CAD pe Internet Studiu pentru comisia curiculara a UPB (C) Daniel Ioan, LMN, 15. 03.2001 1. Ce este CAD-ul Desenarea asistata de calculator, in engleza "Computer Aided Drawing", prescurtat CAD este impresionant de bine prezenta pe World Wide Web (Internet WWW). Folosind motorul de cautare Google apelat de Netscape, cuva ntul "CAD" a fost gasit in aproape 3 milioane de pagini web din intreaga lume (d in care 5270 in Romania). Mai mult, acestui cuvant i-a fost dedicata o intreaga categorie de nivel doi, sub domeniul "Computers", dar si alte trei categorii de nivel patru, sub domeniile afaceri/industrii/inginerie si stiinte/tehnologii/sof tware. Aceste informatii evidentiaza caracterul polisemantic al termenului CAD. De altfel, el reprezinta si prescurtarea de la "Computer Aided Design", adica pr oiectrea asistata de calculator. In literatura anglo-saxona acesata aparenta con fuzie este exploatata, pentru a evidentia permanent legatura indisolubila care e xista in inginerie intre proiectare si desenare. Aceasta este explicatia pentru care CAD -ul este un termen intraductibil in limba romana, pe care specialistii il folosesc ca atare. Cand este nevoie sa se evidentieze cele doua componente al e sale, cea de proiectare si cea de desenare se foloseste uneori acronimul CADD - "Computer Aided Design and Drawing". CAD-ul a devenit o adevarata industrie cu cifra de afaceri de mai multe miliarde de dolari, de care sunt legate mari firm e producatoare de software, distributori, grupuri de cercetare-dezvoltare, organ izatii de standardizare, centre de instruire si invatamant, editori de carti si reviste, producatori de bunuri si servicii, industrii si servicii speciale. 2. I ntegrarea componentelor CAE - CAD - CAM Conceptul CAD trebuie inteles in context ul mai larg al ciclului de viata al unui produs sau serviciu: cercetarea, inovar ea si conceptia, etape care informatizate au generat domeniul "Computed Aided En gineering" - CAE si care se refera nu numai la simularea asistata de calculator a sistemelor continui sau discrete (caracterizate de sisteme de ecuatii diferent iale ordinare su cu diferente finite) ci si la modelarea corpurilor si campurilo r (prin tehnici de tip "Finite Element Method"/"Finite Element Analysis" - FEM / FEA sau altele similare (FDTD, BEM, FIT, etc) utilizate in rezolvarea ecuatiilor cu derivate partiale, intalnite in mecanica, rezistenta, mecanica fluidelor, te rmotehnica sau alte domenii ingineresti); proiectarea si dezvoltarea de produse si tehnologii, bazata in principal pe CAD; realizarea de prototipuri si produse de serie, care prin informatizare au generat domeniul "Computer Aided Manufactur ing" - CAM; In urma unui intens efort de standardizare ("drawing exchange and in teroperability"), atat sistemele complexe cat si partile lor, componente relativ simple tind sa fie descrise intr-un limbaj informatic unic, indiferent de etapa de viata a obiectului respectiv, ceea ce determina tendinta ca cele trei aborda ri CAE/CAD/CAM sa se integreze in una unica numita "Computer Integrated Manufact uring" - CIM.Trebie mentionat ca in acest context trebuie integrate si preocupar ile moderne de grafica pe calculator ("Computer graphics, 3D Computer vision, Ge ometric modeling, Solid modeling, Virtual reality", etc. ) 3. Categoriile de pac hete de software CAD Proiecterea si desenarea asistate de calculator, in sensul cel mai larg (CAD-ul), se realizeaza cu programe de calculator care se pot clasi fica in urmatoarele categorii de aplicatii informatice: aplicatii pentru modelar e geometrica si desenare asistate de calculator (dintre care mentionam AutoCAD, Turbocad, KeyCAD, Design CAD, Solid Works, etc.); aplicatii pentru rezolvarea un or probleme generale de calcul matematic, utile mai ales in ingineria asistata C AE (dintre care mentionam Matlab, Mathematica, MathCAD, Maple, etc.) sau simular ea unor sisteme particulare descrise de ecuatii diferentiale ordinare (cum sunt Spice - pentru analiza circuitelor electronice, EMTP - pentru analiza retelelor electroenergetice); aplicatii destinate modelarii numerice, cu element finit sau cu functii similare dedicate rezolvarii ecuatiilor cu derivate partiale, utiliz ate in proiectarea integrata (cele mai raspandite sunt cele de calcul structural ca ANSYS, COSMOS, NASTRAN, dar se utilizaeza si altele specializate in modelare a curgerii, incalzirii, campului electromagnetic, difuziei purtatorilor de sarci na , iar de curand cele pentru probleme cuplate - "multyphisics"); aplicatii ori entate spre un domeniu particular ( PipeCAD - proiectarea instalatiilor; AeroCAD proiectarea constructiilor aeronautice; ArhiCAD - proiectare arhitectonica; GIS CAD - realizarea hartilor sau a altor documente bazate pe "Geograpfic Integrate d System" - GIS; Cadence, Mentor, Microcad, Orcad- pentru proiectare electronica, cu diferite nivele de integrare (PCB sau IC), care alcatuiesc un subdomeniu di stinct numit "Electronic Design Automation" - EDA; ChemCAD - pentru proiectarea moleculelor si multe altele); sisteme integrate de aplicatii, cu un grad de inte grare a componentelor CAE/CAD/CAM mai mare sau mai mic (dintre care mentionam IDEAS, CATIA, EUCLID, ProEngineer si SAAP). Pentru a intelege amploarea industrie i CAD/CAM trebuie mentionat ca numai in SUA piata produselor software si servici i asociate, cu aplicatii doar in mecanica a depasit numai in SUA 5 miliarde si j umatate de dolari in anul 2000. 1CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP, CAM, CAP, CAQ, CAS Informatii despre sisteme de productie - CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS Noul model de productie este unul suprasimbolic si difera in mod dramatic de cel materialist, de masa. Asa cum timpul este unul dintre cele mai importante resur se economice, chiar daca nu se arata nicaieri in inventarele vreunei companii, e l ramane, efectiv, o resursa ascunsa. Noile cunostinte grabesc lucrurile, ne con duc spre o economie de timp-real, instantanee si substituie consumul de timp. La ora actuala, pe plan mondial, concurenta impune realizarea de produse noi in ti mp foarte scurt, micsorand timpul dintre cererea produsului si livrarea lui pe p iata. Evolutia dinamica a societatii romanesti a determinat schimbari majore si in obiectivele economiei. Economia de piata, cu rigorile si exigentele ei, face necesara acum, mai mult ca oricand, trecerea de la cantitate la calitate, iar ac centul trebuie pus pe abordarea domeniilor de varf ale stiintei, pe tehnologia a vansata si pe metodele manageriale eficiente. Metodele si mijloacele de producti e ale industriei mecanice sunt bulversate de prezenta calculatoarelor, robotilor , automatelor programabile, comenzilor numerice etc. Dupa aparitia masinilor-une lte cu comanda numerica, evolutiile au fost in principal marcate de dezvoltarea intr-un ritm accelerat a tehnicii de calcul, centrelor de prelucrare, tehnologii lor de grup, sistemelor DNC, senzorilor, tehnicilor de modelare geometrica si pr ocesare grafica a datelor, simularii, sistemelor CAD/CAM, sistemelor si tehnicil or de diagnosticare, limbajelor de programare de inalt nivel, inteligentei artif iciale. Fabricatia integrata cu calculatorul este o versiune automatizata a proc esului general de fabricatie, in care fiecare functie este inlocuita printr-un s et de tehnologii automatizate. In plus, mecanismele traditionale de integrare a comunicarii orale si scrise sunt inlocuite prin tehnologie numerica. Prin CIM, c ele trei functii principale - conceptia produsului si a procesului de fabricatie , planificarea si urmarirea productiei, fabricatia propriu-zisa - sunt inlocuite prin sase zone functionale: conceptia asistata de calculator, tehnologia de gru p, sistemele de planificare si urmarire a fabricatiei, manipularea automata a ma terialelor, fabricatia asistata de calculator si robotica. La conceperea si impl ementarea unui sistem integrat de productie, principalele demersuri sunt: cel de integrare a echipamentelor si cel de integrare a datelor. Cerintele actuale ale productiei Organizarea unei intreprinderi depinde in mod esential de importanta sa si de tipurile de produse fabricate. Se poate considera ca resursele unei in treprinderi sunt organizate dupa o structura determinata de functiile sale. Cele cinci functii principale ale intreprinderii sunt: functia marketing, al carui rol este de a percepe nevoile pietii; functia produc tie, care regrupeaza conceptia si realizarea cererilor clientelei in conditiile impuse de obiectivele intreprinderii; functia distributie, care asigura difuzare a produsului finit; functia financiara, care priveste optimizarea resurselor fin anciare ale intreprinderii; functia personal, care priveste gestiunea personalul ui necesar la bunul mers al intreprinderii. 2Aceste functii pot fi repartizate in servicii independente pentru marile intrepr inderi, regrupate in cateva servicii pentru intreprinderile mijlocii sau central izate in acelasi serviciu pentru intreprinderile mici.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP, CAM, CAP, CAQ, CAS) Functia productie poate fi considerata principala functie a unei intreprinderi, ea constand in a produce, la timpul dorit, in cantitatile ce rute de catre clienti, la cost si calitate determinate, realizand optimizarea re surselor intreprinderii in asa fel incat sa se asigure perenitatea, dezvoltarea si competitivitatea sa.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) In ciclul d e viata al unui produs, etapele de conceptie si industrializare au o mare respon sabilitate, influentand costurile, calitatea si termenele de realizare.(CIM, PPC , CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Pe parcursul creatiei unui produs, cea mai mare parte din intreprinderile manufacturiere aplica un demers liniar. Acest dem ers a fost impus de modul de organizare al intreprinderii si de fluxul de inform atii intre diferitele servicii. In vederea parcurgerii etapelor ciclului de viat a al produsului urmeaza sa intervina in mod succesiv un numar mare de persoane: specialistii in marketing, care definesc caietul de sarcini al produsului; ingin erul de conceptie, care va crea o solutie tehnica; desenatorul, care o va reprez enta; designerul, care va ajusta formele in mod estetic; inginerul de calcul, ca re va dimensiona elementele care trebuie sa garanteze un anumit comportament in functionare sau o anumita durata de viata a produsului; inginerul de metode, car e va alege procedeele de obtinere a pieselor si va studia procesele de fabricati e; muncitorii din atelier, care urmeaza sa realizeze produsul; echipa de incerca ri, care va accepta sau va respinge produsul, dupa verificarea conformitatii cu caietul de sarcini; agentul de vanzare, care va comercializa produsul; echipa de mentenanta, care va urmari produsul pe parcursul utilizarii sale. Aceasta viziune traditionala, mostenire a taylorismului, este calificata, in gen eral, ca secventiala, tinand cont de anclansarea cronologica a activitatilor. Ea are meritul de a defini o ordine necesara in parcurgerea ciclului de viata al u nui produs, a proceselor sale, precum si stabilirea clara a responsabilitatilor. Dar, diviziunea muncii intre diferite servicii, cat si in interiorul acestora d etermina o specializare ingusta a personalului si regruparea dupa criteriul sarc inilor de indeplinit.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Pentru o intr eprindere dornica sa pastreze sau sa castige segmente de piata, o solutie posibi la o constituie 'spargerea' demersului liniar si secvential, de la conceptie pan a la productie, incercand realizarea unei suprapuneri partiale sau paralelizare a unor activitati ale ciclului de viata, ceea ce aduce un castig de timp si redu ce termenele de lansare si de punere in distributie ale produsului.(CIM, PPC, CA D, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Acest mod de organizare bazat pe ingineria simu ltana (concurenta) contribuie in mod decisiv la cresterea reactivitatii intrepri nderii. 3Productia de bunuri materiale a cunoscut in timp o continua evolutie. Cresterea productivitatii muncii a determinat trecerea de la o industrie de tip artizanal, in care rolul hotarator il detine munca manuala, la una de tip manufacturier, c aracterizata atat de munca manuala cat si de o subdiviziune a muncii.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) In productia de serie mica si mijlocie, imbun atatirea tehnologiilor si cresterea performantelor masinilorunelte nu pot, singu re, conduce la cresterea eficientei functionarii sistemului industrial. Rezerve mari de rationalizare se afla in domeniul automatizarii si conducerii, acestea a vind rolul sa asigure sincronizarea multitudinii de activitati diferite, specifi ce acestui tip de productie.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Creste rea flexibilitatii fabricatiei implica combinatii noi de informatii legate de va lorificarea resurselor, care sa puna in evidenta analogiile din structura sarcin ii de productie cat si din structura capacitatii de productie. Flexibilitatea es te calitatea unui sistem tehnologic de a se adapta la sarcini de productie difer ite, atat din punctul de vedere al formei si dimensiunilor produsului, cat si di n punctul de vedere al operatiilor tehnologice care trebuie efectuate pentru pro ducerea lui. Una din premisele fundamentale ale aplicarii in conditii optime a t ehnologiilor flexibile este tocmai capacitatea de a face sa devina transparente spectre largi de produse si de activitati asemanatoare, ceea ce creaza posibilit atea de a trece la normalizarea, standardizarea si organizarea optimala a fabric atiei. Aplicarea in practica a fabricatiei flexibile a intampinat destule greuta ti, piedici, din acestea rezultand concluzia ca notiunea de flexibilitate nu ins eamna numai optimizarea sistemului tehnologic sub aspectul economiei de resurse materiale si umane, ci o evaluare legata de dinamismul sistemului, de capacitate a lui de a se adapta atunci cand intervin factori noi.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP, CAM, CAP, CAQ, CAS) Factorii externi ce pot interveni in modificarea unui sistem de fabricatie, necesitand adaptarea lui la conditiile nou create ar putea fi: cerintele pietii; modificarea sarcinii de productie (a reperelor puse in fabrica tie, a cantitatii si calitatii lor); uzura fizica si morala a masinilor-unelte a flate in dotare; uzura morala a procedeelor tehnologice de fabricatie. Stadiul si tendintele de dezvoltare a sistemelor de productie. Sistemul integrat de productie - CIM O solutie prin care se poate ameliora competitivitatea const a in a face intreprinderea sa evolueze spre conceptul de sistem integrat de prod uctie (CIM). Acest mod de organizare industriala s-a dezvoltat in Japonia cu sco pul de a creste reactivitatea intreprinderii si flexibilitatea fabricatiei. Deme rsul poate fi definit ca un proces de simplificare, urmat de unificarea intrepri nderii prin automatizare si integrare. Simplificarea consta in suprimarea oricar ei activitati inutile sau redondante, care nu adauga valoare produsului. Este vo rba de a reconsidera fluxurile in intreprindere, in scopul de a simplifica metod a de gestiune a productiei si a reduce termenele de fabricatie, timpii de schimb are a echipamentelor, marimea loturilor lansate in fabricatie, productia in curs , stocurile, costurile indirecte de transport si magazinare, procedurile etc.(CI M, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Se poate afirma ca fluxul information al este un factor determinant in caracterizarea conceptului CIM, calitatea, inte nsitatea si viteza acestuia avand implicatii hotaratoare asupra produselor reali zate. 4Tehnologiile informationale sunt un complex de discipline interconectate pentru constituirea intreprinderilor integrate, avand la baza sisteme de baze de date d istribuite, unificate si standardizate. Tehnica de calcul necesara sistemului in tegrat de productie reprezinta complexul software/hardware/comunicatii capabil, pe baza unor algoritmi implementati, sa realizeze conducerea optimala, in timp r eal, a fabricatiei, figura 1.2. Sistemul integrat de productie (CIM) reuneste su b cupola sa un manunchi de subsisteme de sine statatoare dezvoltate ca urmare a utilizarii informaticii in activitatile ciclului de viata ale produsului: concep tie, planificare, fabricatie, control, mentenanta. Conceptul CIM cuprinde in pri ncipal: PP&C - Planning Production & Control (Planificarea si Urmarirea Productiei); CAD - Computer Aided Design (Conceptia Constructiva Asistata de Calculator); CAE Computer Aided Engineering (Ingineria Asistata de Calculator); CAPP - Computer A ided Process Planning (Conceptia Proceselor de Fabricatie Asistata de Calculator ); CAM - Computer Aided Manufacturing (Fabricatia Asistata de Calculator); CAP Computer Aided Planning (Planificarea Asistata de Calculator); CAQ - Computer A ided Quality (Calitatea Asistata de Calculator); CAS - Computer Aided Service (M entenanta Asistata de Calculator). Componentele principale ale sistemului CIM sunt: PP&C - Production Planning & Co ntrol (Planificarea si Urmarirea Productiei) este un domeniu clasic de aplicatie pentru procesarea electronica a datelor legate de intregul proces de productie. Termenul de PP&C este folosit pentru a descrie modul de folosire a sistemelor i nformatice pentru planificarea, urmarirea si monitorizarea proceselor ciclului d e viata al produsului, de la faza de preluare a datelor (comenzii) pana la exped ierea produselor, tinand cont, in acelasi timp, de aspectele legate de calitate, date de livrare si capacitate.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Sis temele PP&C sunt destinate sa satisfaca urmatoarele obiective operationale: 1. 2. 3. 4. imbunatatirea cunoasterii datelor de livrare; perfectionarea livrarii informatii lor (in fluxul informational reducerea termenelor de livrare; reducerea niveluri lor de stocuri in timp, cu pastrarea nivelurilor de disponibilitati in materiale si componente. CIM Fisierele de informatii formeaza baza sistemului PP&C, alcatuita din prelucr area comenzii, circulatia materialelor, directive de productie si fisiere direct oare: fisierul director al clientului, necesar in vanzari, contabilitate si prel ucrarea comenzii. El poate fi utilizat de asemenea pentru planificarea vanzarilo r si pentru directa promovare a vanzarilor. fisierul director al produsului, sol icitat in principal pentru fabricatie si pentru optimizarea materialelor necesar e. fisierul comenzii curente, utilizat pentru comenzile clientului. (CIM, PPC, C AD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) 5Pentru optimizarea materialelor sunt necesare, in general, urmatoarele fisiere: fisierul director al materialelor, fisierul resurselor materiale, fisierul struc turii listelor de piese, fisierul director al furnizorilor, fisierul comenzii de cumparare curent. In sfera PP&C s-au dezvoltat diferite metode de planificare a productiei, dintre care se pot aminti: MRP, PERT, Kanban. Sistemele de operare compatibile sau unificate si programele sursa solicitate pentru subsistemul PP&C nu sunt inca disponibile la extensia necesara. CAD - Computer Aided Design (Con ceptia Constructiva Asistata de Calculator) este termenul utilizat pentru folosi rea mijloacelor informatice in conceptia produselor. In figura 1.4 este prezenta t mecanismul general de conceptie si proiectare, distingindu-se si locul unde in tervine inteligenta artificiala. Rolul conceptiei constructive asistate de calcu lator este acela ca pornind de la cerintele functionale, estetice si constructiv e sa fie determinate, cu ajutorul calculatorului, proprietatile de forma, de mat erial si de calitate ale obiectului. Procesul de conceptie este considerat ca o activitate bazata pe inductie, deductie, intuitie, experienta si creativitate. P rin intermediul mijloacelor informatice este posibil sa se transfere progresiv e xperienta, deductia si inductia de la inginerul de conceptie la sistemul CAD, ac easta devenind un sistem inteligent.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS ) Un sistem CAD presupune dialogul permanent, prin intermediul monitorului de co nceptie, intre baza de date tehnice si baza de date generale, pe de o parte, si baza de algoritmi, pe de alta parte. Fiind sistem om-masina, sistemul CAD se baz eaza pe capacitatea creativ-inteligenta a omului si pe puterea de calcul a calcu latorului, acesta posedand rapiditate in functionare, precum si o capacitate sup erioara de stocare si regasire a informatiilor. Sistemele CAD reprezinta deci in tegrarea metodelor stiintei calculatoarelor si a celor ingineresti, cuprinzind: baze de date, banci de metode fundamentale si algoritmi, sisteme de comunicatie, sisteme de grafica, programe de aplicatie. Un sistem CAD trebuie sa aiba capaci tate de decizie care sa includa asignarea cerintelor de proiectare si a specific atiilor de proiectare. Aceste caracteristici includ prelucrarea limbajului natur al, transformarea si rafinarea prin chestionarea utilizatorului (interactiv) asu pra gradului de detaliere a proiectarii.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Un sistem inteligent destinat conceptiei asistate de calculator va trebui sa prezinte capacitate de arhivare, intr-o logica simbolica accesibila utilizato rului, care sa-i permita sa formuleze expresiile sale despre cunostintele de pro iectare si sa acceseze calculatorul in sensul reprezentarii corespunzatoare a ac estora . Crearea unui sistem CAD presupune integrarea informatiilor negeometrice si tehnico-administrative cu informatiile geometrice, intr-o baza de date si cu nostinte, incorporand deci "realitatea" oricarui produs conceput. Trecerea de la geometria analitica clasica, euclidiana, la geometria axionometrica, care se pr eteaza la interfete logice asupra multor proprietati abstracte ale entitatilor g eometrice poate constitui solutia de integrare a celor trei tipuri de informatii . Astfel, a aparut necesitatea de a dezvolta sisteme CAD mai inteligente, in dom eniul modelarii grafice si geometrice. 6CAE - Computer Aided Engineering (Ingineria Asistata de Calculator) este subsist emul destinat optimizarii si calculelor ingineresti cu ajutorul mijloacelor elec tronice de calcul. CAE se ocupa cu analiza si evaluarea proiectelor utilizand te hnici asistate de calculator pentru a calcula parametri operationali, functional i si de fabricatie ai produsului. In cadrul procesului de proiectare, CAE isi ga seste locul la nivelul etapelor de sinteza, analiza si evaluare si are de asemen ea un loc bine determinat in cadrul conceptului de inginerie simultana. La nivel de sinteza a solutiilor, principala activitate a CAE este concentrata pe tehnol ogicitatea produsului: la nivel de analiza si evaluare, CAE este utilizat pentru analiza calitatii proiectului produsului. Pe baza informatiilor CAE, proiectul produsului este iterat prin primii pasi ai procesului de proiectare pana in mome ntul in care este gasita solutia optima.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) CAE in etapa de sinteza presupune realizarea urmatoarelor activitati: Schi tele de principiu rezultate din etapa de conceptie sunt dezvoltate in etapa de s inteza, prin adaugarea detaliilor geometrice si remodelarea produsului prin apli carea conditiilor dictate de tehnologicitate: din punct de vedere a procesului de fabricatie: 1. 2. 3. 4. rationalizarea constructiei si a schemei cinematice; unificarea constructiva; ma sa si consumul de material; concordanta formei constructive cu particularitatile metodelor si proceselor de fabricatie. din punct de vedere a tehnologiei de asamblare: 1. 2. 3. conditii de manipulare; conditii de asamblare; conditii privind schema de montaj . Procedurile utilizate in scopul realizarii unor produse cu o tehnologicitate cat mai ridicata au fost inglobate sub terminologia DFMA - Design for Manufacturing and Assembly. Calculele efectuate se refera la timpul de asamblare, costul prod usului si o limita teoretica a numarului minim de piese. In plus, sunt evaluate diferite variante de materiale si procese de fabricatie. Cu ajutorul acestor pro grame proiectantul introduce specificatiile pentru un anumit proiect, iar progra mul ofera o analiza cantitativa a alternativelor de proiectare.(CIM, PPC, CAD, C AE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) CAE in etapa de analiza presupune: 1. 2. 3. Datele si informatiile utilizate ca intrari pentru programul CAE sunt sub forma desenelor create in CAD. Fisierul cu informatii geometrice produs in CAD este ut ilizat de programul CAE pentru obtinerea informatiilor necesare analizei. Aplica tiile CAE in etapa de analiza a proiectarii au loc in doua mari domenii: analiza cu metoda elementelor finite si analiza proprietatilor de masa (structura). Ana liza prin metoda elementelor finite este o tehnica numerica utilizata pentru ana lizarea si studierea performantei functionale a unei structuri prin divizarea ob iectului intr-un numar mic de blocuri numite elemente finite. 74. Analiza proprietatilor de masa se refera la posibilitatea realizarii de calcule ingineresti. Cele mai comune aplicatii CAE au posibilitatea calcularii ariei sau volumului, iar cele mai complexe realizeaza calculul centrelor de greutate, mom entelor de inertie. Parametrii complexi sunt importanti pentru analiza geometrie i reperelor care se afla in miscare de translatie sau de rotatie.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) CAE in etapa de evaluare presupune: 1. Procesul de analiza al proiectului ofera informatii ample cu privire la diferite le alternative de proiectare. Examinarea acestor informatii pentru a determina g radul de corespondenta intre proiectul real si obiectivele si specificatiile de proiectare initiale este una dintre componentele procesului de evaluare. Una din tre activitatile CAE realizata in mod traditional in etapa de evaluare a proiect ului este construirea si testarea prototipului utilizand programe concepute in a cest scop. Tehnicile de prototipare rapida/virtuala tind sa inlocuiasca actualme nte tehnicile clasice de evaluare. CAPP - Computer Aided Process Planning (Conceptia Proceselor de Fabricatie Asist ata de Calculator) este subsistemul destinat realizarii urmatoarelor categorii d e activitati: selectarea operatiilor de prelucrare; determinarea secventei operatiilor de prel ucrare; selectarea (alegerea) utilajului tehnologic; alegerea sculelor aschietoa re; determinarea necesarului de dispozitive de prindere a piesei; proiectarea sc hemelor de prindere si a dispozitivelor; stabilirea conditiilor de aschiere. Tendinta este ca sistemele CAPP sa inglobeze tot mai multe elemente de inteligen ta artificiala, urmarindu-se atat interpretarea automata a desenelor si metodelo r de proiectare, dar si detalierea planului de operatii, a modalitatilor optime de prindere a piesei, analizarea economica a proceselor, precum si generarea tra iectoriilor optime de aschiere. Utilizarea sistemelor CAPP prezinta urmatoarele avantaje: 1. 2. 3. 4. 5. reducerea cerintele de experienta ale tehnologului; reducerea timpul de concepti e a proceselor de fabricatie; reducerea costurilor, atat in proiectarea procesel or, cat si in realizarea acestora; elaborarea proceselor de fabricatie in mod mi nutios si consistent; cresterea productivitatii. CAM - Computer Aided Manufacturing (Fabricatia Asistata de Calculator) este un t ermen care nu are o consistenta clara. Unii folosesc termenul pentru a defini pr elucrarea asistata de calculator, altii includ in CAM functiile de control ale p roductiei. Cel mai adesea, CAM desemneaza asistarea cu calculatorul a procesului de fabricatie. In esenta sa, aceasta presupune elaborarea programelor NC, a teh nologiilor de prelucrare si de montaj.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, C AS) 8Functiile sistemului CAM sunt: comanda fabricatiei si a atelierelor de fabricatie; comanda posturilor de lucru; comanda fluxurilor de materiale; comanda magaziilor si a transportului; comanda procesului de prelucrare , necesita baze de date care contin informatii despre: 1. 2. 3. 4. 5. 6. contracte de fabricatie; capacitati de productie; fluxuri de materiale; mijloace de productie; situatia magaziilor si a transportului; contracte de service. In cadrul sistemului CAM un loc aparte il ocupa FMS - Flexible Manufacturing Sys tem (Sistemul Flexibil de Fabricatie). Acesta se defineste diferit de la o tara la alta, dar in esenta este o unitate de productie capabila de a fabrica o gama (familie) de produse discrete cu o interventie manuala minima. El cuprinde postu ri de lucru echipate cu capacitati de productie (masini-unelte cu comanda numeri ca sau alte utilaje de asamblare sau tratament) legate printr-un sistem de manip ulare a materialelor, in scopul deplasarii pieselor de la un post de lucru la al tul, functionind ca un sistem integrat cu comanda complet programabila.(CIM, PPC , CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Din punct de vedere al domeniilor de utiliz are a FMS si a raspandirii acestora, se observa suprematia Japoniei. Aparitia si dezvoltarea sistemelor flexibile de prelucrare, asamblare, turnare, sudare au c onstituit un real sprijin in dezvoltarea sistemelor CIM . Dintre acestea, evolut ia cea mai rapida au avut-o sistemele flexibile de prelucrare. Aceasta tendinta s-a remarcat inca de la inceputul utilizarii masinilor cu comanda numerica, incl uzand dezvoltarea sistemelor DNC pana la o treapta superioara de automatizare a FMS si incorporarea acestora in CIM. Fiind sisteme inalt automatizate, sistemele flexibile de fabricatie, indiferent de natura proceselor comandate, sunt condus e de calculatoare. In scopul imbunatatirii modului de functionare, pentru a le m ari gradul de flexibilitate si in acelasi timp productivitatea, aceste sisteme n ecesita structuri software tot mai evoluate, utilizand din ce in ce mai mult ele mente de inteligenta artificiala.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) A tat componentele hardware cat si componentele software ale unui sistem flexibil de fabricatie pot fi separate in blocuri functionale, FMS putand fi privit ca un ansamblu integrat de masini cu comanda numerica deservite de un sistem automati zat de manipulare, transport si depozitare a semifabricatelor, pieselor finite, sculelor si dispozitivelor, prevazut cu mijloace automatizate de masurare si tes tare, capabil sa realizeze sub comanda calculatorului fabricarea simultana sau s uccesiva a unor piese de tip diferit apartinand unei anumite familii, in conditi i de interventie minima a operatorului uman si cu timpi de reglare redusi. 9CAP- Computer Aided Planning (Planificarea Asistata de Calculator) este un subsi stem al CIM unde se realizeaza planificarea asistata a proceselor de fabricatie, unde are loc pregatirea, proiectarea si coordonarea proceselor tehnologice. O d ata cu aparitia calculatorului, metodele de planificare a productiei, bazate pe algoritmi matematici au putut deveni operative.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CA P, CAQ, CAS) In dezvoltarea unor metode moderne de planificare a productiei s-a pornit de la criteriile de optimizare abordate, criterii care vizau: reducerea t impului si a costurilor de productie, amortizarea investitiilor, circulatia mini ma a semifabricatelor si reducerea stocurilor, maximizarea productiei etc. Indif erent de metoda folosita, un sistem CAP realizeaza urmatoarele categorii de func tii: 1. 2. 3. 4. planificarea resurselor de fabricatie; distribuirea resurselor planificate; simu larea si optimizarea resurselor planificate; monitorizarea proceselor tehnologic e de fabricatie. Aceste functii sunt posibil de realizat datorita unei colectii de structuri de d ate de sistem care devin operabile printr-un sistem de decizie si un sistem graf ic. Experienta a demonstrat ca planificarea este cu atat mai bine realizata cu c at tine cont de mai multe resurse si este structurata pe doua niveluri: nivelul planificarii pe termen lung si cel al planificarii zilnice. Piata deschisa, cicl ul de viata scurt al produselor si intensificarea concurentei reclama utilizarea sistemelor informatice pentru planificarea si urmarirea procesului de productie .(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) In pregatirea si desfasurarea act ivitatilor din sistemul CAP un rol important il are EDP -Electronic Data Process ing (Prelucrarea Automata a Datelor). In domeniul planificarii exista destul de mari rezerve expuse rationalizarii, rezerve care au evidentiat ca numai dupa inv estitii semnificative, mai mult de 80% din costurile pentru comenzi si energie a u fost recuperate in faza de pregatire si planificare a productiei. CAP este un termen ce indica suportul EDP pentru planificarea muncii. CAQ - Computer Aided Q uality (Calitatea Asistata de Calculator) reprezinta o importanta componenta CIM . Calitatea constituie o notiune complexa care are in vedere, pe de o parte, pro prietatile intrinseci ale produsului de a satisface la un anumit nivel o necesit ate oarecare, iar pe de alta parte, aspectele legate de conceptia si fabricatia produsului. Calitatea nu se aduga dupa realizarea produsului, ci se creaza odata cu el.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Obiectivele strategice ale CAQ sunt urmatoarele: mentinerea si promovarea capacitatii (potentialului) pentru calitate; reducerea riscului slabei calitati; actiuni preventive pentru a preveni garantia produsulu i; transparenta si actualitatea activitatii de calitate; reactii mai rapide la p robleme de calitate. 10Obiectivele operationale ale CAQ sunt: rationalizarea procedurilor de inspectare si testare; reducerea timpului inactiv si a timpului de trecere intre punctele de inspectare; inlaturarea costurilor c u documentatia; reducerea retusurilor si a rebuturilor; utilizarea maxima a echi pamentului de inspectare si testare; colectarea sistematica si regulata a datelo r; inspectarea tehnologica eficienta si oportuna; inlantuirea directa de la sist emele CAQ la toate locurile individuale in cadrul intreprinderii; inlantuirea on -line intre masini si sistemele CAQ proprii pentru localizarea si eliminarea ero rii; folosirea bazelor de date al caror continut este relevant pentru calitate. Sistemele CAQ au urmatoarele caracteristici conceptuale comune: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. conceptul de nivel (nivelul planificarii, nivelul controlului si nivelul prelucr arii), care reglementeaza responsabilitatile si metodele de acces; conceptul de informatie ce se desprinde din diferitele tipuri de informatii (informatia de tr asare a directivelor, informatia actuala, informatia rezultanta, reguli); concep tul de comanda, care desemneaza comenzile care urmeaza a fi inspectate si al car or progres poate fi controlat si planificat; conceptul de colectare a datei, car e furnizeaza calculatorului suportul pentru colectarea datei referitoare la cali tate; conceptul modular al softului; conceptul de baza de date, care asigura ca datele referitoare la calitate sa fie stocate pe termen lung. Toate aceste concepte ale CAQ sunt regasite in toate sferele de activitate ale u nui sistem integrat de productie, adica in sfera controlului fabricatiei, in asa mblare, in controlul final al produselor, planificarea mentenantei etc. Un siste m de calitate poate fi descris prin trei subsisteme : subsistemul fizic, care indeplineste activitati de inspectie a calitatii, folosi nd resursele tehnice si umane. CAS - Computer Aided Service (Mentenanta Asistata de Calculator) se refera la mentenanta produsului si a sistemului sau de fabric atie. Mentenanta este ansamblul activitatilor care permit mentinerea sau readuce rea unui bun intr-o stare specificata sau in conditii date de siguranta de funct ionare, in vederea indeplinirii unei functii stabilite. Aceste activitati sunt o combinatie de actiuni tehnice, administrative si de management.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) In raport cu politica de mentenanta privind moment ul de interventie se disting in principal: 1. 2. 3. subsistemul de decizie a calitatii, al carui scop este sa controleze calitatea p rodusului; subsistemul de informatie a calitatii, care alimenteaza subsistemul d e decizie cu informatii; 11 mentenanta preventiva, efectuata pe baza de criterii predeterminate, in intentia de reducere a probabilitatii de defectare a unui bun sau a degradarii unui serv iciu. mentenanta corectiva, efectuata dupa defectare. Este numita si mentenanta curativa. Timpul consacrat acestei mentenante afecteaza direct disponibilitatea masinilor si timpii de productie. Un rol aparte il ocupa gestiunea mentenantei cu ajutorul mijloacelor electronice de calcul, precum si vizualizarea functiei mentenantei intreprinderii. Atunci c and se vorbeste despre CIM, cuvantul cheie este integrarea. Nevoia de integrare s-a dezvoltat ca raspuns la un set de probleme specifice ce s-au ridicat ca rezu ltat al procesului de automatizare a productiei. Aceste probleme au fost sublini ate intr-un studiu special facut pentru programul ICAM (SUA), studiu ce a eviden tiat problemele cu care erau confruntate firmele ce au trecut la automatizare, s i anume: utilizatorii nu pot controla informatia; schimbarea este prea costisitoare; sist emele nu sunt integrate; calitatea datelor este saraca; schimbarea sistemelor du reaza prea mult. CIM este o vasta intreprindere de procese de conducere pentru automatizare indus triala. El apare ca un program special sub care proiectele de automatizare indus triala sunt planificate, executate si integrate. CIM creaza legaturi sistemice e ficiente intre diferitele compartimente izolate care vor influenta calitatea pro cesului de fabricatie. Reteaua este realizata prin fluxul informational ce integ reaza toate componentele CIM, flux ce se constituie ca factor determinant al int egrarii subsistemelor CIM. Deoarece integrarea datelor este esenta CIM, cheia ap licarii sale pe scara larga va fi rafinarea si standardizarea limbajelor de prog ramare care asigura legaturile.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Fie care tehnologie CIM este o unealta puternica, doar cand este legata la o baza de date comuna, puterea fiecarei tehnologii creste geometric. Ceea ce face ca func tiile CIM sa-si arate eficienta este fluxul informational ce leaga toate compone ntele CIM. Ideea reunirii cunostintelor intr-o baza de date unitara la care sa a iba acces toti cei care concura la realizarea unui produs este des intalnita in literatura de specialitate, constituind principiul ingineriei simultane (concure nte). In ultimii ani se discuta de integrarea CAD/CAM, fara a se preciza insa po zitia CAPP. Daca se va analiza riguros procesul CAD/CAM se va constata ca acesta presupune in mod inevitabil etapa intermediara CAPP, putandu-se spune ca, de fa pt, este vorba de un proces CAD/CAPP/CAM.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ , CAS) Modulele CIM reprezinta punctul de plecare pentru dezvoltarea sistemului CIM. Unele firme produc elemente ale FMS (MUCN, roboti, unitati de conducere, au tomate programabile, sisteme de transport si depozitare, software etc.) in timp ce alte intreprinderi sunt beneficiari ale acestor elemente si sunt interesate i n crearea sistemului CIM, pe baza modelelor de referinta. CIM nu este un produs care se cumpara pe piata, ci un concept strategic de dezvoltare al intreprinderi i. 12Cu toate ca scopurile vizate de sistemul CIM sunt in concordanta cu scopurile po tentialilor utilizatori, exista retineri, mai ales la nivelul intreprinderilor m ijlocii. Aceasta se datoreaza faptului ca este dificil sa se cunoasca modul cum se pot evalua riscurile si avantajele, stiind ca CIM reprezinta un mod de gandir e pentru rezolvarea problemelor, iar implementarea cu succes se poate face doar in conditiile unei individualizari. Experienta acumulata in conceperea si implem entarea variantelor CIM arata ca o dezvoltare sistematica are aplicabilitate mai ales an cazul intreprinderilor mijlocii. Se poate prezenta un model procedural generic, pentru implementarea sistemelor CIM. Etapele modelului de implementare sunt desfasurate pe cinci niveluri distincte: analizarea situatiei curente, conc eperea planului, proiectarea, implementarea, instalarea.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAP P,CAM, CAP, CAQ, CAS) Principala sarcina in analizarea situatiei curente este se pararea si ordonarea informatiilor operationale. Rezultatele se inregistreaza in tr-un raport de analiza, raport ce va permite identificarea variantelor de organ izare ale procesului. In conceperea planului, propunerile de solutii identificat e in faza precedenta sunt conturate definitiv. Faza de proiectare formuleaza sub functiile definite, aparand astfel arhitectura tehnica. Dupa definirea completa a subfunctiilor si interfetelor se poate trece la implementare. Odata ce sistemu l a fost integrat in procesul operational se incheie metodologia. Aplicarea conc eptului CIM intr-o intreprindere conduce la: 1. cresterea competentei tehnologice, prin realizarea unor produse de conceptie imb unatatite la pret mai redus, imbunatatirea calitatii produselor, deci in mod imp licit, imbunatatirea imaginii intreprinderii, imbunatatirea logisticii, prin red ucerea depozitelor intermediare, a productiei neterminate, deci si a costurilor legate de acestea, perfectionarea profesionala a angajatilor, satisfactii mai ma ri in munca, crearea unor locuri de munca necesitand calificare superioara:(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) cresterea competentei organizatorice, c are se traduce prin scurtarea timpului in care un produs parcurge toate fazele p roductiei si, prin aceasta scaderea costurilor, cresterea flexibilitatii, creste rea volumului vanzarilor si a serviciilor, avand drept efect posibilitatea de cr eare a unor noi produse, sanse de dezvoltare, cresterea lichiditatilor financiar e disponibile prin diminuarea cerintelor de mijloace si cresterea vitezei de cir culatie a capitalului. 2. Patru factori-cheie de management vor determina in final viteza de implementare si odata cu ea succesul unei intreprinderi: articularea unei strategii CIM care recunoaste impactul CIM asupra competitivita tii generale a intreprinderii, nu doar asupra implicatiilor financiare pe termen scurt. Aceasta inseamna ca, intreprinderea trebuie sa determine exact cum va co ncura (superioritatea ei relativ la pret, calitate, flexibilitate) si cum CIM po ate contribui in mod specific la competitivitate; necesitatea planificarii la ni vel de intreprindere, implicand toate functiile de afaceri. Cea mai buna cale de a planifica pentru CIM este de obicei printr-o forta operationala multidiscipli nara, cu implicarea directa a top managementului:; recunoasterea ca structura ad ministrativa si sarcinile fortei de munca trebuie a fi schimbate pentru a benefi cia din plin de capabilitatea sistemului CIM. CIM este atat o noua filozofie cat si o tehnologie noua care darama barierele de partamentale si necesita aptitudini de munca noi. Este binecunoscut faptul ca ocerinta esentiala pentru folosirea eficienta a CIM 13este interactiunea stransa intre inginerie si fabricatie rezultand structuri de echipa. De asemenea sunt necesare tipuri similare de grupari sau noi forme de le gaturi organizationale intre marketing, inginerie si fabricatie. Sarcinile forte i de munca devin evident mai legate de computer necesitand aptitudini de procesa re a informatiilor mai curand decat aptitudini legate direct de productie. In fi ne, exista dovezi ca CIM duce la cresterea volumului muncii si deci la posturi n oi si mai putine; * recunoasterea faptului ca diverse activitati vor trebui sa f ie modificate pentru a sprijini tehnologiile CIM. Tehnologiile de grup, de exemp lu, vor necesita modificari in standardele de lucru, procedurile de intretinere, prelucrare etc. Beneficiile aduse de subsistemele CIM, figura 1.16, sunt numero ase pentru a fi discutate in detaliu. Totusi ar fi necesara o sinteza de ansambl u asupra avantajelor majore. Avantajele tehnologiei de grup includ reducerea num arului de piese intr-o baza de date, costuri reduse de introducere a pieselor, c oeficienti de utilizare a masinilor mariti si timp general de pregatire mai scur t. Manipularea automata a materialelor produce beneficii cantitative si calitati ve. (CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Beneficiile cantitative tipice includ reducerea erorilor de inventariere, reduceri generale de inventare, prod uctivitate mai mare, mai putine livrari intarziate, timpi de livrare mai mici si stocari mai putine. Beneficiile calitative includ relatii mai bune si un manage ment profesional. Beneficii tipice in urma manipularii automate a materialelor i nclud o precizie mai mare a inregistrarilor de inventar, necesar de spatiu de st ocare mai mic, productivitate a muncii mai mare, siguranta marita si siguranta s patiului de depozitare, deteriorarea redusa a produselor si coordonarea miscaril or materialelor cu echipamentul de manipulare a materialelor.(CIM, PPC, CAD, CAE , CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Sistemele CIM au multe beneficii similare cu cele dej a mentionate pentru celelalte domenii, cum sunt productivitatea muncii marite, c alitatea mai buna a produsului si mai putin timp de pregatire, adica o flexibili tate ridicata, figura 1.17. Beneficiile pe termen lung ale unui sistem integrat cum este CIM sunt beneficiile individuale amplificate geometric cu beneficiile i ntegrarii fiecarei componente intr-un sistem comun: Beneficiile CIM = Beneficiile fiecarei componente x Beneficiile integrarii Puner ea la punct si implementarea unui sistem CIM este deosebit de dificila si dureaz a o perioada mare de timp .De fapt este vorba de o strategie CIM pe care trebuie sa o adopte orice firma care va implementa un sistem avansat de productie. O se rie de experti sunt de parere ca firmele care nu vor avea ca obiectiv strategic implementarea CIM vor disparea.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Int egrarea duce la un management mai bun al fluxului de date de fabricatie, comunic atii interdepartamentale mai bune si utilizarea mai buna a resurselor, care pot duce toate la castiguri mari in calitatea produsului si in eficienta productiei. Elocvent, pentru aceasta este studiul realizat pe cinci companii americane care au implementat CIM, care evidentiaza, domeniul si valoarea de imbunatatiri real izate de pe urma implementarii.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Tendinte in dezvoltarea sistemelor de productie Dupa conceptul CIM au aparut si s-au dezvoltat si alte concepte de sisteme de productie. Caracteristic este fapt ul ca ele constituie trepte ale unei evolutii, constand in utilizarea superioara , rationala a pietei de munca si in descentralizarea conducerii intreprinderilor . Se poate afirma, ca aceste concepte se contin unul pe celalalt, folosind princ ipii comune. 14Sistemul CIM3 In anul 1990 s-a lansat ideea largirii conceptului CIM cu problema tica legata de participarea factorului uman in intreprinderea viitorului. Astfel , Peter Yim introduce conceptul CiM3 (Computer Integrated Man - Machine - Manufa cturing) concept ce incorporeaza paradigma generala a CSCW (Computer Supported C ooperative Work). CIM3 este o dezvoltare a abordarilor CIM si nu o alternativa, deoarece oricat s-ar discuta de intreprinderi complet automatizate ele implica s i oameni, cel putin la nivelul conducerii. (CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, C AQ, CAS) CIM3 se preocupa in special de gasirea solutiilor de armonizare a compo nentei umane si a celei materiale. Acest nou concept se armonizeaza complet cu c el de TQM (Total Quality Management) lansat si sustinut de japonezi. CIM3 incear ca sa promoveze un sistem de productie cu adevarat inteligent, mai flexibil si m ai cooperativ, ce poate manipula cu usurinta atat reguli cat si exceptii, poate gestiona atat activitatile planificate cat si pe cele care apar spontan. O astfe l de abordare unitara nu poate avea succes decat daca se are in vedere utilizare a celor mai noi rezultate in domeniul calculatoarelor, ceea ce implica rezolvare a unor probleme care pana nu demult intrau in competenta exclusiva a expertilor umani, bineinteles prin aportul incontestabil si din ce in ce mai greu de evitat al inteligentei artificiale. Sistemul CIM-OSA Utilizarea rationala a tehnologie i informatiei (IT - Information Technology) in sistemele de productie manufactur iera este una dintre orientarile strategice in vederea atingerii obiectivelor de integrare, de automatizare si de flexibilitate a prioductiei, care ar trebui sa le permita sa devina mai competitive. Aceste obiective determina redefinirea si adesea simplificarea proceselor intreprinderii (procese de decizie, procese de fabricatie, procese administrative), precum si gestionarea continua a nevoilor d e schimbare a acestor procese in functie de evolutia piesei sau a mediului incon jurator intreprinderii.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) CIM-OSA (Op en System Architecture for CIM) este o arhitectura de sisteme deschise de produc tie integrata prin calculator articulata in jurul a trei componente fundamentale : 1. un cadru ologie care CIM-OSA are emului CIM, de modelare de intreprindere; 2. infrastructura integranta; 3. metod acopera ciclul de viata al sistemului CIM. ca scop furnizarea unui suport de-a lungul ciclului de viata al sist pentru:1. definirea precisa a obiectivelor intreprinderii si a strategiilor de fabricat ie; 2. configurarea si exploatarea sistemului CIM in corelare cu aceste obiectiv e; 3. conducerea sistemului intr-un context de schimbare permanenta. Problema integrarii in intreprinderile manufacturiere priveste capacitatea de a face sa comunice si sa lucreze impreuna diversele componente ale intreprinderii (oameni, masini, sisteme informatizate etc.) intr-un mediu distribuit si intr-un mod coordonat si coerent, in functie de obiectivele de productie stabilite.(CIM , PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) 15Se pot distinge trei forme de integrare, care se suprapun: integrarea fizica a componentelor, care se bazeaza pe sistemele de comunicare pr in retele de calculatoare si protocoalele de comunicare (MAP, TOP, CNMA si retel e de teren FIP); integrarea aplicatiilor sau integrarea prin date, care se bazea za pe de o parte pe formate neutre de schimb de date (STEP, EDI etc.) si pe de a lta parte pe un ansamblu de servicii informatice care permit schimbul de date; i ntegrarea globala a intreprinderii, care vizeaza integrarea proceselor intreprin derii, adica a tuturor functiilor intreprinderii, luand in considerare o buna pa rte a bazei de cunostinte a intreprinderii. Este nevoie de un model de intreprin dere si de o infrastructura integranta care sa permita executia acestui model pe ntru a controla realizarea proceselor intreprinderii. Aceasta ultima forma de integrare globala constituie obiectivul si originalitate a sistemului CIMOSA. Sistemul suplu de productie (lean production) Productia sup la difera de productia de masa prin finalitatea sa: perfectiunea fabricatiei. Pr oductia de masa se diferentiaza de productia unitara prin cantitatea mare de pro duse la pret scazut, dar ea se preocupa putin de calitatea intrinseca a ceea ce fabrica. Astfel, productia de masa se multumeste cu un produs suficient de bun, pe cand productia supla vizeaza un produs intotdeauna mai bun.(CIM, PPC, CAD, CA E, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Japonezii au reusit performanta de a ameliora calita tea produselor lor multiplicand in acelasi timp modelele si fabricand in cantita ti mereu crescande. Ei au realizat astfel sinteza perfecta a avantajelor product iei de masa (productivitate ridicata, cost redus) si ale productiei unitare (cal itate inalta). Productia supla impune: 1. 2. 3. 4. 5. 6. termene de conceptie mai scurte; termene de livrare mai reduse; defecte mai puti ne; productie in curs si stocuri mai mici; suprafata ocupata mai mica; produse s tandardizate mai putine. Rolul angajatilor creste in productia supla, acestora cerandule: 1. 2. 3. pregatire mai ridicata; responsabilitate sporita; autonomie mai multa. Sistemul inteligent de productie (IMS) Sistemul inteligent de productie (IMS - I ntelligent Manufacturing System) este un acronim de origine japoneza care coresp unde unui program de cercetare si dezvoltare.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Programul IMS are ca obiective: dezvoltarea generatiei urmatoare de t ehnologii si norme pe baza experientei din trecut a industriei manufacturiere, o rganizandu-le si sistematizandu-le; 161. 2. organizarea cunostintelor normalizate pentru viitoarele sisteme de productie; in ceperea cercetarii si dezvoltarii asupra tehnologiilor de fabricatie ale inceput ului secolului XXI. 1. Ciclul de viata total al produsului: Sisteme de fabricatie pentru viitor. Exemple de propuneri sunt 'fabricatia agila ', 'intreprinderea fractala', 'fabricatia bionica' etc. Sisteme inteligente de c omunicare pentru procesarea informatiei in procesul de productie; Protectia medi ului, consumul minim de energie si materiale; Reciclarea si reutilizarea. 2. Metode de productie Procese de productie ce reduc impactul asupra mediului inconjurator: sisteme cu emisii reduse, sisteme cu reziduuri reduse, procese cu ciclu de viata prestabili t; Procese cu randament ridicat, ce corespund cerintelor de fabricatie cu un min im consum energetic; Inovare tehnologica in procesul de productie: metode de sch imbare rapida a produsului fabricat, prin 'Metoda Prototiparii Rapide', metode d e productie cu raspuns flexibil la modificarile conditiilor de lucru, schimbarea produsului sau materialelor; Imbunatatirea flexibilitatii si autonomiei modulel or de fabricatie ce compun sistemul de productie; Imbunatatirea interactiunii sa u armoniei intre diversele componente si functii ale productiei. 3. Instrumente de strategie/planificare/proiectare Schimbarea structurilor verticale si ierarhice catre o structura 'hetrarhica'; M etode si mijloace pentru re-engineering; Instrumente de modelare pentru analiza si dezvoltarea strategiilor de productie; Instrumente pentru planificare intr-o intreprindere mare sau mediu productiv virtual. 4. Probleme umane/organizare/sociale Promovarea si dezvoltarea de proiecte pentru imbunatatirea imaginii activitatii de productie; Imbunatatirea pregatirii profesionale; Fabrici autonome mobile (in tegrarea unor functii in filiale); Resurse informationale tehnice ale firmei - p astrare, dezvoltare, accesare; Metode noi de cuantificare a performantelor, conf orm noilor cerinte. 5. Intreprinderi extinse/virtuale Intreprinderea extinsa este un rezultat al cer intelor de piata, de a cuprinde in intreprindee resurse externe, fara a le posed a. Specializarea afacerii intr-un domeniu este cheia catre excelenta, dar produs ul sau serviciul necesita un amalgam de capacitati excelente. Pietele in schimba re necesita un mix variabil de resurse. Telul este intreprinderea extinsa, care este comparata cu cea mai mare forma de productie ce poate fi condusa.(CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) 17Intreprinderea fractala Din punct de vedere industrial, frontierele intreprinder ii depasesc pe cele ale unei natiuni. Aceasta afirmatie s-a intarit in ultimii a ni. Numeroase exemple confirma zilnic aceasta constatare. S a citam: diagnosticu l la distanta cu ajutorul transmiterii de date, comanda directa de materiale pri n fax, montarea de masini in intreprinderea client, stocul deportat etc.(CIM, PP C, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS) Astazi nu este greu de dovedit ca structur ile interne ale intreprinderii au devenit instabile si se poate constata ca schi mbarile de mediu au o influenta directa asupra angajatilor. De exemplu, este obi snuit sa se gaseasca echipe de proiecte formate din ingineri si executanti sau s ervicii comerciale urmarind comanda din momentul primirii ei pana la livrare. Se intalnesc parcursuri orizontale de-a lungul unor servicii foarte diferite ale i ntreprinderii si disparitia nivelelor ierarhice. In fata unei astfel de situatii s-ar parea ca stiintele ingineresti se afla in fata unei paradigme a lumii indu striale care nu mai cauta sa liniarizeze turbulentele mediului. Dimpotriva, asta zi, aceste stiinte cauta sa exprime si sa stapaneasca complexitatea si indetermi nismul sistemului intreprindere. O astfel de paradigma este denumita Paragigma F ractala. O fractala este o unitate organizatorica actionand in mod autonom, ale carei obiective si servicii sunt clar descrise. Fractalele se organizeaza in mod individual si integreaza obiectivele intreprinderii. Intreprinderea fractala es te deci un sistem deschis compus din unitati autonome, finalizate. Aceasta defin itie generala trebuie sa fie precizata in raport cu cadrul de referinta al intre prinderilor: Intreprinderea fractala este un sistem global deschis. aceasta vizi une globalista permite integrarea tuturor relatiilor pe care intreprinderea le p oate avea cu mediul sau. Conceptia traditionala a intreprinderii ca suma a funct iilor specializate nu mai corespunde. Procesele de productie trebuie sa fie orie ntate spre satisfacerea clientului si spre realizarea de servicii. Ele trebuie, de asemenea, sa integreze gestiunea resurselor si concertarea cu clientul. Orice angajat al intreprinderii trebuie sa comunice cu mediul, cu clientii si cu part enerii interni. El foloseste componentele sale la definirea si la imbunatatirea proceselor si a structurilor. Pentru cresterea reactivitatii intreprinderii el p oate pune la dispozitie componentele sale dincolo de propriile sale functii, pen tru a garanta termenele si satisfactia clientului;CIM, PPC, CAD, CAE, CAPP,CAM, CAP, CAQ, CAS 18Conceptul de CAD; prezentarea Directivei Comunitii Europene 23/1997 referitoare ; la echipamentul sub presiune 1. IntroducereCursul i propune s prezinte i s conduc la nsuirea de ctre studeni a principalelor e i a celor mai utilizate programe necesare desfurrii n bune condiii a unei activiti d roiectare asistat de calculator. Cursul este nsoit de elemente practice care vor co ntribui la deprinderea cunotinelor necesare rezolvrii unor probleme diverse de proi ectare. Cursul este structurat pe urntoarele capitole: - Utilizarea pachetului de programe AutoCAD; - Teoria elementului finit; principiile programelor cu elemen t finit; - Prezentarea programului QuickField; - Prezentarea programului ANSYS; - Programe necesare ntocmirii unui proiect; 2. Proiectarea asistat de calculator 2.1. Procesul de proiectare Procesul de proiectare este un proces in general iterativ i care const n mai multe faze. Unele din aceste faze pot fi mai accentuate sau mai diminuate n funcie de ti pul de proiect, i anume: - recunoaterea nevoilor, aceasta poate fi identificarea u nor deficicene la produsele deja proiectate, activitate efectuat de un inginer sau prin percepia oportunitii unui nou produs; - definirea problemei, care este cuprin s ntr-o specificaie a produsului care trebuie proiectat. Specificaia include caracte risticile fizice i funcionale, cost, cantitate i performanele de operare; - sinteza i analiza sunt relativ legate i cuprinse ntr-un proces iterativ. O anumit component s au un anumit subsistem al unui sistem cuprinztor este conceptualizat de proiectant , supus analizei, nbuntit prin procedura de analiz i reproiectat. Acest proces este at pn ce proiectul a fost optimizat n cadrul constrngerilor impuse de proiectant. Co mponentele i subsistemele sunt sintetizate n cadrul sistemului global ntr-un mod si milar. - evaluarea este considerat prin intermediul determinrii gradului de realiz are a condiiilor impuse n cadrul specificaiilor stabilite n faza de definire a probl emei. Aceast evaluare necesit deseori fabricarea i testarea unui model prototip pen tru a se obine date privind performanele, calitatea, rentabilitatea sau privind al te criterii; - prezentarea este faza final a proiectului i include documentaia nece sar proiectului i anume desene de execuie, specificaii de materiale, liste de piese etc. Procesul de proiectare care este efectuat asistat de calculator are n princi piu aceleai etape dar acestea pot fi redefinite astfel: - recunoaterea nevoilor; ; - definirea problemei; ; - generarea modelului; ; - analiza; ; 19- revizia proiectului i reevaluarea acestuia; ; - desenarea automat. 2.2. Conceptul de CADCAD- Computer Aided Drawing- Desenarea Asistat de Calculator CAD- Computer Aided Design- Proiectarea Asistat de Calculator CADD- Computer Aided Design and Drawing - Proiectarea i Desenarea Asistat de Calculator n literatura anglo-saxon aceast apare nt confuzie este exploatat, pentru a evidenia permanent legtura indisolubil care exis t n inginerie ntre proiectare i desenare. Cnd este nevoie s se evidenieze cele dou co nente ale ingineriei, cea de proiectare i cea de desenare se utilizeaz uneori term enul de CADD. CAD-ul este n prezent o industrie de miliarde de dolari care cuprin de firme productoare de software, distribuitori, grupuri de cercetare-dezvoltare, organizaii de standardizare, centre de instruire i nvmnt, edituri, productori de ech mente i servicii speciale speciale. Numai n SUA, n anul 2000, piaa produselor softwa re i a serviciilor asociate, cu aplicaii doar n domeniul mecanic a depit 5,5 miliarde dolari. Conceptul de CAD trebuie neles n contextul mai larg al ciclului de via al un ui produs sau serviciu: - cercetarea, inovarea i concepia; aceste etape informatiz ate au generat domeniul COMPUTED AIDED ENGINEERING- CAE i care se refer nu numai l a simularea asistat de calculator a sistemelor continui sau discrete ( caracteriz ate de sisteme de ecuaii difereniale ordinare sau cu diferene finite ) ci i la model area corpurilor i cmpurilor ( prin tehnici de tip FINITE ELEMENT METHOD/FINITE ELE MENT ANALYSIS sau altele similare ) utilizate n rezolvarea ecuaiilor cu derivate p ariale, ntlnite n mecanic, rezisten, mecanica fluidelor termotehnic etc.; - proiectar devoltarea de produse i tehnologii, bazat n principal pe CAD; - realizarea de prot otipuri i produse de serie, care prin informatizare au generat domeniul COMPUTER AIDED MANUFACTURING- CAM. n urma unui proces de standardizare ( DRAWING EXCHANGE AND INTEROPERABILITY ) att sistemele complexe ct i prile lor, componente relativ simp le tind s fie descrise ntr-un limbaj informatic unic, ceea ce determin tendina ca ce le trei abordri CAE/CAD/CAM s se integreze n una unic numit COMPUTER INTEGRATED MANUF ACTURING- CIM. 2.3. Categorii de pachete de programe CAD Proiectarea i desenarea asistat de calculator, n sensul cel mai larg ( CAD ), se re alizeaz cu programe de calculator care se pot clasifica n urmtoarele categorii de a plicaii: - modelare geometric i desenare asistat de calculator, de exemplu AutoCAD, Turbocad, KeyCAD, DesignCAD, solid Works, etc.; - probleme generale de calcul me canic, utile mai ales n ingineria asistat CAE, de exemplu Matlab, Matematica, Math CAD, etc.; 20- modelare numeric cu element finit, sau cu funcii similare dedicate rezolvrii ecuai ilor cu derivate pariale, utilizate n proiectarea integrat, de exemplu ANSYS, COSMO S, NASTRAN,etc.; - aplicaii orientate spre un domeniu particular, de exemplu Pipe CAD- proiectarea instalaiilor, AeroCAD- proiectarea construciilor aeronautice, Arh iCADproiectarea arhitectonic, etc.; - sisteme integrate de aplicaii, cu grad de in tegrare a componentelor CAE/CAD/CAM mai mare sau mai mic, de exemplu I-DEAS, CAT IA, EUCLID, ProEngineer, SAAP, etc. 2.4. Productori i produse CAD Dintre cele mai cunoscute produse CAD menionm: 1. Autodesk, produce programul Auto CAD dar i alte aproape 40 produse complementare; 2. Bentley System, produsul de b az este MicroStation; 3. Parametric Tehnology, care produce CADDS i Pro/Engineer. CADDS este dedicat automatizrii proiectrii mecanice cu utilizare n proiecte mari. P ro/Engineer este un editor CAD 2D/3D care permite schimbul de date cu mai multe alte programe; 4. SolidWorks prezint un sistem de proiectare mecanic i de modelare a solidelor; 5. CATIA este un mediu software integrat de instrumente inginereti C AD/CAM produs de Dassault Systems; 6. I-DEAS ( Integrated Design Engineering Ana lysis Software ), este o suit de de instrumente CAD/CAM/CAE integrate i destinate automatizrii proiectrii mecanice. Statistica preferinelor, dup unii autori este: Aut oCAD 55,51%; Pro/Engineer 13,2%; SolidWorks 10,24%; Catia 7,32%; Alte programe 1 3,32%. 3. Metoda elementului finit3.1. Principiul metodei elementului finit Analiza cu elemente finite este o tehn ic numeric bazat pe computer pentru calculul rezistenei i a comportrii structurilor in ginereti. Poate fi utilizat penru calculul rotaiilor, tensiunilor, vibraiilor, a com portrii la flambaj i alte multe fenomene. Poate fi utilizat pentru analiza att a def ormaiilor mici ct i a acelor mari att sub sarcini ct i sub deplasri aplicate. Pot fi a alizate att deformaii elastice ct i deformaii plastice permanente. Calculatorul este necesar deoarece este necesar un numr astronomic de calcule necesare pentru a ana liza o structur relativ mare. n metoda elementelor finite, o structur este mprit n fo e multe blocuri mici sau elemente. Comportarea unui element individual poate fi descris cu un set relativ simplu de ecuaii. Tocmai deoarece setul de elemente va f i legat mpreun pentru a construi structura ntreag, ecuaiile care descriu comportarea elementelor individuale sunt legate ntr-un set extrem de mare de ecuaii care descr iu comportarea structurii. Calculatorul poate rezolva un numr imens de ecuaii simu ltane. Din soluie, computerul extrage comportarea fiecrui element individual. Mai departe se pot obine tensiunile i deformaiile tuturor prilor structurii. 21Tensiunile pot fi comparate cu valorile admisibile ale tensiunilor pentru materi alul utilizat, pentru a vedea dac structura este destul de rezistent. Metoda este diferit de metoda ecuaiilor cu diferene finite. n general, o soluionare a unei proble me cu ajutorul metodei elementului finit poate fi realizat urmrind trei etape. Ace ste etape sunt generale i se pot ntlni n toate programele de acet tip: - Preprocesar ea: definirea problemei; principalele etape n preprocesare sunt: : - definirea pu nctelor/liniilor/ariilor/volumelor; - definirea tipurilor de elemete i a proprietil or de material i geometrice; - divizarea liniilor/ariilor/volumelor dup necesiti; Ca ntitatea de detalii necesare va depinde de dimensionalitatea analizei ( adic 1D, 2D, axial simetric, 3D). - Rezolvarea: repartizarea sarcinilor, constrngerilor i re zolvarea; aici se specific sarcinile : (punctuale sau de presiune), constrngerile i n final rezolvarea setului de ecuaii. - Postprocesarea: procesarea ulterioar i vizu alizarea rezultatelor; n acest stadiu se pot obine: : - Lista deplasrilor nodale; Forele i momentele din elemente; - Trasarea deplasrilor; - Diagramele de contur a tensiunilor; Metoda elementului finit este o metod aproximativ i, n general, acuratee a soluiei crete cu numrul de elemente utilizate. Numrul de elemente necesare pentru un model corect depinde de problem i de rezultatele specifice pe care le dorim de la acesta. Astfel, n scopul de a analiza acurateea rezultatelor pentru o singur rul are a metodei elementului finit, este necesar s se creasc numrul de elemente dintrun obiect sau zon a obiectului i s se vad modificarea de rezultate. 3.2. Limitele metodei elementului finit Metoda elementului finit este o metod foarte versatil i totodat puternic i poate fi ut il proiectanilor pentru a obine informaii privind comportarea structurilor complicat e cu cele mai arbitrare solicitri. n scopul un avantaje semnificative care au fost fcute posibile prin dezvoltarea metodei, rezultatele obinute trebuie examinate cu marte atenie nainte de a fi utilizate. Cea mai semnificativ limitare a metodei ele mentului finit este acurateea de a obine soluii; acesrea sunt n mod uzual o funcie de rezoluia divizrii n elemente finite. Orice regiune de tensiuni nalt concentrate, ca de exemplu n jurul sarcinilor punctuale i a suporilor, trebuie s fie cu atenie anali zat prin utilizarea unei divizri suficient de fine. Pe lng aceasta, exist unele probl eme care prezint singulariti inerente ( tensiunile sunt teoretic infinite ). Un efo rt special trebuie fcut pentru a analiza aceste probleme. Obinerea soluiilor prin m etoda cu element finit necesit adesea spaii substaniale de memorie i timp de rulare pe computer. n proiectarea la oboseal, conform Curent Industrial Practices for Pre ssure Equipment Design Against Fatigue, Pressure Component, Fatigue Design, Fina l Report, utilizatorii de programe cu 22element finit au urmtoarele preferine: Ansys- 41% ; Abaqus- 13% ; FE-PIPE- 8% ; Co smos- 3% ; CADSAP- 3% ; Alte programe- 32% ( nici un alt program nu depete 5% ). 4. Prezentarea Directivei Comunitii Europene 23/1997 referitoare la echipamentul sub presiune4.1. Scopul directivei PED 97/23/EC Directiva Parlamentului European privind Echipamentele sub Presiune, PED 97/23/E C, introduce un sistem nou necesar pentru a armoniza regulile naionale existente n fiecare stat european membru. Directiva controleaz proiectarea, fabricaia, testar ea i certificarea echipamentelor sub presiune care vor fi plasate pe piaa european. Scopul directivei este de a desfiina barierele tehnice al schimbului de mrfuri. P entru a fi apt de a aprea pe piaa european, echipamentul sub presiune trebuie s ndepl ineasc cerinele Directivei. Directiva acoper un domeniu larg de echipamente sub pre siune ca e exemplu: vasele de reacie; containere de stocare sub presiune;schimbtoa re de cldur;evrie industrial;nveliurile i evile cazanelor de abur;dispozitive de sig cesorii de presiune. Sunt cteva excluderi care sunt cuprinse n alte convenii intern aionale sau alte directive ale CE. Directiva acoper echipamentul de presiune i ansa mblurile care funcioneaz la o presiune mai mare de 0,5 bari, n funcie de mediul de p resiune i cu o serie de limitri legate de produsul presiune cu volumul incintei. E chipament sub presiune nseamn vase, evi, accesorii de siguran i de presiune. Ansamblur ile nseamn cteva piese ale echipamentului sub presiune unite ntr-o form integral funci nnd ca un ntreg. 4.2. Metodele de calculMetodele de calcul recomandate de directiva european sunt bazate pe: a) presiunea coninut i alte aspecte legate de ncrcare Tensiunile admisibile pentru echipamentul d e presiune trebuie s fie limitate avnd n vedere tipul de deteriorare i condiiile de o perare. La sfrit, factorul de siguran trebuie s fie aplicat pentru a elimina n ntregim orice incertitudine care se poate nate n legtur cu fabricaia, condiiile reale de oper are, tensiuni, modele de calcul, proprietile i comportarea materialului. Aceste cer ine se pot fi ndeplinite prin aplicarea uneia din urmtoarele metode, cea mai potriv it, dac este necesar ca un supliment sau o combinaie cu alte metode: - proiectarea prin formule; ; - proiectarea prin analiz; ; - proiectarea prin mecanica ruperii. Procedurile de proiectare prin analiz nu specific metode particulare: acestea sun t lsate la ndemna proiectantului pentru a alege tehnica pe care o sinte ca fiind ce a mai potrivit. 23Analiza discontinuitii nveliurilor a fost prima metod i a fost utilizat de proiectant in cele mai vechi timpuri, analiz prin care tensiunile pot fi uor categorisite n te rmenii de tensiuni de nveli de tip membran sau ncovoiere. Tehnicile de analiz s-au de zvoltat i dei metoda discontonuitii nveliurilor este nc foarte des utilizat n anali ctural este din ce n ce mai mult nlocuit de metode bazate pe utilizarea calculatorul ui. Cea mai des utilizat tehnic n proiectarea contemporan a vaselor sub presiune est e matoda elementului finit, o tehnic puternic care permite modelarea detaliat a vas elor complexe. b) tensiunea Calculele de proiectare potrivite trebuie s stabileas c rezistena echipamentului de presiune. n particular: - presiunea de calcul trebuie s nu fie mai mic dect maximul presiunii admise i ine seama de starea static i dinamic de descompunerea fluidelor instabile. Cnd vasul este separat n camere individuale care conin presiunea, peretele despritor trebuie s fie proiectat pe baza celei mai m ari presiuni posibile fa de cea mai mic presiune posibil n camera adiacent; - temperat urile de calcul trebuie s permit limite potrivite; - proiectarea trebuie s in seama d e toate combinaiile posibile de temperatur i presiune care pot fi prevzute n condiii r ezonabile de operare a echipamentului; - tensiunile maxime i vrful concentratorulu i de tensiune trebuie s fie pstrat n limitele de siguran; - calculul presiunii coninut trebuie s utilizeze valori potrivite pentru proprietile de material, bazate pe date documentate, avnd n vedere factorii de siguran potrivii. 24Proiectarea asistat de calculator Procesul de proiectare este un proces in general iterativ i care const n mai multe faze. Unele din aceste faze pot fi mai accentuate sau mai diminuate n funcie de ti pul de proiect, i anume: - recunoaterea nevoilor, aceasta poate fi identificarea u nor deficiene la produsele deja proiectate, activitate efectuat de un inginer sau prin percepia oportunitii unui nou produs; - definirea problemei, care este cuprins n tr-o specificaie a produsului care trebuie proiectat. Specificaia include caracter isticile fizice i funcionale, cost, cantitate i performanele de operare; - sinteza i analiza sunt relativ legate i cuprinse ntr-un proces iterativ. O anumit component sa u un anumit subsistem al unui sistem cuprinztor este conceptualizat de proiectant, supus analizei, nbuntit prin procedura de analiz i reproiectat. Acest proces este r t pn ce proiectul a fost optimizat n cadrul constrngerilor impuse de proiectant. Com ponentele i subsistemele sunt sintetizate n cadrul sistemului global ntr-un mod sim ilar. - evaluarea este considerat prin intermediul determinrii gradului de realiza re a condiiilor impuse n cadrul specificaiilor stabilite n faza de definire a proble mei. Aceast evaluare necesit deseori fabricarea i testarea unui model prototip pent ru a se obine date privind performanele, calitatea, rentabilitatea sau privind alt e criterii; - prezentarea este faza final a proiectului i include documentaia neces ar proiectului i anume desene de execuie, specificaii de materiale, liste de piese e tc. Procesul de proiectare care este efectuat asistat de calculator are n princip iu aceleai etape dar acestea pot fi redefinite astfel: - recunoaterea nevoilor; ; - definirea problemei; ; - generarea modelului; ; - analiza; ; - revizia proiect ului i reevaluarea acestuia; ; - desenarea automat. Conceptul de CAD CAD- Computer Aided Drawing- Desenarea Asistat de Calculator CAD- Computer Aided Design- Proie ctarea Asistat de Calculator CADD- Computer Aided Design and Drawing- Proiectarea i Desenarea Asistat de Calculator n literatura anglo-saxon aceast aparent confuzie es te exploatat, pentru a evidenia permanent legtura indisolubil care exist n inginerie n re proiectare i desenare. Cnd este nevoie s se evidenieze cele dou componente ale ing ineriei, cea de proiectare i cea de desenare se utilizeaz uneori termenul de CADD. CAD-ul este n prezent o industrie de miliarde de dolari care cuprinde firme prod uctoare de software, distribuitori, grupuri de cercetare-dezvoltare, organizaii de standardizare, centre de instruire i nvmnt, edituri, productori de echipamente i ser ii speciale speciale. Numai n SUA, n anul 2000, piaa produselor software i a servici ilor asociate, cu aplicaii doar n domeniul mecanic a depit 5,5 miliarde dolari. Conc eptul de CAD trebuie neles n contextul mai larg al ciclului de via al unui produs sau serviciu: - cercetarea, inovarea i concepia; aceste etape informatizate au genera t domeniul COMPUTED AIDED ENGINEERING- CAE i care se refer nu numai la simularea a sistat de calculator a sistemelor continui sau discrete ( caracterizate de sistem e de ecuaii difereniale ordinare sau cu 25diferene finite ) ci i la modelarea corpurilor i cmpurilor ( prin tehnici de tip FIN ITE ELEMENT METHOD/FINITE ELEMENT ANALYSIS sau altele similare ) utilizate n rezo lvarea ecuaiilor cu derivate pariale, ntlnite n mecanic, rezisten, mecanica fluidelor rmotehnic etc.; - proiectarea i devoltarea de produse i tehnologii, bazat n principal pe CAD; - realizarea de prototipuri i produse de serie, care prin informatizare au generat domeniul COMPUTER AIDED MANUFACTURING- CAM. n urma unui proces de stan dardizare ( DRAWING EXCHANGE AND INTEROPERABILITY ) att sistemele complexe ct i prile lor, componente relativ simple tind s fie descrise ntr-un limbaj informatic unic, ceea ce determin tendina ca cele trei abordri CAE/CAD/CAM s se integreze n una unic n umit COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING- CIM. Categorii de pachete de programe CAD Proiectarea i desenarea asistat de calculator , n sensul cel mai larg ( CAD ), se realizeaz cu programe de calculator care se po t clasifica n urmtoarele categorii de aplicaii: - modelare geometric i desenare asist at de calculator, de exemplu AutoCAD, Turbocad, KeyCAD, DesignCAD, solid Works, e tc.; - probleme generale de calcul mecanic, utile mai ales n ingineria asistat CAE , de exemplu Matlab, Matematica, MathCAD, etc.; - modelare numeric cu element fin it, sau cu funcii similare dedicate rezolvrii ecuaiilor cu derivate pariale, utiliza te n proiectarea integrat, de exemplu ANSYS, COSMOS, NASTRAN,etc.; - aplicaii orien tate spre un domeniu particular, de exemplu PipeCAD- proiectarea instalaiilor, Ae roCAD- proiectarea construciilor aeronautice, ArhiCAD- proiectarea arhitectonic, e tc.; - sisteme integrate de aplicaii, cu grad de integrare a componentelor CAE/CA D/CAM mai mare sau mai mic, de exemplu I-DEAS, CATIA, EUCLID, ProEngineer, SAAP, etc. 3. Metoda elementului finit 3.1. Principiul metodei elementului finit Analiza cu elemente finite este o tehnic numeric bazat pe computer pentru calculul rezistenei i a comportrii structurilor inginereti. Poate fi utilizat penru calculul rotaiilor, t ensiunilor, vibraiilor, a comportrii la flambaj i alte multe fenomene. Poate fi uti lizat pentru analiza att a deformaiilor mici ct i a acelor mari att sub sarcini ct i deplasri aplicate. Pot fi analizate att deformaii elastice ct i deformaii plastice pe rmanente. Calculatorul este necesar deoarece este necesar un numr astronomic de c alcule necesare pentru a analiza o structur relativ mare. n metoda elementelor fin ite, o structur este mprit n foarte multe blocuri mici sau elemente. Comportarea unui element individual poate fi descris cu un set relativ simplu de ecuaii. Tocmai deo arece setul de elemente va fi legat mpreun pentru a construi structura ntreag, ecuaii le care descriu comportarea elementelor individuale sunt legate ntr-un set extrem de mare de ecuaii care descriu comportarea structurii. Calculatorul poate rezolv a un numr imens de ecuaii simultane. Din soluie, computerul extrage comportarea fie crui element individual. Mai departe se pot obine tensiunile i deformaiile tuturor pri lor structurii. Tensiunile pot fi comparate cu valorile admisibile ale tensiunil or pentru materialul utilizat, pentru a vedea dac structura este destul de rezist ent. Metoda este diferit de metoda ecuaiilor cu diferene finite. n general, o soluiona re a unei probleme cu ajutorul metodei elementului finit poate fi realizat urmrind trei etape. Aceste etape sunt generale i se pot ntlni n toate programele de acet ti p: 26- Preprocesarea: definirea problemei; principalele etape n preprocesare sunt: : definirea punctelor/liniilor/ariilor/volumelor; - definirea tipurilor de elemet e i a proprietilor de material i geometrice; - divizarea liniilor/ariilor/volumelor dup necesiti; Cantitatea de detalii necesare va depinde de dimensionalitatea analiz ei ( adic 1D, 2D, axial simetric, 3D). - Rezolvarea: repartizarea sarcinilor, cons trngerilor i rezolvarea; aici se specific sarcinile (punctuale : sau de presiune), constrngerile i n final rezolvarea setului de ecuaii. - Postprocesarea: procesarea u lterioar i vizualizarea rezultatelor; n acest stadiu se pot obine: : - Lista deplasri lor nodale; - Forele i momentele din elemente; - Trasarea deplasrilor; - Diagramele de contur a tensiunilor; Metoda elementului finit este o metod aproximativ i, n gen eral, acurateea soluiei crete cu numrul de elemente utilizate. Numrul de elemente nec esare pentru un model corect depinde de problem i de rezultatele specifice pe care le dorim de la acesta. Astfel, n scopul de a analiza acurateea rezultatelor pentr u o singur rulare a metodei elementului finit, este necesar s se creasc numrul de el emente dintr-un obiect sau zon a obiectului i s se vad modificarea de rezultate.Limitele metodei elementului finit Metoda elementului finit este o metod foarte v ersatil i totodat puternic i poate fi util proiectanilor pentru a obine informaii pr comportarea structurilor complicate cu cele mai arbitrare solicitri. n scopul un avantaje semnificative care au fost fcute posibile prin dezvoltarea metodei, rezu ltatele obinute trebuie examinate cu marte atenie nainte de a fi utilizate. Cea mai semnificativ limitare a metodei elementului finit este acurateea de a obine soluii; acesrea sunt n mod uzual o funcie de rezoluia divizrii n elemente finite. Orice regi une de tensiuni nalt concentrate, ca de exemplu n jurul sarcinilor punctuale i a su porilor, trebuie s fie cu atenie analizat prin utilizarea unei divizri suficient de f ine. Pe lng aceasta, exist unele probleme care prezint singulariti inerente (tensiunil e sunt teoretic infinite). Un efort special trebuie fcut pentru a analiza aceste probleme. Obinerea soluiilor prin metoda cu element finit necesit adesea spaii subst aniale de memorie i timp de rulare pe computer. n proiectarea la oboseal, conform Cu rent Industrial Practices for Pressure Equipment Design Against Fatigue, Pressur e Component, Fatigue Design, Final Report, utilizatorii de programe cu element f init au urmtoarele preferine: Ansys- 41% ; Abaqus- 13% ; FE-PIPE- 8% ; Cosmos- 3% ;CADSAP- 3% ; Alte programe- 32% ( nici un alt program nu depete 5% ). Metodele de calcul Metodele de calcul recomandate de directiva european sunt bazate pe: a) pr esiunea coninut i alte aspecte legate de ncrcare Tensiunile admisibile pentru echipam entul de presiune trebuie s fie limitate avnd n vedere tipul de deteriorare i condiii le de operare. La sfrit, factorul de siguran trebuie s fie aplicat pentru a elimina n tregime orice incertitudine care se poate nate n legtur cu fabricaia, condiiile reale de operare, tensiuni, modele de calcul, proprietile i comportarea materialului. 27Aceste cerine se pot fi ndeplinite prin aplicarea uneia din urmtoarele metode, cea mai potrivit, dac este necesar ca un supliment sau o combinaie cu alte metode: - pr oiectarea prin formule; ; - proiectarea prin analiz; ; - proiectarea prin mecanic a ruperii. Procedurile de proiectare prin analiz nu specific metode particulare: a cestea sunt lsate la ndemna proiectantului pentru a alege tehnica pe care o sinte c a fiind cea mai potrivit.Analiza discontinuitii nveliurilor a fost prima metod i a fos utilizat de proiectant din cele mai vechi timpuri, analiz prin care tensiunile po t fi uor categorisite n termenii de tensiuni de nveli de tip membran sau ncovoiere. Te hnicile de analiz s-au dezvoltat i dei metoda discontonuitii nveliurilor este nc foa es utilizat n analiza structural este din ce n ce mai mult nlocuit de metode bazate pe utilizarea calculatorului. Cea mai des utilizat tehnic n proiectarea contemporan a vaselor sub presiune este matoda elementului finit, o tehnic puternic care permite modelarea detaliat a vaselor complexe. b) tensiunea Calculele de proiectare potr ivite trebuie s stabileasc rezistena echipamentului de presiune. n particular: - pre siunea de calcul trebuie s nu fie mai mic dect maximul presiunii admise i ine seama d e starea static i dinamic i de descompunerea fluidelor instabile. Cnd vasul este sepa rat n camere individuale care conin presiunea, peretele despritor trebuie s fie proie ctat pe baza celei mai mari presiuni posibile fa de cea mai mic presiune posibil n ca mera adiacent; - temperaturile de calcul trebuie s permit limite potrivite; - proie ctarea trebuie s in seama de toate combinaiile posibile de temperatur i presiune care pot fi prevzute n condiii rezonabile de operare a echipamentului; - tensiunile maxi me i vrful concentratorului de tensiune trebuie s fie pstrat n limitele de siguran; alculul presiunii coninut trebuie s utilizeze valori potrivite pentru proprietile de material, bazate pe date documentate, avnd n vedere factorii de siguran potrivii. 28Lean manufacturing - metode pentru reducerea costurilor Inca de la sfarsitul anilor 1800 cand a inceput sa se dezvolte productia manufac turiera de autovehicule, care se caracteriza prin productia manuala de foarte bu na calitate ce-i drept, dar foarte costisitoare, cu o productivitate redusa si c are se adresa unei paturi reduse de consumatori, s-a simtit nevoia trecerii la p roductia de serie. Astfel, in anii 1920 Henry Ford a lansat productia de serie p entru autovehicule. Productia de serie se caracteriza prin linii de asamblare un de lucrau muncitori cu calificare scazuta, care realizau sute de produse identic e de calitate mai slaba si cu preturi accesibile pentru o familie de nivel mediu . Dupa cum se stie productia de serie in toate domeniile a evoluat atat de mult, astfel incat dupa anii 1980 valoarea produselor pentru client era data de costu rile reduse, de disponibilitatea produselor cu calitate ridicata si de flexibili tatea producatorilor in a produce conform cu cerintele pietei. Dupa anul 2000, v aloarea produselor pentru client este data de flexibilitatea productiei, de cali tatea ridicata asociata costurilor scazute si de disponibilitate. Cu alte cuvint e, daca vor sa supravietuiasca intr-o piata globala, companiile trebuie sa aiba profit, contracte reinnoite si crestere economica. Pentru acestea, companiile tr ebuie sa fie cele mai bune in asigurarea livrarii produselor de calitate, la pre turi competitive si la termene anterioare fata de concurenta. Lean Manufacturing este in prezent cea mai importanta metoda de management pentru companiile de pr oductie. Metoda se utilizeaza in corelare cu instrumentul calitatii denumit "6 s igma", are la baza sistemul de productie Toyota si este adaptata de Womack si Jo nes, in 1995, pentru companiile vestice, referindu-se la capabilitatile de baza reale. Aplicarea Lean Manufacturing furnizeaza rezultate exceptionale fara a fi nevoie de sisteme complicate, deci este o metoda adecvata pentru IMM-urile cu re surse limitate. Lean Manufacturing inseamna celule sau linii de asamblare flexib ile, munci mai complexe, muncitori inalt calificati, produse bine facute, o vari etate mult mai mare de parti interschimbabile, obligatoriu o calitate excelenta, costuri reduse prin imbunatatirea procesului de productie, piete internationale si competitie mondiala. Lean Manufacturing, sau productie la costuri minime, re prezinta o filozofie de productie care determina reducerea duratei de la comanda clientului pana la expedierea produsului, prin eliminarea pierderilor. Implemen tarea principiilor LEAN a devenit o strategie de supravietuire intr-un mediu de productie in care reducerea COSTURILOR reprezinta o stare de fapt pe piata. Daca nu va satisfac rezultatele actuale ale firmei dvs. puteti afla raspunsuri la mu lte dintre problemele dvs., venind in lumea Lean. Daca doriti sa introduceti met ode imbunatatite de management al productiei pe termen lung, care sa ajute la id entificarea pierderilor din intreprindere si la cresterea capacitatii productive concomitent cu micsorarea costurilor de productie, prin parcurgerea acestui mod ul puteti sa va familiarizati cu cateva din conceptele Lean Manufacturing, care, dupa implementare, vor duce la: Reducerea la Jumatate a duratei efortului uman in atelierul de productie Reducerea la jumatate a defectelor produselor finite Reducerea la o treime din t impul de pregatire a productiei Reducerea la jumatate a spatiului de productie p entru obtinerea acelorasi rezultate Reducerea la o zecime sau mai putin din prod uctia neterminata. 29Cateva obiective majore urmarite ce se pot obtine prin aplicarea metodei Lean Ma nufacturing: Organizarea fluxului de productie si stabilirea ritmului de lucru conform metode i Lean Manufacturing Stabilirea planului de productie prin estimarea cerintelor pietei Dezvoltarea continua a fluxului de productie ori de cate ori este posibil Verificarea cerintelor pietei pentru controlul productiei (sa nu se prod. mai mu lt decat cere piata) Transmiterea comenzii clientului unui singur proces de productie Distribuirea pr oductiei (a diferitelor produse) la sfarsitul fiecarui proces de productie Crear ea unei trageri initiale "initial pull" pentru livrarea unei productii mici, com patibila cu dezvoltarea procesului de productie, in locul eliberarii unui lot ma re de produse Reducerea timpului de pregatire a productiei concomitent cu creste rea flexibilitatii, calitatii si eficientei si reducerea costurilor Cuantificare a pierderilor, analizarea acestora si pasii care trebuiesc strabatuti pentru imp lementarea metodelor de eficientizare a procesului de productie Metode pentru re ducerea pierderilor, stabilirea tipurilor de pierderi si masurarea acestora Nece sitatea masurarii efective a performantelor sistemului Stabilirea metodologiei p entru proiectarea si implementarea sistemului de masurare a performantelor Deter minarea caracteristicilor sistemului pentru masurarea efectiva a performantelor Pasii care trebuie facuti pentru dezvoltarea procesului Implementarea metodei "5 S" Pregatirea si implicarea intregului personal Standardizarea (uniformizarea) procedurilor de lucru. b) Terminologia utilizata Abordarea Lean: Un proces de gandire in 5 pasi, propus de James Womack si Dean Jones, autorii manualului "Lean Thinking", pentru a ghi da managerii in demersul lor de introducere a principiilor Lean in productie. Cele 5 principii sunt: 1. Specificarea valorii pentru fiecare familie de produse, din punctul de vedere al clientului final. 2. Identificarea tuturor activitatilor componente in cadru l lantului de valoare pentru fiecare familie de produse, eliminand pe cat posibi l acele activitati care sunt ge