K čemu slouží, nebo spíše sloužil 2D výkres?

Výkres slouží jako dokument řízené dokumentace, má daný počet pare, která jsou z archivu distribuována na jednotlivá oddělení. Zároveň slouží jako dokument ve schvalovacím procesu. Bez podpisů v polích kontroloval, schválil atp. je neplatný. V neposlední řadě je nositelem informace o tvaru, rozměrech a výrobních požadavcích daného výrobku. Dovolím si tvrdit, že až na skutečně vysoce specializované obory, kterým určuje správu dokumentace jiný závazný předpis, je v dnešní době význam výkresu degradován na pouhý přenos informace o tvaru, rozměrech a výrobních požadavcích na výrobek.

Proč je tomu tak, je nasnadě – s příchodem informačních technologií začaly výkresy vznikat v elektronické podobě a bylo nutné změnit systém správy a řízení výkresové dokumentace. Ostatně proměnu správy výkresové dokumentace můžete vidět na vaší společnosti, která již asi nebude mít vlastní archiv shromažďující veškeré výkresy a archivářku či archiváře se sadou razítek, kteří řídí platnost dokumentace. Pravděpodobně máte více či méně propracovanou správu dat v elektronické podobě. Výkres je dnes již „pouhým“ nositelem výrobních informací, který je však ve valné většině případů řízený, a tedy platný, pouze ve své elektronické podobě.
 

K čemu slouží 3D model?

Rozvoj informačních technologií přinesl do oblasti strojírenské konstrukce fenomén konstruování ve virtuálním 3D prostředí, které konstruktérům umožňuje okamžitě získávat daleko větší přehled a míru detailu, než je možné ve 2D prostředí. Ruku v ruce s rozšířením CNC obráběcích center začal být též 3D model využíván k tvorbě programů, které tyto stroje ovládají. Nespornou výhodou je, že programy mohou vznikat v počítači mimo stroj, který může souběžně vyrábět. Zároveň je možné existující modely využít pro simulační výpočty – statické dynamické, teplotní kinematické atd. Metody použití simulací zase šetří náklady na fyzické prototypy a zkoušení vyvíjených výrobků. Výpočetní technika také umožnila velice rychlé generování pohledů ze 3D modelů pro tvorbu výkresů, a proto se začaly také výkresy vytvářet jako odvozeniny z 3D modelů. Otázkou je, jakou přidanou hodnotu má popisování již jednou zhmotněného?

Problémy koexistence 3D modelu a 2D výkresu

Převládající koncept tvorby dokumentace je takový, že konstruktér vytvoří 3D model a na základě jeho existence odvodí výkres. Nemá smysl debatovat nad tím, že 2D výkres by měl být odvozen ze 3D modelu, čímž by měla být zaručena jednoznačnost informace o tvaru a rozměrech výrobku. Nositelem informace o geometrii výrobku, která je do 2D výkresu promítána, je 3D model. V lepším případě si ještě 3D model jako atributy nese informace o materiálu, ze kterého má být výrobek vyroben apod. Nicméně 3D model se v tomto případě nestává nositelem výrobních informací, jako jsou jakosti povrchů, výrobní a funkční tolerance, poznámky. K tomu odjakživa byl a je určen 2D výkres.

Použití výše popsaného konceptu přenosu informací obsažených částečně ve 3D modelu a částečně ve 2D výkresu přináší mimo jiné dvě zásadní úskalí. První, na které narazí každý, kdo spravuje takto vytvářenou výrobní dokumentaci, je správa dvou vzájemně svázaných databází, tedy databáze 3D modelů a databáze 2D výkresů. Druhé úskalí je daleko zákeřnější a není na první pohled zcela vidět. Při diskusích okolo bezvýkresové dokumentace se vždy okamžitě začne hovořit o časové náročnosti a složitosti tvorby, ale nikdo nevnímá problém neshody informací mezi modelem a výkresem, které však v závislosti na úrovni správy dat mohou být až překvapivě vysoké. Odhad hovoří v průměru o 25 až 30 procentech neshodné dokumentace! Toto riziko lze samozřejmě velmi efektivně řídit, ale nikdy jej nelze zcela eliminovat. Navíc, zamyslíme-li se dále, můžeme narazit na několik zajímavých otázek. Například, proč, když mám 3D model, na kterém jsem schopen vytvářet program pro CNC stroj, musím parametry obrábění odvozovat z 2D výkresu? Jinými slovy, proč nejsem schopen tyto informace zanést přímo do 3D modelu tak, aby s nimi systém automaticky pracoval? Proč, když dělám toleranční analýzu, musím brát výkres a vymýšlet ji složitě někde mimo, když už mám k dispozici 3D model sestavy? Kdybych měl informace o požadovaných tolerancích přímo ve 3D modelu, mohli bychom toleranční analýzu provést rovnou na 3D modelu. Dovoluji si tvrdit, že jedinou správnou cestou, jak jednoduše eliminovat rizika a zároveň využívat veškeré informace, je soustředit informace týkající se daného výrobku do jediného zdroje. Tím by měl být dle mého názoru 3D model součásti.

3D Model a nástroj product & manufacturing information

Způsob, jakým je dnes možné výrobní informace zanést do 3D modelu nabízí využití tzv. PMI, neboli product & manufacturing information. Možnost tvorby PMI informací nabízejí dnes všechny hlavní CAD systémy a PMI informace se postupně stávají součástí ISO a ASME standardů (ISO 1101:2004, ASME Y14.41-2003).

Cílem využití PMI je přenos kompletní sady informací nutných k výrobě dané součásti přímo do 3D modelu. Tyto informace je poté možné využít ve všech navazujících procesech, jako je CAM, CAE, toleranční analýza, tvorba prospektů a další vizualizace atd. V neposlední řadě je možné PMI informace využít ke komunikaci s dodavatelem či zákazníkem v podobě tzv. bezvýkresové dokumentace. Důležitou vlastností všech PMI informací je asociativita vůči objektům, na kterých je PMI informace vytvářena, takže je možné například jedné značce jakosti povrchové úpravy přiřadit celou sadu povrchů, které mají být obrobeny se stejnou jakostí.

Využití PMI informací

Využití PMI informací má velice široký záběr, který souvisí se všemi oblastmi možného využití modelu v procesech navazujících na konstrukci.

Tvorba výkresů

Záměrně volím jako první bod použití PMI informací tvorbu výkresů a chápu, že si nyní asi říkáte, proč bych měl vytvářet nějaké výkresy, když se bavíme o bezvýkresové dokumentaci? Důvod je nasnadě. Papír slouží jako nástroj pro přenos informace něco přes pět tisíc let, a proto asi ještě nějakou dobu sloužit může, ačkoliv již existují i odpovídající elektronické nástroje. Nicméně i firmy, které stále používají jako hlavní komunikační kanál papírovou dokumentaci, mohou PMI informace úspěšně využívat, a to díky možnosti přenést tyto informace do výkresu rovnou při tvorbě výkresových pohledů. Následně se výkres dokótuje dle potřeby. Důležitým aspektem při použití této metody je fakt, že nositelem všech důležitých výrobních informací se stává 3D model a výkres zde figuruje již jen jako nástroj pro zobrazení informací, a ne jakožto jejich nositel. To je podstatný rozdíl, který je základním předpokladem pro zavedení bezvýkresové dokumentace.

CAM

PMI informace jsou velmi jednoduše použitelné při automatizaci návrhu obráběcích strategií, kde díky tzv. feature based machiningu (obrábění na základě konstrukčních prvků) je systém schopen automaticky vytvářet návrhy výrobních operací dle informací získaných přímo z PMI. Jako příklad lze uvést dva samostatné povrchy, kdy oba je potřeba obrobit hrubovací strategií, a pouze ten s požadavkem na vyšší jakost bude obráběn operací dokončovací. Jsou-li tyto povrchy opatřeny odpovídajícími PMI informacemi, je možné je dohromady označit jako povrchy obráběné, přičemž systém automaticky navrhne programátorovi vhodné operace dle výše popsaného požadavku, aniž by musel rozhodovat o volbě nástroje a vhodné výrobní strategie.

CMM

Poměrně novou oblastí použití PMI informací je programování souřadnicových měřících strojů (CMM – coordinate measuring machines). Obsahuje-li model PMI informace, systém je schopen na jejich základě automaticky navrhnout požadované měřící cykly a vytvořit tak program pro proměření celé součásti za zlomek času, než je možné skrze klasické programovací nástroje.

Toleranční analýza

Na základě PMI dat je možné vytvořit a následně analyzovat různá uložení sestav pomocí toleranční analýzy. PMI data zde poskytují komplexní základ pro toleranční analýzu.

Vizualizace

Pomocí nástrojů vizualizace je možné PMI data použít pro prezentace, technické příručky, montážní návody a další materiály, kde mohu vizualizovat 3D modely s potřebnými informacemi vytvořenými pomocí PMI.

Komunikce PMI dat

Jak už jsme uvedli, důvodem vytváření výkresů je nutnost komunikace napříč vývojovým procesem. Tato komunikace se však v elektronickém věku, kde se informace šíří rychlostí světla, stává pomalou, chybovou, zkrátka zastaralou. Podívejme se tedy na možnosti sdílení elektronické podoby PMI informací mezi subjekty vývojového cyklu.

Začněme u nejjednoduššího modelu komunikace, a to mezi subjekty, které již mají pro svou práci k dispozici odpovídající zobrazovací nástroje (CAD systémy či jiné systémy DMU – digital mock-up). Tyto subjekty mají možnost sdílet informace díky podpoře PMI informací vlastními formáty systémů či mají možnost PMI informace sdílet pomocí univerzálních formátů, jakými jsou JT či STEP (AP242). Může se jednat o subjekty diskrétní, sdílející pouhá diskrétní data, nebo se může jednat o subjekty kooperující na bázi řízené databáze dat. V druhém případě může mít k informacím přístup kdokoliv, včetně vnějších subjektů. Na druhém konci ale mohou stát i subdodavatelé či partneři, kteří nemají ani přístup do databáze, jsou závislí na sdílení diskrétních dat a ani nemají k dispozici nástroje, které by jim umožnili spolupráci na bázi sdílení PMI informací. V tomto případě dnes již existuje velmi efektivní cesta sdílení dat, a to formou DMU prohlížečů, které bývají poskytovány zdarma.

Možnost sdílení dat obsahujících PMI informace je tak dnes pouze otázkou ochoty odpoutat se od již přežitého modelu sdílení informací pomocí výkresů a vydat se na novou etapu sdílení dat elektronických. Díky dnešnímu stavu výpočetní techniky jsme schopni tato data nejen sdílet, ale díky PLM systémům i spravovat a řídit, čímž je zcela završen proces náhrady 2D dokumentace 3D dokumentací.

Slyšíte někde slovo výkres?

Nutno říci, že s tvorbou PMI informací je spojeno několik negativ. Nejčastěji je zmiňována rychlost, respektive pomalost jejich tvorby. Na základě vlastní práce mohu tvrdit, že je lze efektivně vyřešit, ale to už by bylo na jiný článek.

Jak bychom tedy popsali ideální stav? 3D model nesoucí PMI informace slouží jako dokument řízené dokumentace, která je spravována PLM systémem zajišťujícím plnohodnotnou správu dat a jejich řízení. Schvalování dat v PLM systému je zajištěno pomocí definovaných procesů tak, že je v každém okamžiku dosledovatelné, co se s daným dokumentem děje a v jakém se nachází stavu. 3D model díky obsaženým PMI informacím je jediným nositelem komplexní informace o tvaru, rozměrech a výrobních požadavcích daného výrobku mezi všemi subjekty napříč jeho životním cyklem. 3D model obsahující PMI informace je využíván k tvorbě programů pro CNC obráběcí centra či k programování souřadnicových měřících strojů. Nebo je tento model použit pro simulační výpočty – statické dynamické, teplotní kinematické atd.

Výše popsané je dnes již plně dostupné řešení správy konstrukční a výrobní dokumentace. Slyšíte někde slovo výkres? Neslyšíte. Bezvýkresová dokumentace se pomalu připlížila a je zde. Je jen na vás, zda se odvážíte již nyní nastoupit do rozjetého vlaku, nebo si jej necháte dál ujíždět.

Filip Nechvátal
Autor působí ve společnosti Siemens jako application engineer systému NX.