Letectví a CAD systémy

Tags: CAD

Letectví jako synonymum pokroku a letecký průmysl jako způsob lidské seberealizace jsou bezesporu přímo spojeny s prehistorií vzniku 3D CAD systémů. Archeologie by prvotní CAD střípky vykopala právě u jedné z nejznámějších leteckých firem – Lockheedu. Tam se již v r.1974 vyvinul 2D CADAM (Computer-Augmented Drafting and Manufacturing). A prvním vnějším zákazníkem se o rok později nestal nikdo jiný než Avions Marcel Dassault (AMD). Právě AMD pak v r.1977 vyvíjí první skutečný 3D CAD systém (Computer-Aided Three-Dimensional Interactive Application - CATIA).

V roce 1981 vzniká za účelem rozvoje systému CATIA samostatná divize Dassault Systems (DS) a dochází k uzavření strategického partnerství s IBM. Od tohoto roku se datuje spolupráce s BMW, Mercedesem a Hondou. Již o rok později spatřuje světlo světa funkční CATIA V1, v roce 1984 pak CATIA V2, a ta se již začíná testovat u leteckých konstrukčních kancelářích, přičemž si ji v roce 1986 jako hlavní konstrukční systém zvolí Boeing. V roce 1988 je pro Unixovou platformu nasazena verze 3 s plnou AEC funkčností (Architectural Engineering Construction). Ta je podstatně vylepšena v roce 1993 ve verzi 4. jako CATIA – CADAM Solution.

Začátky s CAD systémy

Mne osobně poprvé 3D múza jménem Káťa políbila v závěru roku 1991 a od roku následujícího zcela ovládla můj konstrukční světonázor. Stalo se tak díky postgraduálnímu stipendiu na Vysoké národní škole letectví a kosmonautiky ve francouzském Toulouse.
Na tomto místě se patří dodat, že jsem měl to štěstí vystudovat předtím svůj inženýrský titul v osmdesátých letech na Kyjevském institutu inženýrů civilního letectví v SSSR, kde nás úžasní profesoři naučili v deskriptivní geometrii, technickém kreslení a konstruování snad všemu, z čeho čerpám dodnes. Mé první motorové rogallo, první kompozitový ultralight i první vrtulník postavený během studia ve veliké zemi tehdy ještě vznikaly výlučně u prkna. Během studií získané bytelné počítačové základy Fortranu IV směřovaly spíše než ke konstruování k aplikaci metody konečných prvků při pevnostních výpočtech.
Právě to, že jsem přeskokem z Kyjeva do Toulouse na přelomu 80/90 let naprosto vynechal veškerou zbloudilou éru plošných AutoCADů a všechny praktické konstrukční základy jsem mohl přímo využívat ve 3D prostředí, mne pozitivně ovlivnilo pro celou další profesní budoucnost.

Obr. 1 Francouzský celokompozitový průzkumný prostředek – autor článku zpracovával 3D CAD model a pevnostní výpočty v CATIA systému

Historická pracoviště CATIA tehdy do značné míry připomínala alchymistické laboratoře na Rudolfově dvoře. Několik pracovních stanic obklopených tehdy nezbytnými tablety a otočnými ovladači, vše životně podporováno sousedícím sálovým počítačem s patřičnou šumovou kulisou. Tehdejší špičkový sálový HW výkon bledne ve srovnání s dnešním notebookem a uživatelská praktičnost byla srovnatelná s použitím kombajnu pro sklizeň sněženek. Hlavní výhodou sálového počítače na jihu Francie byla možnost se chodit zchladit do klimatizovaného sálu během parných dní… Co však bylo s dneškem shodné, bylo občasné zamrzání a padání systému…

Obr. 2 Francouzský celokompozitový průzkumný prostředek

První velké práce

Nicméně bylo jasno – tudy vede cesta do budoucna. Mým prvním velkým soustem v Kátě byla práce na dvoumístném celokompozitovém průzkumném modulu pro francouzskou armádu v roce 1993. Tento průzkumný stroj byl vyvíjen jihofrancouzskou firmou Ackerman Industrie a následně byl v osmi exemplářích skutečně v armádě nasazen. (obr. 1, 2.).

Obr. 3 Vrtulník Bongo při přistání

Povzbuzen úspěchem jsem začal v 3D prostředí realizovat projekt celokompozitového, dvoumotorového vrtulníku bez vyrovnávacího rotoru NA 40 – Bongo. (obr. 3, 4).

Po návratu do ČR v polovině 90. let jsem jako soukromník samozřejmě nedisponoval ekonomickými možnostmi pořídit si 3D systém na úrovni mé Alma Mater. Nicméně do prostředí AutoCADů jsem nekonvertoval a raději pár let vydržel s tužkou a milimetrákem.

Obr. 4 NA 40 – Bongo, dvoumístný, cekompozitový, dvoumotorový, vrtulník bez vyrovnávacího rotoru. Základní projekt vytvořen v CATIA.

CAD systém pro Moravan

Po úspěšném dokončení funkčních zkoušek prvního prototypu Bonga v srpnu 1999 byla zřejmá nutnost spojení se s někým kdo by byl potenciálně takovýto stroj schopen sériově vyrábět. Nabídka přišla od reinkarnujícího se Moravanu. Mimo vrtulníku však byl cílem spolupráce i projekt 8místného česko-rusko-kanadského víceúčelového letadla Zlín Z 400 a navázání kooperací se západoevropským leteckým průmyslem.
Díky mé minulosti padlo v roce 2001 břímě výběru vhodného 3D CAD systému umožňujícího konstrukční spolupráci se světem na má bedra. Bylo zřejmé, že je nutno zvolit kompromis mezi cenou, počtem pracovišť, výkonem a kompatibilitou s potenciálními partnery.
Přestože byla od roku 1998 nasazena CATIA V5 pro Windows NT i NT, přičemž se dramaticky zlepšila její uživatelská ovladatelnost, byla jednotková cena stále nad možnosti Moravanu. Nicméně v roce 1997 pohltil DS vzmáhající se SolidWorks.

Obr. 5 Kanadský Orenda OE 600A, přeplňovaný, 8válcový do V, 600HP

Managerům u DS bylo zjevné, že existuje smysluplné rozhraní mezi velkými pracovními stanicemi s velkým systémem a podstatně levnější „ořezánek“ pro NT platformu, který by však oslovil větší klientelu. Vzhledem k tomu, že SolidWorks byl od počátku koncipován jako nástroj pro konstruování, nikoliv jako bludný kámen pro hledání způsobu jak cíle dosáhnout, objevil se pod jednou střechou DS David po boku Goliáše.

Nastupuje SolidWorks

Americká firma SolidWorks Corporation vznikla v roce 1993. Zakladatelé měli velké zkušenostmi v oborech CAD/CAM: Michael Payne - zakladatel PTC, Jon Hirschtick - Computervision (CADDS 5), Vic Leventhal - CAD Solutions. Aplikaci SolidWorks pak vytvořila skupina programátorů, kteří odešli od firmy PTC (Pro/ENGINEER) s cílem vytvořit program stejných možností, ale méně náročný na obsluhu a techniku, to znamená levný a snadno zvládnutelný modelář s funkcemi velkých systémů (I-DEAS, UNIGRAPHICS, apod.), s možností navázání aplikací pro FEM analýzy, CAM, správu dat, atd. Systém by využíval nové rychlé a levné počítače, prostředí 32bitových Windows minimálními nároky na zácvik, síťovou a internetovou komunikaci. V roce 1995 pak vznikla první verze parametrického objemového modeláře SolidWorks využívající geometrické jádro Parasolid.

Obr. 6 Základní koncept kapotáže a vzduchových kanálů letounu Z400 Rhino (autor NA Design Company a.s.) Solidworks.

Vzhledem k tomu, že partneři Moravanu v Moskvě i Kanadě právě začínali SolidWorks 2001 používat a u západoevropského partnera – jihofrancouzského leteckého výrobce SOCATA bylo možno reálně (a s pozitivním výsledkem) ověřit vzájemnou kompatibilitu na úrovni CATIA – SolidWorks – bylo rozhodnuto.
Ekonomická výhodnost volby spolu s uživatelskou přívětivostí a vynikajícími produkčními výsledky okamžitě po nasazení prvních třech systémů oproti „goliášovým“ řešením byla natolik zjevná, že i pro práci ve vlastní společnosti (NA Design Company a později i v NA Engineering a NA Konstrukce letadel) byl vybrán stejný 3D systém.
Na obrázcích 5, 6 a 7 je příklad využití Solid-Works společností NADC – zpracování veškerých 3D dat pro výrobu kapotáže a vzduchových kanálů letounu Zlín Z 400, včetně výroby pozitivů, negativních modelů a samotné výroby karbonových dílů neatmosférickým výrobním procesem.
Obr. 7 Karbonová kapotáž po „upečení“ v autoklávu. Hmotnost 18 kg

Začínáme tam, kde jiní končí

Vinou svého managementu se bohužel Moravan dostal v roce 2003 do konfrontace se svým největším investorem a následně v roce 2004 do konkurzu. Nadějně budované vývojové pracoviště na bázi SolidWorků se tedy již nejen nerozšířilo, ale naopak zcela zaniklo a špičkový mančaft se rozutekl do světa.
To však nic nezměnilo na setrvalém nasměrování využívání SolidWorksů ve vlastních NA& firmách a pokračování prací na mnoha leteckých projektech.
Stávající bezproblémová možnost on-line spolupráce v oblasti designu, konstruování, výpočtů, simulací analýz i výroby doslova s celým světem je naší zcela běžnou a každodenní praxí. Je objektivní skutečností, že komplexní schopnosti implementované do jednoho systému – SolidWorksu, v našem případě ve verzích Premium Office 2008 - počínaje základním návrhem, přes pohybové simulace, pevnostní i aerodynamické výpočty, zpracování dokumentace až po CAM převody a špičkové prezentační možnosti umožňují docílení mnoha jinak časově nezvládnutelných řešení.
I díky SolidWorksu tak dnes naplňují společnosti NA& motto: Začínáme tam, kde jiní končí…