Co to jest CAD/CAM ?

(Artykuł dla zupełnych laików. Uwaga - dużo obrazków, ładuje się powoli.)

Od czasu pierwszych zastosowań komputerów w przemyśle stworzono bardzo szeroki wachlarz programów wspomagających pracę inżyniera, robotnika, czy specjalisty d/s kontroli produkcji. W chwili obecnej praktycznie każda część procesu wytwórczego - od powstania idei w głowie inżyniera - aż po dostarczenie gotowego produktu do klienta może być usprawniona przy użyciu komputera, i tak:

projektowanie - czyli tworzenie rysunków technicznych - a najprościej mówiąc narysowanie wymyślonego przez inżyniera detalu wspomagają programy typu CAD (Computer Aided Design - komputerowo wspomagane projektowanie).
Aktualnie wszystkie szanujące się systemy CAD pozwalają na:
- tworzenie projektów w trzech wymiarach,
- tworzenie rysunków złożeniowych z kilku osobnych elementów, sprawdzenie czy do siebie pasują,
- pracę nad jednym dużym projektem przez wiele osób,
- automatyczną aktualizację wszystkich rysunków złożeniowych po dokonaniu zmiany na pojedynczym detalu
- automatyczne tworzenie listy detali, kosztorysowanie, współpracę z magazynem itd.


Tworzenie projektu - program AlphaCAM

obliczenia teoretyczne - dziś nikt nie wydaje pieniędzy na tworzenie modelu zanim nie wykona różnego rodzaju obliczeń i symulacji przy użyciu komputera. Przy projektowaniu auta sprawdza się teoretyczną wytrzymałość konstrukcji, wylicza się przewidywany opór aerodynamiczny i szereg innych rzeczy, o których mają pojęcie tylko konstruktorzy aut. Im więcej wykona się symulacji komputerowych, tym więcej pieniędzy zaoszczędzi się później.
Do wszystkich dużych systemów CADowskich można dokupić specjalistyczne nakładki obliczeniowe, które często tworzone są na specjalne potrzeby wielkich firm.


Obliczenia wytrzymałości w programie CATIA.


Ekran AlphaCam - programowanie 3DMill

wizualizacja - to już właściwie osobna dziedzina nauki. A może sztuki? W każdym razie, mając gotowy trójwymiarowy model w komputerze można zdecydować, z jakiego materiału ma być zrobiony, jak ma świecić światło, jak ma być ustawiona kamera i wykonać proces Renderingu. Często tworzy się filmiki reklamowe nie istniejących jeszcze produktów.


Zrenderowany model auta - obrazek z prezentacji CATIA

programowanie obrabiarek - większość maszyn w zakładach przemysłowych starowana jest komputerem. Wystarczy przejść się w czerwcu po Targach Poznańskich, żeby zobaczyć, że wszystko, co się w przemyśle rusza, ma już ekran i klawiaturę, a konwencjonalną obrabiarkę (taką z korbami) można spotkać z rzadka, zakurzoną, gdzieś w kącie. Jeśli inżynier przygotuje i sprawdzi projekt przy użyciu komputera, może także w dużym stopniu automatyczne wygenerować program obróbczy. Oczywiście nic nie zastąpi technologicznej wiedzy i wyczucia inżyniera, ale jeśli się tylko wie, co i jak zrobić, to reszta jest samą przyjemnością.
Systemy, które potrafią na podstawie rysunku stworzonego w CADzie wygenerować program NC - czyli do obrabiarki noszą nazwę CAM (Computer Aided Manufacturing - komputerowo wspomagane wytwarzanie).


Stanowisko do programowania CNC i symulacji obróbki firmy EMCO

symulacja obróbki - po stworzeniu programu, warto sprawdzić, czy nie zniszczymy niechcący obrabiarki, np, czy nie zaczniemy frezować stołu frezarskiego, lub uchwytu. Większość programów CAM ma w sobie możliwość wizualizacji obróbki, a niektóre dają nawet możliwość pomierzenia wykonanego teoretycznie detalu, sprawdzenia jego teoretycznej chropowatości itp.


Wizualizacja obróbki - MasterCAM

wykonanie przedmiotu - większość obrabiarek przemysło0wych jest sterowanych w systemie CNC (Computer Numerical Control - komputerowe sterowanie). Praktycznie każdy producent ma swój dialekt programowania maszyn, jednak wszystkie one opierają się na pewnej ogólnej normie. Najprościej rzecz biorąc, program maszynowy wygląda jak instrukcje dla pracownika - idioty:
- weź narzędzie nr 1
- dźwignię "kierunek obrotów" przestaw w położenie "w lewo"
- dźwignię "posuw" ustaw na pozycji 0,15 mm/obrót
- przestaw narzędzie na 2 mm nad przedmiot
- skrawaj pionowo w dół, aż do osi przedmiotu itd itd.
Oczywiście obrabiarki programuje się specjalnym kodem i powyższy program może wyglądać np. tak:

N0000 G56 G53 T0000
N0010 G54 G57
N0020 T0101 G95 F150 G96 S150 M04
N0030 G92 S2500
N0040 G00 X32. Z0.
N0050 G01 X-0.5
itd. itd. ....


Frezarka CNC prod. Polskiej firmy AVIA

Tokarka CNC prod. Austriackiej firmy EMCO

pomiary - po wykonaniu przedmiotu należy sprawdzić, czy wyszło to, co zamierzaliśmy. W tej chwili wszystkie narzędzia pomiarowe posiadają odczyt cyfrowy i możliwość połączenia z komputerem. Systemy pomiarów wspomagane komputerem oznaczane są skrótem CAQ (Computer Aided Quality - Komputerowe systemy utrzymania jakości). Zaawansowane centra obróbcze i elastyczne linie produkcyjne potrafią automatycznie wykonać niezbędne pomiary i zdecydować czy dany detal mieści się w założonej klasie dokładności, czy też należy go odrzucić. W tego rodzaju sprzęcie specjalizuje się np. firma MAZAK.


Profilografometr z oferty firmy Perschmann

Istieje wiele dużych systemów, które integrują w sobie wszystkie powyższe komponenty, np. CATIA czy ProEngineer. Mają tylko jedną wadę. Stać na nie tylko największe przedsiębiorstwa, gdyż ich ceny kształtują się w setkach tysięcy dolarów. Na cały system składają się dziesiątki komponentów, które można dokupywać osobno. Komputerowe sterowanie całym zakładem często nazywa się skrótem CIM (Computer Integrated Manufacturing - Wytwarzanie zintegrowane komputerowo).


Prezentacja możliwości zintegrowanego systemu CATIA
Projekt, wizualizacja, obliczenia wytrzymałościowe, programowanie obrabiarek, symulacja obróbki, sterowanie maszynami, magazynem, i jakością przepływ informacji w przedsięboirstwie - wszystko pod kontrolą jednego systemu.

Co chwila pojawiają się nowe zastosowania komputerów. Powstają nowe nazwy, nowe skróty. Np. Reverse engineering - ktoś wpadł na pomysł, że skoro można kserować kartki papieru, dlaczego by nie "skserować" trójwymiarowych przedmiotów? Istnieje wiele systemów digitalizacji to jest skanowania brył trójwymiarowych, można nawet kupić końcówkę i oprogramowanie do zwykłej frezarki CNC pozwalające na skanowanie i kopiowanie trójwymiarowych powierzchni.


Końcówka do skanowania 3D.
AlphaCAM

Czy zatem z zakładów pracy znikną ludzie? Nie. Natomiast już teraz widać, że wszyscy pracownicy przemysłu, od dyrektora po portiera na bramie muszą zdobyć zupełnie inne umiejętności, gdyż całkowicie zmienia się charakter ich pracy. Zanikają zajęcia typowo fizyczne - jak kręcenie korbą przez 8 godzin, potrzebna jest natomiast wysoko wykwalifikowana kadra, która potrafi zaprogramować, obsłużyć i utrzymać w ruchu nowoczesne linie produkcyjne, przy czym takich wykwalifikowanych pracowników wcale nie potrzeba mniej niż kiedyś niewykwalifikowanych. Nie pozostaje więc nic innego jak na gwałt poznawać nowe technologie i metody pracy.
W polsce powstało już kilkanaście bardzo prężnie działających Centrów Kształcenia Praktycznego wyposażonych w nowoczesne obrabiarki CNC i pracownie CAD/CAM, które szkolą młodzież ze szkół średnich, oraz nauczycieli przedmiotów mechanicznych w nowoczenych metodach produkcji. Pracowni wyposażonych w tego rodzaju systemy działających przy szkołach średnich jest ponad 50.
Każda większa uczelnia techniczna w kraju posiada bogate wyposażenie, nierzadko lepsze niż którykolwiek zakład pracy w Polsce. Wielu studentów wydziałów mechanicznych ma okazje odbyć szkolenia, za które "w cywilu" musieli by zapłacić duże pieniądze.
Powstał też szereg stowarzyszeń mających za zadanie propagowanie wiedzy o nowoczesnych systemach wytwarzania. Między innymi
ProCAx, Stowarzyszenie Nauczycieli CAD/CAM i CNC, Stowarzyszenie użytkowników AutoCADa
Kiedy przyjrzeć się ofertom pracy nawet dla pracowników fizycznych, w większości ofert dla operatorów maszyn preferuje się znajomość obsługi obrabiarek CNC.
Cóż. Pozostaje więc się uczyć, uczyć i jeszcze raz uczyć...

 

Artykuł ten napisałem z myślą o moich uczniach ze szkół średnich oraz o osobach, które niczego nie widzą o zastosowaniu komputera w przemyśle. Jeśli popełniłem jakieś poważne błędy, przekłamania, czy też źle rozumiem pewne pojęcia proszę o przesyłanie uwag na adres plecyk@wp.pl

Piotr Lecyk