Sistemas CAD (Computer Aided Design)

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1 Sistemas CAD (Computer Aided Design)
Actividade de concepção que envolve o uso de computadores, com sistemas gráficos especializados, para criar, alterar e documentar uma concepção em termos de engenharia. Evolução histórica A industria automóvel e aeroespacial estiveram na linha da frente do desenvolvimento da tecnologia CAD. A base teórica para o software computacional gráfico deve-se a Ivan Sutherland (1963) o qual introduziu a parte teórica da interactividade gráfica. Após esta inovação, foram introduzidos desenvolvimentos nas áreas de hardware e software. O desenvolvimento da modelização tri-dimensional sólida ocorreu nos anos 70. Os futuros desenvolvimentos integrarão a inteligência artificial com os sistemas de CAD, com o objectivo de permitir a concepção de projecto automática.

2 Razões e Vantagens para a utilização
Aumento da produtividade da pessoa/equipa de projecto. Fácil visualização dos projectos e dos seus componentes (desenhos). Minimização dos erros de concepção. Redução do tempo de desenvolvimento. Aumento da qualidade da concepção. Melhoraria da documentação relativa aos projectos. Criar uma base de dados de fabrico. Re-utilização dos projectos já existentes.

3 Componentes de um sistema CAD
Hardware, que inclui o computador e dispositivos de entrada e saída. Sofwtare aplicativo, que consiste na aplicação que executará as funcionalidades do CAD. Sistema operativo, que actua como interface entre o hardware e o software aplicativo. Funcionalidade Gráfica Drives para os dispositivos Dispositivos de E/S Base Dados (CAD) Software Aplicativo Interface com o utilizador

4 Dispositivos de Entrada/Saída
Teclado Impressora Rato Plotter Computador Scanner Monitor Disquete Disquetes, zips, etc Joystick Etc. Etc.

5 Processo de Concepção (Abordagem de Earle)
Identificação do problema Ideias Preliminares Modificação do problema e/ou dos seus requisitos Refinamento do Processo Processo de análise e decisão Implementação Critérios satisfeitos? Sim Não

6 Actividades do Processo de Concepção (1)
Identificação do problema Identificação da necessidade e dos atributos dessa necessidade. Ideias Preliminares Após o domínio do problema ter sido identificado, a fase seguinte é a geração do maior numero possível de ideias, por exemplo através de sessões brainstorming. Refinamento do Processo Algumas boas ideias são refinadas, utilizando desenhos à escala para determinar méritos em termos de requisitos espaciais, medidas criticas, dimensões, etc. Especificação pormenorizada do produto a ser concebido. Inclui características físicas, funcionais, custos, qualidade e de desempenho.

7 Actividades do Processo de Concepção (2)
Processo de Análise Avaliação dos melhores projectos, segundo os pontos de vista dos critérios, tais como custos e requisitos funcionais. As ferramentas de engenharia (CAE) são utilizadas para avaliar projectos alternativos. Processo de Decisão Escolha do projecto que possui todas as características desejáveis. Processo de Implementação Consiste essencialmente na fase de concepção detalhada. As especificações detalhadas de materiais, dimensões, tolerâncias e características da superfície devem ser fornecidas. A ideia é efectuar os desenhos a serem utilizados no desenvolvimento dos planos de processo para que o produto possa ser fabricado.

8 Classificação de sistemas CAD
Diferentes classificações, de acordo com caracteristicas importantes num sistema CAD. Plataforma computacional Main-frame, minicomputador, workstation, microcomputador. Área de aplicação Engenharia mecânica, arquitectura, circuitos electrónicos, etc. Métodos de Modelização Desenho a duas ou três dimensões, modelização por linhas, sólida, etc.

9 Modelização Geométrica
Descrição matemática (modelo) de um objecto ou produto. Wireframe Esta modelização utiliza pontos e curvas (linhas, círculos e arcos) para definir objectos. Apresenta algumas limitações, tais como a impossibilidade de calcular o volume e as propriedades de massa, maior esforço no desenvolvimento dos modelos, etc. Surface Esta técnica de modelização define os objectos pelas suas faces do contorno. Contêm definições de superfícies, margens e vértices, assim como a relação entre eles. Oferece uma melhor interacção gráfica, apesar do aumento de complexidade na criação dos modelos e de não fornecer informação relativa à topologia das entidades, tal como o conceito de interior e exterior dum componente. Sólida Os objectos são definidos directamente a partir das formas primitivas, designadas por blocos de construção, em vez de superfícies, linhas e pontos utilizados na modelização wireframe e de superfícies.

10 Concepção Paramétrica e Varacional
Durante a fase de projecto é necessário realizar alterações ao projecto (modelo geométrico e suas dimensões), de modo a satisfazer os requisitos. Desta forma, é fundamental que que os sistemas de CAD apresentem funcionalidades que suportem a fácil alteração de modelos geométricos e suas dimensões. Concepção Paramétrica Metodologia que utiliza técnicas de procura de casos especiais para implementar capacidades de indução de dimensões (que consiste em que um objecto definido por um conjunto de dimensões pode variar o seu tamanho de acordo com as dimensões relacionadas, a qualquer altura do processo de desenho. Concepção Varacional Utiliza fundamentalmente a teoria dos grafos e técnicas robustas de resolução de restrições para implementar capacidades de indução de restrições, que são aplicadas a uma combinação de restrições geométricas e equações de engenharia.

11 Análise de Engenharia Análises e avaliação efectuadas sobre o modelo matemático criado através do desenho. Análise de elementos finitos Análise e estudo da performance funcional de um objecto, dividindo-o em pequenos blocos, designados elementos finitos. Sobre este elementos é possível determinar os esforços, deformações, tensões, etc.. Análise Estática, Dinâmica e Frequência Natural Na análise estática são determinadas as deflecções, tensões e pressões na estrutura sob uma carga fixa, enquanto que na análise dinâmica, os parâmetros anteriores são determinados sob uma carga variável. Na análise de frequência natural determinam-se as pressões na estrutura causadas por vibrações a uma frequência natural. Análise de Transferência de Calor Calculo da distribuição de temperatura no produto a analisar. Outras ferramentas de análise Análise Plástica, Análise de Propriedades de Massa (volume, superfície, peso, etc), Análise de Fluxo de Fluído, Análise de Movimento, etc.

12 Formato de Dados A incompatibilidade na partilha de dados entre diferentes sistemas é devida à utilização de diferentes formatos de dados (normalmente proprietários) pelos referidos sistemas. Soluções: Desenvolver sistemas com a capacidade de interpretação do formato de dados dos outros sistemas ou utilizar formatos de dados neutros que possam ser utilizados por vários sistemas. Standards IGES ( Initial Graphics Exchange Specification) Foi o primeiro standard largamente aceite para a comunicação entre sistemas CAD/CAM. A definição baseada em IGES consiste num conjunto de entidades (curva, superfície, forma, etc) comuns a todos os sistemas e referenciadas através de um numero. STEP (Standard for Transfer and Exchange of Product Data model) A proposta anterior abrangeu a informação geométrica e não a tecnológica. O modelo da dados definido pelo STEP consiste em dados genéricos e num conjunto de AP’s (Application Protocol), que definem os standard para a troca de dados utilizados em cada tipo de industria.

13 Sistemas CAM (Computer Aided Manufacturing)
Uso de tecnologias de informação par realizar as tarefas de planeamento, gestão e controlo do fabrico. Suporte indirecto às funções de produção Estimativas de custos. CAPP - Computer Aided Process Planning . Geração automática de programas NC. Desenvolvimento de tempos de trabalho normalizados. Assistência no equilíbrio de linhas de produção. Assistência ao planeamento da produção e inventários.

14 Planeamento de Processo Assistido por Computador (CAPP)
Determinar a sequência de operações (processamento, montagem e inspecção) necessárias para o fabrico de um produto, incluindo a especificação do setup de cada estação de trabalho. O planeamento de processo actua como interligação entre as fases de projecto e de fabrico, através da tradução das especificações de projecto em detalhes do processo de fabrico.

15 Passos Básicos no desenvolvimento dum Plano de Processo
Análise dos requisitos. Selecção da matéria-prima. Determinação das operações de manufactura e a sua sequência. Selecção das máquinas-ferramentas que irão executar as operações. Selecção das ferramentas, fixações e equipamentos de inspecção. Determinação das condições de maquinagem (velocidade de corte, avanço e profundidade de corte) e tempos de manufactura (tempo de setup, tempo de processamento e tempo de fabrico).

16 Vantagens da Utilização CAPP
Produção exacta e consistente de planos de processo. Redução do custo e do tempo de planeamento de processo. Os requisitos de perícia e habilidade dos planeadores de processo são reduzidos. Incremento de produtividade. Os programas de aplicação para a previsão (estimativa) do custo e tempo de fabrico pode ser facilmente acedida por outros sistemas.

17 Abordagens ao Planeamento de Processo
Sistemas de Variantes Consiste em utilizar um plano de uma biblioteca de processo e altera-lo de forma a cumprir as exigências de fabrico especifico de um novo produto. A selecção do plano mais adequado é feita com base na semelhança (do ponto de vista da produção) entre este produto e os produtos existentes na biblioteca (conceito de Tecnologia de Grupo). Sistemas Geradores O plano de processo é criado tendo por base procedimentos lógicos semelhantes aos usados pelos planeadores humanos. Este tipo de sistemas entra no campo da inteligência artificial (sistemas periciais). Constituição: Base de conhecimento (regras e outra representação de conhecimento). Descrição do produto (modelo geométrico ou nº de código). Motor de inferência (aplicação da informação da base de conhecimento para a síntese de um novo plano).

18 Folha de Encaminhamento (Route Sheet)
Representação em papel ou suporte informático do plano de processo, isto é, uma lista da sequência de operações de produção, células ou estações de trabalho onde são executadas, ferramentas e fixações necessárias, tempos normalizados para cada tarefa, etc.

19 Pacotes comerciais CAD/CAM