Materiály a poznámky k přednáškám

Hlavní zdroje

Kromě těchto stránek a odkazů níže jsou k dispozici:

Česká příručka k matematickému programu Mathcad (160 stran, PDF)
Anglický kurz CAD na Wikiversity, odkazy na další (české i anglické) kurzy najdete v CAD zdroje a odkazy u tématu CAD.

Software

Ještě před několika lety byl software pro výpočty a modelování drahý, hodně drahý. Základní software se dal pořídit od 200 tisíc výše. Dnes je naštěstí situace o něco lepší.

Matematický software:

PTC MathCAD Express. Jedná se o volnou verzi programu pro výpočty a technickou dokumentaci. Výhodou je, že v něm bude fungovat všechno, co je popsáno v příručce Mathcad 8. Některé pokročilé funkce jako jsou symbolické výpočty sice budou fungovat jen po omezenou dobu (30 dní), ale pro potřeby semináře a semestrální práce plně postačí i omezená verze.
Octave je volně šiřitelný software kompatibilní s MATLAB. Není asi tak uživatelsky přívětivý jako Mathcad, ale zase má více funkcí a možností než jeho volná verze.

CAD výukové a bezplatné verze:

Autodesk výukový software. Autodesk uvolnil pro studenty takřka celou produktovou řadu. Po dobu 36 měsíců je možné legálně používat nejen AutoCAD, ale také Inventor a zejména programy pro analýzu a simulaci jako je Simulation Multiphysics.
3DS DraftSight je volný 2D CAD. Jeho hlavní výhodou je kompatibilita s AutoCADem. Ve 2D budou fungovat všechny příkazy stejně, jako v AutoCADu. Je tak možné začít ve 2D v DraftSight a pak přejít na jiné 3D CAD. Je tak možné postupovat od jednoduššího ke složitějšímu. Tento CAD, jako jeden z mála, také bude fungovat na Linuxu.
Solid Edge 2D Drafting je další 2D CAD. Jeho hlavní předností je, že jde o parametrický CAD. Na mnoho konstrukčních úloh plně postačuje. Doporučuji se na něj minimálně podívat.
DesignSpark Mechanical je plně 3D CAD, který je založen na moderním jádru SpaceClaim. Je to dobrý vstup do světa 3D CAD, pro strojírenské a zejména elektrotechnické projekty je lepší volbou než populární Sketchup, zejména díky podpoře objemového modelu.
PTC Creo Elements/Direct Modeling Express je obdobou DesignSpark. Je také založen na SpaceClaim, pro některé projekty je vhodnější, zejména díky podpoře modelování obecných ploch.
Delcam PowerSHAPE-e je pokročilý CAD, který je vhodný i pro složitější strojírenské projekty. Zejména díky podpoře sestav, solid modelu, obecných ploch a díky parametrickému jádru.
FreeCad je parametrický 3D CAD založený na jádře OpenCASCADE. Jde asi nejlepší dostupný open source 3D CAD, který pracuje jak pod Windows, tak Linux systémy. Nedosahuje sice ještě funkčnosti komerčních CAD (například chybí práce se sestavami), ale za pozornost a vyzkoušení rozhodně stojí. Jeho vývoj nadále probíhá, takže časem se může stát volbou i pro plné nasazení v průmyslu.

Úvod k předmětu

Pro návrh součástí a výrobků se používá celá řada programů, které dnes pokrývají prakticky celý proces od výpočtů, vytváření modelu, testování, marketingu, plánování a řízení výroby.

Tyto programy se označují zkratkami CAD/CAE/CAM. CA je zkratka pro Computer Aided (s podporou počítačů). V poslední době některé firmy začaly používat souhrnný pojem PLM (Product Lifecycle Management) pro celou řadu metod a nástrojů, které pokrývají celý cyklus od návrhu, přes výpočty a simulace, přípravu výroby až po logistiku, prodej a servis výrobků.

CAD - Design
CAE - Engineering
CAM - Manufacturing

Schéma propojení systémů při návrhu výrobku

Klíčovým prvkem je CAD ve kterém se vytváří 3D model budoucí součástky, stroje nebo zařízení. Pro prezentační účely se používají specializované programy, které dokáží vytvářet fotorealistické scény a/nebo animace. Software CAE rozšiřují 3D model o fyzikální parametry a pomocí simulačních algoritmů tak vytváří virtuální prototyp, kdy je v počítači 3D model výrobku rozšířen o jeho chování jako je například deformace nebo simulace pohybu. V programech CAM se simuluje výroba a definují se parametry nutné pro výrobu, například přídavky na obrábění, dráhy nástrojů apod. Výsledkem je řada příkazů pro digitálně řízené stroje (NC) ve formě NC kódu. V ERP systémech se definují zdroje potřebné pro výrobu (sklady, pracovní síla), logistika výroby apod. Jednotlivé fáze často vedou k úpravám 3D modelu. Obvykle tak návrh výrobku prochází mezi jednotlivými subsystémy v iteračních cyklech. Například po analýze FEM (MKP) se ukáže, že některé části jsou předimenzovány, což vede ke změně vstupního 3D modelu a k opakování výpočtu pevnostních podmínek. Animace prezentovaná potenciálním zákazníkům může vést k požadavkům na změnu designu, nebo na použití jiných materiálů.

V praxi tak návrh prochází subsystémy opakovaně a v cyklech dokud nejsou splněny všechny omezující podmínky technické, ekonomické i obchodní a dokud není dosaženo optimálního stavu nebo vyváženého kompromisu.