Tugas Pemodelan CAD CAM Felix Hariyanto Husada [PDF]

Citation preview

TUGAS CAD/CAM



Oleh: Felix Hariyanto Husada 061001500552



Jurusan Ekstensi Teknik Mesin Universitas TrisaktI



1.1



Pemodelan pada CAD/CAM/CAE



Suatu proses untuk membuat struktur data yang digunakan untuk merepresentasikan obyek melalui proses solusi matematis, biasanya menggunakan software CAD/CAM/CAE. 1.2



Pemodelan Geometrik



Teknik pemodelan geometri merupakan variabel mendasar dari aplikasi teknologi virtual set. Dalam teknologi virtual, parameter utama adalah kecepatan dalam men-generate gambar. Dalam hal ini output dan karakter sebuah model geometri merupakan variabel dasar dari generated image yang memegang peranan penting dalam menentukan kecepatan rendering. Manfaat Pemodelan Geometrik Dalam CAD/CAM Menurut Mortenson 1. Part Representation Representasi Model Lengkap termasuk data geometri dan topologi; 2. Design Fleksibilitas dan Kemudahan PerubahanGeometris Sesuai dengan Fungsinya atau Estetisnya. 3. Rendering Data Base yang Ringkas & Kecepatan Akses Data untuk Waktu tampilan atau simulasi.



1.3



Tipologi dan Geometri



Topologi merupakan hubungan dasar dari entitas geometris dalam suatu obyek. Setiap entitas geometris, seperti titik, garis, permukaan memiliki elemen topologi, seperti vertex, edge, face. Topologi dari objek 3D dibatasi oleh beberapa permukaan. Hubungan topologi yang sama tetap sama untuk setiap tetrahedron, dari berbagai ukuran atau orientasi.Topologi juga merupakan cabang matematika yang bersangkutan dengan tata ruang yang tidak berubah dalam deformasi dwikontinu (yaitu ruang yang



dapat ditekuk, dilipat,disusut, direntangkan, dan dipilin, tetapi tidak diperkenankan untuk dipotong, dirobek, ditusuk. 



Face digambarkan dengan persamaan permukaan(e.g. planar, conic, free form, etc). Sebuahpermukaan dibatasi oleh sisi.







Edge diperoleh dari sebuah persamaan (line, circle, curve)







Loop sekumpulan sisi, sebuah elemen topologi antara betweenface dan edge







Vertex Titik yang merupakan perpotongan dari garis. Pada segitiga terdapat tiga buah vertex



1.3.1 Teknik Dasar Pemodelan Geometrik



1.3.1.1



Pemodelan Wire frame



Merupakan rangkaian garis yang yang membentuk kerangka kawat 3D,dengan hanya menentukan sisi dan vertice,tidak mempunyai permukaan.Terjadi batasan permukaan yang ambiguouity ; sehingga dapat memberikan menimbulkan pengertian lebih dari 1pengertian ( sebagai contoh tidak ada hitungan volume , tidak ada pembentukan lintasan pahat NC )



1.3.1.2



Metode Pendefinisian Kurva-Kurva Sintesis



1. Analitik (Titik, Garis, Arcus, Lingkaran, Fillet/Chamfer, conus, Ellipse, Parabola, Hiperbola) 2. Sintetik (Macam-macam spline (Cubic Spline, B Spline, (nu) ,Spline) dan kurva bezier.



Kurva Sintetik : 



Cubic Spline Satu set data titik-titik Slope awal & akhir







Bezier Curve Satu set data titik-titik







Spline Curve Merupakan pendekatan sekumpulan data titik-titik dan Interpolasi sekumpulan data titik-titik.







NURBS Nonuniform Rational B-Spline (B-Spline dengan sekumpulan titik yang tidak seragam). Pada kenyataannya NURBS ini yang terdapat dalam CAD dan



1.4



Pemodelan Surface



a. Disimpan dalam bentuk persamaan matematik Surface b. Garis-garis dapat disembunyikan c. Kebanyakan libraries 3 D Graphis menggunakan pemodelan surface d. Baik untuk pemvisualisasian permukaan yang kompleks dan pembuatan lintasan pahat pada otomasi NC dari permukaan yang komplek.



Plane



a. Surface



Surfaces



Paling Sederhana b. Diperlukan 3 titik yang tidak berimpit untuk mendefinisikan sebuah bidang terbatas



Ruled



a. Sebuah



(Lofted)



surface linier



Surfaces



b. Surface ini diinterpolasi secara linier antara 2 curva c. pembatas yang mendefinisikan surface (rails)



Surface of



a. Sebuah



Revolution



permukaan asimetrik yang dapat menjadi model simetrik b. Dibangun dengan merotasi sebuah entity wire frame planar, dalam suatu ruang simetri terhadap sumbu dengan suatu sumbu yang pasti.



Tabulated



Surface



Cylinder



dibangun dengan mewujudkan sebuah kurva planar sepanjang jarak yang pasti pada arah yang ditentukan.



Bezier



a. Surface yang



Surface



merupakan hasil pendekatan dari sekumpulan data titik. b. Hanya dapat dikontrol secara global.



B Spline



a. Surface



Surface



merupakan hasil pendekatan atau interpolasi dari sekumpulan data titik. b. Dapat dikontrol secara global maupun local B spline surface



Fillet



a. Sebuah B



Surface



Spline Surface yang digunakan untuk memadukan dua surface menjadi satu. b. Kedua surface tidak di trimmed



Coons Patch a. Surface ini digunakan dengan batas terbuka Coons Patch atau sekumpulan data titik. b. Patch Digunakan untuk membuat surface dengan menggunakan kurva yang membentuk batas tertutup. Offset



Surface-surface



Surface



yang ada dapat di offset untuk membuat suatu bentuk identik tetapi mempunyai dimensi yang berbeda.



2.1



Pemodelan 3D Solid



Pemodelan Solid merupakan kunci dalam CIM (Computer Integrated Manufacturing), Merupakan solusi teknik dalam pengotomasian dan pengintegrasian



desain dan fungsi manufaktur. Teknik Pemodelan Solid berdasarkan pada penginformasian lengkap, valid dan penggambaran yang pasti dari suatu objek Kelengkapan dan kepastian model serta informasi yang diperoleh (Volume, Momen inersia) dari model lebih baik dari surface dan wire frame model karena solid modelnya menyimpan informasi geometri dan topologinya. Memerlukan Hardware dengan spesifikasi lebih tinggi jika dibandingkan dengan surface dan wire frame. 



Block







Bola



2.2







Slinder



Baji (Wedge )







Kerucut



Ring



Teknik-Teknik Pembuatan Solid Modeling



1. Pure Primitive instancing (PPI) PPI Melibatkan pemanggilan gambaran-gambaran bentuk primitive solid seperti blok, bola, silinder dan bentuk-bentuk solid primitive yang sudah diskalakan.



2. Spatial Occupancy Enumeration (SOE) Penggambaran sesuatu dengan mengisi ruangnya. Seumpama sebuah kubus yang dipecah menjadi kubus-kubus kecil, dan kemudian kubus-kubus kecil itu diisi sesuai dengan geometri objek. o Bekerja dengan baik untuk hal-hal seperti data medis MRI atau CAT scans, mengisi sendiri kubusnya sedikit demi sedikit. o



Data dihubungkan dengan masing-masing voxel (volume element)



Masalah yang harus diatasi: o Untuk sesuatu yang mempunyai volume kecil atau resolusi rendah , jumlah dari voxels meledak. o Catatan bahwa jumlah dari voxels tumbuh dengan kubus dari dimensi linear.



Penggambaran pengisian ruang pada SOE: Metode ruang subdivisi menggunakan skema rekursif untuk kerusakan atau membagi solid. Divisi biasanya berupa blok persegi panjang.



Penggunaan voxel dalam penggambaran dalam casting. Pada gambar pertama, daerah merah mewakili daerah stres yang tinggi atau berat. Pada gambar kedua, hanya wilayah terberat stres ditampilkan.



Struktur Data Spatial Octrees adalah suatu contoh dari sebuah struktur data spatial. Sebuah struktur data secara spesifik didisain untuk menyimpan informasi dari sifat dasar sebuah spatial . Pada graphics, octrees seringkali digunakan untuk menyimpan informasi dimana polygons, atau bentuk primitif lainnya, dilokasikan dalan suatu scene. Mempercepatperhitungan dengan membuatnya cepat untuk menggambarkan kapan sesuatu relevan atau tidak.



3. Cell Decomposition (CD) Penggambaran Solid sebagai suatu kombinasi dari sel-sel yang tidak teratur yang digabung bersama. (Ex: FEA) Cellular Decomposition menampilkan solid sebagai kombinasi sel yang tidak teratur yang ditempel di wajah umum. Berikut adalah contoh dari Analisis Elemen yang digunakan dalam pencitraan satelit. Warna-warna menunjukkan aktivitas setiap sel.



4. Sweeping Lintasan umumnya berbentuk kurva . Poligon yang di sweep (sapu) dapat ditransformasikan bergerak sepanjang lintasannya. Sulit untuk menghindari self-intersection, karena : a) Banyak elemen mesin mempunyai sumbu simetri didefinisikan sebagai obyek 2-1/2 D b) Sweep seringkali lebih intuitif untuk digunakan daripada operasi Boolean (CSG). c) Banyak proses manufaktur (milling, turning, ...) dapat langsung dimodelkan sebagai operasi d) Bidang Normal datang dari poligon sweep dan orientasi lintasan e) Poligon Sweep mendefinisikan satu texture parameter tekstur, lintasan sweep mendefinisikan yang lainnya sweep



Suatu operasi sweep melibatkan : a) Suatu obyek yang sering kali disebut generator b) Sebuah jejak sepanjang pergerakannya



Extrusion/ Cutout Jejak suatu garis lurus tegak lurus dengan obyek



Revolved Solid Serupa dengan ekstrusi kecuali bahwa pembentukan permukaan adalah diputar pada sebuah sumbu



5. Constructive Solid Geometric (CSG) Obyek dibuat dari objek-objek primitive. Mengijinkan beberapa operasi untuk mengkombinasikan objek-objek primitive dengan cara a. Union ( gabungan) b. Intersection(irisan) c. Difference(pengurangan) o Diagram pohon CSG sebagai obyek final dicapai oleh operation-operasi primitive o Sangat efisien dalam penyimpanan dari informasi o Visualisasi diperlukan kurva tersendiri dan permukaan yang dikombinasikan dan dievaluasi o Berdasarkan dari suatu diagram pohon, seperti pemodelan secara hirarki tetapi sekarang : 1. Nodal internal adalah satu set : union, intersection or difference 2. Sisi-sisi dari cabang mempunyai transformasi yang menghubungkannya/ 3. Hasil berisi hanya geometri 



Dimotivasi oleh CAD/CAM 1. Pemesinan pada bagian seperti pada 2. Operasi –operasi lain mengurangi jumlah dari bentuk primitif yang diperlukan 3. Sebuah format umum pada produk CAD



Operasi Boolean



Keuntungan o Baik untuk penggambaran banyak hal khususnya obyek komponen mesin o Lebih intuitif dan mudah untuk dimengerti Kekurangan: o Tidak terlalu baik untuk merender poligon o Beberapa obyek agak sulit untuk digambarkan



6. Boundary Representation



Boundary representation mencatat persamaan dari kurva-kurva dan permukaanpermukaan yang terletak pada batasan antara bagian dalam dan luar dari suatu obyek 3D solid



o Obyek tertutup oleh sekelompok surface batas o Surface batas ditutupi oleh kurva batas o Kebanyakan software pemodelan solid menggunakan BReps untuk menyimpan model.



o Solid dibatasi dengan sekumpulan bidang-bidang yang mempunyai gambaran matematik (Plane, Toroid, Cylinder, dan Parametric surface seperti Bezier surface)



Boundary didefinisikan secara eksak oleh permukaan matematik dan persamaan sisi



Boundary didefinisikan dengan pendekatan oleh suatu mesh dari segitiga



Boundary Representation (B Rep) o



Masing-masing sisi dibatasi oleh sekumpulan kurva-kurva (Garis, lingkaran, kubus, sehingga menyebabkan banya memori berupa vektor)



o



Informasi penyimpanan model: (Geometrik- koordinat titik, persamaan sisi dan bidang, Topologi)



o Model Polyhedral mempunyai pembatasan permukaan o STL files mempunyai segitiga planar sebagai batasan permukaan o B-rep solid modeler dapat menggambarkan beberapa objek dengan tanpa melihatkompleksitas kontur permukaan.



2.3



Kelemahan Pemodelan Geometrik o



Data keseluruhan ada pada level yang terendah (level microskopik, perlu detail penuh)



o Seringkali dibutuhkan spesifikasi parameter-parameter (e.g. tolerancing) o Seringkali tidak mencapai sasaran disain o



3



Harus membuat ulang variasi minor dalam pengujian disain



Pemodelan Berbasis Fitur



Fitur adalah entiti tingkat tinggi & penggambaran rekayasa yang mengandung arti:suatu bagian yang membangun produk , mempunyai rekayasa signifikan, mempunyai property yang dapat diprediksi. Sistem pemodelan parametrik (parametric modeling system) adalah sistem pemodelan berbasis fitur (featurebased modeler). Dalam lingkungan parametric modeling, komponen tersusun dari gabungan fitur fitur. •



Fitur dengan ruang positif memiliki massa misalnya ekstrusi, revolve, .



•



Fitur dengan ruang negatif adalah fitur yang memotong atau mengurangi massa dari suatu komponen, misalnya hole (lubang), sweep. .



•



Berbagai variasi dari tipe fitur ; geometrik, toleransi, assembly, dll



•



Pemrograman Object oriented ; digunakan dalam mengorganisir fitur-fitur



Pengenalan Fitur: Proses Identifikasi fitur-fitur dalam suatu model CAD 1. Syntactic pattern methods Menggunakan geometrik 2D geometric untuk mencari fitur 2. Rule-based methods Menggunakan rule produksi untuk menggambarkan fitur-fitur, kemudian digunakan untuk pola yang sesuai dengan rule 3. Graph-based methods Menggunakan boundary representation atau grapfislain seperti a face-edge graph (FEG) untuk menggambarkan model, kemudian grafis tersebut dicari kemiripannya dengan fitur grafis yang ada



1. Volume decomposition: Menggambarkan penghilangan material dari bentuk bahan baku untuk memperoleh bentuk objekdan kemudian decomposisi material ini menjadi fitur umum yang berkaitan dengan operasi pemesinan 2. Alternatif untuk pengenalan Fitur, di mana model yang dibangun dari sebuah library fitur geometrik primitive



Destructive-solid geometry: Fitur-fitur menggambarkan operasi pemesinan (pengurangan material)



Constructional design by features: Disainer menggambarkan perakitan dari obyek sebagai sekumpulan fitur dengan menambahkan atau mengurangi fitur dari model (Figure 8.23)



3.1



Perbedaan Fitur Dan Geometri 3. Perbedaan dasar antara fitur dan geometri dapat dilihat dengan mempertimbangkan counterbore dan melalui lubang.



4. Fitur idapat memasukkan fitur counterbore langsung ke model . 5. Sebaliknya berbasis geometris modeler harus menghapus dua silinder, dengan berbagai diameter dan panjang berbeda. 6. Jika diubah menjadi sekrup, salah satu diameter dan kedalamanharus diubah . 7. Pada geometrik dengan desain variational, formula yang menggambarkan ukuran kepala baut dalam kaitannya dengan diameter tidak dapat diperoleh sehingga harus mengubah setiap nilai. 8. Sebaliknya dengan fitur dapat mengubah ukuran counterbore untuk baut melalui lubang yang dibuat. 3.2



Metode Pemodelan 8.1



Berdasarkan Prosedur Penyelesaian Constraint ada dua Metode yaitu



3.2.1



Rigid Constraint Satisfaction a Konstrain disimpan dan dipecahkan dalam perintah yang sama saat diperintahkan b. Flexibilitas terbatas- sukar untuk mengubah konstrain



3.2.2 Flexible Constraint Satidfication Algoritma umum konstrain, independen dari perintah yang masuk, digunakan untuk memecahkan sistem a.



Sistem Parametrik



1) Pemecahan secara berturut-turut menerapkan penugasan pada variabelvariabel model, setiap nilai yang diberikan dihitung sebagai fungsi dari nilainilai yang ditetapkan sebelumnya 2) Penugasan secara eksplisit mendefinisikan variable 3) Perintah fleksibel – digambarkan dengan suatu alur algoritma konstrain



b.



SistemVariational



1) Memecahkan dengan membangun suatu sistem dari persamaan yang menggambarkan konstrain dan memecahkannya secara serempak menggunakan prosedur pemecahan numerik atau metode yang setara 2) Persamaan dapat implisit Masing-masing mempunyai kelemahan dan kelebihan 



Variational- lebih fleksibel, dapat menghandle rangkaian konstrain







Parametrik- lebih cepat mengevaluasi & lebih tangguh



c.



System Hybrid



1) Hybrid modeling memberikan solusi terhadapkekurangan Cad tradisional untuk merekonstruksi permukaan kompleks. 2) Referensi dasar geometri-seperti datums, kurva dan fitur-primitif dapat diukur dan diambil dari scan data 3D



Desain Parametrik/Variational Prosedur Disain Parametrik/Variational Design mengijinkan perancang untuk menggunakan disain lama atau modifikasi disain secara langsung dengan usaha yang sedikit. Prosedur Disain Parametrik adalah sbb: a. Perancang membuat disain nominal (dasar) b. Perancang menggambarkan properti yang diperlukan dalam bentuk konstrain c. Sistem pemodelan menerapkan prosedur solusi umum dan mengevaluasi model (sistem akan memberitahukan perancang bila model tidak dapat dipecahkan) d. User dapat berbagi model dengan mengubah parameter model dan program pemodelan akan mengevaluasi model lagi