Prednosti 3D CAD u odnosu na 2D CAD softvere

Prednosti 3D CAD u odnosu na 2D CAD softvere:

Vizuelizacija u 3D prostoru 

Trodimezionalno okruženje je prirodno okruženje na koje je ljudski mozak naviknut. Mi prirodno preferiramo 3D predstavu predmeta, što kao posledicu ima da naš mozak mora da troši dodatne napore kada tumači kako izgleda predmet predstavljen na 2D crtežu. Ranije su inženjeri tokom projektovanja predstavljali proizvode samo pomoću 2D crteža t.j. pomoću ortogonalnih pogleda. Da bi inženjeri videli kako proizvod stvarno izgleda morali su u glavi kombinovati ortogonalne poglede u jednu trodimenzionalnu celinu. Ovo i nije bio veliki problem ako se radilo o jednostavnom proizvodu, ali složeni su zahtevali da se u glavi formira 3D predstava na osnovu velikog broja međusodno zavisnih dvodimenzionalnih detalja, što je bio problem čak i za iskusne inženjere. Zamislite crtež zavarene konstrukcije sa stotinak različitih delova pod raznim uglovima, čak će i iskusnom inženjeru biti potrebno dosta vremena da ga rastumači. U 3D CAD softverima projektanti i konstruktori mogu u svakom trenutku realno videti proizvod na kome rade, mogu ga rotirati, zumirati detalje, sakrivati delove... Jednostavnije rečeno u 3D CAD softverima se proizvodi projektuju u prirodnom okruženju i nije potrebno ulagati dodatne napore na transformaciju 2D u 3D i naopačke. U jednoj engleskoj knjizi sam pročitao dobru rečenicu: Sa 3D CAD-om, dobijate ono što vidite. Rad u 3D okruženju je inženjerima u velikoj meri olakšao rad, što za posledicu ima veću kreativnost, veći kvalitet, manje grešaka, bolju komunikaciju...

Asocijativnost

3D CAD softveri prilikom modeliranja čuvaju međuzavisnosti između geometrijskih elemenata. Glavna posledica ove osobine je da se sve promene na 3D modelu propagiraju na sva mesta gde je on upotrebljen. Drugim rečima, ako se u 3D CAD softveru napravi neka promena na 3D modelu, svaki CAx softver koji koristi ovaj 3D model će registrovati promenu i ažurirati podatke koje je stvorio na osnovu njega. Ovo u praksi znači da će se promenama automatski prilagoditi putanje alata u CAM softveru, proračuni u CAE softveru, pogledi na 2D crtežu, izgled renderovane scene, sastavnica... 

Lako pravljenje promena

Prilikom projektovanja, pravljenje raznih promena je neizbežno. Inženjerski podaci su veoma složeni i samo jedna jednostavna promena može izazvati revidiranje velikog broja detalja i dokumenata. Prilikom klasičnog ili projektovanja u 2D CAD softverima, sve promene su se morale obavljati ručno i inženjeri su morali sami pronalaziti detalje i dokumente koje je potrebno ažurirati. Često se dešavalo da promene nisu sprovedene na svim detaljima ili dokumentima što je dovodilo do nastanka grešaka. Problemi su nastajali čak i sa dokumentovanjem obavljenih promena, što je za posledicu imalo da službe unutar preduzeća koriste različite verzije crteža. Zahvaljujući asocijativnosti pomenutoj u prethodnoj stavki, svaka napravljena promena na 3D modelu se propagira i automatski ažurira na svim mestima gde je to potrebno. Drugim rečima vi promenu napravite samo na 3D modelu, a ona se dalje automatski prenosi na sve detalje i dokumente gde je taj 3D model korišćen. Asocijativnost ima dve veoma bitne prednosti koje nisu svima očigledne, ali to ne znači da su nebitne. Prva je da se inženjeri više ne plaše praviti promene na proizvodu, a druga je da pravilnom implementacijom 3D CAD softvera sve službe unutar preduzeća koriste ažurirane podatke (3D model).

CAE analiza (Proračuni metodom konačnih elemenata)

Virtuelni prototip proizvoda koji nastaje 3D CAD projektovanjem se danas koristi za razne analize i simulacije pomoću računara. Njihov glavni cilj je da se što više potencijalnih problema otkloni dok su u računaru i na taj način izbegne potreba za skupim eksperimentima na prototipovima. 3D model je matematički opis oblika proizvoda, samim tim ga je moguće iskoristiti kao ulazni podatak u raznim matematičkim metodama proračuna. Postoji nekoliko metoda pomoću kojih se mogu vršiti proračuni na 3D modelima, a najpopularnija je Metoda konačnih elemenata. Danas postoji veliki broj softvera koji pomoću ove metode imaju sposobnost da na osnovu 3D modela proračunaju karakteristike proizvoda. Naponska stanja, zamor, strujanje oko proizvoda, prostiranje toplote... su samo neke od njih. Ovi softveri se često nazivaju MKE softveri (eng. FEM softveri - Finite element method), i deo su velike grupe računarom podržanih tehnologija koja se naziva Računarom podržani inženjering (eng. Computer Aiuded Engineering - CAE). MKE proračuni na 3D modelima su u modernom projektovanju veoma važni jer smanjuju troškove razvoja, troškove koji nastaju eksploatacijom, odlažu remonte, smanjuju potrebe za servisiranjem... MKE proračuni su omogućili ne samo veliki skok u kvalitetu i brzini inženjerskih proračuna, već su omogućili i obavljanje proračuna koji ranije nisu bili mogući ili su za njih bili potrebni veoma skupi eksperimenti. Praktično se može reći da su proračuni metodom konačnih elemenata skoro u potpunosti otklonili porebu za izradom fizičkih prototipova. Da bi ste shvatili veličinu ušteda uzmimo za primer MKE analizu strujanja oko aviona. Danas Vam je za proračun potrebno imati računare, softver i nekoliko inženjera. Ranije Vam je bio potreban skup aerotunel, merna oprema, smanjeni prototip, veliki broj stručnjaka, energija za pogon aerotunela, objekti, dugotrajna obrada podataka...

Optimizacija

Softveri za optimizaciju imaju veliki uticaj na kvalitet proizvoda jer mogu na osnovu 3D CAD modela proračunati razne varijante neke karakteristike i izabrati najbolju. Inženjeri se često suočavaju sa situacijama kada iz skupa alternativnih rešenja moraju da izaberu jedno najbolje. U ovakvim slučajevima je potrebno metodama optimizacije pronaći najpovoljnije rešenje za zadate uslove. Drugačije rečeno, potrebno je pronaći optimalno rešenje bez eksperimentalnog ispitivanja na proizvodu. Optimizacija kao i analiza u prethodnoj stavki predstavlja matematičke metode koje se na 3D modelu proizvoda sprovode putem softvera za optimizaciju. Posle optimizacije inženjer ima na raspolaganju čitav niz alternativnih tehničkih rešenja koje su se ranije dobijala samo pomoću skupih eksperimenata na prototipovima. 

CAM

Jedna od najvažnijih prednosti 3D CAD u odnosu na 2D CAD softvere je mogućnost automatizacije proizvodnje na RNU mašinama (CNC mašinama) pomoću CAM softvera (Computer Aided Manufacturing). Tehnolozi više nemaju potrebe da tumače 2D crteže i na osnovu njih ručno pišu G-kod programe za RNU mašine. Dovoljno je da u CAM softver uvezu aktuelni 3D model i na osnovu njega simuliraju kretanje alata prilikom obrade. Povezivanje projektanata i tehnologa t.j. mogućnost rada na istom 3D modelu ubrzalo je pripremu proizvodnje na RNU mašinama, smanjilo broj grešaka, omogućilo proizvodnju pre izrade tehničke dokumentacije, omogućilo obradu složenih površi...

Automatska izrada tehničkih crteža

U 2D CAD softverima inženjeri moraju ručno nacrtati svaku liniju, odrediti joj položaj i dimenzije, odrediti da li je ona viljdiva ili ne, odrediti kako se ona vidi na drugim pogledima i presecima...,  takođe inženjeri moraju u glavi zamišljati izgled svakog ortogonalnog pogleda, preseka, detalja.... Praktičnije rečeno, 2D CAD softveri su samo zamenili crtaću tablu računarom, a sva odgovornost za rutinski rad je i dalje na inženjerima. U 3D CAD sistemu se tehnički crteži prave na osnovu 3D modela, a softver automatski generiše ortogonalne poglede, aksonometrijske poglede, preseke, automatski određuje vrste linija (sakrivene i vidljive ivice), vrednosti kota… Svi podaci se vuku sa 3D modela proizvoda, a ceo proces izrade crteža se svodi na razmeštanje na crtežu pogleda, kota, oznaka... 3D CAD softveri su omogući veliko ubrzanje izrade tehničkih crteža, veći kvalitet, manji broj grešaka, brže i kvalitetnije sprovođenje promena... 

Dostupnost 3D modela ostalim službama preduzeća

Tokom razvoja novog proizvoda često se pojavljuje potreba da osobe bez tehničkog obrazovanja imaju uvid u njegov izgled. Zbog nedostatka tehničkog znanja malo njih će biti sposobno da "pročita" 2D crtež sastavljen od ortogonalnih pogleda i samim tim oni neće moći u glavi da predstave kako izgleda proizvod koji se trenutno razvija. Posledica ovoga je otežana komunikaciju sa inženjerima, loše donesene odluke, veća verovatnoća pojave grešaka i zastoja... Pojava virtuelnog prototipa u obliku 3D modela omogućila je da svaki učesnik u razvoju proizvoda može lako da vidi njegov oblik, čak i u ranim fazama razvoja. Potencijalni kupci, investitori, prodavci, služba marketinga..., veoma lako mogu videti potencijalni proizvod i na osnovu njegovog izgleda donositi kvalitetnije procene i odluke, lakše obavljati svoj deo posla, kvalitetnije međusobno komunicirati, brže stvarati podatke za koje su zaduženi... Da bi videli kako izgleda proizvod nije im čak potrebano imati 3D CAD softver, dovoljno je na računaru instalirati besplatni 3D CAD pregledač pomoću kojeg mogu model proizvoda rotirati, zumirati, seći, meriti na njemu, sakrivati delove... Obuka za rad na 3D CAD pregledačima traje maksimalno nekoliko sati, svejedno da li se radi o majstoru u radionici ili menadžeru iz službe marketinga.

Jedinstvena baza podataka o proizvodu i procesima

Upotreba sistema za upravljanje podacima (PDM - Product data management) omogućava velikom broju službi unutar preduzeća ne samo pogled na proizvod, već i direktan rad na njemu. 3D model proizvoda je nosilac podataka o obliku proizvoda i kao takav predstavlja ulazni podatak za veliki broj računarom podržanih tehnologija (CAx softvera) koje se koriste za automatizaciju raznih službi unutar preduzeća. Svaka od ovih službi preuzima 3D model, obrađuje ga u svom CAx softveru, generiše podatke za koje su nadležni i smešta ih u jedinstvenu bazu podataka o proizvodu i procesima. Na ovaj način pod upravljačkom palicom PDM sistema, sve službe unutar preduzeća rade na istom ažuriranom 3D modelu proizvoda i pune jednistvenu bazu podacima za koje je njihova služba nadležna. 

Provera interferencije

3D model sklopa u sebi sadrži informacije o njegovoj strukturi i vrstama spojeva između delova i podsklopova. Ovakav koncept 3D modela sklopova omogućava inženjerima proveru da li dolazi do kolizije (sudaranje delova t.j. da li neki delovi zadiru jedan u drugi) između delova i podsklopova. Provera se odnosi ne samo na statične već i na delove koji se kreću. Ove vrste grešaka mogu veoma mnogo koštati preduzeće ako siđu u proizvodnju i veoma ih je teško otkriti na 2D crtežima (pogotovo ako se radi o crtežima složenih sklopova). Sa druge strane 3D CAD softveri omogućavaju veoma brzu proveru i otklanjanje ove vrste grešaka.

Provera montaže

Skoro svaki 3D CAD softver sadrži alate koji služe za pomeranje delova i podsklopova. Pomoću ovih alatki inženjeri mogu na 3D modelu proveriti da li je moguće sastaviti ili montirati sklop. Na ovaj način se veliki broj grešaka otklanja dok su u računaru, a ne prilikom montaže prototipa. 

Rastavljeni pogledi

Jedna od prednosti 3D CAD softvera je i mogućnost automatskog pravljenja rastavljenih pogleda (ekspanzioni pogled) koji se često sreću na tehničkim crtežima, montažnim crtežima, uputstvima...

Provera kinematike sklopa

3D modeli sklopova omogućavaju proveru funkcionalnosti proizvoda t.j. simulaciju kinematike i dinamike. Mogućnost provere rada neke mašine dok je ona u računaru ima veoma veliki uticaj na kvalitet proizvoda i troškove njegovog razvoja. Zamislite situaciju u kojoj tek kada napravite mašinu otkrijete da je nefunkcionalna ili ne odgovara dogovorenim karakteristikama. Ovde treba napomenuti da su 3D CAD softveri omogućili ne samo preciznije i kvalitetnije proračune već i vrste koje ranije nije bilo moguće obavljati.

Fizičke osobine

Projektovanjem u 3D CAD softveru kao rezultat dobijamo 3D model na kome je definisan oblik proizvoda, a samim tim i njegova zapremina. Ako 3D model-u zadamo materijal t.j. gustinu, 3D CAD softver može proračunati veliki broj fizičkih osobina budućeg proizvoda (težina, položaj težišta ili centra mase, momenti inercije...).

Prototipovi

3D CAD softveri služe za izradu virtuelnih 3D modela proizvoda. Jednom napravljeni 3D model se može koristiti za automatizaciju velikog broja aktivnosti tokom razvoja proizvoda (proračuni čvrstoće, analiza funkcionalnosti, optimizacija, izrada tehničkih crteža, priprema proizvodnje...), drugim rečima, 3D model omogućava da se veliki broj aktivnosti obavlja u računaru, a ne pomoću fizičkih prototipova. U današnje vreme je upotrebom 3D CAD softvera skoro u potpunosti moguće izbegnuti izradu prototipova. Ako je ipak iz nekog razloga prototip potreban, na osnovu 3D modela ga je lako napraviti procesom 3D štampanja.

Dimenzije

Na 3D modelu je moguće direktnim merenjem dobiti bilo koju dimenziju. Više nije potrebno tražiti po crtežu pogled u kojem se neki geometrijski element vidi u pravoj veličini, dovoljno je aktivirati odgovarajuću alatku i direktno izmeriti dužinu, rastojanje, prečnik, ugao... Štaviše, korišćenjem besplatnih 3D CAD pregledača merenje je dostupno svim učesnicima u razvoju i proizvodnji, a ne samo korisnicima 3D CAD softvera.

Fotorealističnost

Kvalitetne slike proizvoda je ranije bilo moguće napraviti tek kada se napravi proizvod ili njegov prototip, a za to je bilo potrebno angažovati profesionalnog fotografa sa skupim fotoaparatom, napraviti scenu, instalirati opremu za osvetljenje... Danas se kvalitetne slike proizvoda mogu veoma brzo napraviti u skoro svakom  3D CAD softveru. Za to je potrebno imati samo 3D model proizvoda, 3D CAD softver sa modulom za rendering i pojedinca koji je prošao kratku obuku za pravljenje fotorealističnih slika. Dobijene fotorealistične slike proizvoda pružaju investitorima i kupcima uvid kako će proizvod izgledati u realnosti, a služba marketinga ih može koristiti za izradu kataloga, sajamskih brošura, prezentacija, vebsajt-a preduzeća...

Animacije

Na osnovu 3D modela proizvoda moguće je u 3D CAD softverima napraviti animacije na kojima je predstavljeno funkcionisanje proizvoda, njegov izgled, ergonomija, montaža... Animacije poput fotorealističnih slika uglavnom nisu namenjene projektantima i konstruktorima, već službama marketinga, prodaje i sl. Mogućnost da svojim potencijalnim kupcima pokažete proizvod u akciji sigurno će pozitivno uticati na kupovinu ili pregovore sa njima. Izradom efektnih 3D animacija, preduzeća demonstriraju potencijalnim kupcima i investitorima da su dostigli visoki tehnološki nivo.

Analiza tolerancija i mernih lanaca

Analiza tolerancija i mernih lanaca se ranije obavljala "pešaka", a danas je i tu ulogu preuzeo 3D CAD softver. Pomoću specijalnih modula zaduženih za ovu oblast, 3D CAD softver nam daje odgovore na pitanja da li će rezultujuća mera mernog lanca zadovoljiti kriterijume funkcionalnosti proizvoda, koliki će biti minimalni i maksimali zazori, da li su delovi u koliziji, da li su rupe na delovima poravnate, koje su maksimalne i minimalne dužine i rastojanja, uticaje tolerancijskih polja...

Tolerancije oblika i položaja

Pored tolerancija mera u 3D CAD softverima se pomoću specijalnih alatki mogu na 3D modelu proizvoda definisati i tolerancije oblika i položaja (Geometric dimensioning and tolerancing (GD&T). Oznake tolerancija se direktno vezuju za geometrijske elemente i po želji se mogu prikazivati ili sakrivati na 3D modelu. Pomoću ovih alatki, ne samo da je moguće definisati tolerancije mera i oblika već i kompletno kotirati model 3D kotama. Na ovaj način je moguće u potpunosti izbeći izradu tehničkih crteža.

Sastavnica

Sklopovi modelirani u 3D CAD softverima odražavaju njihovu realnu strukturu, što kao posledicu ima mogućnost da napravite sastavnicu sklopa bukvalno jednim klikom. Napravljena sastavnica se može smestiti na crtež ili uvesti u neki program za tabelarne proračune. Da prednost bude još veća, svaka promena na sklopu se automatski ažurira i u tako napravljenoj sastavnici.

Varijante

Modeliranje u 3D CAD softverima se obavlja pomoću parametara, što omogućava lako i brzo modeliranje familija delova ili sklopova. Promenom samo određenih parametara je moguće brzo napraviti razne varijante istog dela ili sklopa. Zbog osobine asocijativnosti 3D modela, za svaku od ovih varijanti je moguće brzo napraviti tehničke crteže, proračune, simulacije obrade...

Baze standardnih delova

Posledica prethodne prednosti je mogućnost pravljenja baza standardnih delova i podsklopova. Standardni delovi se u 3D CAD softver uvoze kao 3D modeli što im omogućava ravnopravnost sa delovima i podsklopovima koje su modelirali inženjeri. 3D modeli standardnih delova se pojavljuju na crtežima, u sastavnici, mogu učestvovati u proračunima...

Proračun mašinskih elemenata

Proračune mašinskih elemenata više nije potrebno obavljati "pešaka", već će to na osnovu zadatih kriterijuma umesto Vas uraditi 3D CAD softver. Dodatna prednost je što će softver pored proračuna na osnovu dobijenih vrednosti napraviti i 3D model mašinskog elementa.

Inteligentni modeli

Pomoću 3D CAD softvera je moguće modelirati inteligentne 3D modele koji imaju sposobnost da se automatski prilagode novim uslovima ili zahtevima. Između parametara 3D modela je moguće pomoću formula i tabela uspostavljati odnose i ograničenja. Na taj način se programira ponašanje 3D modela t.j. u njega se ugrađuje znanje i iskustvo preduzeća koje je pohranjeno u tim formulama i tabelama.

Integrisanje

3D projektovanje se sa mašinstva proširilo i na ostale tehničke oblasti kao što je građevina, elektronika... U zadnje vreme je napravljen veliki pomak u obezbeđivanju kompatibilnosti između 3D CAD softvera koji pokrivaju ove oblasti, što je omogućilo kvalitetniju saradnju i razmenu podataka. 

Ponovno korišćenje jednom konstruisanih detalja

Za ovu prednost možemo brzopleto konstatovati da je ona svojstvena i 2D CAD softverima, što jeste istina, ali samo donekle. Konstruisane detalje koje želimo ponovo koristiti obično treba malo dorađivati i menjati, a to može biti problem u 2D CAD softverima, pogotovu ako su detalji složeni. Nasuprot tome, asocijativnost 3D modela i parametarsko 3D CAD modeliranje omogućava veoma brzo prilagođavanje ranije konstruisanih detalja novim zahtevima.

Standardizacija

3D CAD softveri omogućavaju automatizaciju sprovođenja standarda. Baze standardnih delova, baze znanja, inteligentni modeli, automatska izrada 2D crteža... u sve ove funkcionalnosti 3D CAD softvera je moguće ugraditi standarde.

Aditivne tehnologije

Aditivne tehnologije, odnosno 3D štampanje je nemoguće obaviti na osnovu 2D ortogonalnih pogleda. Velika prednost 3D CAD softvera je što su omogućili razvoj aditivnih tehnologija koje se danas koriste za proizvodnju delova, sklopova, izradu prototipova...

Moderni koncepti

PLM (Upravljanje životnim ciklusom proizvoda), PDM (Upravljanje podacima o proizvodu), CIM (Računarom integrisana proizvodnja), CAPP (Računarom podržano planiranje procesa), Konkurentni inženjering... Bez 3D CAD softvera ni jedan od ovih modernih koncepata razvoja i proizvodnje nije moguć.

Moderne tehnologije

Virtuelna realnost (Virtual reality - VR), proširena realnost (Augmented reality - AR), programiranje robota, simulacije rada fabrika... Bez 3D CAD softvera ni jedna od ovih modernih tehnologija nije moguća.

...
     

To je to, mislim da sam većinu bitnih prednosti spomenuo. Ovo sigurno nije potpuni spisak prednosti 3D CAD u odnosu na 2D CAD softvere i verovatno ću ga vremenom proširivati. Ako ste primetili da neka prednost nedostaje, slobodno mi javite.

Posledice ovih prednosti na razvoj proizvoda su izuzetno velike:

• povećanje kvaliteta,

• povećanje kreativnosti,

• smanjenje troškova,

• otklanjanje grešaka dok su u računaru,

• bolja komunikacija,

• brže donošenje odluka,

• rano sagledavanje da li proizvod zadovoljava sve kriterijume,

• rano sagledavanje da li je proizvod moguće napraviti,

• rano sagledavanje troškova,

• pojednostavljenje procesa projektovanja i konstruisanja,

• povećanje preciznosti,

• ...

Napomena: Treba naponenuti da i dalje postoje tehničke oblasti gde 2D CAD softveri imaju više prednosti i gde ne postoji praktična potreba za uvođenjem 3D CAD softvera.