

c) Banyak proses manufaktur (milling, turning, ...) dapat langsung dimodelkan

sebagai operasi

d) Bidang Normal datang dari poligon sweep dan orientasi lintasan

e) Poligon Sweep mendefinisikan satu texture parameter tekstur, lintasan sweep

mendefinisikan yang lainnya sweep

Suatu operasi sweep melibatkan :

a) Suatu obyek yang sering kali disebut generator

b) Sebuah jejak sepanjang pergerakannya

Extrusion/ Cutout

Jejak suatu garis lurus tegak lurus dengan obyek

Revolved Solid

Serupa dengan ekstrusi kecuali bahwa pembentukan permukaan adalah diputar

pada sebuah sumbu

5. Constructive Solid Geometric (CSG)

Obyek dibuat dari objek-objek primitive. Mengijinkan beberapa operasi untuk

mengkombinasikan objek-objek primitive dengan cara

a. Union ( gabungan)

b. Intersection(irisan)

c. Difference(pengurangan)

o Diagram pohon CSG sebagai obyek final dicapai oleh operation-operasi primitive

o Sangat efisien dalam penyimpanan dari informasi

o Visualisasi diperlukan kurva tersendiri dan permukaan yang dikombinasikan dan

dievaluasi

o Berdasarkan dari suatu diagram pohon, seperti pemodelan secara hirarki tetapi

sekarang :

1. Nodal internal adalah satu set : union, intersection or difference

2. Sisi-sisi dari cabang mempunyai transformasi yang menghubungkannya/

3. Hasil berisi hanya geometri

Dimotivasi oleh CAD/CAM

1. Pemesinan pada bagian seperti pada

2. Operasi –operasi lain mengurangi jumlah dari bentuk primitif yang

diperlukan

3. Sebuah format umum pada produk CAD

Operasi Boolean

Keuntungan

o Baik untuk penggambaran banyak hal khususnya obyek komponen mesin

o Lebih intuitif dan mudah untuk dimengerti

Kekurangan:

o Tidak terlalu baik untuk merender poligon

o Beberapa obyek agak sulit untuk digambarkan

6. Boundary Representation

Boundary representation mencatat persamaan dari kurva-kurva dan

permukaanpermukaan yang terletak pada batasan antara bagian dalam dan luar

dari suatu obyek 3D solid

o Obyek tertutup oleh sekelompok surface batas

o Surface batas ditutupi oleh kurva batas

o Kebanyakan software pemodelan solid menggunakan BReps untuk menyimpan

model.

o Solid dibatasi dengan sekumpulan bidang-bidang yang mempunyai gambaran

matematik (Plane, Toroid, Cylinder, dan Parametric surface seperti Bezier

surface)

Boundary didefinisikan secara

eksak oleh permukaan matematik

dan persamaan sisi

Boundary didefinisikan dengan

pendekatan oleh suatu mesh dari

segitiga

Boundary Representation (B Rep)

o Masing-masing sisi dibatasi oleh sekumpulan kurva-kurva (Garis, lingkaran,

kubus,

sehingga menyebabkan banya memori berupa vektor)

o Informasi penyimpanan model: (Geometrik- koordinat titik, persamaan sisi dan

bidang, Topologi)

o Model Polyhedral mempunyai pembatasan permukaan

o STL files mempunyai segitiga planar sebagai batasan permukaan

o B-rep solid modeler dapat menggambarkan beberapa objek dengan tanpa

melihatkompleksitas kontur permukaan.

2.3 Kelemahan Pemodelan Geometrik

o Data keseluruhan ada pada level yang terendah (level microskopik,

perlu detail penuh)

o Seringkali dibutuhkan spesifikasi parameter-parameter (e.g.

tolerancing)

o Seringkali tidak mencapai sasaran disain

o Harus membuat ulang variasi minor dalam pengujian disain

3 Pemodelan Berbasis Fitur

Fitur adalah entiti tingkat tinggi & penggambaran rekayasa yang mengandung

arti:suatu bagian yang membangun produk , mempunyai rekayasa signifikan,

mempunyai property yang dapat diprediksi. Sistem pemodelan parametrik

(parametric modeling system) adalah sistem pemodelan berbasis fitur (feature-

based modeler).

Dalam lingkungan parametric modeling, komponen tersusun dari gabungan fitur

fitur.

• Fitur dengan ruang positif memiliki massa misalnya ekstrusi, revolve, .

• Fitur dengan ruang negatif adalah fitur yang memotong atau mengurangi massa

dari suatu komponen, misalnya hole (lubang), sweep. .

• Berbagai variasi dari tipe fitur ; geometrik, toleransi, assembly, dll

• Pemrograman Object oriented ; digunakan dalam mengorganisir fitur-fitur

Pengenalan Fitur: Proses Identifikasi fitur-fitur dalam suatu model CAD

1. Syntactic pattern methods

Menggunakan geometrik 2D geometric untuk mencari fitur

2. Rule-based methods

Menggunakan rule produksi untuk menggambarkan fitur-fitur, kemudian

digunakan untuk pola yang sesuai dengan rule

3. Graph-based methods

Menggunakan boundary representation atau grapfislain seperti a face-edge

graph (FEG) untuk menggambarkan model, kemudian grafis tersebut dicari

kemiripannya dengan fitur grafis yang ada

1. Volume decomposition: Menggambarkan penghilangan material dari

bentuk bahan baku untuk memperoleh bentuk objekdan kemudian

decomposisi material ini menjadi fitur umum yang berkaitan dengan

operasi pemesinan

2. Alternatif untuk pengenalan Fitur, di mana model yang dibangun dari

sebuah library fitur geometrik primitive

Destructive-solid geometry: Fitur-fitur menggambarkan operasi pemesinan

(pengurangan material)

Constructional design by features: Disainer menggambarkan perakitan dari obyek

sebagai sekumpulan fitur dengan menambahkan atau mengurangi fitur dari model

(Figure 8.23)

3.1 Perbedaan Fitur Dan Geometri

3. Perbedaan dasar antara fitur dan geometri dapat dilihat dengan

mempertimbangkan counterbore dan melalui lubang.

4. Fitur idapat memasukkan fitur counterbore langsung ke model .

5. Sebaliknya berbasis geometris modeler harus menghapus dua

silinder, dengan berbagai diameter dan panjang berbeda.

6. Jika diubah menjadi sekrup, salah satu diameter dan kedalamanharus

diubah .

7. Pada geometrik dengan desain variational, formula yang

menggambarkan ukuran kepala baut dalam kaitannya dengan

diameter tidak dapat diperoleh sehingga harus mengubah setiap nilai.

8. Sebaliknya dengan fitur dapat mengubah ukuran counterbore untuk

baut melalui lubang yang dibuat.

3.2 Metode Pemodelan

8.1 Berdasarkan Prosedur Penyelesaian Constraint ada dua

Metode yaitu

3.2.1 Rigid Constraint Satisfaction

a Konstrain disimpan dan dipecahkan dalam perintah yang sama saat

diperintahkan

b. Flexibilitas terbatas- sukar untuk mengubah konstrain

3.2.2 Flexible Constraint Satidfication

Algoritma umum konstrain, independen dari perintah yang masuk, digunakan

untuk memecahkan sistem

a. Sistem Parametrik

1) Pemecahan secara berturut-turut menerapkan penugasan pada

variabelvariabel model, setiap nilai yang diberikan dihitung sebagai fungsi

dari nilainilai yang ditetapkan sebelumnya

2) Penugasan secara eksplisit mendefinisikan variable

3) Perintah fleksibel – digambarkan dengan suatu alur algoritma konstrain

b. SistemVariational

1) Memecahkan dengan membangun suatu sistem dari persamaan yang

menggambarkan konstrain dan memecahkannya secara serempak

menggunakan prosedur pemecahan numerik atau metode yang setara

2) Persamaan dapat implisit

Masing-masing mempunyai kelemahan dan kelebihan

Variational- lebih fleksibel, dapat menghandle rangkaian konstrain

Parametrik- lebih cepat mengevaluasi & lebih tangguh

c. System Hybrid

1) Hybrid modeling memberikan solusi terhadapkekurangan Cad

tradisional untuk merekonstruksi permukaan kompleks.

2) Referensi dasar geometri-seperti datums, kurva dan fitur-primitif dapat

diukur dan diambil dari scan data 3D

Desain Parametrik/Variational

Prosedur Disain Parametrik/Variational Design mengijinkan perancang untuk

menggunakan disain lama atau modifikasi disain secara langsung dengan usaha yang

sedikit.

Prosedur Disain Parametrik adalah sbb:

a. Perancang membuat disain nominal (dasar)

b. Perancang menggambarkan properti yang diperlukan dalam bentuk konstrain

c. Sistem pemodelan menerapkan prosedur solusi umum dan mengevaluasi

model (sistem akan memberitahukan perancang bila model tidak dapat

dipecahkan)

d. User dapat berbagi model dengan mengubah parameter model dan program

pemodelan akan mengevaluasi model lagi