V blogu je prikazan primer, kako se soočiti s kompleksnimi izzivi sinteze mehanizmov s pomočjo uporabe SOLIDWORKSa. Za primer je uporabljeno električno kolo BriefBike, ki je zasnovano tako, da se zloži kot dežnik.
Optimizacija mehanizma z zelo kompleksnimi omejitvami je lahko velikokrat s pomočjo le ene skice prezahtevna. V teh primerih posežemo po uporabi večstopenjskega pristopa. Nastavimo skico za eno konfiguracijo vrednosti parametrov. Sledi uporaba skripte za izračun narejene skice z izbrano konfiguracijo kot tudi za veliko drugih konfiguracij in zabeleži izračunane vrednost vezanih dimenzij. Na koncu se s pomočjo preglednice napravi analizo rezultatov in poišče optimalno zasnovo. V praksi je do končne, optimalne zasnove potrebnih več iteracij. Diagram dejanskega poteka postopka je prikazan spodaj.
S pomočjo SOLIDWORKS API narejena skripta je zmožna branja konfiguracij, reševanja zastavljenih modelov in shranjevanja rezultatov. Za vhodne in izhodne podatke uporablja 3 preproste besedilne datoteke:
Vhodne_datoteke.txt:
To datoteko ustvari uporabnik, da definira problem, ki ga želi rešiti. Datoteka vsebuje 3 vrstice:
- Ime SOLIDWORKS datoteke, ki jo želi odpreti in z njo komunicirati
- Seznam vezanih dimenzij, ločenih z vejicami, ki jih skripta posodobi
- Seznam vezanih dimenzij, ločenih z vejicami, ki jih skripta zabeleži
Parametri.txt:
Tudi to datoteko ustvari uporabnik. Vsaka vrstica predstavlja drugačno konfiguracijo kot seznam vrednosti, ločenih z vejicami, pri čemer vsaka vrednost ustreza eni od vezanih dimenzij, navedenih v drugi vrstici v Vhodne_datoteke.txt.
Izhodne_datoteke.txt:
Datoteka je ustvarjena samodejno s strani skripte. Struktura je podobna datoteki Parametri.txt, pri čemer vsaka vrstica predstavlja tudi drugačno konfiguracijo kot seznam vrednosti, ločenih z vejico za vsak parameter. V tem primeru so navedeni gnani parametri, navedeni v tretji vrstici datoteke Vhodne_datoteke.txt.
Razumevanje omejitev
Omejitve e-kolesa BriefBike so bile, da se mora kolo razviti iz zloženega stanja v stabilno vozno kolo v manj kot 0,5 sekunde. Prav tako mora imeti vozno geometrijo, primerljivo z običajnim kolesom in biti strukturno učinkovito.
BriefBike je bil zasnovan tako, da ga lahko preprosto vlečete za sabo na dveh manjših kolesih. To je v nasprotju s sedanjimi zložljivimi kolesi, ki se, če so opremljena s koleščki, obnašajo bolj kot slabo stabilni štirikolesni kovčki. Tako zasnovana kolesa je v zloženem stanju potrebno potiskati pred seboj in jih aktivno krmiliti, kar se razlikuje od običajnih zložljivih koles, ki se jih običajno vleče za seboj. Ker zloženo kolo poganjamo z roko, ki je precej oddaljena od majhnih koles, pride do slabe stabilnosti kolesa. Za hitro premikanje in krmarjenje po neravnih površinah bi potrebovali dve kolesi, ki sta za razliko od BriefBike zasnove med seboj bolj oddaljeni in ga lahko vlečete za seboj. Taka zasnova bi bila bolj stabilna, a bi tudi samo kolo v zloženem stanju bilo nekoliko večje.
Pred zasnovo dejanske skice sinteze mehanizma je bila ustvarjena preprostejša skica za definiranje osnovne geometrije vožnje kolesa. To vključuje parametre, kot so medosna razdalja, sled in kot krmila kolesa. Za določanje kota glave je bila uporabljena linearna dimenzija, saj je bilo tako delo v API-ju lažje.
Dejanska sinteza mehanizma je izvedena s skico, ki prikazuje štiri-palično povezavo v dveh položajih – v zloženi in sestavljeni oz. vozeči obliki. Vsaka palica je omejena tako, da je dolžina palice enaka v obeh položajih. Nadaljevali smo z dodajanjem dimenzij in omejitev, dokler skica ni popolnoma definirana. Na podlagi dodanih dimenzij in omejitev se določijo dolžine povezav in položaji spojev. Nastavitev te skice za robustno reševanje s širokim razponom različnih vrednosti parametrov je bil najzahtevnejši del razvoja kolesa. Z razvojem koncepta je bilo potrebno nekoliko spremeniti tudi prej določene omejitve.
Tudi s tem avtomatiziranim pristopom ni mogoče rešiti mehanizma za vsako možno kombinacijo parametrov. Model ima skupaj 16 vezanih parametrov. Če bi imel vsak parameter le pet vrednosti, bi bilo skupnih kombinacij 150 milijard in SOLIDWORKS bi potreboval stotine let, da jih reši. Metoda se torej začne z ročnim testiranjem vsakega parametra, s čimer dobimo občutek vpliva vsakega parametra posebej. Šele ko postane nadzorovanje interakcij na tak način težko razumljivo, se uporabi skripta za računalniško iskanje parametrov.
Ta projekt je šel skozi šest ponovitev z do 40.000 testiranimi konfiguracijami naenkrat. Ustvarjanje tabele z vsemi različnimi kombinacijami je tisto, kar je pri načrtovanju poskusov znano kot celoten faktorski nabor. Za velike nize parametrov je za ustvarjanje tabele potreben avtomatiziran pristop. To lahko storite s programom Power Query – orodje znotraj Excela.
Najprej se v Excelu ustvari tabela za vsak parameter, v kateri so navedene vrednosti, ki jih je treba testirati. Vsaka tabela je nato povezana s poizvedbo v Power Queryju, ki ustvari eno samo veliko večjo tabelo z vsemi možnimi kombinacijami. Dejanski postopek je nekoliko zapleten, vendar je jasno razložen v tem YouTube posnetku. Tabelo konfiguracij lahko nato izvozite v besedilno datoteko, ki jo skripta lahko prebere.
Ko je skripta prišla do rešitev vseh konfiguracij, vnesemo vse vhodne in vse izhodne vezane dimenzije v eno Excelovo tabelo. Takšna tabela ima stolpec za vsak parameter in vrstico za vsako konfiguracijo. Nato ustvarimo dodatne stolpce za izračun parametrov, kot na primer skupne sile na podlagi dolžin členov okvirja. Ko so vsi ti podatki v eni tabeli, je mogoče filtrirati konfiguracije tako, da najdemo tiste z najboljšo zmogljivostjo.
Rezultat tega je bila izbira zasnove z daljšo medosno razdaljo, strmejšim kotom krmila, bolj neposrednimi koti prenosa, nižjimi silami v sklepih in bolj kompaktnim zloženim paketom. Več o BriefBike lahko izveste na www.BetterBicycles.org
Za več informacij glede SOLIDWORKS programske opreme lahko kontaktirate IB-CADDY na info@ib-caddy.com ali 01 566 12 55.
Vir:
Jody Muelaner, Mechanism Design for Folding Bike Using SOLIDWORKS, Engineers Rule Blog, april, 2023. Dostopno na: https://trimech.com/blog/generating-boms-with-product-release-engineer-using-3dexperience