Výuka ICT ve strojírenství

Snad nejčastější otázkou našich kolegů ze škol je: „jakým způsobem navázat na výuku CAD aplikací?“. Ve školách (střední odborné školy, učiliště) se za několik let staly standardem nejen 2D aplikace, ale postupně se začínají objevovat i velmi úspěšné integrace 3D modelování. Oblast výuky CAD má v našem školství více než desetiletou a velmi úspěšnou tradici, a proto lze v řadě oblastí nejen srovnávat se situací ve světě.

V našem článku se pokusíme nastínit základní představu provázanosti systematické výuky jednotlivých oblastí ICT ve strojírenství. Jako startovací bod volíme znalosti získané v modulu P-CAD projektu SIPVZ, které lze cíleně využít nejen ve výuce CAD technologií. V několika uplynulých letech jsme se detailně zabývali návrhem komplexní výuky ICT ve strojírenství, která by byla postavena na nejnovějších trendech v oblasti komplexních PLM systémů (Product Lifecycle Management).

Moderní průmyslové podniky a firmy opírající se o digitální technologie
a špičkové odborníky jsou dnes jedinou cestou k prosperitě

Prvotní myšlenkou bylo vytvoření obecné metodiky, která by navazovala na výuku CAD aplikací na našich školách a soustředila by v sobě požadavky průmyslových podniků v této oblasti na absolventy škol.

Informace od:

• dodavatelé technického software
• analýza současné úrovně PLM
• zkušenosti z praxe
• úroveň vybavení škol ICT
• úroveň této oblasti v zahraničí

jsme detailně analyzovali a dnes vám nabízíme zobecnělou podobu metodiky výuky ICT ve strojírenství. Nejedná se samozřejmě o žádné dogma, ale o určitou recepturu, na jaké oblasti je vhodné se zaměřit při řešení školení a výuky této problematiky tak, aby šla ruku v ruce se strategií PLM.

Nezapomínejme na význam technického kreslení a normalizace

Spolupráce, kooperace, globalizace, to jsou slova, která se v posledních letech skloňují v průmyslu stále častěji. Právě v řešení těchto oblastí hledají firmy a podniky své strategické partnery po celém světě. Jistým „technickým esperantem“ jsou jim pak dodržované standardy a normy.

Nejsou vzácné případy v dnešní době, kdy vámi vytvořený výkres je při klepnutí myší na funkci ulož přenesen pomocí IP sítě do centrální databáze PLM systému. Servery jsou při tom umístěny například v dalekých horách někde v Coloradu a na sousední součásti pracuje o tisíce kilometrů dále v Japonsku váš kolega.

Typická ukázka - standardy, normalizované díly a projekty v PLM
On-line služba pro sdílení projektů Buzzsaw, Internet, 2005

V oblasti spolupráce hrají výraznou úlohu znalosti normalizace, pravidel kreslení, které můžeme použít.

Jak začít? - Technické kreslení

Cíl výuky: Osvojení základních oborových znalostí a dovedností pro tvorbu technické dokumentace v návaznosti na mezinárodní normalizaci a průmyslové standardy.

• Technická normalizace
• Technické zobrazování
• Kótování
• Tolerování rozměru
• Struktura povrchu
• Geometrické tolerance
• Strojní součásti, konstrukční prvky a spoje
• Konstrukční dokumentace
• Výkresy polotovarů
• Perspektivní metody konstruování

Životní cyklus výrobku definovaný pomocí PLM systémů

PLM systém (Product Lifecycle Management) popisuje životní cyklus výrobku, který je ovlivňován řadou faktorů. Lze s nadsázkou říci, že výrobek je provázen od první myšlenky až po likvidaci „digitálním popisem“, který v sobě zahrnuje veškeré informace pro jeho návrh, vytvoření, prodej, support, modernizaci a likvidaci.

Provázanost jednotlivých životních cyklů výrobku
Stav ICT standardů ve strojírenství, 2005

Samozřejmě jedním ze stěžejních požadavků na výrobek je jeho jakost a kvalita. Ta určuje, bude-li výrobek „dobrý sluha a ne špatný pán“. Důraz na jakost a kvalitu celého výrobního procesu firmy navíc považují za prestižní a často stěžejní myšlenku svých PR (Public Relations) aktivit. Právě z tohoto důvodu považujeme za žádoucí neoddělovat „globální pohled“ PLM systémů na celý životní cyklus výrobku od aktivit směřujících k zajištění jakosti a kvality. Touto problematikou se zabývá oblast CAQ (Computer Aided Quality).

Cíl výuky: Výuka problematiky CAQ / PLM v oboru strojírenství bez ohledu na produkt.

• Přínosy a význam norem ISO 9000 : 2000
• Základy metrologie, nejistoty měření
• Evidence a kontrola měřidel s podporou PC
• CNC měřící stroje, směry vývoje
• FMEA – Analýza způsobů a důsledků závad
• SPC - Statická procesní regulace
• MSA - Analýza systému měření
• PLM „řízení životního cyklu“
• Zabezpečení dat
• PLM software řešení
• Vývojové trendy PLM
• Závěrečný projekt

Rozšiřte si znalosti CAD v návaznosti na modul P-CAD SIPVZ

V úvodním modulu P-CAD projektu SIPVZ získali naši uchazeči základní přehled o problematice CAD aplikací (Computer Aided Design). Zřejmě nejčastější otázkou našich školitelů je: „učit 2D nebo 3D“. My jsme hledali odpověď na několika velkých firmách a je zřejmé, že 3D bude hrát ve strojírenství stále výraznější prim.

Problém nasazení a integrace 3D modelování do vlastního procesu a činnosti firmy je spojen s celou řadou úskalí. Díky úsilí firem vyvíjejících software se daří řadu problémů velmi rychle řešit. Rozhodující slovo v této věci hrají samozřejmě požadavky zákazníka a optimalizace poptávky a nabídky a v neposlední řadě výkon hardware.

Inspiraci pro výuku CAD lze brát dnes z komerčních projektů po celém světě
Komerční projekty, ČR, SR, USA, 2005

Nikdy nesmíme ovšem zapomenout na nutnost existence precizní 2D dokumentace, která splňuje požadavky jak z hlediska formy, tak z hlediska obsahu. Navíc je ve strojírenství celá řada problémů u kterých je řešení pomocí 3D systému neefektivní. Z tohoto důvodu považujeme za žádoucí udržet směr na jehož začátku stojí perfektní oborová znalost technického kreslení a norem s možností následného provázání s 2D a 3D systémy.

Také studenti si mohou vyzkoušet práci v týmu na společném projektu
SPŠ Uherské Hradiště, ČR, 2005

Výuka 2D CAD v návaznosti na P-CAD SIPVZ

Cíl výuky: Výuka problematiky CAD v oboru strojírenství bez ohledu na produkt.
Aplikace: AutoCAD, AutoCAD LT, Microstation…

• Souhrnné opakování P – CAD SIPVZ
• Význam CAD pro digitální spolupráci
• Tvorba a úpravy 2D objektů
• Efektivní postupy 2D navrhování
• Metodika tvorby sestav
• Bloky a reference
• Standardy kótování
• Oborové nadstavby
• Týmová spolupráce
• Elektronické publikování pomocí PLM
• Závěrečný projekt

Obecně lze říci, že strojírenství patří k oboru s nejvýraznější perspektivou plné integrace 3D řešení. Proto jim bezesporu v budoucích letech věnujeme ve výuce dominantnější větší pozornost. Nestačí ovšem vyučovat pouze modelování, ale tvorbu komplexní 3D dokumentace.

Výuka 3D CAD v návaznosti na P-CAD SIPVZ

Cíl výuky: Výuka problematiky CAD v oboru strojírenství bez ohledu na produkt.
Aplikace: NX, CATIA, Pro/Engineer, Inventor, SolidWorks, SolidEdge …

• Souhrnné opakování P – CAD SIPVZ
• Význam CAD pro digitální spolupráci
• Tvorba a úpravy 3D součástí
• Efektivní postupy 3D navrhování
• Metodika tvorby sestav
• Knihovny součástí
• Tvorba výkresů
• Oborové moduly
• Výměna dat
• Elektronické publikování pomocí PLM
• Závěrečný projekt

Od modelu až po výrobek, cesta realizovatelná u nás i v zahraničí
Silicon Valley, USA, 2004

Počítáme a analyzujeme

Součásti jakéhokoli technického návrhu a studie musí je přirozeně celá řada výpočtů a analýz. Právě v této oblasti poskytuje virtuální prototyp nového výrobku celou řadu možností, které byly v dřívějších dobách ve fázi návrhu pouze na úrovni teorie.

Mechanická analýza pomocí FEM
COMSOL Multiphysics, 2005

U virtuálního prototypu výrobku si můžete nejen navrhnou a pročítat všechny potřebné vlastnosti pomocí CAE aplikací (Computer Aided Engineering), ale následně pomocí FEM analýz (Finite Element Method) celé řešení prověřit. Výuka této problematiky je samozřejmě vázána na výborné znalosti Matematiky, Fyziky, Mechaniky, Pružnosti a pevnosti atd.

FEM analýzy lze využít pro řešení multifyzikálních úloh
ANSYS, 2005

Výuka CAE a FEM

Cíl výuky: Výuka problematiky CAE / FEM v oboru strojírenství bez ohledu na produkt.
Aplikace: MITCalc, FEMLAB, ANSYS, COSMOS, MSC NASTRAN …

• Přístupy a principy CAE výpočtů
• Speciální CAE výpočtové programy
• Výpočtové programy integrované v CAD
• Základy FEM metod
• Definice geometrie
• Fyzikální rozbor úlohy
• Řešení úlohy
• Postprocessing
• Závěrečný projekt

Od návrhu k reálnému výrobku

Ve strojírenství mají své nezastupitelné místo v této oblasti CAM aplikace (Computer Aided Manufacturing). Jedná se o řadu produktů různých výrobců, které jsou určeny pro vytvoření technologie na základě vstupní geometrické 2D nebo 3D charakteristiky. Právě spojení 3D modelování s následným zpracováním technologie v CAM systémech a generováním kódu pro řídící systém CNC stroje je díky své efektivitě atraktivní u celé řady firem a podniků. Toto řešení je efektivní prakticky pro všechny typy výroby a je preferováno především v kusové a sériové výrobě.

Technologie soustružení v podání CAM systému
EdgeCAM, 2005

Kvalita 3D CAM systémů již jde dokonce tak daleko, že si můžete do aplikace dosadit model svého výrobního zařízení a simulovat celý výrobní proces včetně upínání materiálu, kontroly bezpečnostních pásem a nebezpečí vzniku kolizních stavů.

Technologie frézování a vrtání v podání CAM systému
EdgeCAM, 2005

Výuka CAM aplikací

Cíl výuky: Seznámení studentů s problematikou CAM v oboru strojírenství.
Aplikace: EdgeCAM, Kovoprog, SurfCAM, SolidCAM, MasterCAM …

• Význam číslicově řízených strojů, efektivita
• Tvorba geometrie součásti, import dat
• Volba polotovaru pro obráběnou součást
• Počátek a bezpečnostní pásmo
• Návrh technologie
• Nástroje, volba řezných podmínek
• Základní technologické operace
• Řídící systém obráběcího stroje
• Struktura ISO kódu
• Postprocesory
• Závěrečný projekt
  

První studentské výrobky u nás i ve světě

Návaznost na odborné předměty

Výuka jakékoli aplikované informatiky musí jít ruku v ruce s jejím využitím v odborných předmětech. Oddělení ICT od vlastní oborové problematiky je vždy velmi zavádějící a neefektivní. Výpočetní techniku musíme považovat vždy pouze za nástroj v rukou odborníků. Skloubením perfektních oborových znalostí, které podpoříme těmi nejmodernějšími nástroji můžeme dosáhnout správného cíle.

Za velmi efektivní považujeme okamžité nasazení všech znalostí ICT do výuky odborných předmětů. Studenti mohou pracovat nejen na oddělených projektech, ale díky strategickému využití komunikace a studentských verzí software mohou vytvářet ve vyšších ročnících rozsáhlejší samostatné projekty, které tak výrazně přibližují výuku reálné praxi, kde jednotlivec nikdy nedosáhne takového výsledku jako perfektně fungující tým specialistů.