E. Lacher. CAD-Systeme

Transkript

1 E. Lacher CAD-Systeme

2 Aus dem Programm Maschinenbau/lnformatik Roloff IMatek Maschinenelemente Lehrbuch: Normung - Berechnung - Gestaltung, von W. Matek, D. Muhs und H. Wittel Konstruieren und Berechnen, von H. Hintzen und L. Laufenberg Handbuch Vorrichtungsbau, von H. Matuszewski Handbuch I ndustrieroboter, von H. Raab CAD-Systeme von E. Lacher Digitale Regelung mit Mikroprozessoren, von N. Hofmann Getriebelehre mit dem Mikrocomputer, von H. Burde Mikroprozessoren, von H. Schumny Vieweg /

3 Erwin Lacher CAD-Systeme Grundlagen und Anwendungen der geometrischen Datenverarbeitung Mit 59 Obungsaufgaben Friedr. Vieweg & Sohn Braunschweig/Wiesbaden

4 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Lacher, Erwin: CAD-Systeme: Grundlagen u. Anwendungen d. geometr. Datenverarbeitung; mit 59 Obungsaufgaben / Erwin Lacher. - Braunschweig; Wiesbaden: Vieweg, ISBN-13: e-isbn-13: : / Aile Rechte vorbehalten Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbh, Braunschweig 1984 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1984 Die Vervielfiiltigung und Obertragung einzelner Textabschnitte, Zeichnungen oder Bilder, auch fur Zwecke der Unterrichtsgestaltung, gestattet das Urheberrecht nur, wenn sie mit dem Verlag vorher vereinbart wurden. 1m Einzelfall mub uber die Zahlung einer Gebuhr fur die Nutzung fremden geistigen Eigentums entschieden werden. Das gilt fur die Vervielfiiltigung durch aile Verfahren einschlieblich Speicherung und jede Obertragung auf Papier, Transparente, Filme, Biinder, Platten und andere Medien. Dieser Vermerk umfabt nicht die in den 53 und 54 URG ausdriicklich erwiihnten Ausnahmen. Umschlaggestaltung: Peter Neitzke, Koln

5 - 1 - Inha1tsverzeichnis fu~rt 4 Ein1eitung 6 1 Erfassung geometrischer Informationen Ziffern und Zeichenfo1gen Koordinaten MenUtechnik Aktionen Rasterabtastung Mustererkennung Ubungen 14 2 Speichern und Wiederauffinden geometrischer Informationen Prinzipien und Prob1eme der Informationsverwa1tung Identifikation und Vertei1ung von Informationseinheiten Anderungen an Informationseinheiten Komponenten von Datenverarbeitungsan1agen Speichertypen DatenUbertragunswege Zentra1einheiten Konfigurationen Engpasse im rea1en Betrieb 2.3 Dateiorganisationsformen und Zugriffsmethoden Sequentie11e Dateiorganisation Gekettete Dateiorganisation Direkte Dateiorganisation Hierarchische Dateiorganisation Datenbanken 2.4 Speicherung geometrischer Informationen Metrische und topo1ogische Informationen Strukturinformation Beschreibende Informationen Normierungen 2.5 Ubungen 3 Verarbeitung geometrischer Informationen Grundbegriffe der numerischen Mathematik Zah1endarste11ung 33 33

6 Rundungsfehler Kondition Konvergenz Numerische Verfahren 3.2 Grundbegriffe der Differentialgeometrie Darstellung von Kurven und Flachen Geometrische Bedeutung von Differentialoperationen Abbildungen und Invarianten Scharen und HUllgebilde Analytische Beschreibung von Kurven und Flachen Bedeutung und Probleme Technisch wichtige Flachen Numerische Beschreibung von Kurven und Flachen Geometrische Forderungen Gewichtsfunktionen und Interpolation Approximation Ungeordnete StUtzpunktmengen 3.5 Schnitt von Kurven und Flachen Gewinnung von Schnittpunkten Aufteilung in KurvenzUge 3.6 Schnitt von Korpern Elementare Objekte und Transformationen Geometrische Subtraktion und Addition IJeitere Volumenoperationen 3.7 Spezifizierung des Verarbeitungsablaufs 3.8 Ubungen Ausgabe geometrischer Informationen 4.1 Darstellung von 2-dimensionalen Objekten Vektorgerate Rastergerate Bildwiederholungsgerate Darstellung im zeitlichen Ablauf Gerate- und Rechnerunabhangigkeit 4.2 Darstellung von 3-dimensionalen Objekten Transformationen und Projektionen Simulation der dritten Dimension 4.3 Ubungen 5 NC-Fertigung 5.1 EinfUhrung 5.2 APT-System Geometriedefinitionen zur WerkzeugfUhrung

7 Verarbeitungsoperationen und Ergebnisse Gesamtumfang der APT-Sprache Beispiele 5.3 Ubungen Methode der Finiten Elemente 6.1 Oiskretisierung eines Kontinuums 6.2 Elementtypen und Formfunktionen 6.3 Erstellung eines FEM-Programms 6.4 Automatische Oiskretisierung 5.5 Ergebnisauswertung 6.6 Weitere AnwendungsmHglichkeiten 6.7 Beispiele 6.8 Ubungen los Robotereinsatz 7.1 Geometrie, Bewegungsablauf und Krafte 7.2 Intelligenz durch Sensoren 7.3 Programmierung 8 Zusammenfassung 8.1 Zentrale CAO-Systeme 8.2 Anwendungen mit geometrischer Basis 8.3 Wirtschaftlichkeit 8.4 Integration des gesamten Produktionsprozesses LHsungsvorschlage zu den Ubungen Kapitel 1 Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 Kapitel 5 Kapitel 6 Algorithmen- und Programmverzeichnis Kommentiertes Literaturverzeichnis Glossar Sachwortverzeichnis

8 - 4 - Vorwort Das Ziel dieses Buches ist es, LUcken zu schlieben. In den letzten Jahren hat die Verarbeitung geometrischer Daten als Grundlage zahlreicher, jedoch voneinander isolierter Bereiche in der Entwicklung und Fertigung technischer Produkte einen beachtlichen Stand erreicht. Die im Interesse der Rationalisierung und Konsistenz notwendige Integration der verschiedenen Bereiche mittels anwendungsneutraler CAD-Systeme erfordert hinreichende Detailkenntnisse aus allen betroffenen Fachgebieten. Durch Aufzeigen der gemeinsamen Probleme der Verarbeitung geometrischer Daten sowie der Eigenarten der verschiedenen Anwendungsbereiche sol len - Ubergangsmoglichkeiten zwischen Insellosungen - Erweiterungen und Anpassungen schlusselfertiger Systeme - Mitarbeit an der Entwicklung und dem Betrieb solcher Systeme aufgrund der Kenntnisse und Fertigkeiten moglich gemacht werden. Die Leser dieses Buches ergeben sich aus - (zukunftigen) Anwendern von CAD-Systemen, also Student en und Berufstatigen der technischen Fachrichtungen wie Maschinenbau, Architektur, Bauingenieurwesen, Kartographie, Elektrotechnik, Wirtschaftsingenieurwesen - (zukunftigen) Betreuern und Entwicklern dieser Systeme, also Informatikern und ihren Partnern aus anderen Fachgebieten. Die Voraussetzungen fur dieses Buch zum prinzipiellen Verstandnis sind die Kenntnis der wichtigsten Begriffe und Tatsachender Differential- und Integralrechnung sowie der analytischen Geometrie. Zum vollstandigen Verstandnis und zur Losung der Ubungen ist Erfahrung mit einer hoheren Programmiersprache und ihrem Umfeld erforderlich. DarUber hinausgehende hier notwendige mathematische und dv-technische Kenntnisse werden in moglichst knapper Form mit Angabe der Standardliteratur beschrieben. Die Prinzipien dieses Buches sind - "Ein Bild sagt mehr als tausend Worte" Graphische PlausibilitatsUberlegungen und verbale Beschreibungen werden mathematischem Formalismus vorgezogen. Auf explizite Formeln und Algorithmen wird in einem gesonderten Verzeichnis verwiesen.

9 "Es gibt nichts Gutes, auber man tut es" Entsprechend diesem Wort Erich Kastners werden fur jedes Kapitel praktische Ubungen zur Umsetzung der vermittelten Kenntnisse in detallierte Fertigkeiten angeboten. 1m Studienbetrieb ist hier ein Rechnerpraktikum unbedingt erforderlich. - "So konkret wie moglich, so allgemein wie notig" In der Tatigkeit des Ingenieurs Uberwiegt die konkrete Erfahrung an Wirksamkeit die abstrakte Theorie bei wei tern. Zur Erkennung Ubergeordneter Zusammenhange ist jedoch auch ein bestimmtes Abstraktionsniveau erforderlich. Mein Dank gilt Herrn Kollegen Spath fur die kritische Durchsicht des Manuskripts und fur seine konstruktiven Vorschlage sowie Herrn Schmitt yom Vieweg Verlag fur seine geduldige Betreuung als Lektor.