BUDAPESTI MÛSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI KAR GÉPÉSZETI TERVEZÉST TÁMOGATÓ TECHNOLÓGIÁK Szerkesztette: Váradi Károly, Horváth Imre Mûegyetemi Kiadó, 2008 Szerkesztõk: Prof. Dr. Váradi Károly Prof. Dr. Horváth Imre Készült a: Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Gép- és Terméktervezés Tanszék valamint a Delft University of Technology Faculty of Industrial Engineering Section of Computer Aided Design Engineering együttmûködésében A kiadvány elkészítését a Korszerû Mérnökért Alapítvány támogatta egyetemi jegyzet oktatási célra Azonosító: 45086 ISBN 978 963 420 961 4 A Budapesti Mûszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Karának megrendelése alapján kiadja a Mûegyetemi Kiadó www.kiado.bme.hu Felelõs vezetõ: Wintermantel Zsolt Terjedelem: 16,11 (A/5) ív Gépészeti tervezést támogató technológiák Előszó Napjainkban a számítógéppel segített gépészeti tervezés az önálló tudománnyá szerve- ződés szakaszában van. Tudományos alapját – a tudományokat összekapcsoló (interdiszcipli- náris) jellegéből adódóan – egyrészt a tudományok egzakt ismeretkészlete, másrészt a rendkí- vül progresszíven fejlődő saját ismeretanyaga adja. Létezésének mintegy 40 éve alatt mind a kognitív és empirikus elmélet, mind a módszertan és a támogató technológiák vonatkozásában rendkívül nagy előrelépés történt. A hetvenes években a hangsúly hatékony CAD és CAE módszerek fejlesztésén volt. A nyolcvanas évek fő problémájaként az integrált tervező rend- szerek kialakítása lépett elő. A kilencvenes évek elején megjelenő virtuális valóság-orientált rendszerek a fejlődés új irányát jelölték ki. Napjaink kutatói a természetes interfésszel rendel- kezi, virtuális modelleket a levegőben létrehozó és fizikai tulajdonságaikat érzékeltető rend- szerek kidolgozásán munkálkodnak. Mindez azt támasztja alá, hogy a tervezés támogatás módszerei és rendszerei dinamikusan fejlődnek, és átfogó termék innovációs technológiákba mennek át. Az ipari vagy ipari jellegű termékek gyártásának és szerelésének korszerűsítése mellett egyre nagyobb hangsúlyt kap az egész világon a termékek korszerű tervezése és fejlesztése is. A tervezés különösen fontos terület, mert ez egyrészt meghatározza a gyártandó termék mű- szaki értékét, minőségét, és ezen keresztül a piaci érvényesülését, másrészt jelentős mértékben befolyásolja az árban tükröződő gyártási költségeket. Az új vagy újszerű termékek iránti igény, a termékek és szolgáltatások nyereség orientáltsága egyértelműen elvezet a legújabb tervezési módszerek, a működtetésükhöz szükséges tervezési együttműködés és kommuniká- ció, ezen belül a tervezést támogató technológiák alkalmazásához. Ugyanakkor ez ösztönzően hat a termelési technológiák tovább fejlődésére is. Az eddigiek alapján nyilvánvaló, hogy a tervezés korszerű módszereit, ezen belül a számítógéppel támogatott tervezés és termékfejlesztés eljárás alapjait a mérnök hallgatóknak már az egyetemen el kell sajátítaniuk, és meg kell ismerniük a tovább fejlődés fő irányait és várha- tó eredményeit is A jelen tananyag a BME Gép- és Terméktervezés Tanszék alábbi tárgyainak oktatását kívánja segíteni a BSc képzés keretében: CAD alapjai, CAD rendszerek I. és II. Szerkezetana- lízis és Termékszimuláció I. és II. A jegyzet első öt fejezetét Dr. Horváth Imre professzor és munkatársai készítették a Delft University of Technology, Faculty of Industrial Design Engineering, Computer Aided Design Engineering tanszéken. Az „Advenced Design Support (2005/06)” jegyzet első 5 feje- zete – amelynek fordítását és kisebb mértékben átdolgozott változatát olvashatjuk – áttekinti a számítógéppel segített terméktervezés legkorszerűbb módszereit és eszközeit. A magyar for- dítás több esetben nem volt képes a legmegfelelőbb kifejezéseket visszaadni a legutóbbi né- hány év új fogalmaira, ezért mellékeltük a legfontosabb elnevezések angol-magyar szószedet- ét. A szerkesztő és a szerzők szívesen fogadnak javaslatokat a legmegfelelőbb szó-használat bevezetésére. A tananyag második része hazai szerzők munkája. A 6.-10. fejezetek az új keletű BSc képzést kívánják szolgálni, bemutatva azokat a tervezési eljárásokat és szemléletet, amely az utóbbi években Magyarországon is meghonosodott. Ezért kértünk fel az egyetemi kollégák mellett néhány hazai CAD szakembert is közreműködésre. A szerkesztő és a szerzők szívesen fogadják szakemberek véleményét és javaslatait az internetes tananyag következő változatá- nak kidolgozásához. A szerzők nevében is köszönetemet fejezem ki a Korszerű Mérnökért Alapítvány anyagi támogatásáért. Budapest, 2008. június 26. Prof. Dr. Horváth Imre Prof. Dr. Váradi Károly szerkesztő szerkesztő Tartalomjegyzék 1. Számítógéppel támogatott tervezés főbb eredményeinek tematikus áttekintése ................1-1 1.1. A felhasználó-számítógép interakció tervezői rendszerekben..................................1-2 1.2. Számítógéppel támogatott koncepcionális tervezés .................................................1-3 1.3. A geometriai modellezés fejlődése...........................................................................1-6 1.4. A termékek virtuális prototípusának létrehozása és a virtuális prototípusok alkalmazása ............................................................................................................1-10 1.5. Termékek fizikai prototípus gyártása és alkalmazása ............................................1-15 1.6. Számítógéppel támogatott folyamattervezés és gyártóberendezés tervezés...........1-20 1.7. Adat, információ és tudás kezelés ..........................................................................1-23 2. Kommunikáció és együttműködésen alapuló probléma megoldás virtuális tervezői környezetben....................................................................................................................2-1 2.1. Az együttműködéses tervezés társadalmi, gazdasági és ipari hátteréről ..................2-1 2.2. Együttműködéses tervezést támogató rendszerek és együttműködéses virtuális környezetek ..............................................................................................................2-4 2.3. Kommunikáció az együttműködéses virtuális környezetekben................................2-5 2.4. Együttműködés az együttműködéses virtuális környezetekben ...............................2-9 2.5. Virtuális vállalat és virtuális mérnöki munka: irány a jövő digitális vállalatai felé..........................................................................................................................2-13 3. Számítógéppel segített koncepcionális tervezés .................................................................3-1 3.1. A termék koncepciók modellezése információ feldolgozásszempontjából..............3-1 3.2. A meglévő tudás felhasználása a termékalkotásban.................................................3-2 3.2.1. Tartalom alapú képkereső eszközök ..............................................................3-2 3.2.2. Lekérdezés a 3D-s modell adatbázisban ........................................................3-4 3.3. Eszközök a terv koncepciók működési elveinek vizsgálatához ...............................3-5 3.3.1. Szimbólum alapú szoftver eszközök..............................................................3-5 3.4. Formatervezés...........................................................................................................3-8 3.4.1. Számítógéppel támogatott vázolás.................................................................3-8 3.4.2. Koncepcionális forma modellezés felülethálózattal.......................................3-9 3.4.3. Koncepcionális forma modellezés részecske rendszerrel ............................3-12 3.4.4. Koncepcionális forma modellezés meta labdákkal......................................3-13 3.5. Fizikai szimulációk a koncepcionális tervezésben .................................................3-14 3.5.1 Alakváltozáson alapuló forma modellezés....................................................3-15 3.5.2. A termék koncepció mozgás szimulációja...................................................3-17 3.6. Összefoglalás ..........................................................................................................3-18 4. A virtuális prototípus és alkalmazásai.................................................................................4-1 4.1. Bevezetés és definíciók.............................................................................................4-1 4.2. A reprezentáció formái .............................................................................................4-3 4.3. Virtuális prototípus dinamikai szimulációhoz..........................................................4-6 4.4. A forma és a viselkedés modellezésének összekapcsolás a virtuális prototípusban............................................................................................................4-9 4.5. Ipari esettanulmány a Whirlpool-tól.......................................................................4-11 4.6. Következtetések......................................................................................................4-16 5. A valósághűség kérdései: high-end megjelenítési technikák..............................................5-1 5.1. Megjelenítés: miért fontos? ......................................................................................5-1 5.2. Jelenlegi trendek .......................................................................................................5-2 5.3. A renderelés munkafolyamata ..................................................................................5-2