Cinematica Unui Mecanism Roata Dintata Cremaliera
CUPRINS
Capitolul I. CONSIDERAȚII GENERALE
I.1. Activitatea de proiectare. Definiție.
Mediul economico-industrial al zilelor noastre, poate fi definit printr-un singur termen și anume: competitivitatea. Nu există întreprindere care activează pe un anumit segment de piață cu mulți concurenți și să nu fie afectată de nevoia de a fi competitivă.
A fi competitiv, înseamnă a produce sau a oferi bunuri și/sau servicii la un preț cat mai mic, care să satisfacă cerințele consumatorului final și să poată fi realizate într-un termen cât mai scurt. Metodele de reducere a costurilor și de scurtare a timpilor, până la apariția produsului pe piață se poartă pe mai multe segmente. Unul dintre aceste segmente ar putea fi posibilitatea folosirii unor mijloace de producție mai eficiente, mai productive; un alt segment ar fi scurtarea timpului necesar proiectării și dezvoltării tehnologiei de producție.[1]
În trecut, tehnologia nu era atât de avansată încât să îl ajute pe om să realizeze ceea ce își propunea într-un timp cat mai scurt, astfel procesul de proiectare se realiza cu ajutorul planșetei și astfel timpul necesar dezvoltării unui produs era foarte îndelungat, erorile puteau apărea la orice pas, de aceea era necesară construirea a mai multor prototipuri și totodată realizarea a mai multor încercări până a putea începe producția propriu-zisă.[1]
Odată ce tehnologia a început să se dezvolte și mai ales în rândul aparaturii de calcul, s-a dezvoltat și o serie de aplicații software dedicate procesului de proiectare și fabricație, astfel încât acestea au dus la scurtarea timpului necesar acestor operații. Definiții ale procesului de proiectare:
Proiectarea, poate fi definită ca fiind acea arie a experienței umane, în care omul cu abilitățile sale, priceperea și îndemânarea sa, este preocupat de modelarea mediului său pentru a-l face astfel încât să corespundă nevoilor sale materiale și spirituale. Mai putem defini activiatea de proiectare ca pe un proces fundamental, rațional, lolgic și secvențial, având intenția de a rezolva problemele sau de a iniția schimbările în lucrurile create de om.
Proiectarea mai poate fi definită ca activitate creatoare care are ca scop stabilirea multi-fațetelor de calitate a obiectelor, proceselor, serviciilor și sistemelor, pe întreg ciclu de viață. De aceea, proiectarea este un factor esențial în inovarea tehnologică, folosind științe de bază (chime, fizică. Biologie, matematică) dar și un factor cu influențe asupra schimbărilor de tip economic și cultural.[1]
I.2. Prezentare generală a procesului de proiectare
Procesul de proiectare începe cu identificarea și analizarea unei probleme sau a unei cerințe și se încheie, ducând la bun sfârșit o secvență structurală în care ideile sunt investigate, explorate și evaluate până se găsește soluția optimă pentru problema sau cerința respectivă.
În vederea realizării unui produs, procesul de proiectare implică o serie de faze. Acestea sunt:
Definirea problemei
După ce s-a identificat problema ce se dorește a fi soluționată, procesul de proiectare este întreprins. Acea identificare a problemei, survine în etapa de cercetare și dezvoltare a fabricației. Inginerii și cercetătorii din departamentul de cercetare-dezvoltare, trebuie să identifice nevoia pentru proiectarea unui produs sau problema descoperită. Astfel prin procesul de proiectare se va reazila un nou produs sau serviciu care să satisfacă rezolvarea unei probleme în prealabil identificată.[1]
Descoperirea ideilor și a soluțiilor
Ideile apărute sunt analizate și se dezvoltă o variantă a proiectului global. Schițele preliminare sunt folosite ca documente doveditoare în ceea ce privește proiectul în desfășurare.[1]
Documentarea ideilor
Toate desenele și schițele preliminare de la faza anterioară, sunt transformate într-un pachet final. Dacă în trecut, proiectele erau documente pe planșeta de desenare, folosind mijlloace clasice precum liniarul, compasul, creionul, trăgătorul, în prezent această fază este realizată folosind sisteme de proiectare asistată de calculator.[1]
Testarea și îmbunătățirea (rafinarea)
Aceasta este etapa în care proiectul trebuie să fie testat în cele mai realiste moduri. Această etapă poate implica construirea modelelor (machetelor) la scară sau folosind mijloace de vizualizare computerizată.[1]
Ca și exemple ale vizualizării computerizate putem aminti: animația computerizată și realitatea virtuală.
Producția (fabricația)
În această fază de producție, proiectul este emis pentru a fi produs, materializat, utilizând sisteme de proiectare asistată de calculator, datele fiind traduse într-o formă susceptibilă pentru un sistem de fabricație asistat de calculator. [1]
O caracteristică importantă a unui program de fabricație asistată de calculator este aceea de a genera programul NC (numerical control) în vederea producției.
În figura nr. 1.1, se va prezenta pe scurt schema procesului de proiectare.
Fig.1.1 Schema procesului de proiectare
Tema de proiect – poate fi reprezentată de problema care se dorește a fi soluționată, de produsul care se dorește a fi materializat. Reprezintă startul pentru rezolvarea unei probleme.
Studiul bibliografiei – reprezintă etapa în care se va efectua documentarea cu resurse bibliografice cu privire la ceea ce dorim sa realizăm.
Dezvoltarea de soluții alternative – este etapa în care se prezintă variantele de soluții adoptate în urma studiului bibliografic. În cadrul oricărui proiect se vor realiza mai multe variante de soluții (Vs) care trebuie să îndeplinească următoarea condiție: Vs ≥ 3.
Alegerea soliției optime – pe baza unor criterii de natură tehnică, economică, socială se va opta pentru alegerea unei singure soluții numită soluție optimă.
Realizarea modelului virtual – în această etapă, se va modela virtual produsul, ținând cont de specificațiile determinate în etapa anterioară. Realiarea modelului virtual se va face cu ajutorul unui pachet de programe specializate.
Testarea, verificarea și evalurea modelului virtual – aceasta se poate realiza cu ajutorul unui sistem de calcul care permite simularea produsului în concordanță cu mediul în care va funcționa. Această etapă este decisivă deoarece în urma ei se poate trece la materializarea produsului sau se poate face repoiectarea lui aducând îmbunătățiri.
Elaborarea documentațiilor de execuție – se referă la elaborarea desenului de execuție al produsului în vederea supunerii acestuia, procesului de fabricație.
Așa cum am explicat mai sus, proiectarea asistată de calculator, este un proces complex în cadrul căruia proiectantul folosește o serie de mijloace specializate care pot accelera ritmul de proiectare, poate minimaliza erorile și poate valorifica cu succes rezultatele.
Parcurgerea fiecărei etape din proces, necesită cunoștințe specifice, precum și folosirea unor programe specifice de proiectare asistată de calculator. Un avantaj al proiectării unui produs în varianta asistată de calculator, constă în posibilitatea de folosire a bibliotecilor de piese.[1]
Când se lucrează la un proiect mare, folosirea bibliotecilor de piese devine o necesitate, garantând astfel că membrii echipei de proiectare care conlucrează în proces fac schimb de piese echivalente și repartizarea sarcinilor lor este coordonată.
Includerea acestor activități industriale într-un mediu informatic, concepția, proiectarea și fabricația, a dat un impuls sistemelor de proiectare și fabricație, fiind definite concepte precum:
CAD (Computer Aided Design) – proiectare asistată de calculator – care semnifică utilizarea calculatorului pentru toate fazele aferente proiectării produselor: desene, cotări, verificări pentru asamblare, simularea unor proprietăți mecanice, elaborarea automată a programelor de execuție pentru un anumit tip concret de mașină-unealtă etc. [1]
CAE (Computer Aided Engineering) se referă la analiza geometriilor proiectate în faza CAD. În această secțiune se poate vorbi despre supunerea modelului proiectat la mai multe acțiuni printre care amintim: analiza cinematică, analiză statică, analiza frecvențelor proprii etc.; [1]
CAM (Computer Aided Manufacturing) – fabricație asistată de calculator- care semnifică utilizarea calculatorului pentru conducerea directă a tuturor resurselor de fabricație, în sensul că funcționarea automată a acestora se bazează pe soluții integrate hardware-software;[1]
Capitolul II. CONCEPTUL CAD
II.1. Terminologie și principii ale proiectării asistate de calculator.
Abrevierea C.A.D. se echivalează cu proiectarea asistată de calculator și provine de la termenul din limba engleză Computer Aided Design. Proiectarea asistată de calculador este un proces de utilizare a tehnicii de calcul și a unor programe adecvate pentru a veni în sprijinul inginerilor, arhitecților și a altor categorii profesionale în activitatea lor de conceptie, optimizare, analizare și dezvoltare de noi produse. Aceasta se referă la reprezentarea virtuală a obiectelor tangibile, cu ajutorul sistemelor de calcul și a unor pachtete de programe specializate pentru a face acest lucru, totul într-un mediu virtual.
În trecut, posibilitatea reprezentării grafice a informației era posibilă doar pe cale clasică, realizarea pe hârtie fiind foarte greu de obținut, modificat și gestionat. Odată pusă informația pe hârtie, iar cu timpul dacă se depistau erori ale proiectării, era greu să se corecteze aceste erori din cauza suportului pe care se aflau și anume, hârtia. De asemenea, procesul de elaborare a documentației necesară fabricării produsului era supusă întârzierii, termenele stabilite în prealabil pentru fiecare etapă a proiectării suferind întârzieri mari.[1]
Cu timpul dezvoltarea tehnologică a schimbat radical această metodă, ducând la apariția unor sisteme de reprezentare grafică 2D și 3D a informației, totul asistat de calculator.
Pachetele de programe actuale variază de la sistemele de desenare bazate pe reprezentarea vectorială 2D (bidimensional), la sistemele de modelare a suprafețelor parametrice tridimensionale 3D, la sisteme de modelare solidă.
Prima etapă din ciclul de viată al unui produs și anume concepție și design, se reflectă prin intermediul unor programe software specializate (de genul AutoCAD, CATIA, Solid Edge, Unigraphics NX, PRO Engineer, Inventor). Avantajul acestor aplicații de proiectare software, constă în faptul că informația este întâlnită într-un mediu virtual 3D , iar produsul ce se dorește a se realiza, se poate optimiza din punct de vedere al design-ului, înainte de a trece la fabricarea acestuia, realizarea fizică.[1]
Informațiile esențiale cu privire la produs vor fi aflate și accesate încă din stadiul de proiect și se va putea analiza dacă acestea corespund condițiilor care li s-au impus (un exemplu ar fi verificarea îmbinării corecte a elementelor ce compun un ansamblu de elemente în mișcare și dacă aceste elementele care îl alcătuiesc, efectuează mișcările corespunzătoare).
Un alt avantaj mare ar fi faptul că informația poate circula foarte ușor atât în cadrul companiei în care se realizează, la nivel de departamente, cât și în exteriorul său (de exemplu clientul aflat la distanță poate vizualiza produsul prin intermediul unui singur click, folosind același program ca și furnizorul sau alte programe compatibile care să îi permită vizualizarea produsului ).[1]
Având astfel modelul 3D optimizat, se vor putea genera desenele de execuție 2D ale acestuia, mult mai ușor decât aplicațiile CAD ce permit doar proiectarea 2D.
Practica CAD se folosește în toate procesele inginerești de la proiectarea conceptuală și tehnoredactarea documentelor de proiectare, proiectarea în detaliu și analiza componentelor, până la definirea metodelor de fabricație.
Spectrul de proiecte arhitecturale și inginerești, documentate cu desenarea asistată de calculator, este larg și cuprinde domenii precum:
-arhitectural
-mecanic
-electric
-structural
-hidraulic
II.2. Scurt istoric al procesului de proiectarical această metodă, ducând la apariția unor sisteme de reprezentare grafică 2D și 3D a informației, totul asistat de calculator.
Pachetele de programe actuale variază de la sistemele de desenare bazate pe reprezentarea vectorială 2D (bidimensional), la sistemele de modelare a suprafețelor parametrice tridimensionale 3D, la sisteme de modelare solidă.
Prima etapă din ciclul de viată al unui produs și anume concepție și design, se reflectă prin intermediul unor programe software specializate (de genul AutoCAD, CATIA, Solid Edge, Unigraphics NX, PRO Engineer, Inventor). Avantajul acestor aplicații de proiectare software, constă în faptul că informația este întâlnită într-un mediu virtual 3D , iar produsul ce se dorește a se realiza, se poate optimiza din punct de vedere al design-ului, înainte de a trece la fabricarea acestuia, realizarea fizică.[1]
Informațiile esențiale cu privire la produs vor fi aflate și accesate încă din stadiul de proiect și se va putea analiza dacă acestea corespund condițiilor care li s-au impus (un exemplu ar fi verificarea îmbinării corecte a elementelor ce compun un ansamblu de elemente în mișcare și dacă aceste elementele care îl alcătuiesc, efectuează mișcările corespunzătoare).
Un alt avantaj mare ar fi faptul că informația poate circula foarte ușor atât în cadrul companiei în care se realizează, la nivel de departamente, cât și în exteriorul său (de exemplu clientul aflat la distanță poate vizualiza produsul prin intermediul unui singur click, folosind același program ca și furnizorul sau alte programe compatibile care să îi permită vizualizarea produsului ).[1]
Având astfel modelul 3D optimizat, se vor putea genera desenele de execuție 2D ale acestuia, mult mai ușor decât aplicațiile CAD ce permit doar proiectarea 2D.
Practica CAD se folosește în toate procesele inginerești de la proiectarea conceptuală și tehnoredactarea documentelor de proiectare, proiectarea în detaliu și analiza componentelor, până la definirea metodelor de fabricație.
Spectrul de proiecte arhitecturale și inginerești, documentate cu desenarea asistată de calculator, este larg și cuprinde domenii precum:
-arhitectural
-mecanic
-electric
-structural
-hidraulic
II.2. Scurt istoric al procesului de proiectare și modelare geometrică asistată de calculator (CAD)
Procesul de modelare pe calculator, este un proces care are la bază o tehnologie relativ nouă, iar extinderea sa din ultimele decenii a avut un impact semnificativ asupra a tot ceea ce s-a realizat din punct de vedere tehnic și nu numai.
Această nouă tehnologie a ținut pasul cu dezvoltarea hardware-ului. Astfel, prima generație de programe CAD, dezvoltată prin anii 1950, nu era întocmai prietenoasă cu utilizatorii ei, aceștia trebuind să genereze coduri de program pentru a crea forme geometrice bidimensionale (2D) dorite. În primă fază, dezvoltarea acestei tehnologii CAD a apărut în centrele de cercetare academică (The Massachusetts Institute of Technology, Cambridge University, Carnegie-Mellon University) acestea fiind pionierii din acea vreme. Dar odată ce rezultatele acestor metode au avut un impact pozitiv, tehnologia CAD s-a extins rapid, iar societățile industriale din domeniul auto, IT, aeronautic etc. precum: Ford Motor Company, IBM, General Motors, Lockheed s-au implicat foarte mult în ceea ce privește dezvoltarea programelor interactive CAD în anii 1960.[3]
Astfel, sistemele CAD nou dezvoltate, au fost utilizate mai întâi în cadrul industriei auto, industria aeronautică, dar și în cadrul agențiilor guvernamentale care au profitat, dezvoltând propriile programe pentru necesitățile lor specifice.
Putem spune de asemenea că anii 1960 au marcat începutul dezvoltării metodelor de analiză cu element finit necesare analizei eforturilor pe calculator și fabricarea asistată de calculator pentru a putea genera traiectoriile mașinilor unelte folosite în procesul de fabricație a bunurilor.[3]
Începând cu anii 1970, se poate vorbi despe cel mai important progres în ceea ce privește dezvoltarea părții de hardware și anume inventarea și devzoltarea microprocesoarelor. Astfel, prin îmbunătățirea continuă a puterii de calcul, s-a făcut posibilă creerea a noi tipuri de programe 3D CAD, ușor de utilizat și interactive cu utilizatorii săi. Acest pas a fost cel care a ajutat tehnologia CAD să se extindă într-un mod rapid de la desenarea asistată de calculator, la proiectarea asistată de calculator.[3]
Utilizarea programelor de modelare tip wireframe 2D și 3D a fost acceptată ca fiind tehnologia de vârf la acea vreme, putând avea un impact important în ceea ce privește creșterea productivității în industrie. În ceea ce privește dezvoltarea tehnologiilor de modelare a suprafețelor dar și de modelare a reperelor solide, se poate spune că acestea prindeau formă până la sfârșitul anilor 1970, dar dat fiind faptul că prețul hardware-ului și programării era destul de mare, s-a frânat dezvoltarea acestor tehnologii.
În acea perioadă, toate sistemele de calcul care erau destinate rulării programelor de tip CAD, erau niște computere de dimensiunea unei încăperi și erau extrem de costisitoare.
Fig.1.1 Calculator din anul 1970 [17]
Anii 1980, au fost anii în care partea de hardware a cunoscut îmbunătățiri, astfel computerele au ajuns la dimensiunea calculatoarelor de birou și implicit costurile au devenit din ce în ce mai mici și cu accesibilitate mai mare publicului larg. Până în anii 1985, tehnologia CAD a devenit principalul punct de atenție a industriilor producătoare și a concurat cu metode tradiționale de proiectare/desenare. În acești ani, tehnologia modelării 3D a reperelor solide, a înregistrat progrese majore și s-a încurajat astfel și utilizarea tehnologiei CAE (Computed Aided Engineering) în indurstrie.[3]
Fig. 1.2 Calculator din anul 1980 [18]
La sfârșitul anilor 1980, tehnologia CAD s-a ridicat la un nou nivel, datorită introducerii abordării modelării parametrice a reperelor solide, astfel că programele CAD au evoluat foarte mult, devenind instrumente puternice în ceea ce privește proiectarea, fabricarea dar și managementul.
O primă concluzie, ar putea fi faptul că tehnologia CAD a parcurs un drum lung în decursul acestor ani de dezvoltare, schemele de modelare avansând de la wireframe bidimensional (2D) și wireframe tridimensional (3D), la modelarea suprafețelor, modelarea reperelor solide și nu în ultimul rând, la modelarea parametrică a solidelor.[4]
O primă generație de pachete CAD nu erau decât programe de desenare 2D aistată de calculator, practic echivalentul electronic al modului de proiectare clasică: planșa de proiectare. Pentru realizarea modelelor tipice, modelarea lor într-un astfel de mediu, necesita crearea a fiecărei vederi în parte a obiectelor, exact așa cu ar fi fost create și pe planșa de proiectare. Doar în mintea proiectantului rămânea modelul 3D al piesei pe care dorea să o realizeze și nu în baza de date a calculatorului. [3]
Pe durata utilizării acestor pachete, transformările obiectelor din 3D în 2D se realizau doar mintal, iar acest lucru pe lângă faptul că era o necesitate, trebuia să se acorde și foarte multă atenție pentru a nu greși. Chiar dacă aceste sisteme prezentau anumite avantaje față de desenarea tradițională pe planșă, acestea rămâneau totuși migăloase, laborioase și dificile. Având în vedere limitările pe care pachetele CAD 2D le aveau, programele de modelare 3D le-au luat locul în mod natural, acestea dezvoltându-se într-un mod rapid.[4]
La baza schemelor de modelare tridimnesionale au stat wireframe-urile tridimensionale 3D. Modele tip “cadru de sârmă” (wireframe) sunt modele formate din puncte și muchii unite între ele în mod logic. Muchiile sunt utilizate asemenea liniilor din desenele 2D, pentru reprezentarea tranzițiilor spurafețelor și caracteristicilor. În figura 1.3 este prezentat un model wireframe 3D.
Fig. 1.3 Model 3D wireframe 3D [19]
Deși aceste modele wireframe (3D) nu consumă resurse foarte mari ale calculatorului și se pot utiliza în general pentru realizarea unor modele 3D destul de bune, ele prezintă incertitudine în ceea ce privește formele datorate reprezentării 2D a monitoarelor, practic nu ne putem da seama dacă o muchie este înaintea alteia.[4]
Pentru a respecta schema de modelare wireframe (3D) prin organizarea și gruparea muchiilor ce mărginesc suprafețele, modelarea respectivelor suprafețe, reprezintă dezvoltarea logică în modelarea geometrică pe calculator.
Pentru a putea înțelege mai bine modelul 3D, se poate observa dacă o față este înaintea alteia. Proiectantul, va trebui să examineze interactiv modelele de suprafețe pentru a se asigura daca suprafețele respective sunt sau nu adiacente.
În ceea ce privește modelarea solidelor, definirea lor include anumite elemente precum: noduri, muchii și suprafețe, acestea fiind o reprezentare matematică clară a unui volum bine definit și plin.
În zilele noastre, pe piața software, există o multitudine de aplicații CAD care duc o bătălie pentru supremație, departajându-se una față de alta în funcție de domeniul în care sunt specializate, sau pentru că pot face performanță pe mai multe ramuri ale industriei.
Ca programe, din prima categorie și care folosesc modelarea solidelor, putem aminti: Solid Edge, Inventor, Solid Works, fiind considerate programe ce fac parte din clasa de mijloc, cu integrare medie a modulelor, dar specializate pe partea de concepție a modelului 3D. Există și programe software care fac parte din cea de-a doua categorie care integrează în aceeași interfață mai multe domenii din ciclul de viață al produsului (concepție, fabricație, simulare). Putem scoate în evidență și faptul că acestea din urmă dețin funcțiuni avansate de modelare a suprafețelor și o foarte bună integrare în aplicații PLM. În concluzie, acestea se pot folosi în orice ramură a industriei, indiferent de gradul de complexitate al produselor concepute.[4]
În prezent, printre cele mai importante programe software integrate amintim: CATIA, NX (fost Unigraphics) și Pro/ENGINEER.
II.3. Obiective și posibilități ale proiectării asistate de calculator
Activitatea care, în general are ca finalizare realizarea de obiecte tehnice și care se materializează în urma unor procese de producție complexe, poartă numele de activitate inginerească.
Etapele principale care stau la baza realizării unui produs tehnic sunt:
stabilirea unui concept general al produsului;
realizarea documentației tehnice (a proiectului tehnic);
stabilirea modului de realizare a acetuia ( a tehnologiei de fabricație);
realizarea modelului;
recunoașterea caracteristicilor produsului;
fabricația propriu-zisă;[2]
Există și anumiți factori care joacă un rol important în procesul de fabricație al produsului cum ar fi: costurile directe și indirecte, calitatea pe care o impunem produsului, gradul de inovare folosit, tipul producției și piețele pe care produsul va fi vândut către cosumatorii săi finali. Ținându-se cont de acești factori, se va determina nivelul de competiție dintre companiile industriale diferite.[2]
Ceea ce duce la necesitatea accelerării procesului de creare a unui produs nou sau a unuia care se bazează pe experiența anterioară, este comeptiția. Atunci când compania dorește să se adapteze la mediul concurențial în care activează, aceasta trebuie să ia în considerare schimbările tehnologice care se produc în tehnologia de proiectare a produselor, în cea de fabricare a produselor, dar și în cea a sistemelor de natură informatică.
Unii specialiști susțin ideea că proiectarea asistată de calculator (CAD – Computer Aided Design), care la ora actuală este din ce în ce mai des utilizată în domenii foarte diversificate, și-a atins maturitatea. Cert este faptul că transformările recente ale principalelor sisteme de proiectare asitată, au scos în evidență gradul de extindere al domeniului CAD. Aceasta privește arhitectura generală și adăugarea de funcții și instrumente noi de modelare în sistemele de proiectare existente, cât și posibilitatea de a realiza nu doar schițe simple 2D cu hașuri și cote și modelarea corpurilor geometrice solide și a suprafețelor pe baza parametrilor specificați de inginerul proiectant.[2]
În ceea ce privește comunicarea dintre calculator și utilizator, interfața acestuia este foarte importantă atât la intrarea în sistemul considerat, cât și la ieșire din acesta, într-un sistem de proiectare asistată.
De exemplu, la intrarea datelor în sistem se are în vedere stabilirea unor anumite valori precum: distanța liniară dintre două entități, raza unui cerc, lungimea unui arc de cerc etc., introducerea coordonatelor punctelor în două sau trei dimensiuni, identificarea unei entități în vederea modificării geometriei ei și alegerea unei operații, a orientării și a poziției.
La ieșire se va avea în vedere problema vizualizării obiectelor obținute, într-o formă obișnuită (perspectivă, proiecții), sau prezentarea ordinii de realizare prin scoaterea în evidență a arborelui de concepție al acestora.
Din punct de vedere al complexității produselor, care se află într-o continuă creștere, putem spune că aceasta conduce la unele dificultăți în proiectarea și fabricația lor. Există totuși o serie de soluții când vine vorba de această caracteristică a produselor moderne, printre cele mai utilizate fiind realizarea de noi instrumente și tehnologii care să permită realizarea proiectului, fără ca acesta să aibă un impact semnificativ asupra timpului de realizare sau a calității produsului finit. Se impun astfel îmbunătățiri în procesele de proiectare, calcul și optimizare, de simulare a fabricației, sau în modul de administrare al informațiilor. În toate acestea, proiectarea asistată de calculator este cea care dă unda verde la realizarea efectivă a produsului finit.[2]
Atunci când proiectarea și fabricația sunt din ce în ce mai integrate în pachtele de programe de proiectare, durata ciclului de realizare a produsului scade foarte mult. Este necesar un flux informațional intens, foarte important datorită abordării iterative a proceselor de proiectare, de analiză, precum și a proceselor de fabricație. Putem astfel vorbi despre faptul că proiectarea nu mai este o creație intuitivă, determinată de experiența proiectantului, ea conținând de asemenea și procedee de analiză, de simulare, de optimizare și de afișare a rezultatelor.[2]
Simultan, complexitatea produselor de la ora actuală, impune implicarea unor specialiști din diverse ramuri ale proiectării și realizării fabricației. Cu ajutorul părții de hardware și software ale unui sistem de calcul, ingineria a primit aportul necesar în ceea ce privește facilitarea acțiunilor de proiectare și de realizare a unui produs.
Vorbind la modul general, proiectarea asistată se poate defini ca proces de transformare al unui set de specificații funcționale și cerințe, într-o reprezentare completă a produsului, care determină satisfacerea cerințelor și specificațiilor, la un nivel înalt. În timpul procesului de proiectare, inginerul este persoana potrivită în ceea ce privește luarea deciziilor legate de proprietățile materialului folosit, formă, tehnologiile de prelucrare etc., toate acestea bazate pe informații obținute din îndrumare, analize numerice, standarde, experiența companiei în care se desfășoară activitatea, cunoștințele de specialitate pe care le posedă etc.[2]
Ceea ce stă la baza scurtării ciclului de fabricare a unui produs este evoluția sistemelor de proiectare asistată. Tot ea este și cea care a făcut posibilă creșterea complexității și a performanțelor, cea care a dat startul la o adevărată competiție în materie de produse fiabile, la prețuri cât mai reduse. În primul rând, competiția este cea care a contribuit la descoperirea unor noi oportunități pentru inginerii proiectanți și graficienii din domeniul proiectării asistate.
Proiectarea asistată de calculator, utilizează în mare măsură software grafic interactiv, printre cele mai utilizate sisteme CAD fiind: CATIA, AutoCAD, Inventor, Solid Works, Solid Edge, ProEngineer, Unigraphics etc.
Aceste sisteme moderne de proiectare asistată de calculator oferă posibilitatea efectuării unor calcule matematice și evaluări complexe, punând la dispoziția utilizatorului biblioteci cu metode de calcul algebric, static, calcul automat pentru suprafețe și volume, determinarea momentelor de inerție, calcule de rezistență cu ajutorul analiezi cu element finit etc.[2]
Cu un domeniu larg de aplicabilitate, metoda elementelor finite, reprezintă o modalitate modernă și rapidă de analiză tehnică, aplicându-se cu preponderență în ingineria mecanică, cu prioritate la determinarea stării de eforturi și a deformării corpurilor solide, în calcule de câmp termic, simulări în hidrodinamică, acolo unde este nevoie de evaluarea pas cu pas a unor mărimi care au tendința de a varia continuu.[2]
Capitolul III. CONCEPTUL CAM
III.1. Considerații generale
Abrevierea C.A.M. se echivalează cu fabricarea asistată de calculator și provine de la termenul în limba engleză Computer Aided Manufacturing. Aceasta se poate defini ca fiind fabricația în care procesul de producție este direct și controlat prin sisteme de procesare a datelor.
Principalul obiectiv al ingineriei este acela de a transforma ideile în produse sigure, economice și fiabile. Procesul de modelare și de fabricare a unui produs implică adesea investiții condiserabile în diverse resurse începând de la resursele materiale, financiare, informaționale, până la cea mai importantă resursă a unei întreprinderi: resura umană. Menționăm faptul că resursa umană este cea mai importantă resursă a unui sistem de producție, ca un tot unitar al aptitudinilor fizice și intelectuale existente în organismul viu al omului, pe care el le pune în funcțiune atunci când produce ceva.[5]
Ingineria este cea care stă la baza proiectării produselor, ciclului procesului de fabricare și puterii companiei de a produce bunuri care să corespundă cerințelor consumatorului final și să fie de o calitate superioară. Stadiul de proiectare al produsului este cel care determină funcționarea și aspectul final al bunului, costurile de producție și abilitatea de planificare și control a operațiilor de fabricare.
După cum bine se știe, un procent de aproximativ 80% din resursele și costurile necesare realizării unui produs sunt implicate direct în procesul de proiectare. Cu cât un produs este lansat mai repede în producție și pe durata procesului de producție se constată nereguli sau erori, costurile pentru reproiectarea lui vor crește și nu va fi rentabil pentru firma producătoare. [5]
Fabricația asistată de calculator s-a dezvoltat ca răspuns la problema materializării unui model geometric existent pe planșeta proiectantului. Primul pas în fabricația asistată de calculator este transpunerea în calculator a modelului geometric dorit, folosind o aplicație specializată.
Proiectarea în domeniul ingineriei a fost influențată într-o mare măsură de tehnologia proiectării asistate de calculator. În mod similar și procesul de fabricație a întâlnit schimbări majore prin introducerea echimpamentului de control numeric (numerical control, NC) și a comenzii numerice asistate de calculator (computer numerical control, CNC) în mașinile unelte și alte echipamente destinate fabricării unui produs.
Astfel, prin atașarea acestor noi echimpamente mașinilor unelte și înlocuirea mașinilor unelte convenționale, a crescut gradul de flexibilitate, s-au redus timpii ciclului de fabricație și a crescut precizia de prelucrare. Prelucrarea unor suprafețe cu un grad de complexitate ridicat cu ajutorul mașinilor unelte convenționale nu este precisă și nici economă deoarece reglarea mașinii ar necesita consumul unei cantități mari de timp. Suprafețe de o complexitate ridicată se pot întâlni în componentele aeronavelor, automobilelor, echipamentelor din agricultură, electrocasnice etc.[5]
Procesul de integrare CAD/CAM a început prrin dezvoltarea tehnologiei NC. Mașinile unelte înzestrate cu echipamente de comandă numerică au fost îmbunătățite în mod continuu atât în ceea ce privește componenta hardware, cât și componenta software prin actualizarea permanentă la cerințele de fabricare.
III.2. Cerințe ale integrării CAD/CAM
Nevoia de creștere a productivității muncii, precum și menținerea poziției pe o piață aflată în plină ascensiune a accentuat importanța integrării modulelor CAD și CAM, luând astfel naștere noțiunea de Fabricație integrată prin calculator sau C.I.M. (Computer Integrated Manufacturing).[6]
Fabricația integrată de calculator este utilizată pentru a caracteriza integrarea tuturor elementelor implicate în producție prin mijloace informatice. Aceste mijloace informatice care iau parte în cadrul funcțiunii unui calculator sunt:
proiectarea asistată de calculator;
ingineria asistată de calculator;
planificarea proceselor CAPP (Computer Aided Process Planning);
fabricația asistată de calculator CAM (Computer Aided Manufacturing);
O etapă importantă în programarea NC o reprezintă utilizarea efectivă a informațiilor C.A.D. în activitatea de programare NC. Această integrare CAD/CAM a fost utilizată pe scară largă în vederea generării diferitelor tipuri de desene.[6] În ceea ce privește ramura ingineriei putem identifica trei mari categori de desene:
modelul 3D al solidului (desenul de ansamblu);
desenele de execuție;
desenele generate în vederea programării NC;
Modelul 3D al solidului este alcătuit în general dintr-un număr mai mare de componente aranjate astfel încât să determine funcționalitatea ansamblului pe care îl alcătuiesc. Dimensiunile reperelor ce intră în componența ansamblului pot fi afișate sau nu. Desenele modelelor 3D sunt în general recunoscute ca desene de ansamblu.[6]
Desenul de execuție reprezintă desenul 2D al fiecărei componente din întreg ansamblu, în care se specifică toate dimensiunile sale (cote de gabarit, cote de formă și cote de poziție) plus alte câteva cote legate de toleranțe dimensionale, calitatea suprafețelor etc.
Desenul utilizat în programarea NC este bazat pe desenul de execuție al piesei. Acesta este compus dintr-un set de entități geometrice ordonate logic care descriu conturul piesei ce urmează a fi prelucrată și un alt set de cerințe ce trebuie îndeplinite în vederea prelucrării precum toleranțe și calitatea suprafețelor prelucrate.[6]
Pentru a asigura cu succes transferul de informații din CAD în CAM, trebuiesc impuse câteva condiții cu privire la modul de extragere a desenului de execuție care va fi bază de pornire pentru generarea programului NC a piesei de prelucrat. Aceste cerințe sunt în general de ordin organizațional și implică ordonarea geometrică a entităților ce alcătuiesc modelul solid și separarea pe mai multe straturi a informațiilor ce survin din desenele de execuție.[6]
III.3. Programe dedicate CAM
HyperMill ( dezvoltat de compania “Open Mind Software Technologies GmbH”) – acesta are ca scop generarea programelor de prelucrare numerică pentru mașinile unelte automate cu comandă numerica în două până la patru axe; funcționează împreună cu programul de proiectare AutoCAD (Autodesk).[5]
SurfCAM – acest program este capabil să genereze comenzi pentru mașini-unelte în două și până la cinci axe.[5]
MAGMA – (produs al “MagmaSOFT GmbH”) are ca principal obiectiv simularea proceselor de turnare a metalelor.[5]
Edge-CAM – program independent sau instalat împreună cu pachteul AutoCAD , programul poate genera secvențele de prelucrare prin așchiere/electroeroziune pentru mașinile cu comenzi numerice în 2-5 axe de prelucrare .[5]
C-MOLD – este capabil să simuleze procesele de formare în matrite a maselor plastice.[5]
Modulele CAM oferite de programul de proiectare CATIA V5 produs al companiei Dassault Systemes:
CATIA Lathe Machining programmer ( pentru programarea strungurilor automate deservind industriile de profil mecanic, automobile, avioane);
CATIA Surface Machining Programmer ;
CATIA MultiAxis Machining Programmer ;
CATIA Mold & Die Machining Assistant;
III.4. Aspecte generale privind programarea NC
Conceptul de comandă numerică se referă la automatizarea a mașinilor unelte care funcționează pe baza unei serie de comenzi programate, stocate pe un suport hardware. Aceasta înseamnă că toate informațiile ce trebuie furnizate mașinii-unelte la prelucrarea unei piese, informații geometrice (date preluate din desenul de execuție al piesei) și tehnologice (legate de sculele și de vitezele de lucru ale mașinii unelte) sunt exprimate numeric iar mașina-unealtă să decodifice limbajul acestor numere și să execute prelucrarea piesei pe baza lor, în mod automat, fără intervenția operatorului uman. Acest lucru se realizează cu un echipament special cu care se dotează mașina-unealtă cu comandă numerică , cu care sunt transmise și prelucrate informațiile numerice.[6]
Primele mașini unelte cu comandă numerică au fost construite în anii 1940-1950, cu ajutorul instrumentelor existente la acea dată, iar datele ce conțineau informații cu privire la modul de prelucrare erau stocate pe benzi perforate. Însă cu timpul echipamentele de comandă numerică au evoluat, acestea având în componență un tablou electronic și traductoarele de măsură a deplasării reale a elementelor mobile ale mașinii unelte (sănii, mese, suporți) după diferite axe de coordonate.[6]
III.5. Programarea mașinilor unelte cu comandă numerică
Programarea mașinii-unelte în vederea prelucrării unei piese se poate efectua pe trei căi:
automat, cu ajutorul benzii perforate BP, de pe care informațiile sunt extrase cu ajutorul unui cititor de bandă perforată.
manual, prin intermediul unui panou prevăzut cu taste, butoane, comutatoare. Toate informațiile introduse în panou sunt afișate cu ajutorul unui ecran LCD.
prin calculator, în cazul echipamentelor de comandă moderne, unde blocul de introducere al datelor BID, este un bloc de interfață adecvat.
Informațiile introduse prin intermediul programului NC sunt transmise și prelucrate de către calculatorul echipamentului NC și apoi sunt transferate echipamentului electric sau electro-hidraulic al mașinii unelte convenționale care execută comenzile corespunzatoare asupra circuitelor de lucru și celor auxiliare ale mașinii-unelte cu comandă numerică. Pe de altă parte, informațiile privind deplasarea reală a elementelor mașinii sunt furnizate de către traductoarele liniare de masură a deplasării, prin legatură inversă, către blocul de comparație al echipamentului, care compară deplasarea reală cu cea programată, mișcarea încetând când cele două valori coincid.[7]
Echipamentele de comandă numerică trebuie să îndeplinească o serie de funcții caracteristice comenzii numerice a mașinilor-unelte.[7] Aceste funcții sunt:
Citirea informațiilor codificate de pe suportul magnetic sau banda perforată;
Decodificarea datelor (conversia informațiilor din forma în care sunt scrise pe banda perforată sau suportul magnetic, în forma în care pot fi aceptate de echipamentul care va prelucra piesa);
Stocarea informațiilor pentru o perioadă de timp și posibilitatea furnizării acestota la cerere, în momentul în care sunt solicitate;
Posibilitatea corecției de sculă;
Conversia mărimilor (din numeric în analogic); forma numerică fiind folosită în CNC, pentru comanda circuitelor mașinii CNC va fi necesară forma analogică a semnalului;
III.6. Tipuri de mașini cu comandă numerică
Cu privire la numărul axelor programabile, există o mare diversitate de mașini de frezat cu comandă numerică și centre de prelucrare prin frezare și strunjire.Un centru de prelucrare prin frezare este definit ca o mașină de frezat CNC, echipată cu schimbător automat de sculă.[8]
În figurile următoare se prezintă principalele tipuri de centre de prelucrare prin frezare.
– centre de prelucrare în trei axe – sunt constituite din mașini de frezat verticale, cazul cel mai întâlnit, (fig. 3.1, a), sau din mașini de frezat orizontale (fig. 3.1, b), prevăzute cu schimbător automat de sculă și cu axele comandate numeric. [8]
a. b.
Fig.3.1. Centre de prelucrare în trei axe.
a – centru de prelucrare vertical; b – centru de prelucrare orizontal
– centre de prelucrare în patru axe – sunt constituite din mașini de frezat verticale sau orizontale CNC în trei axe echipate suplimentar cu masă rotativă CNC (fig. 3.2). [8]
Fig.3.2. Centre de prelucrare în patru axe.
a – centru de prelucrare vertical; b – centru de prelucrare orizontal.
– centre de prelucrare în cinci axe – derivă din centrele de prelucrare în patru axe, dar au încă o axă de rotație în plus la arborele principal. Sunt mașini foarte scumpe și sunt utilizate pentru prelucrarea pieselor și matrițelor complexe din industria aerospațială și a autovehiculelor. Pe centrele de prelucrare în cinci axe piesele complexe pot fi prelucrate dintr-o singură prindere pe masa mașinii, deci vor rezulta cu erori mai mici decât în cazul prelucrării pe mașini cu mai puține axe și totodată timpul de prelucrare este mai scurt, deoarece se reduc timpii auxiliari pentru reglarea piesei.[8]
Fig.3.3. Centru de prelucrare în cinci axe.
Capitolul IV. CONCEPTUL CAE
IV.1. Considerații generale
Abrevierea C.A.E. provine de la termenul din limba engleză Computer Aided Engineering și se echivalează cu ingineria asistată de calculator.
Conceptul C.A.E. înglobează instrumente de tip software utilizate în principal de ingineri în vederea găsirii unor soluți pentru sarcini precum:
Analiza rezistenței la solicitări a unui reper dintr-un ansamblu sau a unui ansamblu proiecat;
Simularea funcționării unui ansamblu de repere;
Simularea întreg procesului de fabricare;
Optimizarea produselor aflate în faza de model virtual în urma descoperirii unor posibile probleme legate de proiectare;
Majoritatea întreprinderilor al căror obiect principal de activitate îl reprezintă concepția, devzoltarea și fabricarea de noi produse, indiferent de ramura industrială din care fac parte, dețin departamente specializate care validează modelul virtual. Existența unui astfel de departament este impusă de complexitatea produselor fabricate de fiecare întreprindere.[9]
Pe lângă proiectarea asistată de calculator C.A.D., ingineria asistată de calculator C.A.E. este folosită de către toate marile companii din domeniile constructoare de mașini, industria aerospațială, feroviară și navală pentru care acestea au oameni bine pregătiți care se ocupă cu analiza, evaluarea și validarea modelului virtual. Companiile care nu fabrică produse la fel de complexe, folosesc aplicațiile software C.A.D. în cadrul departamentului de proiectare și concepție pentru o analiză preliminară și optimizarea produsului.[9]
Ingineria asistată de calculator a cărei scop îl reprezintă analiza și simularea, are influență asupra următoarelor domenii:[9]
Analiza termică și analiza curgerii fluidelor;
Analiza tensiunilor din componentele sau ansamblu de componente supuse la diverse deformații utilizând analiza cu elemente finite;
Cinematica – simularea funcționării mecanismelor;
Simularea turnării sub presiune (injecții în matrițe).simularea turnării în forme a metalelor topite;
Simularea deformării la rece prin ștanțare/matrițare;
De cele mai multe ori, companiile din industrie nu consideră necesară analiza și simularea produselor pe care le fabrică și atunci își pun întrebarea :”De ce este nevoie parcurgerea acestor etape?” Pentru această analiză, există mai multe răspunsuri precum:[9]
În urma analizării modelului virtual, se reduc costurile cu testarea fizică.
Intervalul de timp în care se dezvoltă un nou produs, de la concepție la fabricație, scade.
Crește nivelul calității, fiabilității și a siguranței în utilizarea produsului.
Se permite optimizarea produsului care se află încă fază de proiect, eliminâdu-se astfel costurile legate de timp, costurile materiale și financiare cu prototipurile fizice.
IV.2. Analiza cu elemente finite și simulare. Scurt istoric.
Odată cu dezvoltarea tehnologiei, s-au dezvoltat și aplicațiile software care au la bază metoda elementului finit. Avansul tehnologic din ultimii 20 de ani a făcut posibilă realizarea unor analize cu elemente finite din ce în ce mai complexe. [6]
Metoda elementului finit FEM (“Finite Element Modeling”) și analiza cu element finit FEA (“Finite Element Analysis”) sunt două dintre cele mai populare aplicații ale ingineriei mecanice, oferite de existența integrării sistemelor CAD/CAM. Aceast fapt se datorează metodei elementului finit care este printre cele mai cunoscute tehnici numerice de rezolvare a problemelor inginerești. Cu ajutorul acestei metode se poate aborda cu ușurință orice formă geometrică complexă, proprietate a unui material și orice condiție de încărcare a reperului pe care dorim să îl analizăm. [6]
Metoda elementului finit este o tehnică de analiză numerică necesară obținerii unor soluții aproximate pentru o gamă largă de probleme inginerești. Metota a fost introdusă în industria aerospațială ca și unealtă, pentru a studia tensiunile la care sunt supuse componentele de formă complexă a aeronavelor.[6]
Prima aplicație software a fost NASTRAN (NASA Structural Analysis) și a fost lansată oficial în anul 1968 și achiziționată de compania MSC. În prezent programul MSC.Nastran este cea mai veche aplicație software pentru simulare și analiză care folosește metoda elementelor finite. Pe parcursul anilor, au fost companii care au cumpărat codul sursă al programului implementat de compania MSC, astfel încât, în prezent, sunt și alte companii care și-au dezvoltat propriul program de analiză cu element finit având ca bază modul de calcul Nastran. Printre astfel de companii putem aminti: Siemens PLM Software ce deține NX Nastran și Femap (program folosit de foarte multe companii la nivel mondial), Nei Software(Noran Engineering) care deține Nei Nastran.[9]
Printre cele mai importante aplicații software dezvoltate pe platforma NASTRAN putem aminti:
ANSYS – creat de compania Ansys Inc. în anul 1970. În prezent, ANSYS este una dintre cele mai complexe aplicații software de pe piață.[9]
ABAQUS – creat de compania HKS Inc. în anul 1978. Din 2005 este cumpărat și dezvoltat de Dassault Systemes, iar în prezent este distribuit în pachet cu aplicațiile CAD oferite de Dassault Systemes.[9]
ADINA – este o aplicație creată în 1986 de către compania ADINA R&D Inc., iar în prezent a fost integrat în NX Nastran și utilizată pentru calcul neliniar avansat.[9]
ALGOR – a fost creat în anul 1984 pe platforma PC (Personal Computer) și a fost dezvoltat alături de aplicația AutoCad.[9]
ADAMS – este o aplicație care în prezent face parte din pachetul de aplicații pentru simulare și analiză MSC.Software și este utilizată în simularea mișcării mecanismelor, distribuția solicitărilor componentelor aflate în mișcare.[9]
IV.3. Noțiuni de bază în metoda de analiză cu elemente finite.
Pentru ca un utilizator al unui program de anliză cu elemente finite să știe lucra corect în programul ales, acesta trebuie să înțeleagă și să aplice corect o serie de noțiuni, pentru că acestea includ ipoteze, simplificări și generalizări. Dacă sunt ignorate, pot să apară erori în analiza produsului.[2]
Cele mai importante noțiuni de bază sunt:
Structura – poate fi reprezentată de un ansamblu de plăci, de bare , repere solide, conectate între ele. Ca și exemple de structuri, putem aminti: ansamblul efectorului final al unui robot (mâna mecanică a robotului), carcasa unui motor, o rețea de conducte etc.[2]
Modelul de calcul – reprezintă un model matematic aproximat al unei structuri reale. Modelul este apoximat, deoarece nu există metode și algoritmi pentru a dezvolta un model care să aproximeze 100% o structură reală. Pentru aceeași structură se pot elabora mai multe modele de calcul, toate corecte, dar cu performanțe diferite.[2]
Rețea de noduri și elemente (mesh) – se mai numește și discretizare. Modelul unei structuri analizare este format din linii, suprafețe plane sau curbe, și volume. Discretizarea constă în obținerea unor nodri și elemente (mesh) finite prin transformarea structurii reale, într-un model discret, cu un anumit numă de puncte, denumite noduri.[2]
Numărul de noduri trebuie să fie îndeajuns de mare în zonele de interes, pentru a se obține o aproximație satisfăcătoare a geometriei structurii, a zonele de pe marginea structurii și a condițiilor de încărcare.
Noduri (nodes) – reprezintă punctele definite în urma operațieie de discretizare care fac parte dintr-o rețea de elemente. [2]
Element finit – este o componentă de sine stătătoare care interacționează cu celelalte elemente prin intermediul nodurilor dintre ele. Orice model se poate discretiza într-un număr de elemente de formă prismatică sau tetraedrică.[2]
IV.4. Principalele posibilitati de simulare și analiză ale unor structuri.
Principalele posibilitati de simulare și de analiză comune aplicațiilor “software” care folosesc metoda elementelor finite sunt:
Analiza statică liniară (linear static) (fig. 4.1)[9]
Presupune ca toate condițiile la limită și încărcările să fie aplicate astfel încăt structura să nu se comporte dinamic.
Are în vedere posibilitatea de a determina tensiunile și deformațiile pentru o problemă în care solicitările sunt constante în timp, plecând de la ipoteza materialul este liniar elastic.
Fig. 4.1 Analiza statică liniară [20]
Analiza flambajului(buckling) (fig. 4.2)
Acest efect de flambaj apare ca răspuns structural la acțiunea forțelor de membrană, atunci cand o structură convertește energia internă de deformație de membrană în energie de deformație de înconvoiere, fără a schimba solicitările exterioare.[9]
Fig. 4.2 Analiza flambajului [21]
Analiza dinamică (dynamics) fig (4.3)
Se evectuează în cazul în care solicitările sunt variabile în timp.Se pot obține tensiuni și deformații în orice moment în care utilizatorul consideră că este necesar. Se pot determina valorile maxime ale tensiunilor și deformațiilor precum și momentele corespunzătoare.[9]
Fig. 4.3 Analiza dinamică [22]
Analiza termică (thermal) (fig.4.4)
Permite analiza termperaturilor dintr-o structură, în diverse condiții de solicitare termică.
Fig. 4.4 Analiza termică [23]
Analiza curgerii fluidelor (CFD) (fig. 4.5)
Acest tip de analiză permite determinarea distribuției de viteze și accelerații într-un fluid care curge de-a lungul unei structuri. [9]
Fig. 4.5 Analiza curgerii fluidelor [24]
Analiza de rezistență la oboseală (fatigue analysis) (fig.4.6)
Are ca scop prezicerea răspunsului sistemelor supuse la solicitări variabile ca timp și frecvență.
Fig. 4.6 Analiza de rezistență la oboseală [25]
IV.5. Etapele analizei cu elemente finite
În aplicația metodei de analiză cu element finit, obiectul sau sistemul supus analizei este reprezentat printr-un model geometric similar alcătuit din mai multe legături, numite regiuni discrete (elemente finite pe o rețea structurală). Se obține astfel o rețea de elemente (mesh).
Fiecărui element i se aplică o serie de ecuații de echilibru, generându-se astfel un sistem de ecuații de echilibru care va fi rezolvat utilizând tehnici de algebră liniară sau scheme numerice non-liniare, după caz. Rezultatele obținute în urma supunerii unui reper analizei cu elemente finite, sunt aproximative. [10]
Putem obține o acuratețe a rezultatelor prin ceea ce se numește “rafinarea rețelei de elemte” (mesh refine), rezultând un număr mai mare de elemente finite și deci un sistem de ecuații mai voluminos.
O utilizare frecventă a analiezi cu elemente finite este de a determina tensiunile și deplasările în mecanica obiectelor.[1]
Orice temă inginerească care are în vedere proiectarea, dezvoltarea și fabricația unui produs, necesită parcurgerea a trei faze în cadrul analizei:[1]
Preprocesare – această fază are în vedere definirea modelului și stabilirea factorilor de mediu pentru a fi aplicați pe aceasta.
Procesare (analiza propriu-zisă) – faza în care se are în vedere analiza modelului definit anterior și care necesită un sistem de calcul performant, precum și o aplicație specifică pentru rezolvarea modelului de obiect definit.
Postprocesare – este ultima etapă în care se pot vizualiza rezultatele obținute în faza de analiză a modelului virtual.
Preprocesarea
Reprezintă prima etapă în analiza cu elemente finite a unui obiect. În cadrul acestei faze se construiește modelul cu elemente finite al structurii ce urmează a fi analizat. Se pot utiliza reprezentări tridimensionale, dar trebuie avut în vedere faptul că astfel se poate neglija o dimensiune sau chiar două care ar produce modificări importante asupra soluției finale. Pentru a evita obținerea unor rezultate nesatifăcătoare se va putea folosi și reprezentări simplificate care fac apel la suprafețe (reprezentări bidimensionale), linii, curbe și puncte. [10]
Se obțin astfel sisteme de ecuații mult mai simple decât în cazurile 3D, ceea ce duce la economii de timpi de rezolvare și resurse ale sistemului de calcul.
Mecanismul simplu de a obține modele cu elemente finite constă în utilizarea unui algoritm matematic care divizează un model CAD importat în programul FEA în elementele respective. Elementele sunt legate prin noduri, plasate în cele mai multe cazuri în colțurile fiecărui element și/sau la mijlocul acestuia. Nodurile de legătură reprezintă și punctele în care sunt calculate diverse mărimi (de exemplu: deplasarea materialului în nodul respectiv).[10]
Tot în faza de preprocesare se specifică datele inițiale: forțe, momente, temperaturi, materiale, proprietăți, constrângeri, presiuni etc.
Procesarea (analiza propriu-zisă)
Este etapa în care programul FEA se folosește de o serie de proceduri și metode matematice, cu ajutorul cărora pe baza datelor introduse inițial în etapa de preprocesare și a modelului cu elemente finite, generează și rezolvă sisteme complexe de ecuații liniare sau neliniare, după caz.[10]
Postprocesarea
Reprezintă ultima etapă în care se pot vizualiza rezultatele obținute în urma analizei propriu-zise cu ajutorul funcțiilor puse la dispoziție de modului de postprocesare.
Uneltele numerice și grafice, oferă posibilitatea localizării precise și rapide a zonelor ce oferă informații precum tensiunile și deformațiile.[10]
Capitolul V. CONCEPTELE CAD/CAM/CAE IMPLEMENTATE ÎN CATIA V5
V.1. Considerații generale
CATIA (Computer Aided Three dimensional Interactive Applications), în prezent reprezintă unul dintre cele mai utilizate sisteme integrate CAD/CAM/CAE, dezvoltată de compania Dassault Systemes, cu aplicații în diverse domenii, printre care: industria construcțiilor de mașini, industria aeronautică, industria navală, de automobile, robotică, chimice și multe altele. [2]
Software-ul realizat cu ajutorul limbajului de programare C++, fiind temelia suitei software a Dassault Systemes, a fost creat și optimizat între anii 1970-1980 ajutând la dezvoltarea avionului de luptă cu reacție Mirage, mai apoi fiind adoptat și în cadrul industriilor mai sus amintite.[15]
Versiunea a 5-a este disponibilă încă din anul 1999, la fiecare release (nouă actualizare), fiind introduse noi module și funcționalități, în paralel cu cele existente, îmbunătățind continuu modul de lucru. Programul de proiectare asistată CATIA V5 pune la dispoziție o gamă vastă de soluții integrate pentru a satisface toate aspectele ce țin de design și de fabricație a produsului. Printre cele mai importante funcționalități de bază ale programului, menționăm: concepția avansată a pieselor mecanice, realizarea interactivă a ansamblurilor, realizarea automată a proiecțiillor piesei sau a ansamblului curent, modelare numerică, control numeric, proiectare parametrizată, analiză cu elemente finite etc.[2]
Noțiunea de model virtual a început să fie din ce în ce mai utilizată, începând cu lansarea pe piață a versiunii 5 CATIA. Acest termen se poate defini ca ansamblul datelor de tip informatic care permit manipularea unui obiect creat pe calculator, la fel cu un obiect din viața de zi cu zi. Astfel, se poate face posibilă testarea rezistenței la diverse solicitări mecanice, termice, comportament dinamic, se poate face verificarea unui ansamblu dacă este sau nu demontabil, se poate asigura dacă mobilitatea unor componenete nu generează coliziuni între acestea sau cu alte componente din ansamblul creat. Modelul virtual obținut cu ajutorul programului CATIA V5 poate fi modificat în orice moment, deoarece modificările pe care proiectantul le aplică asupra acestuia sunt ușor de realizat datoită flexibilității instrumentelor de lucru cât și a modului de proiectare complet parametrizat. [2]
V.2. Conceptul CAD implementat în CATIA V5
Programul CATIA V5, posedă o structură modulară, asigurându-se astfel o mare versatilitate, trecerea de la un modul de lucru la altul făcându-se rapid fără a fi necesară întreruperea activității de editare a obiectului aflat în lucru.[2]
Întrucât numărul de module implementate în CATIA este mare, dintre acestea câteva pot fi considerate ca fiind de bază, permițând realizarea aproape oricârui model de piesă sau ansamblu tridimensional, dar și simularea cinematică și analiza cu elemente finite:
CATIA Sketcher – este modulul care ajută la crearea modelului tridimensional, pornind de la schița unui profil în două dimensiuni.[2]
Modulul CATIA Sketcher oferă un set complex de funcționalități și instrumente de schițare și de constrângere, care permit crearea si modificarea elementelor (entităților) unei schițe (linii, puncte, cercuri etc.). Foarte importantă este posibilitatea de a aplica constrângeri acestor elemente.[4]
De asemenea modulul CATIA Sketcher mai conține instrumente de obținere rapidă a profilelor utilizate ca suport pentru un corp 3D, dar și instrumente care permit stabilirea dimensiunilor și constrângerilor schiței 2D, atenționând utilizatorul cu privire la omiterea unor cote, la apariția supracotării, sau la un posibil conflict între anumite dimensiuni.[4]
CATIA Part Design – se utilizează la crearea efectivă a modelului tridimensional a diferitelor repere din diferite ramuri ale industriei.[2]
Modulul CATIA Part Design face posibilă proiectarea 3D a pieselor mecanice, sprijinind utilizatorul, cu o interfață intuitivă și flexibilă, de la reprezentarea unei schițe, până la concepția interactivă de produs.[4]
CATIA Part Design oferă un mediu de lucru foarte productiv în concepția produselor mecanice, fiind, în general, baza celorlalte module ale programului CATIA V5.
Fiecare piesă proiectată cu ajutorul modulului CATIA Part Design conține un număr de parametri, utilizați atât în cadrul său, cât și în modul CATIA Knowledge Advisor, pentru parametrizarea și crearea automată a familiilor de piese, a dependențelor între piesele unui ansamblu etc.[4]
CATIA Assembly Design – oferă posibilitatea generării unui ansamblu de piese cu impunerea diverselor constrângeri mecanice în vederea poziționării acestora și crearea suprafețelor de contact dintre piese.[2]
Modulul CATIA Assembly Design oferă numeroase instrumente de proiectare, care permit definirea și administrarea structurilor mecanice asamblate. Acest modul este utilizat în strânsă colaborare cu alte module ale programului CATIA V5, precum Part Design, Drafting sau Knowledge Advisor, oferind un mediu de lucru foarte productiv pentru crearea și gestionarea ansamblurilor mecanice, de la cele mai simple, cu doar câteva componente, până la cele foarte complicate, cu un număr mare de componente. Unele din componentele ansamblurilor sunt create de utilizator, iar altele sunt preluate din biblioteca programului.[4]
CATIA Assembly Design permite luarea în considerare a constrângerilor impuse de ansamblurile mecanice, poziționarea automată a pieselor și controlul coerenței asamblării. De asemenea, proiectantul este sprijinit în definirea și administrarea ansamblurilor complexe, ierarhizate după o metodă descendentă sau ascendentă.
De asemenea, CATIA Assembly Design face posibilă aplicarea constrângerilor mecanice pentru ajustarea poziției relative și aducerea în contact a componentelor ansamblului creat. Componentele sunt reutilizabile într-unul sau în mai multe ansambluri diferite, fără a fi necesară multiplicarea lor pentru fiecare ansamblu în parte.[4]
O opțiune foarte utilă o reprezintă generarea automată a nomenclaturii componentelor unui ansamblu, ceea ce garantează un inventar complet al acestora.
Dintre cele mai importante caracteristici ale modulului de asamblare CATIA Assembly Design, se pot enumera: generarea în conditii foarte bune a structurilor asamblate, elaborarea simultană a ansamblului și a diferitelor sale elemente componente, oferirea de functii avansate de pozitionare a pieselor constrânse mecanic sau a celor neconstrânse, poziționarea dinamică și intuitivă a componentelor în cadrul unui ansamblu, analiza dinamică a definițiilor de asamblare, gestionarea avansată a ansamblului pentru a facilita modificările apărute în elementele componente etc.[4]
CATIA Drafting – deține instrumentele necesare pentru a obține desenele de execuție ale pieselor și ansamblurilor create. [2]
Modulul CATIA Drafting permite crearea, modificarea și cotarea desenelor de execuție ale pieselor și ansamblurilor modelate tridimensional. De asemenea, ca facilitate suplimentară, modulul CATIA Drafting permite și proiectarea bidimensională a acestora.
Din punct de vedere al modului de lucru, modulul CATIA Drafting poate fi considerat ca fiind constituit din două submodule: Interactive Drafting și Generative Drafting.[4]
Astfel, în Interactive Drafting utilizatorul creează vederile unei entități (piesă sau ansamblu) cu ajutorul instrumentelor de proiectare puse la dispoziție de program. Evident, din acest desen bidimensional nu se poate obține corpul tridimensional al respectivei entități proiectate.
In Generative Drafting, pornind de la un corp tridimensional, creat cu ajutorul modulelor CATIA Sketcher și CATIA Part Design, se pot obține numeroase proiecții (vederi și secțiuni) ale acestuia, reprezentând desenele de execuție necesare pentru o definire completă.[4]
CATIA Knowledge Advisor – ajută utilizatorul în proiectarea parametrizată, utilizând diverse instrumente precum: formule, parametri, reguli, activate doar în momentul în care s-au îndeplinit unele condiții stabilite anterior.[2]
Modulul CATIA Knowledge Advisor permite utilizatorilor integrarea și optimizarea cunoștințelor în concepție, facilitând luarea deciziilor tehnice, reducerea numărului și gravității erorilor sau pentru automatizarea concepției cu o productivitate maximă.[4]
Astfel, utilizatorul poate integra diverse cunoștințe în concepția produselor sale prin reguli, formule, reacții și verificări. Aceste elemente sunt luate în considerare și utilizate împreună într-un anumit context.
CATIA Generative Shape Design – se folosește cu succes la modelarea unor componente de autovehicule acolo unde este necesară utilizarea suprafețelor. De exemplu: modelarea arcurilor, modelarea diferitelor părți a caroseriilor mașinilor, modelarea telescoapelor și a flanșelor, modelarea diferitelor garnituri etc. În figura 5.1 este prezentat ansamblul 3D a unui amortizor în poziția deschisă, împreună cu flanșele necesare fixării acestuia pe caroserie.
Fig. 5.1 Ansamblu amortizor
(ansamblu amortizor realizat în cadrul firmei S.C. GMAB Consulting S.R.L.)
O problemă importantă care afectează și definește activitatea de dezvoltare a produselor este crearea, stocarea și reutilizarea informațiilor, a datelor experimentale, experiențelor și a cunoștințelor acumulate anterior.
Aceste informații încorporează experiența anterioară și datele despre produs sub o formă direct utilizabilă, o hartă ce prezintă modul în care datele trebuie să fie interpretate. În dezvoltarea unui produs, întelegerea funcționării sale și modul cum se poate aplica aceasta pentru a crea un produs evoluat din punct de vedere tehnic și al designului, reprezintă o etapă esențială. Modelele și schemele produsului fac parte din datele care îl definesc, dar nu indică cum și pentru ce acesta a fost creat, într-o manieră specifică. Includerea unor astfel de cunoștințe în concepție s-a dovedit dificilă, fiind nevoie de efort suplimentar pentru a scrie sau codifica procedeul de decizie astfel încât să poată fi utilizat de persoane diferite.[4]
Instrumentele care, cel mai adesea, sunt folosite în dezvoltarea de produs, trebuie să fie capabile să includă și să păstreze acest tip de cunoștințe, pentru a permite, apoi, utilizatorilor să le aplice în concepția produselor care le realizează.
Prin numeroasele sale facilitati, datorită modului modern de abordare a tehnicilor de proiectare asistată, prin interfata sa intuitivă și usurință în utilizare, programul CATIA V5 deschide noi orizonturi de performanță și flexibilitate inginerilor proiectanți, creatorilor de modele si produse.[4]
V.3. Conceptul CAM implementat în CATIA V5
Modulul de manufacturare integrat în CATIA V5, depășește cu mult eficiența și performanțele altor aplicații. Printre principalele submodule utilizate frecvent în operațiile de prelucrare amintim:
Prelucrări prin strunjire (Lathe Machining) fig. 5.2 – se pot realiza simulări ale prelucrărilor pieselor de revoluție și prismatice pe mașini unelte de tip strunguri cu comandă numerică. Biblioteca de scule pusă la dispoziția utilizatorului include scule precum cuțite de strunjit normale, cuțile de strunjit cu plăcuță din carburi metalice de diferite forme și dimensiuni, bare de strunjit.
Fig. 5.2 Prelucrare prin strunjire în CATIA V5 [26]
Prelucrări prin frezare (Prismatic Machining) fig.5.3 – permite simularea prelucrărilor pieselor prismatice și de revoluție cu ajutorul mașinilor unelte de tip freze în 3 axe și freze în 3 axe cu masă rotativă. De asemenea și aici biblioteca de scule cuprinde o gamă largă de freze printre care amintim: freze cilindrice, freze cilindro-frontale, freze disc, freze deget.
Fig. 5.3 Prelucrare prin frezare [27]
Prelucrări avansate prin așchiere (Advanced Machining) fig. 5.4 – se pot simula prelucrări ale pieselor pe mașini unelte cu comandă numerică în 5 axe. Prelucrarea pe freze cu comandă numerică în 5 axe este o metodă de prelucrare avansată, care prelucrează piesa dintr-o singură prindere pe masa mașinii rezultând astfel timpi de pregătire-încheiere și erori de prelucrare foarte mici.
Fig. 5.4 Prelucrare avansată în 5 axe [28]
Printre importantele facilități cheie oferite de modulul CAM imprementat în CATIA V5, amintim:[16]
Înaltă eficiență în programarea mașinilor unelte – CATIA oferă posibilitatea salvării programelor CNC în diferite limbaje folosite de post procesoare precum: FANUC, OKUMA, SINUMERIK, FIDIA etc.
Un management eficient în programarea prelucrării pieselor;
Nivel înalt de automatizare;
Traiectorii optimizate pentru scule și reducerea timpilor de prelucrare;
Ușurință în folosire și învățare;
V.4. Conceptul CAE implementat în CATIA V5
Modulul de inginerie asistată de calculator implementat în programul de proiectare asistată de calculator CATIA V5 are rol de a-i ajuta pe ingineri să înțeleagă mai bine modul de funcționare a produsul finit, prin supunerea modelului virtual unui mediu asemănător celui în care va funcționa produsul real, în urma fabricării sale. Este etapa conform căreia modelul virtual:[1]
este aprobat => este trimis spre fabricație.
este respins => revine la faza de proiectare unde i se aduc îmbunătățiri pentru a corespunde cerințelor impuse.
Printre cele mai des utilizate programe în acest modul se află:
DMU Kinematics – ajută la realizarea simulărilor de animații pe baza creării unor cuple cinematice între componentele ansamblurilor cinematice.
Tot aici, în urma mișcărilor impuse fiecărui reper din angrenaj se pot vizualiza eventualele coliziuni apărute, luându-se astfel decizii cu privire la modificarea parametrilor ce țin de mișcarea reperelor.
Printre cele mai utilizate mișcări atribuite unui ansamblu de repere se află:
Mișcare de revoluție (Revolute Joint)
Mișcare de translație (Prismatic Joint)
Mișcare tip mecanism șurub-piuliță (Screw Joint)
Mișcare tip articulație sferică (Spherical Joint)
Ansamblu rigid (Rigid Joint)
Mișcare tip roată dințată-cremalieră(Rack Joint)
Generative Structural Analysis – are ca scop analizarea din punct de vedere stuctural al reperelor și ansamblurilor de repere mecanice ca urmare a supunerii acestora unor forțe, temperaturi, momente, presiuni, accelerații etc și evaluarea rezultatelor obținute. Se determină astfel cmportamentul acestora în anumite condiții de încărcare statică sau dinamică.
Acest program constă în analiza cu elemente finite a modelului virtual. Pe baza rezultatelor obținute în urma analizei cu elemente finite se vor lua deciziile finale.
Principalele tipuri de analiză cu elemente finite întâlnite în CATIA V5 sunt:[11]
Soluția statică (Static case) – are ca scop generarea soluțiilor de analiză statică care constau în deplasări mici și forțe aplicate static independente de timp
Calculul frecvențelor proprii (Frequency Solution) – are ca scop generarea de frecvențe asociate unor moduri proprii de vibrație cu forme diferite.
Calculul flambajului (Buckling Solution) – stabilirea setului de factori de încărcare critici asociați vectorilor formelor de flambaj proprii.
Comenzi specifice de discretizare:[11]
Discretizare cu EF tetraedrale (OCTREE Tetraedron Mesh) – specifice modelelor 3D.
Discretizare cu EF triunghiulare (OCTREE Triangle Mesh) – specifice entităților 2D.
Discretizare cu EF bară (Beam Meshing) – specifice entităților geometrice 1D.
Comenzi de modelare a legăturilor sudate
Acestea se aplică elementelor sudate care fac parte dintr-un ansamblu mecanic și pot fi:
Legătură cu sudură în puncte (Spot Welding Connection).
Legătură cu sudură în linie (Seam Wealding Connection).
Legătură cu sudură pe suprafață (Surface Welding Connection).
Capitolul VI. STUDIU DE CAZ
PARTEA I ANALIZA STATICĂ A UNUI REPER SUDAT UTILIZÂND PROGRAMUL CATIA V5
VI.1.1. Considerații generale
În prima parte a studiului de caz, se realizează analiza cu elemente finite a unei prime variante constructive de reper sudat pe baza unei scheme logice de analiză.[12]
Se interpretează rezultatele obținute și pe baza lor se propun moduri de optimizare. În urma etapei de optimizare va rezulta a doua variantă constructivă a reperului sudat. Această variantă va fi supusă din nou analizei cu elemente finite, comparându-se în final rezultatele celor două variante. Trebuie precizat faptul că în ambele cazuri forța de acționare este aceeași.[12]
VI.1.2. Schema logică de analiză
Schema logică este o reprezentare grafică, simplificată, a etapelor ce intră în componența procesului de analiză și este prezentată în figura 6.1
Fig. 6.1 Schema logică de analiză
VI.1.3. Prezentarea modelului 3D și desenul de execuție („LAYOUT-UL”)
Pentru început s-a stabilit ansamblul general din care urmează să facă parte reperul sudat. Acesta este compus din două repere sudate (1 și 2) de același fel care au rol de susținere a grinzii 3. Ansamblul general este prezentat în figura 6.2. [12]
Rolul reperelor (1 și 2) este de susținere a grinzii 3 asupra căreia se acționează cu o anumită forță. Întreg ansamblu face parte dintr-o linie de fabricație a automobilelor cu rol de transport pe un conveior.
Fig. 6.2 Ansamblul General
Legendă:
1 – reperul sudat 1;
2 – reperul sudat 2;
3 – grinda;
4 – forța ce acționează asupra grinzii;
În figura 6.6 se prezintă reperul sudat, extras din ansamblul general, condițiile pe care le îndeplinește, precum și sensul și direcția forței ce acționează asupra sa; În figura 6.4 se prezintă desenul de execuție al reperului sudat („LAYOUT-ul”)
Fig. 6.3 Modelul 3D al reperului sudat
Fig. 6.4 Desenul de execuție al reperului sudat
VI.1.4. Modulul de analiză cu elemente finite
Modulul functionează prin utilizarea metodei de analiză cu element finit prin aproximare numerică. Principiul acestei metode constă în aproximarea modelului împărțindu-l în piese mult mai mici, simplificate. Aceste piese sunt ceea ce numim noi elemente. Elementele sunt conectate între ele prin noduri. [12]
Un exemplu de element cu noduri folosit pentru realizarea analizei cu elemente finite în programul CATIA, este nodul de tip tetraedru (Fig. 6.5). Acesta este utilizat pentru analiza modelelor 3D, fiind totodată folosit și în studiul nostru de caz.
Fig. 6.5 Element cu noduri de tip tetraedru
Pentru studiul nostru de caz, se va apela la soluția statică care are în vedere generarea soluțiilor de analiză precum deplasările și forțele aplicate static independente de timp. Lansarea programului se face urmând pașii din figura 6.6.[12]
Fig. 6.6 Pornirea programului de analiză statică
Se poate calcula simultan mai multe soluții având ca rezultat determinarea câmpurilor de deplasări, de tensiuni și a reacțiunilor pentru diverse tipuri de constrângeri, încărcări și mase.
VI.1.5. Discretizarea reperului sudat
Odată importat reperul în modulul de analiză cu elemnte finite se va avea în vedere aplicarea materialului, a proprietăților, a legăturilor dintre repere și a constrângerilor și încărcărilor la care dorim sa supunem reperul.[12]
Materialul ales va fi un oțel carbon OL42, iar legăturile dintre cele două plăci sudate vor fi de tip „legătură cu sudură în linie”(Seam Welding Connection Property)
După aplicarea acestor proprietăți se va realiza disctretizarea (meshing) reperului. Mai jos (fig.6.7) avem reperul sudat descompus în acele elemente legate între ele prin noduri, operație numită discretizare.[12]
Fig. 6.7 Discretizarea reperului sudat
Trebuie precizat, cordoanele de sudură reprezintă parte independentă a reperului deoarece este se pot măsura cantitativ.
VI.1.6. Rularea analizei și prezentarea rezultatelor
Dacă toate elementele amintite mai sus (asocierea materialului, definirea proprietăților și a legăturilor dintre elemente, modelarea încărcărilor și a constrângerilor) au fost corect aplicate, se lansează modulul de calcul al programului și se așteaptă rezultatele. [12]
Rezultatele obținute în urma postprocesării se regăsesc în figura 6.8:
a) Vizualizarea câmpului de deplasări b) Vizualizarea câmpului de tensiuni
Fig. 6.8 Rezultatele obținute
Deplasări maxime=0,34mm Tensiuni maxime=92,5Mpa
Tensiunile maxime admisibile pentru materialul ales sunt cuprinse între 39 și 47 Mpa. Constatăm astfel faptul că tensiunea maximă rezultată este de 2.5 ori mai mare decît tensiunea admisibilă și deplasările maxime rezultate sunt de asemenea foarte mari.[12]
Concluzie:
Conform schemei logice de analiză se va reproiecta reperul sudat în vederea optimizării sale.
VI.1.7. Reproiectarea reperului
Potrivit schemei logice se va reproiecta reperul sudat adăugându-se o nervură de rigidizare. Această variantă constructivă a reperului sudat va produce o modificare și asupra grinzii: Se va prelucra o degajare pentru a face loc nervurii de rigidizare. Rezultatul obținut este afișat în figura 6.9.[12]
Fig. 6.9 Reperul sudat optimzat prin adăugarea unei nervuri de rigidizare. Grinda modificată.
În urma reproiectării reperului sudat, se vor aplica aceleași proprietăți, legături, materiale, constrângeri și încărcări. Se va efectua din nou discretizarea și vom rula programul.
Rezultatele obținute în urma reproiectării sunt afisate în figura 6.10.[12]
a) Vizualizarea câmpului de deplasări b) Vizualizarea câmpului de tensiuni
Fig. 6.10 Rezultatele obținute în urma reproiectării
Deplasări maxime=0,03mm Tensiuni maxime=35Mpa
Rezultatele sunt acceptate, atât din punct de vedere al deplasărilor maxime, cât și a tensiunilor maxime rezultate.[12]
Concluzie:
Reperul este validat și se încheie ciclul de reproiectare al acestuia.
În figurile următoare 6.11 și 6.12, se va face o comparație între cele două variante ale reperului sudat: fără nervură de rigidizare, respectiv cu nervură de rigidizare.
Fig. 6.11 Fără nervură de rigidizare Fig. 6.12 Cu nervură de rigidizare
VI.1.8. Concluzii
Există posibilitatea de a repeta acest ciclu de reproiectare a reperului sudat și de a relua analiza cu elemente finite de mai multe ori, în funcție de rezultatele pe care dorim să le obținem.
Modulul CATIA de analiză cu element finit, este util din punct de vedere al dimensionării și verificării în timpul proiectării întrucât este integrat în mediul de proiectare însă fără pretenții de a obține o precizie ridicată a analizei.[12]
În acest scop se vor utiliza programe specializate precum: ANSYS, ADINA, COSMOS, NISA ș.a.
PARTEA II CINEMATICA UNUI MECANISM ROATĂ DINȚATĂ-CREMALIERĂ
VI.2.1. Considerații generale
În partea a doua a studiului de caz, se scoate în evidență posibilitatea simulării cinematice a unui mecanism roată dințată-cremalieră cu ajutorul programului DMU Kinematics din CATIA V5.
VI.2.2. Modelul 3D și prezentarea mecanismului roată dințată-cremalieră
Mecanismul modelat cu ajutorul programului CATIA V5 este prezentat în figura 6.13. Elementele din care este alcătuit sunt:
suport
cremalieră
roată dințată
arbore
pană de fixare
Fig. 6.13 Modelul 3D al mecanismului roată dințată-cremalieră
și componenetele sale
Principiul de funționare:
Suportul (1) este fix și este prevăzut în construcția sa cu un canal special destinat culisării cremalierei (2) . Roata dințată (3) împreună cu arborele (4) și pana (5) formează un ansamblu rigid și vine montat în suportul (1) prin intermediul alezajului cilindric din suport. Cremaliera (2) intră în angrenaj cu roata dințată (3) prin intermediul dinților dispuși longitudinal și culisează pe suportul (1)
Când roata dințată efectuează o mișcare de rotație, cremaliera execută o mișcare de translație în plan longitudinal.
Utilizări:
În cazul mașinilor-unelte.
În domeniul auto, la construcția sistemului de direcție.
În construcția aparatelor de laborator (microscoape).
VI.2.3. Lansarea în execuție a programului DMU Kinematics
Programul este folosit pentru a simula mișcările componentelor unui ansamblu pe baza creării unor cuple cinematice între componentele acestuia. Lansarea în execuție a programului se face urmând pașii prezentați în figura 6.14
Fig. 6.14 Lansarea programului DMU Kinematics
VI.2.4. Crearea cuplelor și a constrângerilor
Între componentele mecanismului roată dințată-cremalieră se vor crea următoarele cuple pentru a face posibilă simularea mecanismului:
2 cuple rigide (Rigid Joint):
Arbore-pană;
Arbore-roată dințată;
O cuplă roată dințată-cremalieră (Rack Joint), formată la rândul ei din:
cuplă tip “Revolute” (arbore-suport);
cuplă tip “Prismatic” (cremalieră-suport);
Notă: În cazul de față, NU mai sunt necesare realizarea constrângerilor între componentele mecanismului în modulul de asamblare “CATIA Assembly Design” deoarece se stabilesc automat odată cu crearea cuplelor.
Primele două cuple rigide se creează pentru că trebuie să se comporte unitar. Acestea se prezintă în figura 6.15, respectiv figura 6.16.
Fig. 6.15 Cuplă rigidă arbore-pană
Fig. 6.16 Cuplă rigidă arbore-roată dințată
Cuplele cinematice rigide se formează în fereastra de dialog “Joint Creation: Rigid” (figura 6.17)
Fig. 6.17 Formarea cuplelor cinematice rigide
Pentru a se putea crea cupla roată dințată-cremalieră (Rack Joint) este nevoie în structura sa de alte două cuple așa cum am specificat mai sus și anume:
cuplă tip “Prismatic” (cremalieră-suport), prezentă în figura 6.18;
cuplă tip “Revolute” (arbore-suport), prezentă în figura 6.19;
Fig. 6.18 Crearea cuplei de translație (Prismatic Joint)
La crearea cuplei de tanslație (Prismatic joint) între ghidajul prismatic al suportului și cremalieră (fig. 6.18) , nu se bifează opțiunea “Lenght Driven” din fereastra de dialog.
Fig. 6.19 Crearea cuplei de rotație (Revolute Joint)
La crearea cuplei de rotație (Revolute Joint) între alezajul cilindric executat în peretele vertical al suportului și arbore (fig. 6.19), nu se bifează opțiunea “Angle Driven” din fereastra de dialog.
Angrenarea corectă a celor două componente, roată dințată și cremalieră este posibiliă doar dacă dimensiunile componentelor ansamblului și poziția alezajului cilindric în care se montează arborele, sunt alese corespunzător.
Poziția de angrenare a cremalierei cu roata dințată se realizează manual, cu compasul prin deplasarea transversală a acesteia.
O condiție importantă de funcționare a mecanismului este ca unul din componetele sale să fie fix. Astfel, se va folosi comanda “Fixed part” din bara de instrumente DMU Kinematics pentru a fixa suportul. Rezultatul este afișat în figura 6.20.
Fig. 6.20 Suportul fixat în urma executării comenzii “Fixed Part”
Pentru crearea efectică a cuplei roată dințată-cremalieră trebuie selectată comanda “Rack Joint” din bara de instrumente “Kinematics Joints”, în urma căreia de deschide o fereastra de dialog “Joint Creation: Rack”, reprezentată în figura 6.21
Fig. 6.21 Selectarea componentelor pentru realizarea cuplei
roată dințată-cremalieră
Selectarea cuplelor de rotație, respectiv de translație (fig.6.21) se face prin selectarea acestora din arborescență. În cazul în care nu erau create, se puteau obține cu ajutorul butonului “Create…”.
Valoarea din câmpul “Ratio” este esențială pentru simularea corectă a mecanismului. Semnul valorii indică sensul de mișcare a cremalierei.
Acesta reprezintă raportul de transmitere al mecanismului și se calculează cu formulele:
– când roata dințată este elementul motor. [2, pag. 270]
– când cremaliera este elementul motor.
unde:
v=viteza de mișcare rectilinie a cremalierei [mm/min];
n=turația roții dințate [rot/min];
m=modulul danturii [mm];
z=numărul de dinți ai roții;
Realizarea tangenței cercului de divizare al roții cu dreapta de divizare a cremalierei face ca mecanismul să funcționeze corespunzător.
Elementul motor al mecanismului fiind roata dințată, se va bifa “Angle driven for revolute”, așa cum este afișat în figura 6.21.
Astfel, printr-o ferestră de dialog, reprezentată în figura 6.22 se va confirma faptul că mecanismul poate fi simulat.
Fig. 6.22 Mesaj de confirmare a faptului că mecanismul poate fi simulat
VI.2.5. Simularea mecanismului roată dințată-cremalieră
În figura 6.23 se prezintă mecanismul roată dințată-cremalieră cu toate cuplele și comenzile impuse.
Fig. 6.23 Mecanismul roată dințată-cremalieră
Mecanismul poate fi simulat prin apăsarea comenzii “Simulation with Commans”, din bara de instrumente DMU Kinematics. Se va deschide fereasta de dialog “Kinematics Simulation” (figura 6.24) unde se vor introduce valori ale unghiului sub care se poate roti roata dințată.
Fig. 6.24 Simularea mecanismului roată dințată-cremalieră
Capitolul VII. INOVAREA TEHNOLOGICĂ
VII.1. Considerații generale privind inovarea
Inovarea reprezintă o succesiune de activități pe care conducerea unei întreprinderi le desfășoară pentru a realiza produse și servicii noi, destinate vânzării. În categoria proceselor de inovare sunt cuprinse și activitățile de extindere a piețelor, de îmbunătățire a funcționării proceselor de producție, a întreținerii echipamentelor, a canalelor de distribuție, a service-ului și nu în ultimul rând, perfecționarea activităților administrative și de conducere ale firmei. [13]
Orice schimbare realizată în firmă, care are ca rezultat îmbunătățirea situației economice, a poziția ei pe piață, condițiile de muncă ale personalului sau protejarea mediului înconjurător, constituie parte integrantă a procesului de inovare.[13]
VII.2. Forme de inovare
În practică pot apărea următoarele forme de inovare:
● inovări de produse – se referă la bunuri sau servicii cu caracteristici sau intenții de utilizare care diferă semnificativ de produsele precedente realizate de întreprindere. Acestea pot fi:
schimbări importante ale specificațiilot tehnice ale produselor;
componente și materiale;
software încorporat;
utilizare prietenoasă;
alte caracteristici funcționale;
Spre deosebire de inovările de proces, inovările de produse se vând direct clienților.
● inovări de procese – pot fi întânlite atât în sectorul industriei cât și în sectorul serviciilor și includ metode de producție noi sau semnificativ îmbunătățite, sisteme de transport și distribuție. Acestea includ schimbări semnificative în tehnici specifice, echipament și/sau software, având ca scop îmbunătățirea calitatății, eficienței sau flexibilitatea unei activități productive sau a unei activități de aprovizionare și să reducă riscurile privind siguranța mediului ambiant.[13]
● inovările organizatorice – implică schimbări mai importante în lanțul furnizor al
firmei, sunt mai puțin dependente de tehnologie decât inovările de proces și cuprind:
sisteme manageriale noi sau semnificativ îmbunătățite pentru a ridica nivelul cunoștințelor, pentru o folosire mai bună sau pentru un schimb de informații, de cunoștințe și de competențe din cadrul întreprinderii;
schimbarea majoră a organizării muncii din întreprindere cum ar fi: schimbări în structura managerială sau în diferite departamente sau activități integrate;
schimbări noi sau semnificative în relațiile cu alte întreprinderi sau instituții publice cum ar fi prin alianțe, parteneriate, surse externe sau subcontractoare;[13]
● inovările de marketing – reprezintă implementarea unor concepte sau metode de
vânzare noi sau semnificativ îmbunătățite pentru creșterea cererii de bunuri și servicii sau pentru intrarea pe noi piețe și cuprind:
schimbări semnificative în proiectarea sau ambalarea unui bun sau serviciu (se exclud schimbările de rutină/sezoniere cum ar fi schimbările în modă după sezon);
metode de vânzare sau de distribuție noi sau semnificativ îmbunătățite, cum ar fi vânzări pe internet, francize, vânzări directe sau licențe de distribuție;[13]
În încercarea de a redefini inovarea în condițiile economice actuale, se va schimba optica personalului firmei față de inovare, dar și modul de a privi inovarea. Toate acestea îi vizează pe cei care răspund direct de prosperitatea firmei, adică, managerii ei. Din propunerea de definiție a inovării prezentată mai sus, se poateconstata legătura directă care există între activitățile de inovare și cele de marketing ale unei firme.[13]
Înnoirea produselor și a piețelor pe care sunt acestea distribuite nu sunt suficiente, astfel trebuie schimbate procesele tehnologice, metodele de muncă, relațiile de muncă, relațiile firmei cu exteriorul ei, în special cu acționarii, cu finanțatorii, cu furnizorii și nu în ultimul rând, cu clienții. [13]
Orice schimbare care se dorește a fi făcută, pentru a fi acceptată de personalul firmei, trebuie să fie precedată de o acțiune de sensibilizare, de informare a oamenilor, mai ales că o schimbare, oricât de nesemnificativă ar fi ea, reprezintă o investiție, adică se cheltuiesc bani în prezent, pentru un câștig potențial în viitor. Finanțatorii acceptă cu dificultate cheltuirea unor sume de bani pentru câștiguri care pot să nu mai vină niciodată.
Din acest motiv, înainte de a introduce inovarea ca politică permanentă a firmei, prima acțiune constă în modificarea culturii organizaționale existente; acest lucru trebuie făcut pentru ca întregul personal să accepte asumarea riscului și nu numai managerii ei, iar acesta trebuie să devină modul obișnuit de lucru al firmei, pe mai departe. O astfel de firmă poartă numele de firmă inovativă. Se știe de mult timp că dacă nu riști, nu câștigi, dar majorității oamenilor nu le place riscul și-l acceptă cu dificultate. De regulă, din zece oameni, doar unul sau doi acceptă riscul.[13]
VII.3. Etapele proceslui de inovare
Procesul de inovare este o succesiune de activități care încearcă să transforme una sau mai multe idei în produse sau servicii destinate pieței, obținâdu-se venituri în urma comercializării lor. Este evident că nu toate ideile se pot transforma în produse pe care piața să le accepte, deci să se plătească pentru ele.[13]
Din acest motiv, pentru a avea un portofoliu de idei suficient de bogat, pentru a avea de unde să alegem, trebuie să dispunem de mai multe surse de idei și de un mecanism de selectare a lor, înainte de a putea spera că se vor găsi câteva care, ulterior, se vor putea transforma în bani. Acesta constituie de fapt începutul oricărui efort de inovare care, pentru a fi reușit, trebuie să mai parcurgă încă un drum lung și anevoios.[13]
Principalele etape ale procesului de inovare sunt:
selectarea ideilor;
ordonarea, depozitarea și clasificarea lor;
combinarea și selectarea lor;
obținerea resurselor financiare pentru materializarea ideii selectate;
realizarea și testarea prototipului;
corectarea prototipului;
promovarea pe piață a noului produs;
lansarea în fabricație și vânzarea lui;
evaluarea încasărilor în raport cu cheltuielile făcute pentru produsul inovativ;
corectarea erorilor și reluarea ciclului de inovare;
Din complexitatea evidentă a procesului de inovare, care poate fi privit ca o investiție de risc a firmei pe termen lung, rezultă necesitatea unui efort susținut de management, destinat special inovării.[13]
Organizarea activităților de inovare dintr-o firmă trebuie să înceapă cu stabilirea
surselor potențiale de idei și cu modalitățile de a le putea folosi pentru dezvoltarea firmei.
Creativitatea personalului este esențială în evoluția procesului de inovare din firmă, dar nu este suficientă.
În practică sunt cazuri în care sursele de idei sunt exterioare firmei, ideile vin din
afară, iar experiența arată că majoritatea firmelor creative nu au fost cele care au realizat
inovații, ca urmare a punerii în practică a propriilor idei sau a cercetărilor proprii. De cele mai multe ori, firme mici, foarte flexibile, fără să facă investiții deosebite în cercetare, au
beneficiat de pe urma cercetărilor realizate de marile firme, cu bugete mari în cercetare și cu un avans remarcabil în domeniu, dar care nu au știut să-și fructifice propriul efort creativ.
Putem astfel concluziona faptul că o firmă pentru a fi inovativă, creativitatea personalului ei reprezintă un factor necesar, dar nu și suficient. Aceasta s-ar putea să fie explicația pentru care inventatorii români, dispunând de mijloace modeste, sunt foarte prolifici la creativitate și primesc o mulțime de premii la târgurile internaționale de inventică, dar rămân în continuare săraci, deoarece ei nici nu știu că banii se pot face numai prin inovare și, cu mare dificultate, prin vânzarea de idei. De fapt, nici nu putem spune că au fost instruiți în acest sens. [13]
Școala românescă de inventică este foarte dezvoltată, dar nu în aceiași măsură și cea de inovare. Din această cauză pentru România ar fi importantă cunoașterea tehnicilor folosite de marile firme internaționale, care se implică în târgurile de inventică pe care, de cele mai multe ori, le inițiază, susțin și le finanțează. Aceste metode ar trebui prezentate studenților sub forma unui curs de inovare în ultimul an de pregătire.
Ca urmare, există o deosebire esențială între creativitate și inovare: prima aduce idei, pe când cea de a doua le transformă în valori materiale. Prima noțiune reprezintă un proces strict mental, cu mecanisme de declanșare puțin cunoscute, pe când cel de al doilea este o afacere ca oricare alta, care întâmpină riscuri și are nevoie de bani pentru a fi demarată și susținută. Din acest motiv, procesul de inovare care reprezintă o investiție în viitor, pe termen lung, trebuie condus ca orice altă activitate conștientă care aduce un folos societății. Prin urmare, pentru asta este nevoie de manageri specializați în acest domeniu, adică, de manageri de inovare.[13]
VII.4. Surse de inovații
Există două mari surse de inovație. Sursa tradițională cea mai recunoscută fiind inovatorul, realizatorul de inovații. în această situație, un agent (fie persoană, fie firmă) inovează pentru a vinde inovația. [14]
Cealaltă sursă a inovației, care doar acum începe a fi recunoscută în întreaga lume, este inovația “end-user” (inovația utilizatorului final). În acest caz, un agent (fie persoană, fie firmă) dezvoltă o inovație pentru a o putea folosi (personal sau în cadrul companiei), deoarece produsele existente nu îndeplinesc cerințele lui. Este adevărat, abordarea utilizatorului ca om de știință favorizează, pe de o parte, valoarea reală a inovației și mai ales, difuzia acesteia. [14]
Inovația “end-user” a unui utilizator final de produs sau proces demonstrează valabilitatea aplicației prin însăși aplicarea reală a inovației. Aceasta va permite utilizatorului și difuziei ei prin conferințe, vizitarea laboratoarelor confraților, prin alte contacte profesionale și de natură științifică.[14]
Inovațiile și mai ales cele esențiale și revoluționare, tind să reiasă din cercetare-dezvoltare, în timp ce altela pot să reiasă din practică, dar există multe excepții pentru fiecare tendință.[14]
În general utilizatorii de inovație rareori devin antreprenori ce-și vând produsele sau de cele mai multe ori, ei aleg să aplice inovația lor prin schimb cu alte inovații. Astăzi, ei pot alege să dezvăluie inovația lor folosind metode ca și o sursa deschisă (open sourse). În astfel de inovații , creativitatea utilizatorilor sau a comunităților de utilizatori, dezvoltă continuu tehnologiile și utilitatea lor.[14]
Modul de manifestarea al inovației în raporturile cu piața, poate fi în special, împinsă de furnizor (și este bazată pe posibilitățile noilor tehnologii) sau este condusă prin cerere (bazată pe nevoile sociale și cererile de piață). Abordarea acestei probleme este doar inițiată. Modul în care inovația se îndreaptă spre organizații, spre mediul economic abia acum începe să fie abordat.[14]
VII.5. Tehnologia
Trebuie să recunoaștem că în toate domeniile vieții, în societatea contemporană, tehnologia își lasă amprenta, influențează, modifică. Termenul „tehnologie" a devenit foarte des utilizat în publicații, în comunicări oficiale și neoficiale, în conversații curente. Mai mult, există organizații care și-au inclus în denumire sau în logo termenul tehnologie. Mai nou, chiar și în reclame se regăsește acest termen, în special pentru „a marca" puncte tari în convingerea consumatorilor și utilizatorilor asupra standardului de calitate al produselor și serviciilor.[14]
Există percepții diferite asupra conceptului „tehnologie". Definițiile curente au în general un mare grad de dependență față de domeniul abordat sau chiar față de disciplina abordată. Diferențele în definiții produc sau/și pot produce confuzii. Chiar și diversele profesiuni au viziuni diferite asupra conceptului „tehnologie" (Pelc, 2004).[14]
Economiștii abordează tehnologia și o percep în contextul productivității și utilității. Abordarea economică a tehnologiei conduce la impactul acesteia asupra ieșirilor dintr-un sistem economic.[14]
Sociologii consideră tehnologia ca un fenomen care determină relații printre oameni, bunăstare, creează oportunități, așteptări și amenințări la adresa societății.
Inginerii și experții în sistemele de proiectare asociază tehnologia cu dibăcia, facilități, metode și unelte, care permit transformarea ideilor în produse funcționale și utile, procese și sisteme.
În multe situații, oameni de afaceri și scriitori în domeniul afacerilor, confundă în mod frecvent „tehnologia" cu „tehnologia informației". Foarte multe publicații utilizează termenul ca fiind sinonim cu tehnologia informației. Acest aspect se regăsește și în România, în mediile care promovează tehnologia informațiilor sau logistica necesară acestor sisteme.[14]
Definițiile termenului „tehnologie" sunt des supuse unor analize serioase și unor studii teoretice sau filozofice. Nu se poate afirma că s-a ajuns în prezent la un rezultat care să constituie un model conceptual al „tehnologiei" care să fie coerent și unanim acceptat. Eforturile au un caracter interdisciplinar iar aceast lucru este de remarcat. Se caută un model care să fie teoretic bine fundamentat și care să fie practic acceptat.[14]
Pentru a încerca definirea termenului de tehnologie s-a recurs la diverse surse enciclopedice și științifice. Definițiile tehnologiei prezentate în majoritatea dicționarelor nu se potrivesc și conduc spre ambiguitate. Urmează mai multe exemple:
„The American Heritage Dictionary" (1992): "Tehnologia [Gk. Techne, abilitate + logică],
l.a. Aplicații ale științei, în special în domeniul industrial si comercial;
1.b. întregul sistem de metode si materiale folosite pentru atingerea obiectivelor.
2. Sistemul de cunoștințe disponibil pentru o civilizație, care se folosește în implementări ale modei, practicarea artei manuale și meșteșugului și extragerea sau colectarea de materiale." [Pelc, 2004][14]
O altă definiție, utilizată în științele economice, vede tehnologia ca o stare curentă a cunoașterii noastre privind modul în care combinăm resursele astfel încât să producă produsele dorite (precum și cunoștințele noastre despre ce se poate produce). De aceea putem observa schimbarea tehnologică atunci când cunoașterea noastră tehnologică se intensifică. Foarte adesea, în cercurile tehnologice și cele inginerești, noutatea presupune "ceva mai bun". [Wikipedia].[14]
Noțiunea de tehnologie adecvată a fost dezvoltată în secolul XX pentru a descrie acele situații în care nu era dorită utilizarea tehnologiilor foarte noi, sau a acelora care
necesita acces la unele infrastructuri centralizate, piese de schimb sau abilități importate de altundeva. [14]
După Dănăiață (Dănăiață, 1998), cel mai frecvent mod de abordare a problemei este cel bazat pe delimitarea noțiunii în raport cu definirea tehnologiei ca domeniu științific de cercetare – sau definirea acesteia ca procedeu, metodă sau proces:
„Știința care studiază elaborarea și determinarea proceselor, metodelor și procedeelor de prelucrare a materialelor".
„Ansamblul de procese, metode și procedee științifice, pe baza cărora au loc extracția, prelucrarea materiei prime și materialelor, fabricația produselor industriale, obținerea bunurilor agricole vegetale și animale".
Delimitarea de mai înainte poate fi considerată doar parțială, deoarece, chiar când noțiunea de tehnologie este atribuită proceselor sau procedeelor, acestora li se alătură și cunoștințele referitoare la ele.[14]
Comisia economică O.N.U. pentru Europa consideră că tehnologia constă în „aplicarea concretă a cunoștințelor științifice și tehnice în concepția, în dezvoltarea și în fabricarea unui produs".[14]
Imposibilitatea separării cunoștințelor științifice și tehnice de metodele, procedeele și tehnicile utilizate devine și mai evidentă atunci când se are în vedere ultima viziune asupra conceptului, și anume, tehnologia ca sistem.[14]
Tehnologia ca sistem poate fi definită și astfel (Dănăiață, 1998): "un ansamblu structurat de mijloace de producție, legate între ele prin relații bine stabilite, ale cărei funcțiuni sunt sarcinile de muncă avute în vedere". Privită ca sistem, tehnologia cuprinde, ca elemente invariabile, cunoștințele științifice, cunoștințele tehnice încorporate în procedee, materiale, echipamente și sisteme informaționale specifice (planuri, programe, documentații diverse).[14]
În această viziune, conceptul de tehnologie nu se rezumă la prelucrarea produselor, distingându-se, în activitatea complexă a unei întreprinderi, numeroase categorii de tehnologii: tehnologia cercetării, tehnologia proiectării, tehnologia conducerii și organizării, tehnologiile de fabricație, tehnologia de desfacere și comercializare etc.
VII.6. Clasificarea tehnologiilor
În literatura de specialitate se regăsesc numeroase criterii de clasificare a tehnologiilor care satisfac, în mod diferit, cerințele definitorii pentru conceptul de tehnologie.[14]
Consider că cel mai important, pentru conținutul și obiectivul lucrării, este încercarea de a face o sinteză a acestor opinii (Dănăiață, 1998).[14]
După domeniile și ramurile de activitate (natura operațiilor), distingem:
tehnologie extractivă;
tehnologie de prelucrare;
tehnologie de montaj;
tehnologie de transport etc.
Este însă evident că în fiecare ramură se utilizează mai multe tehnologii. Cele specifice unei ramuri o diferențiază pe aceasta de celelalte ramuri.[14]
b.) După cadrul organizațional, se disting:
Tehnologie generală (general technology), care este constituită din totalitatea cunoștințelor comune unei industrii (domenii, profesii sau piețe), pe care le posedă toate unitățile din domeniul respectiv.
Tehnologie specifică de proces (system specific technology), care este constituită din totalitatea cunoștințelor deținute de o firmă sau de personalul acesteia și care o fac să difere de concurenții săi, asigurându-i competitivitatea.
Tehnologie specifică de firmă (firm specific knowledge), care este un sistem de cunoștințe care nu pot fi asociate unui produs determinat al firmei, ci se referă la potențialul tehnologic al acesteia în domeniul său de activitate.[14]
c) Cadrul operațional împarte tehnologiile în:
Tehnologii de bază, constituite din ansamblul cunoștințelor, echipamentelor etc. care sunt specifice unui proiect, produs sau proces, fiind reprezentate prin documentații.
Tehnologii periferice, care constau din ansamblul cunoștințelor care nu sunt specifice realizării unui produs sau proces, dar sunt necesare realizării acestora sau generării altor cunoștințe.[14]
d) După parametrii tehnici, se disting:
Tehnologii de legătură (long-linked technology), care comportă o serie de interdependențe, în sensul succesiunii operațiilor, fazelor sau activităților;
Tehnologii de mediere (mediating technology), care comportă stabilirea de legături între diverse persoane sau organisme, pentru o mai bună coordonare în timp și spațiu a desfășurării operațiilor tehnologice;
Tehnologii intensive (intensive technology), în cadrul căreia o varietate de cunoștințe, echipamente și procedee sunt antrenate printr-o decizie, pentru a produce o schimbare într-un obiect anume. Selecția, combinarea operațiunilor și decizia de efectuare a acestora sunt determinate de reacția acelui obiectiv.[14]
Gradul de stăpânire și utilizare împarte tehnologiile în:
tehnologii utilizate și stăpânite;
tehnologii utilizate dar nestăpânite;
tehnologii puțin exploatate, cu toate că organizația le posedă.
Determinarea raportului între potențialul tehnologic și gradul de utilizare a acestuia permite organizațiilor să evalueze gradul de performanță, pe plan concurențial.[14]
f) După noutatea științifică și eficiență, se disting:
Tehnologii clasice, care se bazează pe procedee obișnuite, cunoscute și aplicate pe scară largă;
Tehnologii de vârf (a se vedea descrierea distinctă a acestora).
g) Natura procedeelor, conduce la distingerea următoarelor tipuri de tehnologii:
Tehnologii convenționale, care se bazează pe procedee obișnuite, cunoscute și aplicate pe scară largă;
Tehnologii neconvenționale, care se bazează pe procedee speciale, ca de exemplu: prelucrarea prin electroeroziune, prelucrarea la presiuni înalte, prelucrarea cu ajutorul laserului, deformarea în stare superplastică; ș.a.
Tehnologii de vârf (a se vedea descrierea distinctă a acestora).
Pentru cunoașterea tipologiei tehnologiilor, sub aspectul potențialului și al eficienței lor, în vederea diagnosticării nivelului atins și stabilirea strategiilor de dezvoltare, un loc important trebuie acordat ultimelor concepte ce au apărut: cel de tehnologie de vârf și “grappe technology”. [14]
Tehnologiile de vârf privesc atât generarea de noi resurse cu proprietăți superioare și/sau eficiență ridicată, cât și procedee de prelucrare, montaj ș.a., care nu pot fi obținute, respectiv realizate, prin procedee obișnuite. Numărul acestora a crescut foarte mult în ultimul timp, dintre care cele mai cunoscute sunt:
a) obținerea, prin procedee metalurgice speciale, a unor aliaje și materiale-compozite cu proprietăți deosebite: aliaje de titan – prin deformare în stare super-elastică; sticlele metalice și aliajele amorfe – obținute prin solidificarea rapidă a topiturilor metalice; materiale de tip pulberi metalice – obținute prin combinarea proceselor de sinterizare -presare izostatică la cald sau prin sinterizarea asistată de presiune; pulberi din metale refractare – obținute prin presare izostatică la temperaturi relativ coborâte etc.
b) obținerea de materiale compozite, cum sunt fibrele speciale utilizate în industria modernă – Kevlarul, sau rășina fluorocarbonică – Teflonul;
c) tehnologii bazate pe folosirea laserului, utilizate la perforarea diamantului și la prelucrarea metalelor, tăierea cu viteze foarte mari, tehnica holografică etc;
d) tehnologii epitextiale rezultate în urma cuceririlor științifice din fizica solidului,
care permit fabricarea dispozitivelor semiconductoare, miniaturizarea și ultraminiaturizarea.
Conceptul de "grappe technology", adoptat de cele mai importante grupuri industriale japoneze, este preluat, cu o mare rapiditate, de cele mai puternice firme din întreaga lume.[14]
Grappe technology reprezintă un ansamblu de activități legate între ele printr-un liant tehnologic comun. Conține un ansamblu de direcții de valorificare, plecând de la tehnologie, pentru a lansa produse pe piață. Are în vedere faptul că, pe baza unor tehnologii generice, unele întreprinderi pot să creeze capacități tehnologice și industriale proprii, solide și coerente, pe care le vor valorifica prin dezvoltarea de produse diferite, destinate unor piețe foarte variate. Diversitatea nu are sensul de dispersare, ci pe cel de concentrare eficace a efortului tehnologic.[14]
BIBLIOGRAFIE
[1] Gabriela Georgeta Nichita. Bazele proiectării asistate de calculator. Oradea 2006.
[2] Ionuț G. Ghionea. Proiectarea asistată în CATIA V5. Elemente teoretice și aplicații. București: Editura BREN, 2007
[3] George Manole, Eduard Oprea, Mihail Iosip. Concepția și proiectarea produselor. PLM Adaptor.
[4] http://www.catia.ro/
[5]http://catia.3x.ro/index_files/text/Notiuni.htm
[6] Ibrahim Zeid. CAD/CAM Theory and Practice. Department of Mechanical Engineering.Nortwastern university (Vol. 4)
[7]http://www.solfinder.ro/informatii-utile/cnc-mucn-masini-unelte-cu-comanda-numerica-379.htm
[8] Iulian Stănășel. Programarea masinilor de frezat. Îndrumător de laborator.
[9] Eduard Oprea, Adrian Dumitrașcu, Daniel Boricean. Simularea și analiza folosind prototipul virtual – PLM Adaptor
[10] http://www.scribd.com/doc/60720199/Ingineria-Asistata-de-Calculator-2
[11]Gh. Leonte Mogan, Silviu Luis Butnariu. Analiza cu elemente finite în inginerie.Aplicații practice. Brașov: Editura Universității Transilvania din Brașov, 2007
[12] Lucrare Științifică. Analiza statică a unui reper sudat și modul de optimizare cu programul CATIA-Moișanu Andrei-Ionuț. Sesiunea de comunicări științifice Mai-Iunie 2012.
[13] Pop Mircea-Teodor. Managementul Cercetării și Dezvoltării Produsului
[14] Vasile Năsui. Inovarea-Sursă de dezvoltare antreprenorială. Inovare Tehnologică. Baia Mare: Editura Limes, 2007
[15] wikipedia – CATIA http://en.wikipedia.org/wiki/CATIA
[16] Catia Nc Manufacturing – http://www.cybernetics.ro/?page_id=31
[17](http://2.bp.blogspot.com/_kYou0sYtaeI/SX_THsDuhwI/AAAAAAAABBw/SES5Dxd6JfM/s400/_MG_0186ps_web.jpg)
[18] http://theindiaroad.files.wordpress.com/2011/11/apple2e.jpg
[19] http://www.we-r-here.com/cad/tutorials/level_3/images/extra_3-002.gif
[20] http://popadanmihai.files.wordpress.com/2011/02/analiza-andrei-moisanu.jpg
[21] https://forum.solidworks.com/servlet/JiveServlet/showImage/2-135892-4943/buckling-linear.JPG
[22] http://www.smartcae.com/uploads/immagini/NEi_Nastran/x64/x64_case2a.jpg
[23]http://www.thermoanalytics.com/system/files/imagecache/content_image_300px/images/thermal_analysis/thermal_analysis_services_automotive_exhaust_systems.jpg
[24] http://lotusenthusiast.net/wp-content/uploads/2009/09/cfd3.jpg
[25] http://www.mechanicalengineeringblog.com/wp-content/uploads/2011/05/01-fatigue-analysis-simulation_professional-durability-analysis-high-cycle-fatigue-applications-.jpg
[26] http://www.3ds.com/products/catia/portfolio/catia-v5/all-products/domain/Machining/
[27] http://www.cybernetics.ro/blog/wp-content/uploads/2007/11/ncmanuf-lg.jpg
[28] http://www.3ds.com/products/catia/portfolio/catia-v5/all-products/domain/Machining/
BIBLIOGRAFIE
[1] Gabriela Georgeta Nichita. Bazele proiectării asistate de calculator. Oradea 2006.
[2] Ionuț G. Ghionea. Proiectarea asistată în CATIA V5. Elemente teoretice și aplicații. București: Editura BREN, 2007
[3] George Manole, Eduard Oprea, Mihail Iosip. Concepția și proiectarea produselor. PLM Adaptor.
[4] http://www.catia.ro/
[5]http://catia.3x.ro/index_files/text/Notiuni.htm
[6] Ibrahim Zeid. CAD/CAM Theory and Practice. Department of Mechanical Engineering.Nortwastern university (Vol. 4)
[7]http://www.solfinder.ro/informatii-utile/cnc-mucn-masini-unelte-cu-comanda-numerica-379.htm
[8] Iulian Stănășel. Programarea masinilor de frezat. Îndrumător de laborator.
[9] Eduard Oprea, Adrian Dumitrașcu, Daniel Boricean. Simularea și analiza folosind prototipul virtual – PLM Adaptor
[10] http://www.scribd.com/doc/60720199/Ingineria-Asistata-de-Calculator-2
[11]Gh. Leonte Mogan, Silviu Luis Butnariu. Analiza cu elemente finite în inginerie.Aplicații practice. Brașov: Editura Universității Transilvania din Brașov, 2007
[12] Lucrare Științifică. Analiza statică a unui reper sudat și modul de optimizare cu programul CATIA-Moișanu Andrei-Ionuț. Sesiunea de comunicări științifice Mai-Iunie 2012.
[13] Pop Mircea-Teodor. Managementul Cercetării și Dezvoltării Produsului
[14] Vasile Năsui. Inovarea-Sursă de dezvoltare antreprenorială. Inovare Tehnologică. Baia Mare: Editura Limes, 2007
[15] wikipedia – CATIA http://en.wikipedia.org/wiki/CATIA
[16] Catia Nc Manufacturing – http://www.cybernetics.ro/?page_id=31
[17](http://2.bp.blogspot.com/_kYou0sYtaeI/SX_THsDuhwI/AAAAAAAABBw/SES5Dxd6JfM/s400/_MG_0186ps_web.jpg)
[18] http://theindiaroad.files.wordpress.com/2011/11/apple2e.jpg
[19] http://www.we-r-here.com/cad/tutorials/level_3/images/extra_3-002.gif
[20] http://popadanmihai.files.wordpress.com/2011/02/analiza-andrei-moisanu.jpg
[21] https://forum.solidworks.com/servlet/JiveServlet/showImage/2-135892-4943/buckling-linear.JPG
[22] http://www.smartcae.com/uploads/immagini/NEi_Nastran/x64/x64_case2a.jpg
[23]http://www.thermoanalytics.com/system/files/imagecache/content_image_300px/images/thermal_analysis/thermal_analysis_services_automotive_exhaust_systems.jpg
[24] http://lotusenthusiast.net/wp-content/uploads/2009/09/cfd3.jpg
[25] http://www.mechanicalengineeringblog.com/wp-content/uploads/2011/05/01-fatigue-analysis-simulation_professional-durability-analysis-high-cycle-fatigue-applications-.jpg
[26] http://www.3ds.com/products/catia/portfolio/catia-v5/all-products/domain/Machining/
[27] http://www.cybernetics.ro/blog/wp-content/uploads/2007/11/ncmanuf-lg.jpg
[28] http://www.3ds.com/products/catia/portfolio/catia-v5/all-products/domain/Machining/
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Cinematica Unui Mecanism Roata Dintata Cremaliera (ID: 162109)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.