PMR3507 Fábrica digital

Transcrição

1 LSA Laboratório de Sistemas de Automação PMR3507 Fábrica digital Projeto como centro Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos Av. Prof. Mello Moraes, São Paulo - SP - Brasil

2 Projeto mecânico

3 Projeto mecânico

4 CAD Computer Aided Design CNC inspirou o surgimento do CAD CNC permitia a geração de códigos para usinagem das peças Usuário se baseava no desenho técnico para gerar o código exercício de abstração Especialista necessitava conhecer o material da peça, material da ferramenta, geometria da peça e características da máquina E se o código pudesse ser gerado a partir de um modelo computacional? Desenho precisaria ser 3D Ferramenta computacional precisaria ter uma base de dados de materiais, ferramentas, e características de máquinas

5 CAD Computer Aided Design Sistemas CAD são usados para definir Geometria de componentes mecânicos Geometria de estruturas Layouts planejamento do processo Componentes do projeto do produto Componentes do projeto do processo de fabricação

6 CAD Computer Aided Design Sistemas CAD evoluíram com o próprio computador Inicialmente formas básicas 1D e 2D Modelos 2D são na maioria dos casos similares aos projetos convencionais feitos em prancheta Representados na forma de projetos técnicos com informações de linhas, simbologias de usinagem, anotações, lista de especificações e cotas Maior poder de processamento e melhores placas gráficas passaram a permitir a modelagem 3D Modelagem por fio de arame (wireframe) - MFA Modelagem por superfícies - MSU Modelagem por sólidos - MSO

7 CAD Computer Aided Design Modelagem por fio de arame (wireframe) MFA Representa o objeto pelas linhas e pontos característicos Possibilita ao usuário manipular o modelo modificando a posição das linhas e pontos Descrição matemática lista de equações de curvas, coordenadas dos pontos, e informações de conectividade das linhas e pontos Fácil utilização Podem surgir interpretações ambíguas para alguns modelos, bem como modelos inconsistentes não é possível determinar faces internas e externas do modelo

8 CAD Computer Aided Design Modelagem por superfícies MSU Descrição matemática correspondente ao modelo virtual inclui informações da superfície Podem ser criados modelos inconsistentes

9 CAD Computer Aided Design Modelagem por sólidos MSO Modela formas geométricas que tenham um volume fechado Garante que o modelo seja consistente e não ambíguo

10 Protótipo virtual Substituição dos protótipos físicos Ambiente computacional deve ser capaz de realizar os mesmos ensaios que seriam realizados no protótipo físico Deve proporcionar forte senso de realidade Simulação de propriedades físicas em ambiente virtual Modelo computacional permite ao usuário Observar Manipular Testar / analisar / avaliar características específicas de um projeto candidato Treinar Inovar

11 Protótipo virtual Protótipo não tem que ter todas as características do produto final, mas deve ter as principais para testar o produto frente a seus requisitos Permite que pessoas com conhecimentos técnicos distintos interajam com o produto e analisem suas funcionalidades em um ambiente virtual Pode ser gerado rapidamente e modificado frequentemente nos primeiros estágios do projeto

12 Protótipo virtual Comparado ao protótipo físico Produto pode ser otimizado tendo-se uma visão sistêmica Pode-se utilizar engenharia concorrente Os estágios do projeto do produto podem ser rapidamente analisados e várias opções de projeto podem ser comparadas para determinar o seu impacto, prever o produto em condições de uso e medir suas respostas, até se atingir o desempenho desejado Menor custo de desenvolvimento Menor ciclo de desenvolvimento Produtos de melhor qualidade Pode suprir parte ou toda a demanda pelo protótipo físico Protótipo físico é necessário onde não se tem informações sobre o produto analisado

13 CAE Computer Aided Engineering Transformação de um modelo físico em um modelo matemático capaz de representar, por meio de suas variáveis, parâmetros e forças, o comportamento e as características deste modelo físico Permite Cálculos Verificação e simulação Análises de engenharia (cinemática, dinâmica, reação à forças externas, deformações, condução de calor, etc.) Resulta em auxílio à tomada de decisão com relação à função, desempenho, etc.

14 CAE Computer Aided Engineering Sistemas CAE utilizam métodos numéricos O modelo físico precisa ser transformado em um modelo lógico (discreto) Métodos numéricos comumente empregados Diferenças finitas (MDF) Volumes finitos (MVF) Elementos finitos (MEF)

15 CAE Computer Aided Engineering Método das diferenças finitas (MDF) Transformação do modelo físico em um modelo lógico ocorre distribuindo os nós em uma malha estruturada, sobreposta ao modelo físico Uma equação diferencial é descrita para cada um dos nós (ponto a ponto) do modelo lógico Equações diferenciais substituídas por diferenças finitas Determinadas condições de contorno e os parâmetros que caracterizam o problema de engenharia

16 CAE Computer Aided Engineering Método das diferenças finitas (MDF)

17 CAE Computer Aided Engineering Método dos volumes finitos (MVF) Transformação do modelo físico em um número finito de volumes Definidos volumes de controle a fim de determinar as variáveis desconhecidas União de todos os volumes de controle deve abranger todo o volume físico, e assim, representar o seu comportamento

18 CAE Computer Aided Engineering Método dos elementos finitos (MEF) Transformação do modelo físico em lógico pela divisão do modelo físico em regiões (elementos) Para cada região é desenvolvida uma solução aproximada por equações diferenciais Necessário garantir a continuidade das soluções nas fronteiras entre as regiões

19 CAE Computer Aided Engineering Problema de Engenharia Modelo físico (CAD) Mudança do modelo físico Modelo matemático (CAE) (Equações diferenciais) Melhoria do modelo matemático Discretização e solução do modelo matemático Refinar malha, condições de contorno, parâmetros, etc. Avaliação da precisão da solução Interpretação dos resultados Refinamento da análise Melhoria do modelo

20 CAM Computer Aided Manufacturing Operações feitas no CAD convertidas em instrução de máquina Conjunto de operações que devem ser realizadas direta ou indiretamente, da peça bruta ao produto acabado, no processo de fabricação

21 CAPP Computer Aided Process Planning CAD alavancou também o planejamento do processo produtivo Informações do CAD são transformadas em informações quanto ao processo de fabricação e regras de fabricação As máquinas são combinadas e ordenadas conforme o processo produtivo, seu scheduling, e estágio do trabalho Máquinas de corte, fixação, e medição são selecionadas São determinados para cada etapa: Parâmetros de corte Tempos de operação Tempos auxiliares (ex. setup, transferência)

22 Questões CAD permite Análises de engenharia (CAE) Geração de código para CNC (CAM) Planejamento do processo (CAPP) Que outras informações podem ser obtidas do CAD? Quais as necessidades de uma aplicação CAx para viabilizar o processo de desenvolvimento digital? Além do que já foi apresentado, que outras finalidades podem ser datas ao CAD do produto e do processo?

23 Questões Desde sua criação o CAD está em constante evolução. Quais podem ser os próximos passos para a evolução do CAD? O conceito de CAE só se restringe às análises feitas sobre o modelo CAD?