Conceitos Básicos de Projeto Assistido por Computador e Fabricação Assistida por Computador
Projeto auxiliado por computador e fabricação auxiliada por computador (CAD/CAM) é uma disciplina de engenharia de sistemas abrangente e tecnicamente complexa que incorpora diversos campos, como ciência e engenharia da computação, matemática computacional, modelagem geométrica, exibição de computação gráfica, estruturas de dados e bancos de dados, simulação , controle numérico, robótica e tecnologias de inteligência artificial, bem como conhecimento especializado relacionado ao design e fabricação de produtos.
Representa uma nova tecnologia que permite aos designers de produtos e ao pessoal de tecnologia de processos projetar e fabricar produtos com a ajuda de sistemas de computador, seguindo os procedimentos de projeto e fabricação do produto.
É uma combinação orgânica de técnicas tradicionais e tecnologias informáticas. Atualmente, a tecnologia CAD/CAM não é apenas amplamente utilizada nos setores aeroespacial, eletrónico e de produção mecânica, mas também está a expandir-se gradualmente para áreas como vestuário, decoração, mobiliário e calçado.
Olhando para o processo de fabricação do produto, normalmente envolve desenho ou modelagem 3D e projeto de processo antes de iniciar a usinagem. Conseqüentemente, CAD/CAM pode ser subdividido em CAD/CAPP/CAM, onde o Planejamento de Processo Auxiliado por Computador (CAPP) serve como ponte que conecta CAD e CAM.
1. Projeto Assistido por Computador (CAD)
Design Assistido por Computador refere-se a um sistema composto por humanos e computadores no qual os engenheiros usam computadores como ferramentas auxiliares para conduzir a idealização e validação do design do produto, design geral do produto, design técnico e design de componentes.
Inclui análise e cálculo de resistências de componentes, rigidez, calor, eletricidade, magnetismo e saída de informações de fabricação de componentes (desenhos de engenharia ou informações de usinagem de controle numérico, etc.), bem como a preparação de documentos técnicos e relatórios técnicos relacionados. O objetivo é melhorar a qualidade do design do produto, encurtar os ciclos de desenvolvimento do produto e reduzir os custos do produto.
As principais características de um sistema CAD incluem projeto de esboço, projeto de componentes, projeto de montagem, projeto de superfície complexa, desenho de engenharia, análise de engenharia, realismo e renderização e interfaces de troca de dados, entre outros.
2. Planejamento de Processo Auxiliado por Computador (CAPP)
O Planejamento de Processo Auxiliado por Computador envolve um sistema composto por humanos e computadores onde, com base nas informações fornecidas desde a fase de projeto do produto, os métodos de usinagem do produto e o fluxo do processo são determinados de forma interativa ou automática.
Dentro de um ambiente integrado CAD/CAM, os projetistas de processos geralmente podem controlar o processo de usinagem de componentes e simular condições de usinagem com base nas informações fornecidas pelo processo CAD e nas capacidades do sistema CAM, gerando assim informações para controlar o processo de usinagem de componentes.
As funções básicas do CAPP incluem principalmente projeto de blanks, seleção de métodos de usinagem, roteamento de processo, operação e projeto de etapas e projeto de ferramentas e acessórios.
3. Fabricação Assistida por Computador (CAM)
Na indústria de manufatura mecânica, Manufatura Assistida por Computador refere-se ao uso de computadores para concluir automaticamente os processos de fabricação de produtos discretos, incluindo usinagem, montagem, inspeção e embalagem por meio de várias máquinas-ferramentas e equipamentos de controle numérico. CAM pode ser definido de forma ampla ou restrita.
Em termos gerais, CAM refere-se ao uso de computadores para auxiliar nas atividades desde a preparação da produção até a fabricação do produto, incluindo projeto de processos, projeto de acessórios, programação automática CNC, planejamento de trabalhos de produção, controle de produção e controle de qualidade. Estritamente, CAM geralmente se refere à programação CNC, que inclui planejamento do caminho da ferramenta, geração de arquivo de localização da cortadora, simulação da trajetória da ferramenta e geração de código CNC.
Tecnologias-chave na pesquisa CAD/CAM
A arquitetura dos sistemas CAD/CAM pode ser dividida em três camadas: a camada de base, a camada de suporte e a camada de aplicação. A camada base consiste em computadores, dispositivos periféricos e software de sistema, que inclui vários softwares de suporte, ferramentas para desenvolvimento e manutenção de sistemas.
A camada de suporte inclui software de suporte CAD/CAM, gerenciamento de dados de produtos, exibição de gráficos, etc. Com o uso generalizado da Internet/intranets, o design e a fabricação colaborativos distribuídos no ambiente CAD/CAM estão se tornando uma parte importante da camada de suporte. A camada de aplicação consiste em vários sistemas de aplicação CAD/CAM desenvolvidos de acordo com as diferentes necessidades do campo de aplicação.
1. Tecnologia Integrada
O design de produtos, como atividade criativa, evoluiu para uma tecnologia abrangente com o desenvolvimento das ciências naturais, das ciências técnicas, das ciências ambientais e das humanidades.
O conceito de CIMS surgiu através da introdução de perspectivas de sistemas e informações na fabricação. Com mais de 40 anos de desenvolvimento da tecnologia CAD/CAM, suas tecnologias individuais (como CAD, CAPP, CAM, PDM, ERP, etc.) amadureceram e desempenham papéis cada vez mais importantes em seus respectivos campos.
No entanto, estes subsistemas independentes não podem transmitir e trocar informações automaticamente, resultando em trabalho repetitivo entre subsistemas. Por exemplo, um modelo de características do produto precisa ser estabelecido no CAPP, e o modelo do produto precisa ser restabelecido no sistema CAM, enquanto o modelo CAD regular é usado principalmente para geração de desenhos e simulação de produtos.
A integração normalmente se refere à integração perfeita de sistemas e módulos, permitindo a transmissão de informações, resposta, análise e feedback com base em um modelo unificado de dados de produto e banco de dados de engenharia.
2. Tecnologia Inteligente
Os sistemas de produção inteligentes integram a inteligência artificial em todos os aspectos do processo de produção, substituindo ou ampliando as atividades normalmente realizadas por especialistas. Num sistema de produção inteligente, o sistema possui alguma da “inteligência” dos especialistas humanos.
Por exemplo, o sistema pode monitorar automaticamente o seu estado operacional e ajustar os seus parâmetros para se adaptar ao ambiente externo, garantindo um desempenho ideal. A investigação e aplicação de sistemas de produção inteligentes dependem em grande parte do desenvolvimento da tecnologia de inteligência artificial.
3. Tecnologia de rede
A tecnologia de rede inclui a implementação de hardware e software, vários protocolos de comunicação e protocolos de automação de fabricação, interfaces de comunicação e estratégias de controle de operação do sistema. Constitui a base para a automação de vários sistemas de produção.
Particularmente desde a década de 1990, com o desenvolvimento da Internet/intranets, forneceu uma plataforma para pesquisa e aplicação de design remota e colaborativa, e a tecnologia CAD/CAM evoluiu para redes. A investigação actual nesta área centra-se principalmente nos seguintes aspectos:
1) Estabelecimento de plataformas de design colaborativo remoto em ambientes de internet/intranet.
2) Princípios e tecnologias de implementação de trabalho colaborativo paralelo (incluindo resolução colaborativa de problemas, mecanismos de operação cooperativa e controle de gestão).
3) Questões de modelagem de produtos em um ambiente de trabalho colaborativo.
4) Gerenciamento de recursos de fabricação empresarial baseado em rede.
4. Tecnologia de visualização
Usando tecnologia de realidade virtual, tecnologia multimídia e tecnologia de simulação de computador, são realizadas simulação geométrica, simulação física, simulação de processo de fabricação e simulação de processo de trabalho no projeto de produto e processo de fabricação.
Diversas mídias são utilizadas para armazenar, expressar e processar diversas informações, integrando texto, voz, imagens e animação para dar uma sensação de realidade e imersão. As aplicações típicas incluem fabricação virtual e realidade virtual. Reflete-se especificamente nos seguintes aspectos:
1) Exibição dinâmica digital e gráfica de dados de resultados de computação científica.
2) Simulação geométrica e simulação do processo de montagem de produtos e suas peças.
3) Simulação física e mecânica do desempenho do produto.
4) Simulação do processo de trabalho do produto para dar sensação de imersão e controlabilidade.
Em resumo, o grau de automação no processo de fabricação é um dos principais indicadores do avanço da tecnologia de fabricação e é um dos elos mais ativos da tecnologia de fabricação moderna no século XXI. O desenvolvimento da automação de manufatura atenderá às exigências do mercado em rápida mudança com suas características flexíveis, integradas, ágeis, inteligentes e globais.
O desenvolvimento da automação fabril em nosso país é baseado nas condições nacionais, visando o nível avançado mundial e melhorando a competitividade.
Adota uma tecnologia de automação moderada que combina humanos e máquinas, organiza equipamentos com altos graus de automação (como máquinas-ferramentas CNC, robôs industriais) e equipamentos com baixos graus de automação de forma eficaz e realiza um sistema de automação de fabricação centrado em pessoas e computadores como ferramentas importantes, que são flexíveis, inteligentes, integradas, de resposta rápida e de reconfiguração rápida.
Claramente, a tecnologia de automação de produção é um campo tecnológico importante que o nosso país deve desenvolver vigorosamente.
