CA systémy a středoškolská výuka

Tags: CAD | CAM | CNC

CA systémy a praxe

Zkratka PLM (Product Lifecycle Management) představuje pojem, který respektují všichni významní výrobci, pokud chtějí být nadále úspěšní v současném extrémně konkurenčním tržním prostředí. Konkurence nutí výrobce nahlížet na svůj produkt ze širšího hlediska, než jsou jen kvalita a technické parametry. Vývoj ve stále větší míře ovlivňují přání a požadavky zákazníka. Spokojenost zákazníka v období využívání výrobku úzce souvisí s úrovní servisu a celkovou péčí výrobce o výrobek (a tedy i zákazníka) během doby používání výrobku. Získané poznatky z nasazení se promítají do inovací či vývoje nových výrobků. Je zřejmé, že sledování množství výrobků během celého jejich životního cyklu vyvolává nutnost zpracovávat obrovské množství informací, což by nebylo možné bez specializovaných informačních systémů.

Základní součástí PLM systémů jsou nástroje sloužící pro tvorbu digitálních modelů objektů i procesů. Digitální model výrobku nepředstavuje jen jeho prostorový obraz, ale je nositelem informací o skutečné geometrii (tolerance tvaru a polohy, vazby mezi rozměry) a o fyzikálních a mechanických vlastnostech výrobku. Takový model může být dále využit při návrhu technologie výroby, při analýzách a simulacích. V systémech DF (Digital Factory – digitální továrna) se na základě získaných modelů a technologií navrhuje a simuluje celý výrobní proces.

Digitální modely, vytvořené CA systémy, tedy poskytují výrobcům ještě před zahájením výroby budoucího výrobku možnost provést tři typy simulací – geometrickou (simulace montáže – kontrola smontovatelnosti), numerickou (pevnostní, tepelné a deformační analýzy, testy kinematiky apod.) a výrobní (výroba na NC strojích, vyplňování formy při zhotovování plastových dílců apod.). CA systémy se zpracovává a analyzuje stále více dat a řeší problémy, které by se bez virtuálních modelů řešily s velkými obtížemi nebo vůbec neřešily. 3D virtuální model se tak stává základem pro celý proces návrhu výrobního procesu a velmi často slouží také pro první seznámení zákazníka s výrobkem. S těmito skutečnostmi se v praxi budou setkávat současní i budoucí studenti odborných škol.

CA systémy a střední školy

Střední školy jsou nuceny přizpůsobovat se uvedeným trendům, jinak dojde ke zvětšení rozdílů mezi výukou a požadavky praxe. Samozřejmě není možné předpokládat zavedení komplexních PLM systémů do procesu výuky, je ale možné například důrazněji poukazovat na návaznost konstrukce (CAD), výpočetních metod (CAE) a technologie (CAM). Při daném rozsahu problematiky se nedá předpokládat vysoká úroveň znalostí, ale poznání souvislostí může přinést větší efekt než např. detailní znalost modelovacích technik jednoho CAD systému. Z podobného úhlu lze nahlížet i na volbu konkrétního softwaru. Není důležitý typ softwaru, ale poznání základních principů a metod práce, které jsou totožné u většiny CA systémů. Rozhodující by proto měla být podpora poskytovatele softwaru a jeho licenční politika, určitou roli však mohou hrát i požadavky „odběratelů" absolventů škol.

Prvním softwarem, který žáka převede do digitálního 3D světa, ale nemusí být „velký" CAD nebo CAD/CAM systém. U mnohých žáků je totiž problematická úroveň prostorové představivosti. Žák je nucen v různých graficky zaměřených předmětech na základní i střední škole pracovat v rovině, kterou představuje list papíru. Prvním „prostorovým" softwarem mohou být různé menší aplikace pro 3D modelování, často volně dostupné. Výborným příkladem je software Google SketchUp, osvobozený od některých zavedených zvyklostí CAD systémů a umožňující intuitivně vytvářet prostorové modely. Využívání takových softwarů před výukou CAD systémů by bylo velmi přínosné.

Současné informační technologie umožňují přístup k novým typům informačních zdrojů, k novým druhům dokumentů, přinášejí změny ve způsobu komunikace, ve zpracovávání informací a způsobu jejich zpřístupnění. Mnoho firem zpřístupňuje digitální 3D modely svých výrobků, čímž se mimo jiné např. výrazně usnadňuje práce konstruktérů. I tuto skutečnost je možné ve výuce využít a nahradit modelování běžných strojírenských prvků tvořivější činností.

Příklad problematiky řešené studentem

Jedním z nástrojů pro podporu odborného růstu žáků je středoškolská odborná činnost. Měla by vést žáky k aktivnímu řešení problémových úkolů a rozvíjet jejich odborné znalosti i individuální schopnosti. Důležitým výchovným prvkem je také nutnost prezentovat a obhajovat vlastní práci před komisí, čímž se celý tvůrčí proces přibližuje reálným podmínkám v praxi.

Jedna ze studentských prací je prezentována na obrázcích doprovázejících tento článek. Student si vytyčil cíl navrhnout a postupně i zrealizovat multifunkční zahradní zařízení (provzdušňovač trávníku, kultivátor a sekačka). Hlavními kritérii byly minimální náklady a co nejjednodušší proveditelnost v průměrně vybavené dílně.

Pro návrh celého zařízení byl využit CAD systém Autodesk Inventor. Kromě modelování byly využity i výpočtové moduly, které jsou silnou stránkou tohoto softwaru. Pro definování uložení hřídelů byl využit modul návrhu a kontroly valivých ložisek, při volbě převodu se využil modul pro návrh a kontrolu řetězových převodů. Aby bylo možné představit princip fungování navrženého zařízení při obhajobě, byla vytvořena i animace práce stroje.

Závěr

K podpoře zájmu studentů a dalšímu prohloubení jejich znalostí v oblasti CA technologií by přispěla možnost dlouhodobější práce na jednom projektu v rámci několika předmětů, např. od návrhu výrobku (konstrukce) přes návrh výroby (technologie) až po ekonomické využití a prezentaci výrobku. Student si tak ověří všechny aspekty přípravy výroby a pozná zákonitosti vývoje nového výrobku. Nezbytnou se ukazuje potřeba zlepšit návaznost předmětů zabývajících se CA systémy a obecně informačními technologiemi (mezipředmětové vztahy). Povzbuzení zájmu by prospělo i pravidelné vyhlašování školních soutěží o nejlepší návrh realizovaný pomocí CA systémů a možnost prezentovat práce studentů např. na www stránkách školy.

Potřeba komplexnějšího řešení problematiky výuky CA systémů vyplývá hlavně z požadavků kladených na absolventy středních škol v praxi nebo na vysokých školách. Znalost řešit problémy za pomoci CA systémů se tak stává nutností nejen pro studenta, který se chce v praxi uplatnit, ale i pro pedagoga, který jej má na nasazení v praxi připravit.

Autorka pracuje na SPŠ strojnické v Košicích, spoluautor je studentem 4. ročníku této školy.