Komplex gyártmányok magas szinten automatizált és parametrizált tervezése

A címben megfogalmazott cél elérése lényegében nem kíván mást, mint az egyes alkatrészek parametrikus tervezése során alkalmazott elvek, és ott megszerezhető tudás kiterjesztését. Komplex gyártmányok általában több részegységből, nagyobb számú alkatrészből épülnek fel.

A szakirodalomban a parametrikus tervezés kifejezését egyre több helyen megtalálhatjuk, részben változó tartalmat hozzárendelve. A magam részéről azonban a jelen írásban ismertetendő megoldást inkább parametrizált tervezésnek tekintem, ugyanis a fő hangsúly nem a parametrikus tervezés nyújtotta lehetőségek megismerésén, hanem a megoldandó problémák parametrizálásán van, amelyek megvalósításának csupán egyik jó eszköze a parametrikus tervezés CAD rendszerek nyújtotta szolgáltatása.

Joggal merül fel azonnal a kérdés, hogy milyen gyártmányok esetében érdemes a tervezési folyamat automatizálását megfontolni? Nem triviális dolog ugyanis minden műszaki tervezési munka során arra törekedni, hogy un. parametrizált tervet készítsünk. Igaz ez akkor is, ha valaki már nagyon professzionális szintre jutott az effajta munka végzésében.

A jó parametrizált terv által leírt általánosabb megoldások megtalálása többnyire számos szakmai kérdés alapos végiggondolását, okos kompromisszumok megkötését igényli. Ennek idővonzata mindig többszöröse az adott konkrét esetre szolgáló megfelelő megoldás megtalálásához és kidolgozásához képest. Az olyan építő elemeket azonban, amelyek számos változatban, gyakran visszatérően jelentkeznek, feltétlenül érdemes a parametrikus tervezés előnyeit kihasználva elkészíteni.

Jól felkészült tervezők értelemszerűen előbb döntenek úgy, hogy megéri azt az idő többletet ráfordítani, amivel egy hibátlan, jól letesztelt parametrikus terv elkészülhet. A kevésbé jól felkészült tervező pedig nehezebben szánja rá magát arra, hogy automatizált és parametrizált tervet készítsen olyan esetekben is, amikor ez indokolt volna. Kezdetben kétségtelenül lényegesen több időt és odafigyelést, új összefüggések megtanulását igényli.

A várható időráfordítást illetően a parametrizált terv elkészítésének az időtartama mellett számolni kell a tesztelési folyamattal is, amely sok esetben még az azt megelőző lépésekénél is hosszabbra adódhat.

Tapasztalataim szerint kijelenthető, hogy sokkal gyakrabban érné meg a fáradságot parametrizált tervet készíteni, mint amilyen gyakran élünk a tervező rendszerek ezen a téren nyújtotta előnyökkel. A jó parametrizált terv esetében ugyanis nem kell az alkatrészcsalád, részegység, vagy akár komplex gyártmány következő változatának a tervezésekor valamennyi lépést újra és újra megismételni. Elegendő azt a véges számú, jól megválasztott paraméteregyüttest megadni, amely egyértelmű leírását eredményezi a megcélzott geometriának. Egy jó hasonlattal élve, a szövegszerkesztő programok, táblázatkezelők esetében is nagy előnyt jelent a felhasználók számára a beépített, de még inkább a saját magunk fejlesztette makrók használata. Sok tekintetben hasonló előnyöket kínál a parametrizált tervezés is a műszaki rajzolás, mérnöki tervezés területén.

Amennyiben tehát úgy ítéljük meg, hogy a kiválasztott termék tervezésének automatizálása megtérülő beruházás, a következő menetrend szerint érdemes haladni:

A tervezés automatizálása azt kívánja, hogy logikus sorrendben, rendszerszintű megközelítésben határozzuk meg az adott gyártmányra vonatkozó tervező munka minden fontos állomását. Tegyük ezt anélkül, hogy azonnal leülnénk a CAD rendszerünk elé. Biztosan nem a rajzolási munkával fogunk tudni elindulni. Előtte számos olyan kérdést kell feltegyünk, és megválaszoljunk, amelyek segítségével az adott absztrakt termék műszaki tartalmát a lehető legegyszerűbben, és mégis egyértelműen meghatározhatjuk.

A CAD rendszer segítségével végeredményként a választott paraméteregyüttessel leírható geometriát fogunk tudni előállítani, de ez a geometria számos tényezőtől függhet. Így például az automatizált tervezési algoritmus feladatává tehetjük a szilárdsági méretezést és/vagy ellenőrzést. A termék funkciójától függően lehet célunk a hidraulikai méretezés, az esztétikai és a munkabiztonsági követelmények teljesítése, de számos más szempontot is figyelembe vevő összefüggések érvényre juttatása. Ezek nem csak az egyes alkatrészek geometriájára, hanem azok darabszámára, elrendezésére, környezetével való kapcsolódására is befolyással lehetnek.

A tervezői fantázia szabadon szárnyalhat, de mindig lesz egy olyan pont, ahol a kérdés újra és újra felmerül, hogy arányban áll -e a megcélozható általánosabb megoldás megvalósítása, és a hozzá szükséges munkaráfordítás. Itt is érvényes, hogy ez a pont elsősorban a tervezői felkészültségtől függ.

Végső soron tehát minden esetben döntést kell hozni arról, hogy milyen alkatrészekből, milyen részegységek állnak össze, s azok a részegységek milyen módon adják végeredményül a megtervezett terméket.

Ezen döntések sorozata után még mindig nem a rajzi műveletek kell következzenek, hanem érdemes felépíteni a leíró paraméterek bekérésének logikus sorrendjét. A logikus rend sok esetben más a tervező, s más az elkészült automatikus tervezési algoritmus létrehozásában részt nem vevő felhasználó számára. Minden esetben érdemes a felhasználó fejével gondolkozni. Vagyis el kell dönteni, hogy mely adatokat, melyik szinten és milyen módon kérünk megadni. Legalább ennyire fontos odafigyelni arra, hogy az egyes alkatrészeknek és részegységeknek milyen elnevezést adunk. Ennek logikus rendje nagymértékben javítja az átláthatóságot, a kívülálló számára a gyorsabb megértést.

Az egyes alkatrészekből a kombinatorikai robbanás elvéből következően számos módon hozhatók létre részegységek. A részegységeket úgy érdemes megválasztani, hogy például működő modellek megcélzása esetén ez a későbbiekben ne okozzon gondot. Több szintű szereléseknél számolni kell olyan korlátozásokkal, amelyek a mozgathatóságra vonatkozóan általában fennállnak.

Feltételezve, hogy sikerült valamennyi alkatrészünk rajzát parametrikus módon elkészíteni, következhet az ezek közötti kapcsolatok, kényszerek okos meghatározása. Ezeket a kényszereket hasonló alapossággal kell megtervezni, mint az alkatrészek geometriáját az előző lépések során. Vagyis meg kell határozni, hogy milyen kényszerekkel és azokhoz tartozó paraméterekkel írható le minden egyes alkatrész és részegység közötti kapcsolat. Itt is alkalmazhatunk a különböző értékekhez rendelt alsó- és felső korlátokat, egyes diszkrét értékeket (például szabványos alkatrészek esetében), különböző matematikai összefüggéseket. Ha a CAD rendszerűnk által kínált függvénykészlet nem bizonyul elégségesnek, akkor kilépve a rajzoló rendszerünkből, lehetőségünk van más eszközöket is használni. Így például már egy táblázatkezelővel, vagy egy bármilyen számunkra elérhető programozási nyelven megírt program segítségével elvégezhetjük azokat a matematikai, logikai számításokat, amelyek eredményeként előáll a CAD rendszerünkben megrajzolni kívánt geometriai jellemző.

Gyakran jól alkalmazható megoldás lehet magát a geometriai szerkesztés nyújtotta lehetőségeket is segítségül hívni. Vagyis egy jó vázlaton elvégzett szerkesztési művelettel is előállítható egy olyan keresett mennyiség, amelyet egyébként bonyolult matematikai összefüggéssel, a CAD rendszerben el nem érhető függvények segítségével lehetne csak analitikusan kiszámítani.

Amennyiben úgy gondoljuk, hogy sikerült egy hibátlan automatizált tervezési lépéssort rögzítenünk, következhet a tesztelési munka. Senkinek ne szegje kedvét, ha a tesztek során olyan hibák lépnek fel, amelyekre nem számított. Induljunk ki abból, hogy nagy valószínűséggel a CAD rendszerünknek van igaza, s következetesen a mi iránymutatásaink szerint teszi a dolgát. Amennyiben mégis valamilyen hibát észlelünk, akkor vélhetően mi követtünk el valamilyen mulasztást. Elegendő csak megfelejtkezni egy kényszer előírásáról, s máris nem az történik a paraméterek megváltoztatása esetén, amit vele elérni szerettünk volna. Gyakori jelenség, hogy a paraméterek megadásánál olyan geometriát írunk elő a rajzoló rendszerünknek, amit nem tud értelmezni. Így tehát a magunk hibájának kell tekintsük azt is, ha a paramétereinket nem megfelelően korlátoztuk be.

A szerelések parametrikus tervezése sok hasonlóságot mutat az alkatrészek tervezésével, így itt is érvényesek azok az elvek, amelyeket a geometria rajzolása közben már megszokhattunk. Nehéz jó tanácsokat adni a szerelésnél alkalmazandó kényszerek okos használatát illetően, mert a tervezési feladat tárgya és célja jelentősen eltérő lehet, így számos célszerű megoldás képzelhető el egy-egy problémakörre.

Az alábbiakban egy nagyon egyszerű, de valós példával illusztrálom a fent elmondottakat:

A változó vízmélységű és különböző vendégkörre szakosodott uszodák sokféle létrát kérhetnek a beszállítóktól, így tőlünk is. Az 1. ábrán egy olyan létra modellje látható, amelyet a medence falára 4 ponton rögzítenek. A modell melletti táblázat pedig felsorolja mindazokat a paramétereket, amelyek segítségével szinte tetszőleges paraméteregyüttessel jellemezhető konstrukció modellje, s az alapján annak rajza állítható elő.

A 2. ábrán látható szélesebb változatot egyetlen paraméter, a lépcsőfok szélességének az 500 mm-ről 650 mm-re növelésévek értük el.

A 3. ábrán látható változat előállításához már a létrafokokat tartó cső hosszának és a létrafokok számának a megváltoztatására volt szükség.

A 4. ábrán látható létra fokainak osztása és darabszáma is megváltozott.

Az 5. ábrán a felső rögzítési pontot helyeztük át.

A 6. ábrán pedig a lépcsők helyzetét is megváltoztattuk az oldalsó cső rögzítési pontjaihoz képest.

A 7. ábrán látható, hogy a rögzítő tárcsa eredetileg 2 furattal készült. A paraméter táblázatban a furatszám 3-ra változtatása után a 8. ábrán látható módon alakul.

A fentiekben bemutatott egyszerű létra konstrukció esetében jól nyomon követhető, hogy egy termék esetében nem csak az építő elemek mértei, hanem azok darabszáma, elhelyezkedése is könnyű szerrel vezérelhető. A fenti elvek alkalmazásával olyan összetett, több építőelemet tartalmazó komplett gyártmányok is leírhatók, mint az alábbi linken szereplő cikkben bemutatott rozsdamentes úszó medence:

http://www.dldh.hu/nalunk-on-tervezi-meg-almai-luxus-uszomedencejet

A hivatkozott cikkben bemutatott medence esetében például már a csővezetékek méretét, a lefolyó és szűrt vizet betápláló fúvókák számát egy hidraulikus méretezést is elvégző algoritmus szállítja, s nem a tervet aktualizáló felhasználónak kell ezzel foglalkoznia.

A parametrizált tervezés nem csak lényegesen gyorsabbá teszi a tervező munkát, hanem sokkal átgondoltabb konstrukciókat eredményez. Többnyire nem is a tervezőnek kell elvégezni az egyes termékpéldányok rajzainak az elkészítését, azt rövid betanulási folyamat után szinte bárki el tudja végezni.

A cikk letölthető az alábbi linken:
http://www.dldh.hu/wp-content/uploads/2020/11/dl_parametrikus_tervezes.pdf