CAD versus prkno Ještě v nedávné historii když konstruktéři navrhovali nový stroj nebo „generálkovali“ stroj starší, museli veškerou výkresovou dokumentaci zhotovovat ručně na velkém rýsovacím prkně. Práce to byla pomalá a vyžadovala značnou pozornost, protože možnost opravy nebyla vždy možná k plné spokojenosti konstruktéra (např. kvůli špatně umístěné čáře bylo nutné překreslit celý výkres). Dnes při relativně snadné dostupnosti CAD systémů se konstruktérům značně ulevilo a umožnilo konstruovat mnohem dokonalejší stroje, protože většinu toho „dělá počítač“. Kreslení na prkně „růčo“ Začínalo se kreslit tzv. „sestavou“, což je výkres, ve kterém je stroj nakreslen „ve složeném stavu“. Práce to byla velice náročná na čas a psychiku (musela se příliš velká pozornost věnovat detailům, protože překreslovat celý výkres by byla značná ztráta času) Po dokončení sestavy je začali kreslit tzv. „výrobní výkresy“ jednotlivých součástí (ozubených/řetězových kol, řemenic, hřídelí, atd.) což je výkresy, podle kterých bude dělník součást vyrábět. Po dokončení výrobních výkresů musí ještě technolog nakreslit výkresy polotovarů podle, kterých se nařežou, vystříhají potřebné polotovary, pro dělníky pracující na obrábějících strojích, nůžkách, ohýbačkách, v kovárnách, kalírnách, svařovnách a dalších pracovištích. Zásady při kreslení – Konstruktér používá při kreslení tužky o různé tvrdosti – Tenké čáry se se kreslí „tvrdou tuhou“ – Silně čáry se naopak kreslí „tuhou měkkou“ – Pro „přesné“ kreslení je nutné mít pomůcky čisté (neušpiněné a hlavně v dobrém technickém stavu („neokousané“, „neolámané“). – Začíná se osami rotačních nebo souměrných součástí – Osy se kreslí tenkou čerchovanou čarou o šířce 0,25 mm – Nakreslí se kružnice a oblouky – Kreslit se začíná tenkou čarou o šířce 0,25 mm – Dokreslí se obrysy součástí – Provede se šrafování řezů, průřezů – Šrafy se provádí tenkou souvislou čarou o šíři 0,25 mm se sklonem 45° – Na výkres se napíší všechny kóty potřebné pro výrobu součásti, popř kóty informační – Vynášecí čáry se kreslí tenkou plnou čarou o šířce 0,25 mm – Kótovací čáry se kreslí opět tenkou plnou čarou o šířce 0,25 mm a navíc musí být zakončeny „šipkami“, které mezi sebou svírají úhel maximálně 20° a kreslí silnou tlustou čarou o šířce 0,7 mm – Vytáhnou se obrysy a čáry, které mají být silné – Obrysy se vytahují silnou tlustou čarou o šíři 0,7 mm – Po nakreslení „podkladu“ se výkres překreslí na pauzák tuší, pro snazší kopírování (tuš je kontrastnější než tužka) – Pauzák se přiloží na podklad a překresluje se následovně: – Nejdřív se vytahují kružnice a oblouky – Následují svislé a rovné čáry – Nakonec se vytahují čáry svislé – Na výkres se musí dát tzv. rohové razítko a u ozubených/řetězových a pružin je nutné ještě umístit razítko doplňkové – Do rohového razítka se vypisují: – Identifikační údaje (název výkresu, číslo výkresu, název organizace, ve které „vnikl) – Administrativní údaje (kdo jej nakreslil a kdy, jména, technologů, metrologů, kontrolorů, odpovědný vedoucí, atd.) – Technické údaje (počet kusů, polotovar, materiál, třída odpadu, hrubá hmotnost) Kreslení v CAD
Zkratka CAD v češtině znamená počítačem podporované projektování. Zpracování grafiky vždy vyžadovalo „silnější“ počítač než bylo zapotřebí pro zpracování textu či účetnictví. Proto se v dřívějších dobách počítače k „běžnému“ konstruktérovi nedostali, kvůli velmi vysoké ceně. Používali je pouze nejbohatší firmy, například automobilky, nebo firmy pracující pro vládu (mám na mysli firmy, které například vyráběli stroje pro armádu, např. „stíhačky“) Situace se změnila v polovině 90tých let kdy přišli na trh výkonnější a cenově dostupnější procesory, grafické akcelerátory a hlavně „stabilní“ a snadno ovladatelný operační systém Windows NT, což mělo za následek psaní CAD aplikací právě pro tento operační systém, což velmi napomohlo jejich rozšíření i mezi běžné konstruktéry. Dnes (léto 2006) jsou některé CAD aplikace dostupné i ZDRAMA, i když většinou s omezenou funkčností (na screenshotu je zobrazena aplikace ProfiCAD, která je primárně určen ke kreslení elektrotechnických schémat, ale lze v něm kreslit i jednoduché strojírenské výkresy a pro domácnosti je dostupná zdrama na http://www.proficad.cz).
Před tím byli CADy dostupné pouze pro operační systém UNIX (z něj vychází OS Linux) nebo DOS (jen ty „menší“). A co se týče hardwaru tak museli běžet na tzv. „sálových počítačích“, což jsou počítače, které jsou rozlohou zabírají celou místnost, tudíž se nevešli na pracovní stůl. I dnes takové počítače existují a používají se například pro simulace povětrnostních vlivů, chování elementárních částic ve stavbách látek (mám na mysli, atomy, molekuly a jejich vnitřní částice jako elektrony, protony, neutrony). V dnešní době (léto 2006) má každé technická specializace (elektrotechnika, stavebnictví) má CAD uzpůsobený pro svojí specializaci. Například CAD pro elektrotechniku umožňuje vkládat již od výrobce nakreslené elektrotechnické značky (značná úspora práce pro konstruktéra), a jen je „propojit“, aby vznikl uzavřený elektrický obvod. Vyspělejší CADy dokáží i navržený obvod zkontrolovat, jestli je obvod uzavřený, tedy zda nejde fáze na „kostru“, apod.
Neškodí se trochu zmínit i o jiných typech grafických aplikací. Relativně nejednoduššími grafickými aplikacemi jsou tzv. Prohlížeče, které umožňují grafické soubory (obrázky) pouze prohlížet, popř. přidávat různé efekty (negativ), upravovat optické vlastnosti obrazu (jas, kontrast, gama, barevné vyvážení, redukovat barevnost), vytvářet, ořezávat a otáčet obraz, atd. Kromě tohoto umožňují vytvářet různé typy slideshow, hromadnou konverzi a přejmenovávání souborů, atd. Nejznámější programy této skupiny (Irfan View (http://www.irfanview.com), XnView (http://www.xnview.com) nebo Prohlížeč obrázků a faxů (součást Windows XP)) Druhou skupinou jsou tzv. bitmapové editory, které již umožňují kreslit. Největší nevýhoda je ta, že nakreslený objekt (např. čáru) nelze upravovat. Pokud se vám její umístění nelíbí, je nutné ji „vygumovat“ a nakreslit ji znova. Nejznámější program této skupiny je The Gimp (http:///www.gimp.org) nebo Malování (součást Windows XP). Třetí a poslední skupinou jsou vektorové editory To znamená, že obraz je popsán pomocí matematických funkcí, nikoliv pouze polohou jednotlivých bodů, jako u editorů bitmapových. Z toho plyne, že soubory vzniklé z vektorových editorů jsou mnohem menší než z editorů bitmapových, protože například pro definici obdélníka stačí znát poloho levého horní a pravého dolního rohu. Výhoda vektorového editoru je v tom, že pokud na objekt kliknete, nebo jej jinak vyberete (přesný postup záleží na konkrétním programu), zobrazí se tzv. Úchopové body, kterými je možné měnit jeho rozměry, či jiné vlastnosti, což u bitmapového editoru nelze (objekt musíte „vygumovat“ a nakreslit znova).
Úchopový bod
Mezi vektorové editory patří například Inkscape (http://www.inkscape.org)
CAD aplikace jsou v podstatě vektorové grafické editory. Rozdíl mezi vektorovým editorem a CADem je v tom, že způsob kreslení v CADu je víc uzpůsoben potřebám konstruktérům a obsahuje funkce, které konstruování usnadňují. CAD aplikace se ovládá přibližně stejně jako každý jiný vektorový editor. Na nástrojové liště kliknete na tvar, který chcete nakreslit (např. obdélník), kliknete na jedno místo na a pak táhnete, dokud obdélník nebude mít rozměry, jaké požadujete.
Obdélník
Nástrojová lišta s „kreslícími“ nástroji Ve 3D se kreslí tak, že nakreslíte objekt ve 2D (např. obdélník), který pak označíte, v nástrojové liště pak kliknete na ikonu, která reprezentuje funkci vytáhnout nebo jinak se jmenující, která „dokreslí“ třetí rozměr. Dvourozměrné kreslení
První krok
Tažení obdélníka „získávání třetího rozměru“
Druhý krok
Nakreslený obdélník Třetí krok
Čtvrtý krok
Tažení do „prostoru“
Nakreslený kvádr
Nevýhody při kreslení v CAD – Vysoká cena potřebného hardwaru a softwaru (viz tabulka) Poznámka 1: Ceny jsou pouze orientační a odpovídají „výkonnějším“ komponentám. Kapitola Hardware
Položka
Cena
Skříň (midi tower)
2 000,00 Kč
Zdroj (min. 400 W)
3 000,00 Kč
Přídavný chladič
1 000,00 Kč
Základní deska
10 000,00 Kč
Procesor (Dual core; 64bit)
30 000,00 Kč
Chladič na procesor
1 000,00 Kč
Paměť RAM (2 GB; DDR2, 533 MHz)
7 000,00 Kč
Grafická karta (256 MB; 256bit )
15 000,00 Kč
Chladič na grafickou kartu
1 000,00 Kč
Pevný disk (> 200 GB; 7200 ot/min; cache 16 MB; SATA II)
5 000,00 Kč
Chladič na pevný disk
5 000,00 Kč
Disketová mechanika 3,5 + multiCard
1000,00 Kč
Vypalovací mechanika DVD (DVD-RAM; DL)
3 000,00 Kč
Síťová karta (1 Gbit)
2 000,00 Kč
Modem V92 LCD monitor (min19“)
500,00 Kč 30 000,00 Kč
Klávesnice
1 000,00 Kč
Myš
1 000,00 Kč
Tablet
2 000,00 Kč
Mikrofón
500,00 Kč
Reproduktory
2 000,00 Kč
Webová kamera
1 000,00 Kč
Protter Multifunkční tiskárna (tiskárna, skener,
100 000,00 Kč 10 000,00 Kč
Kapitola
Položka
Cena
kopírka, fax) Software
UPS
20 000,00 Kč
Operační systém Windows XP Proffesional
10 000,00 Kč
Autodesk Invertor 11 Proffesional
250 000,00 Kč
Autodesk AutoCAD 2006
150 000,00 Kč
Microsoft Office 2003 Proffesional
– –
10 000,00 Kč
Antivir + Firewall
5 000,00 Kč
Celkem
679 000,00 Kč
Pokud kreslíte ve 3D nelze začít sestavou (nejdříve je se musí nakreslit jednotlivé součásti a až potom je lze poskládat do sestavy) Potřeba „počítačové gramotnosti“ – Ovládání operačního systému (spuštění programu, otevření souboru, tisk) – Práce v síti (uložení souboru na server, otevření souboru ze serveru) – Práce s internetem (otevření stránky webové, odeslat mail, …) – Ovládání příslušného CAD programu – Zásady počítačové bezpečnosti (aby se předešlo průniku „nebezpečného softwaru“ - viry, spyware, malware, blackdoor, trojan) – Potřeba angličtiny pokud není software lokalizován do češtiny
Výhody při kreslení v CAD – Jednodušší archivace výkresů (nemusí se uchovávat v papírové podobě v archivech, ale ve formě počítačových souborů uložených na datovém médiu (např. pevný disk) na serveru (centrální počítač v počítačové síti, přesný popis jeho funkce závisí na typu počítačové sítě) – Velmi rychlé možnosti změny ve výkresech (pokud jsou výkresy mezi sebou propojeny tak je možné, že změna průměru čepu zvětší i průměry děr, ve kterých bude čep zasunut nebo přepisem kóty se zvětší daný rozměr). – Možnost kreslení ve 3D (trojrozměrně) – Není nutná „velká prostorová představivost“ jako při ručním kreslení, protože třetí rozměr dodělá počítač – Možnost tvorby více variant řešení za kratší čas než klasicky – Možnost pohledu na zkompletovaný stroj ze „všech“ úhlů – Z 3D modelu lze vygenerovat výkres ve 2D – Normalizované součástí (např. šrouby, matice, ložiska, těsnění) není nutno kreslit, ale jen se „vyberou“ z „knihovny“ – Možnost „počítačového“ dimenzování (počítač dle zadaných parametrů spočítá, zda součást zadané podmínky vydrží) součástí – Možnost výpočtu dalších fyzikálních veličin, např. kolik bude celý stroj vážit, jaký je jeho povrch (např. pro určení kolik bude potřeba barvy pro jeho natření) – Možnost posouvat „obraz po papíru“ – Možnost automatické tvorby řezů/průřezů v libovolném místě – Možnost animace (jak se stroj skládá/rozkládá; otáčí se, aby bylo vidět jak vypadá, ze všech úhlů) – Možnost z geometrie tvaru CNC program pro počítačově řízené stroje – Možnost sdílení výkresu s „celým světem“ Přílohy: Příloha 1: Porovnejte „ruční kreslení“ trojrozměrné sestavy a kreslení v „3D aplikaci“
Kreslení
„ručně“
CAD
Výkres
Poznámka Nakloněná rovina nakreslená „ručně“ v technické izometrii vytažená černým fixem a vybarvená pastelkami.
Nakloněná rovina nakreslená ve 3D aplikaci Google SketchUp. (http://sketchup.google.com)
Příloha 2: Použité zkratky a odborné termíny Výraz
Význam zkratky
Český popis
CAD
Computer Aided Design
Počítačem podporované projektování
CNC
Computer Numeric Control
Počítačově číselné řízení
CAM
Computer Aided Manufacturing
Počítačem podporovaná výroba
OS
Operation Systém
Operační systém
DOS
Disk Operation systém
Diskový operační systém
Windows NT
Windows New Technology
Varianta Windows s rozšířenou podporou počítačových sítí (z něj vychází Windows 2000; Windows XP)
Screenshot
„otisk obrazovky“, který se používá do publikacích o počítačových programech
Slideshow
Obrázky se sami mění po určitém časové intervalu
Technická izometrie
Úhly mezi osami součásti svírají 120° a nezkracují se
Text: Michal Kolesa Ilustrace: Michal Kolesa 1. vydání © Michal Kolesa, 2006
