CIM : datamaskinintegrert produksjon 8200035069 [PDF]

Zitiervorschau

Ketil Bø

Datamaskinintegrert produksjon r* Nasjonatoibliotekst

VED NM GiBLiO I b

U n i versitetsforlaget

© Universitetsforlaget AS 1989 ISBN 82-00-03506-9 Det må ikke kopieres fra denne boka i strid med åndsverkloven og fotografiloven eller i strid med avtaler om kopiering inngått med Kopinor, interesseorgan for rettighetshavere til åndsverk.

Henvendelser om denne boka rettes til: Universitetsforlaget boks 2959-Tøyen 0608 Oslo 6 Omslag: Tor Berglie Trykk: PDC • Printing Data Center a.s, 1930 Aurskog 1989

Forord CIM, eller datamaskinintegrert produksjon vil etterhvert angå de fleste produserende bedrifter, de ansatte og skoleverket i årene som kommer. Denne boken er ment som en kombinert læreog oppslagsbok for skoler og bedrifter som ønsker å forberede seg på den teknologiske utvikling som vi nå står overfor. Boken kan brukes både for selvstudier og som lærebok i forbindelse med kurs og opplæring. Målsettingen med boken er å bidra til å øke kompetansenivået innenfor en teknologi som kan være med på å gjøre norske bedrifter mer konkurransedyktige. Terminologien på dette fagfeltet er blitt ganske forvirrende, spesielt når det gjelder forkortelser. Det er derfor i denne boken prøvd å etablere en entydig terminologi ut fra følgende kriterier: 1. Dersom det finnes gode, norske, veletablerte forkortelser, brukes disse (eks.: DAK og DAP).

2. Der hvor engelske forkortelser er allment aksepterte og brukte begreper i Norge, brukes de engelske forkortelsene (eks.: NC, FEM og CIM). 3. I alle tilfeller brukes den norske formen når ord og begreper skrives fullt ut. I arbeidet med boken har jeg brukt en rekke kjente og ukjente kilder både for tekst og bilder. Disse kildene er så langt det har vært mulig å etterspore blitt referert i litteraturlisten bak i boken. Jeg vil spesielt takke Øivind Bjørke, NTH, Jan P. Jakobsen, Østfold Ingeniørhøgskole og Håkon Olav Strøm, TI Kongsberg for nyttige kommenta­ rer og tips under utvikling av manuskriptet. Trondheim, desember 1988 Ketil Bø

Innhold 1 INNLEDNING .................................................................................... Definisjoner ..............................................................................................

9 9

2 INTEGRERT PRODUKTUTVIKLING ........................................ Informasjonsproduksjonssystem ............................................................ Funksjoner i produktfremtakingsprosessen .......................................... Konklusjon .................................................................................................

11 11 12 13

3 DATAUTSTYR .................................................................................. Datamaskiner............................................................................................ Skjermer .................................................................................................... Rasterskjermer av videotypen ............................................................ Plottere ...................................................................................................... Flatseng og trommelplottere av linjeorientert type .......................... Elektrostatiske rasterplottere.............................................................. Inndata utstyr ............................................................................................ Alfanumerisk tastatur .......................................................................... Funksjonsknapper ................................................................................ Mikrofon................................................................................................. TV-kamera for rasterbilder.................................................................. Lyspenn.................................................................................................. Spak........................................................................................................ Mus ........................................................................................................ Tablett - digitaliseringsbord ..............................................................

14 14 14 15 17 17 17 18 18 18 18 18 18 18 18 19

4 PROGRAMVARE OG SYSTEMARKITEKTUR........................ Integrerte systemer .................................................................................. Systemarkitektur ...................................................................................... Administratoren.................................................................................... Aksjonsmoduler.................................................................................... Standardmoduler .................................................................................. Verktøymoduler....................................................................................

21 21 22 23 23 24 25

5 PRODUKTMODELLER OG DATABASER v.............................. Datamodell og produktmodell ................................................................ Datastrukturer .......................................................................................... Sekvensielle strukturer ........................................................................ Trestrukturer ........................................................................................ Nettverksstrukturer .............................................................................. Relasjonsstruktur.................................................................................. Database.................................................................................................... Produktmodelldatabase........................................................................

26 26 27 27 28 28 28 28 30

Engineering database............................................................................ Arkiv og informasjonsdatabaser ........................................................ Fordelene med databaser .................................................................... Krav til databasesystemer i DIP ........................................................... Oppsummering..........................................................................................

30 31 32 32 32

6 GEOMETRISK MODELLERING.................................................... Metode ...................................................................................................... Dimensjon og representasjon................................................................... Trådmodell ............................................................................................. Flatemodell............................................................................................ Volummodell ........................................................................................ 2 og 2 1/2-dimensjonal representasjon................................................ Topologi og geometri................................................................................ 3-dimensjonal representasjon............................................................... Analytiske flater........................................................................................ Skulpturerte flater .................................................................................... Volummodeller ......................................................................................... Addisjon ................................................................................................ Union...................................................................................................... Snitt ........................................................................................................ Negasjon ................................................................................................ Basisvolumer ........................................................................................ Oppsummering..........................................................................................

33 33 34 35 36 36 36 37 38 41 41 43 44 44 44 45 45 46

7 BRUKERDIALOG.............................................................................. Faktorer som påvirker brukerdialogen .................................................. Menneskets oppfatningsevne ............................................................... Det visuelle informasjonsbehandlingssystem ..................................... Grafisk databehandling............................................................................ GKS (Graphical Kernel System) ........................................................ Kommunikasjon menneske - maskin .................................................. Datafangst.............................................................................................. Brukerdialog.......................................................................................... Presentasjon av data og resultater ...................................................... Framtidas arbeidsstasjoner......................................................................

47 47 48 49 51 51 53 53 56 58 58

8 DATAMASKINASSISTERT KONSTRUKSJON (DAK) ............. Modell for konstruksjonsprosessen ........................................................ Historikk.................................................................................................... Utstyr.......................................................................................................... Programvarens oppgave i systemet ........................................................ DAK-system som arbeidsplass................................................................. Hvorfor DAK?........................................................................................... Hva omfatter DAK-systemene................................................................. Klassifisering av D AK-systemer............................................................... Kostnadsbesparelser ................................................................................ Generelle eller spesielle DAK-systemer? .............................................. DAK sett fra bedriftens side.................................................................... Bruk av DAK-systemer............................................................................ Skjemategning vs. konstruksjon............................................................... Bruk av skjemategningssystem ................................................................. Bruk av konstruksjonssystem...................................................................

59 59 61 61 62 62 63 64 65 65 67 68 69 69 70 75

9 ANALYSE (FEM) ................................................................................ Elementmetoden ....................................................................................... Historikk.................................................................................................

80 80 80

Matematisk grunnlag............................................................................ Formulering av problemet..................................................................... Metodens begrensninger...................................................................... Generering av elementnett...................................................................... Kopling DAK-system - elementmetode.............................................. Fra geometri til regnemodell................................................................. Elementberegninger i konstruksjonsprosessen ..................................... Bruk av elementprogram..........................................................................

80 81 82 82 83 83 84 84

10 DATAMASKINASSISTERT PRODUKSJON (DAP) ................ Hva er DAP? ............................................................................................ Prosessplanlegging.................................................................................... Operasjonsplanlegging ............................................................................ NC-programmering .................................................................................. Integrerte DAK/DAP-systemer............................................................... Grafisk verifikasjon av geometri og bevegelsesbaner .......................... Postprosessering.................................................................................... Direkte numerisk kontroll.................................................................... Kontrollplanlegging.............................................................................. Bruk av NC-program............................................................................

87 87 88 88 88 90 90 90 91 91 91

11 BRUK AV INDUSTRIROBOT........................................................ Hovedkomponentene i en robot............................................................... Anvendelsesområder for industriroboter .............................................. Programmering av roboter ...................................................................... Eksempler på programmering av roboter ..............................................

95 96 97 98 99

12 MATERIAL- OG PRODUKSJONSSTYRING (MPS) ................... 103 Hva er material-og produksjonsstyring?.................................................. 103 Materialstyring............................................................................................. 105 Beordringssystemet ................................................................................ 106 Seriestørrelsen ......................................................................................... 106 Produksjonsarrangementet..................................................................... 107 Datasystemer for MPS................................................................................ 108 Informasjonsformidling.............................................................................. 109 Grafisk presentasjon .............................................................................. 109 Kobling mellom DAK7D AP og MPS........................................................ 110 Eksempler på bruk av attributter og stykklister ................................... 110 Eksempler på data til et MPS-system.................................................. 112 13 FLEKSIBLE PRODUKSJONSSYSTEMER (FMS)........................ 113 Hvorfor FMS? ............................................................................................. 114 FMS-funksjoner........................................................................................... 114 Hvilke områder dekkes av FMS? ............................................................... 114 Transportmetoder ....................................................................................... 116 Klassifikasjon av arbeidsstykker ............................................................... 118 Styresystem for FMS .................................................................................. 118 Integrasjon ................................................................................................ 118 Simulering.................................................................................................... 118

14 DATAOVERFØRING OG GRENSESNITT ................................... 120 Litt historikk................................................................................................. 121 Datanett ..................................................................................................... 123 Overføringsmedia ................................................................................... 124 Signaliseringsmetode.............................................................................. 125 Vekslemetode........................................................................................... 125 Aksessmetode........................................................................................... 125

Dataoverføring mellom ulike DAK-systemer........................................ Ad hoc-løsninger .................................................................................. Standardformat for tegningsutveksling ............................................... Aktuelle standarder.................................................................................. IGES ...................................................................................................... Andre standarder.................................................................................. En oversikt over dataoverføring i et CIM-system..............................

125 126 126 127 127 128 129

15 DATAMASKININTEGRERT PRODUKSJON (CIM) .............. Integrasjon i CIM-sammenheng.............................................................. Vertikal og horisontal integrasjon ...................................................... Bedriftens totale styringssystem.............................................................. CIM-strategi ............................................................................................... CIM-realisering ........................................................................................ Produktmodellens rolle i CIM ................................................................. Bedriftsdata — statiske data................................................................. Produktmodell — dynamiske data...................................................... Standarder i CIM ...................................................................................... Brukerkommunikasjon ............................................................................ Kvalitetssikring i CIM .............................................................................. Kvalitetsbegreper.................................................................................. Konklusjon .............................................................................................

131 133 133 134 135 136 136 136 136 138 139 139 139 140

16 KUNNSKAPSBASERTE PRODUKSJONSSYSTEMER............

141

17 CIM-TEKNOLOGIENS INNVIRKNING PÅ ARBEIDSLIVET........................................................................... Teknologiens påvirkning av arbeidsprosessen ...................................... Teknologiens innvirkning på konstruksjonsarbeid................................ Teknologisk planlegging .......................................................................... Integrerte systemer ..............................................................................

144 144 145 150 150

18 GJENNOMFØRING .......................................................................... Hindringer for spredning av DAK7DAP................................................ Krav og utfordringer til systemet ............................................................ Innføring av DAK/DAP i bedriften........................................................ Teknologistrategi .................................................................................. Forslag til framgangsmåte.................................................................... Råd til prosjektgruppen............................................................................ Bedriftsvurdering.................................................................................. Målsetting for innføring av DAK/DAP.............................................. Konkretisering av målsettingen .......................................................... Alternative DAK/DAP-løsninger ...................................................... Kostnader .............................................................................................. Valg ........................................................................................................ Innkjøringsfasen.................................................................................... Brukergruppen ...................................................................................... Plassering av systemet .......................................................................... Opplærig ................................................................................................ Standard og prosedyrer........................................................................ Produksjon ............................................................................................

153 153 154 155 155 156 157 157 157 157 158 158 158 158 158 159 159 159 159

19 BEGREPER INNEN CIM ................................................................

160

20 STIKKORDREGISTER..................................................................... 163 21 LITTERATUR....................................................................................

165

o

O

For å studere et fag, lønner det seg å forstå det grundig før en begynner!

1 Innledning En vesentlig del av industriens konkurranseevne ligger i den enkelte bedrifts evne til å utvikle, markedsføre og produsere de riktige produktene i riktig mengde, til riktig tid, og til riktig pris. En kjent problemstilling for mange bedrifter i dag er den nesten eksplosive økningen i antall produkt­ typer og produktvarianter, samtidig som produkt­ enes levetid er blitt kortere.

spenner over alle avdelinger og funksjoner i en bedriftsorganisasjon. Utviklingen mot CIM vil derfor involvere et vidt spekter av fagdisipliner og problemstillinger både av teknisk, økonomisk og organisatorisk art.

Definisjoner DAK og D AP er nøkler til bedre produktivitet og konkuranseevne. Systemene finnes i dag ofte som såkalte automatiserte «øyer». Dette har sin for­ klaring i at en har tatt for seg et begrenset problemområde og lagde en automatisert løsning for akkurat det området. Det finnes et stort antall betegnelser og enda flere definisjoner for slike «øyer». Nedenfor er det tatt med et utvalg beteg­ nelser med forslag til definisjoner:

En problemstilling mange industribedrifter kjenner i dag.

Markedsfaktorene gjør det nødvendig å pro­ dusere i mindre seriestørrelser med kortere leve­ ringstider og strengere kvalitetskrav til produkt og serviceapparat. Dette krever «nye» systemer for konstruksjon, planlegging, tilvirkning og opp­ følging, og er faktorer som framtvinger krav om fleksibilitet, automatisering og integrasjon. Fordi endringstakten i den teknologiske utvik­ lingen øker, bør avgjørelsen om å ta i bruk data­ maskinbaserte systemer i mindre grad bli tatt ut fra ønsket om å løse konkrete kortsiktige oppga­ ver. For de aller fleste bedrifter vil det i de kom­ mende årene være svært viktig i hvilken grad eks­ isterende og planlagte datamaskinløsninger kan bindes sammen til et omfattende integrert kon­ sept, CIM. Det høyeste nivå av automatisert produksjon inkluderer ubemannet drift. Et slikt automatiseringsnivå vil kreve revurdering av en rekkke akti­ viteter som finner sted innen den berørte organi­ sasjonen. Det er dette faktum som har ført til at CIM-begrepet har utviklet seg, og etter hvert

DAK — Datamaskinassistert konstruksjon (eng. CAD - Computer Aided Design) er de datastøttede aktiviteter i konstruksjonsprosessen som direkte bygger og dokumenterer en produktbeskrivelse. DAP - Datamaskinassistert produksjon (eng. CAM — Computer Aided Manufacturing) er de datastøttede aktiviteter i produksjonsprosessen som direkte bidrar til framstilling og kontroll av produktet.

DAK/DAP - Datamaskinassistert konstruksjon og produksjon (eng. CAD/CAM — Computer Aided Design and Manufacturing) er de datastøt­ tede aktiviteter i konstruksjonsprosessen og pro­ duksjonsprosessen som direkte bidrar til å bygge opp og dokumentere en produktbeskrivelse samt å framstille og kontrollere et produkt.

FEM - Endelig elementmetoden (eng. FEM — Finite Element Method). NC - Numerisk styring (eng. NC - Numeric Control). På norsk støter en av og til på begrepet NS (numerisk styring), men da NC er det innar­ beidede begrep bruker vi det her. 9

MPS - Material- og produksjonsstyring (eng. MRP - Material and Resource Planning) er den del av det totale styringssystemet i bedriften som planlegger og overvåker det gitte produksjonssys­ tems transformasjon av råvarer til ferdigvarer, ved utførelsen av prosesser i overenstemmelse med en gitt målsetting. FMS - Fleksible produksjonssystemer (eng. FMS - Flexible Manufacturing Systems) er et automatisert tilvirkningssystem som er i stand til, med minimal manuell inngripen, å produsere arbeidsstykker som tilhører en bestemt familie. Fleksibiliteten vil vanligvis være begrenset til den produktfamilien systemet er konstruert for. Automatisering av de enkelte problemområ­ dene har gitt til dels store besparelser og effektivitetsgevinster. Men ofte har det oppstått nye flas­ kehalser i produksjonen, og problemene er bare flyttet til andre områder eller avdelinger. Ofte har en tapt i fleksibilitet det en har vunnet i produk­ tivitet. Feilinvesteringene har forekommet fordi det ofte har vist seg at de øvrige prosessene i produktframtakingen ikke har kunnet samordes med det automatiserte delsystemet.

CIM oppfattes og defineres i dag på mange forskjellige måter. Dette har sin forklaring i at CIM berører de fleste funksjoner i bedriften, og er derfor vanskelig å sammenfatte i en enkel og eksakt definisjon. En definisjon som kan aksepteres av de fleste er som følger: CIM - datamaskinintegrert pro­ duksjon er et konsept for integrasjon av systemer brukt i produkfremtakingsprosessen fra ide til fer­ dig produkt. Hvordan CIM realiseres vil imidler­ tid være avhengig av den enkelte bedrift og dens behov i øyeblikket.

CIM Datamaskinintegrert produksjon lde Behov

Bedriftsdata

"Statisk” • ♦ * • *

materialer verktøy standarder ressursdata prosesser

DAK FEMl

IDAP

T

Produkt­ modell

Dynamisk" • ♦ • ♦ •

leveranse terminer geometri kostnad NC-program

IGKS

CIM - Datamaskinintegrert Produksjon (eng. CIM - Computer Integrated manufacturing) innebærer integrasjon av systemer som benyttes i produktframtakingen, fra idé til ferdig produkt.

MAP

FMSI

På norsk støter en av og til på begrepet DIP (datamaskinintegrert produksjon), men da CIM er det innarbeidede begrep, vil vi bruke CIM her. RÅVARER

En vil kunne oppnå store besparelser ved å se automatisering av bedriftens ulike funksjoner i sammenheng, gjennom å samordne eller integre­ re de ulike automatiserte delområdene (CIM). Resultatet vil bli økt fleksibilitet, høyere kvalitet, kostnadsreduksjoner og bedre utnyttelse av kapi­ talvarer og menneskelige ressurser.

10

ULIKE CIM-LØSNINGER OPPNÅS VED INTEGRERING AV ULIKE MODULER I PRODUKTFREMTAKINGSPROSESSEN

PRODUKT

Et større system, som er fremkommet ved å utvide skalaen på et mindre system, oppfører seg annerledes enn et mindre system!

2 Integrert produktutvikling Informasjonsproduksjonssystem Svært forenklet kan en tenke seg at en bedrift består av to delsystemer: et materialforedlingssystem og et informasjonssystem. (En rekke bedrif­ ter er rene informasjonsbehandlere hvor informa­ sjonen også er selve produktet.) Materialforedlingssystemet omvandler en råvare til et ferdig produkt. Dette skjer gjennom en serie med fysiske operasjoner, som f.eks. maskinering og montasje. Vi kan si at materialforedlingssystemet består av tilvirkende enheter som står i forbindelse med hverandre gjennom materialflyten. Informasjonssystemet distribuerer beslutningsunderlag til de personer som, på ulike nivå i bedriften, styrer og overvåker materialforedlingsprosessen. Informasjonssystemet formidler ord­ rer til de tilvirkende enhetene. Betegnende for en tilvirkende enhet er at den tar imot materialer og informasjon (styreimpulser) og avgir materiale og informasjon (data). En administrativ enhet arbeider bare med informa­ sjonsflyten.

0.

Behovserkjennelsesfase

1.

Behovs­ undersøkelse — fase

2. Produktprinsippfase

3.

Produktutformingsfose

4. Produksjons— forberedelsesfase

I framtida kommer produksjonsteknikken til å få en stadig større betydning for en bedrifts kon­ kurranseevne og overlevelsesmulighet. Marke­ dets krav og etterspørsel etter nye, kundetilpassede, produkter øker. Dette stiller krav til at bedriften har et effektivt og fleksibelt produktframtakingsapparat. Forutsetningen for fleksibilitet og effektivitet er at de dokumentene som beskriver produktet kan lages hurtig og rasjonelt, og at den informa­ sjonen en tidligere har måttet skape på nytt hver gang, nå kan ettersøkes og gjenbrukes. Vi snak­ ker altså om et system som kan skape, søke, gjenfinne og gjenbruke informasjon. Informasjonsinnholdet vil variere avhengig av hvor i produktframtakingsprosessen aktiviteten skjer. Foruten det konvensjonelle produksjons­ systemet som består av maskiner og utstyr som brukes til å produsere produktene, må bedriften også ha et system som produserer informasjon, et såkalt informasjonsproduksjonssystem. Ser vi på hele informasjonsflyten som håndte­ res i et informasjonsproduksjonssystem, finner vi at en god del informasjon er felles for konstruktø­ rene og planleggerne. Deres arbeid må planlegges med hensyn til hverandre. Samtidig finnes det

5.

Realiserings— fase

Grtmnmodell for integrert produktutvikling.

11

også mye informasjon som ikke kan knyttes direkte til konstruksjon eller planlegging, men som er mer rettet mot markedsproblematikken. Det er også behov for et overordnet system som holder sammen felles informasjon og planlegger aktiviteter. Alle disse systemene kan i en integrert produktframtakingsprosess inngå i informasjonsproduksjonssystemets totalkonsept. Dette vil da inneholde tre funksjonelle systemer: • Konstruksjonssystem • Produksjonsplanleggingssystem • Markedssystem

Samspillet mellom disse systemene er beskrevet i figuren. En total EDB-løsning vil trolig være en realitet før eller siden i de industribedriftene som overle­ ver. Overgangen fra dagens situasjon til framtidas totale EDB-løsning vil skje gradvis. Det er derfor viktig at innføringen av datateknologi i industrien skjer på en kontrollert måte. Mer presist betyr dette at de systemene som utvikles og tas i bruk idag, må passe inn i en framtidig løsning.

a) b) c) d) e)

f) g) h) i) j)

Idéutvikling/produktplanlegging Tilbudsutarbeidelse/ordrebehandling Konstruksjon Produksjonsplanlegging og produksjonssty­ ring (MPS) Produksjonsforberedelse og produksjonsprosess/operasjon/NC Produksjon Montasje Kvalitetskontroll Levering Oppfølging

Disse funksjonene er ikke isolerte og sekvensielle av natur, men løper mer og mindre parallelt og påvirker hverandre.

Det finnes en rekke modeller som hver på sin måte beskriver produktframtakingsprosessen. Figuren er en mer detaljert modell som viser parallellitet og samspill mellom de ulike funksjo­ nene.

Funksjoner i produktframtakingsprosessen Den totale produktframtakingsprosessen, fra idé til ferdig produkt, kan deles opp i følgende funk­ sjoner:

)

MARKED

L.

>\

KONSTRUKSJON W )> Jlz^PRODUKSJONW» / 1.

2.

3.

4.

5.

Parallelt beskrevet produktframtakingsprosess.

Samspillområdet konstruksjon!produksjon.

12

Tradisjonelt har konstruksjon og produksjon vært adskilte fagområder i de fleste bedrifter. Konstruksjonsavdelingen har hatt ansvaret for å fram­ skaffe tegningsunderlagd, mens produksjonsavdelingen skulle planlegge og gjennomføre pro­ duksjonen. Arbeidstegningene (manuelt eller datamaskinframstilt) har vært de primære infor­ masjonsbærerne. Utviklingen går i retning av en mer integrert bruk av datamaskin som informasjonsbærer gjen­ nom den totale produktframtakingsprosessen. På den måten vil det tradisjonelle skillet mellom konstruksjon og produksjon ikke lenger være så skarpt. Fra starten og fram til det ferdige produk­ tet oppstår det en stadig voksende og mer deta­ ljert informasjonsmengde som følger produktet gjennom hele produktutviklingsprosessen.

ADMINISTRATIVT

IDE, BEHOV

PRODUKT­ PLANLEGGING * Behov * Ide » Kundeforespørsel

TEKNOLOGISK

«> KONSTRUKSJON * Formgivning * Analyser * Tegninger * Stj^klister

STYRING * Produksjon * Materialer * Ressurser * Personell * Innkjøp ♦ Salg ♦ Montasje * Økonomi

TEKNOLOGISK TILVIRKNINGS— PLANLEGGING * Prosessplanlegging * Operasjonsplanlegging * Verktøyplanlegging * NC/CNC—programmering * Terminplanlegging

Konklusjon Grensene mellom de ulike aktivitetene er ikke alltid de samme i alle bedrifter. Forskjellige typer industrivirksomhet har ulik arbeidsinnsats på de forskjellige aktiviteter. Det blir derfor lagt for­ skjellige vekt på betydningen av de ulike aktivite­ tene. Av den grunn vil noen bedrifter kjenne seg igjen i én modell, mens andre bedrifter vil kjenne seg igjen i en annen modell. Konstruksjonsarbeidet i videste forstand spen­ ner over et stort område. Fra ren tabellkonstruksjon, via parametrisering og variantkonstruksjon til nykonstruksjon. Dessuten forekommer selv­ følgelig kombinasjoner av disse. En variantkon­ struksjon kan f.eks. inneholde mye nykonstruk­ sjon av spesielle detaljer. Videre må vi skille mellom ordrebunden indu­ stri og masseproduserende industri. Den ordrebundne industrien er karakterisert ved stykkproduksjon og som oftest produksjon i mindre serier. Ofte er et tilbudsarbeid blitt utført før en eventuell ordre foreligger. Et detaljert produksjonsunderlag blir sjelden utarbeidet før den endelige ordren foreligger. Den masseproduserende industrien er karakte­ risert ved en større grad av markeds- og behovs­ undersøkelser, samt konstruksjon av produk­ sjonslinjen og tilvirkningsverktøyet. Konstruk­ sjon av selve produktet får her en forholdsvis liten andel av de totale produktframtakingskostnadene.

** TILVIRKNING OG MONTASJE

PRODUKT

Produktframtakingsprosessen.

13

Dersom alt annet slår feil, les bruksanvisningen!

3 Datautstyr Tradisjonelt har en i bedriftene arbeidet med teg­ nebrett, blyant, viskelær, linjaler, oppslagsbøker osv. Ved overgang til datastøttede metoder byttes det utstyret ut med datamaskin, skjerm, mus, digitaliserings-bord, plotter, printer osv.

har stor kapasitet. Harddisker bruker vi bl.a. til å lagre produktmodeller og tegninger. Disse lagringsmediene bruker en både under selve kon­ struksjonen, for midlertidig lagring og for langtidslagring.

Skjermer Den grafiske skjermen med mus eller tilsvarende inndatautstyr, se side 00, er konstruktørens og tegneassistentens arbeidsplass. Derfor er det vik­ tig at disse delene av systemet er ergonometrisk riktig utformet og har egenskaper som gjør dem attraktive å arbeide med. Vi har to hovedtyper av skjermer: linjetegnende skjermer og rasterskjermer. Begge har sine fordeler og ulemper. Linjetegningsskjermen tegner bildet ved å trekke linjer fra et oppgitt punkt til et annet. Rasterbildet blir generert ved at en gir punkter på skjermen ulike gråtoner eller fargenyanser.

Datamaskiner De datamaskinene som benyttes kan inndeles i følgende fire hovedgrupper:

• • • •

Personlige datamaskiner (PC) Arbeidsstasjoner Minidatamaskiner Store datamaskiner

Det finnes løsninger med både enbruker- og fler­ brukersystemer. Disse kan være generelle eller spesialbygde for CIM. Datamaskiner kan enten stå alene eller være knyttet sammen i nettverk. Prisene varierer fra rundt 20 000 kroner til flere millioner kroner. Til datamaskinen kan det være knyttet ett eller flere ytre lager i form av magnetbånd, floppydisker eller harddisker. Magnetbånd er trege og har stor kapasitet, floppy-disker er relativt trege og har liten kapasitet mens harddisker er raske og 14

a) Linjetegnende skjermer lager en kontinuerlig myk linje mellom a og b. b) Linjen fra a til b er tilnærmet med en serie av punkter.

Hovedprinsipper i grafiske skjermer.

Generelt kan vi si at linjetegnende skjermer har god dynamikk og linjekvalitet, mens rasterskjermene er best når det gjelder farger og realistiske bilder. I tillegg til den grafiske skjermen har noen sys­ temer egen alfanumerisk skjerm for skriftlig kom­ munikasjon.

De fleste DAK-systemer i dag er basert på rasterskj ermer av videotypen, men en bruker også LCD (Liquid Crystal Displays), spesielt på bærbare datamaskiner. Fordelen med LCD er at skjermen er flat og tar liten plass. En får heller ingen forvrengning av bildet slik som på buede videobaserte skjermer.

Rasterskjermer av videotypen På en videoskjerm dannes det et bilde ved at en stråle som genererer gråtoner eller farger hele tiden sveiper linje for linje ovenfra og ned. På vanlige TV-mottakere og noen raster-grafiske dataskjermer skjer dette ved at strålen følger annenhver linje på skjermen. Deretter oppdate­ res på tilsvarende måte de linjene som strålen hoppet over. Denne teknikken kalles sammen­ fletting (eng. interlacing).

Rasterskjermer av videotypen er vanligvis oppfriskningsskjermer, dvs. at bildet forsvinner hvis det ikke tegnes om og om igjen med høy fre­ kvens. Oppdatering av hele bildet 25 - 40 gan­ ger per sekund er vanlig. En dataskjerm uten sammenfletting gir inntrykk av bedre oppløsning enn med sammenfletting forutsatt at oppdaterin­ gen har høy frekvens og dataene ellers er like. For fargemottakere er det tre separate signaler, ett for hver grunnfarge, rød, blå, grønn, eller bare ett signal som dekomponeres i tre signaler. Videobilder deles opp i rutenett, f.eks. 512 x 512 pixel (et pixel er et adresserbart skjermpunkt og er en forkortelse for picture element). For å unngå flimring på skjermen må som nevnt hele skjermen oppdateres ofte, dvs. at det må eks­ istere en hukommelse med en intensitetsverdi for

hver pixel. For sort-hvit bilder er intensiteten kodet som 1 eller 0 for hvert punkt. Hvis bildehukommelsen ligger lokalt i skjer­ men, er det vanlig at signalet fra datamaskinen bare inneholder endringer i bildet. Hvis ikke må kommunikasjonslinjen fra datamaskinen belastes kraftig med kontinuerlig oppdateringer av hele bildet. Dette kan også være en stor belastning for datamaskinen. Slik hukommelse eller arbeidslager for bildet kalles rammebuffer. Figuren viser dataene for sort-hvitt bilder hvor informasjonen er 1 bit eller pixel for hvert punkt på skjermen. I mange systemer er rammebufferet større enn antall pixel som kan vises på skjermen, slik at det er mulig å definere et stort bilde, men bare vise et utdrag av dette. Da er forstørring og forskyvning (eng. zoom/pan) et nyttig hjelpemiddel. Avhen­ gig av hvordan systemet velger pixel fra ramme­ bufferet kan slik forstørring og forminsking (zoom) gi flere og færre detaljer på skjermen. Ettersom de fleste rastergrafiske skjermer har lokal datakraft, har de også visse funksjoner eller programmeringsmuligheter lokalt. Rasterskjer­ mer er dessuten godt egnet for alfa-numerisk kommunikasjon. Mange alfa-numeriske raster­ skjermer kan med hjelp av et ekstra kort oppgra­ deres til enkle grafiske skjermer uten lokal data­ kraft. Rastergrafiske dataskjermer er som oftest bygd anderledes enn vanlige TV-mottakere f.eks. når det gjelder oppløsning (antall pixel), men har gjerne spesielle utganger for vanlig videosignal slik at bildet kan vises på en ekstra TV-monitor samtidig. Skjermoppløsning kan uttrykkes i antal pixel. Det er vanlig med 512 x 512 pixel, 1024 x 1024 er ikke uvanlig og 4096 x 4096 forekommer. 15

Generering av sort-hvite videobilder.

Rammebuffer med 1 bit pr. pixel

Hvis en tenker seg rammebufferet som en plate med tykkelse 1 bit og en størrelse på antall hori­ sontale pixel ganger antall vertikale pixel, så er dette en sort-hvitt representasjon av bildet. Hvis vi legger flere slike bitplan over hverandre kan vi operere med en informasjonsmengde på 2B i hvert punkt, der B er antall bitplan. For farge­ skjermer er da 2B det antall farger som kan vises samtidig på skjermen. I praksis varierer B fra 1 til 24. For fargesystemer er ofte B lik 3 eller 4 i grunnversjonen, men kan økes senere ved å kjøpe inn mer hukom­ melse. En kommersiell farge-TV-mottaker får konti­ nuerlig signal fra antennen. Dette gjør at lokal lagring av bildet er unødvendig. En dataskjerm med B = 8 og 512 x 512 pixel, krever en ramme­ buffer på 256k bytes. Den kan da gi 2B = 256 ulike farger samtidig på skjermen.

Generering av farge-rasterbilder.

Eksempel på fargeoppslagsta­ bell for B = 3.

16

Skjerm

Rammebufferet lagrer altså et tall for hvert punkt, men det er ikke uten videre definert hvil­ ken farge hvert tall skal forårsake. I mange syste­ mer legges det en fargeoppslagstabell mellom rammebufferet og bildegeneratoren. For hvert pixel finnes et tall i rammebufferen. Dette tallet brukes som kode (eller angivelse av linjenummer i tabellen) for å finne en fargekombinasjon i oppslagstabellen. Alle pixel som f.eks. har kode = 2 får samme farge. Hvis vi ønsker å endre denne fargen er det tilstrekkelig å endre verdien i linje 2 i oppslagstabellen. Rammebuffe­ ret behøver ikke å røres. Rammebufferstørrelsen angir altså antall mulige farger samtidig på skjer­ men, mens størrelsen på oppslagstabellen angir hvor mange farger det totalt er mulig å vise på skjermen. Ved å manipulere med oppslagstabellen, kan det oppnås spesielle effekter. Visse bitplankombi-

nasjoner kan f.eks. benyttes til bakgrunnsbilder eller for å vise et objekt i ulike posisjoner. Ved hjelp av oppslagstabellen kan deler av overlagrede bilder derfor slås av og på. Dette kan utnyt­ tes når grafisk databehandling brukes for å lage film som alternativ til tegnefilm.

Plotternes størrelse varierer fra små rimelige bordmodeller til store kostbare tegnemaskiner på 10 — 20 meter. De største og minste plotterne er vanligvis av flatsengtypen.

Karakteristiske egenskaper for plottere: FLATSENGPLOTTER Alle prisklasser Lett å operere små plottere Høy hastighet Stor nøyaktighet for kostbare plottere Farger Valgfritt papir God kapasitet Store plottere krever operatør

Plottere Når konstruktøren er fornøyd med produktet, kan tegninger tas ut automatisk ved hjelp av plot­ teren. Det finnes flere typer og størrelser av plottere. Plottere kan grovt deles opp i linjetegnende plottere og rasterplottere med omtrent de samme fordeler og ulemper som tilsvarende skjermer.

TROMMELPLOTTER Rimelige Lette å operere Middels hastighet Farger

God kapasitet Lange tegninger Linjene kan bli taggete for enkelte plottere

Flatseng og trommelplottere av linjeorientert type Flatsengplottere og trommelplottere er i prinsip­ pet tegnemaskiner med penn, men i en del tilfel­ ler kan pennen være erstattet med fotocelle for lesing, fres for gravering eller noe annet. Med flatseng menes at papiret som det tegnes på ligger plant. I en trommelplotter roterer papiret over en sylinder med skrivepennen over.

Prinsippet for trommelplotter.

Elektrostatiske rasterplottere Prinsippet for elektrostatiske rasterplottere er at et papir føres mellom ladde elektriske poler som gjør at papiret lades i et antall punkter i et raster. De ladde delene av papiret tiltrekker trykksverte og genererer et bilde.

Elektrostatisk plotter

Skriveelektroder

Fargetilførsel

Papirføring

Fargeavsuging

Lufttilførsel

Prinsippet for elektrostatisk plotter.

17

Det er en svakhet at bare spesielt preparerte papirark kan brukes. Avstanden mellom punk­ tene er liten f.eks. 14 mm. Tegnehastigheten er stor: 1,5 - 3,0 cm papir per sekund, uavhengig av tegningens kompleksitet. Rasterinformasjon kan tas direkte fra raster­ skjermer. Eventuell linjeinformasjon i datama­ skinen må overføres til rasterinformasjon før den kan plottes på en rasterplotter, dersom ikke plot­ teren er spesielt utstyrt for å gjøre denne opera­ sjonen. Belastningen på datamaskinen kan derfor bli stor. Det er bare mating av papiret som krever bevegelige mekaniske deler, derfor er raster­ plottere vanligvis stillegående og pålitelig.

Problemet med bruk av TV-kamera ligger i at programmene som skal tolke innlest bilde, dvs. mønstergjenkjenningen, ofte blir kompliserte. En interessant kombinasjon av rasterbilder og DAK kan være å legge bakgrunnsbilde inn på en rasterskjerm via et TV-kamera for deretter å modellere en konstruksjon inn i «terrenget».

Lyspenn

Inndata utstyr Inndatautstyret som brukes til å gi grafisk og alfa­ numerisk informasjon til systemet, består gjerne av et tastatur og en mus eller tablett.

Alfanumerisk tastatur Dette er standard for alle skjermer, men fore­ kommer sjelden i forbindelse med annen type periferutstyr.

Funksjonsknapper Funksjonsknapper er et spesialtastatur der trykk på en tast forårsaker en kommando. Funksjons­ knapper er vanlig i tillegg til alfanumerisk tastatur for bord-datamaskiner og nøkkelferdige DAK/ DAP- systemer. Plottere er ofte basert på at de skal opereres via funksjonsknapper. Funksjonsknappene kan aktivere rene utstyrsfunksjoner, men også funksjoner i programmene.

Lyspenn.

Med lyspenn (eng. light pen) menes en penn for direkte peking eller tegning på den grafiske data­ skjermen. Pennen er en fotocelle med en ledning som går til datamaskinen. Når brukeren peker med pennen på et lysende punkt på skjermen, kan han trykke på en knapp for å angi at det er dette elementet han søker. Prinsippet er at det tidspunktet pennen blir belyst er entydig med punktets posisjon på skjermen fordi systemet hol­ der rede på hvor tegnestrålen er til enhver tid. Bruk av lyspenn svinger i popularitet. Lyspenn benyttes fremdeles i noen nøkkelferdige DAK/ DAP-systemer. Det er en svakhet med lyspennen at det kan være tungt for brukeren å peke på detaljer oppe på selve skjermen over en lengere tidsperiode.

Mikrofon

Spak

Det fins stemmegjenkjenningssystemer som gjen­ kjenner noenlunde like lydfrekvensmønstre fra en mikrofon. Første gang en operatør gir en ver­ bal kommando taster han samtidig inn betydnin­ gen (lærefasen). Hver operatør må kode inn sine egne kommandoer fordi frekvensmønsteret for samme kommando kan være ulikt fra person til person.

Dette er en liten spak (eng. joystick) ved tastatu­ ret. Spaken kan dreies i x og y retning og forårsa­ ker at en markør beveger seg i tilsvarende retning på skjermen. Ved hjelp av andre kommandoer, f.eks. en funksjonsknapp utnytter brukeren mer­ kets posisjon til tegning eller identifisering. Selve utførelsen av spaken varierer fra vanlig spak til kuler og hjul.

TV-kamera for rasterbilder

Mus

TV-kameraer er etter hvert blitt vanlige inndataenheter. De benyttes f.eks. ved innlesing av bil­ der, i forbindelse med automatiske robot- gripeanordninger, digitalisering av tegninger, kart osv.

Musa (eng. mouse) er en liten vogn med to eller flere funksjonsknapper koplet til dataskjermen. Ved å skyve musa på et bord e.l. registreres beve­ gelsene i x- og y-retning og overføres til en mar-

18

Rulleball

Rulleball, styrespak, tommelhjul og mus.

kør på dataskjermen. Musa er derfor velegnet både til å aktivisere kommandoer fra menyer på skjermen og til å tegne med. Ved å peke på en kommando med musa kan konstruktøren få systemet til å utføre den hand­ lingen eller sekvens av handlinger som det er programmert til på forhånd. Systemet holder selv rede på musas posisjon, slik at det vet hvilken kommando som til enhver tid skal utføres. Bruk av mus som inndataverktøy har en rekke ergonomiske fordeler slik som hvile for hånd og arm, blikket konsentrerer seg om skjermen hvor selve arbeidet foregår osv. Dessuten er musa bil­ lig og enkel å bruke og er derfor å finne på en rekke moderne DAK/DAP arbeidsplasser.

Tablett - digitaliseringsbord

Digitaliseringsbordet kan ha en glatt overflate som dekker et ledningsnett. Når en spesiell koblet penn, forstørrelsesglass eller lignende settes mot bordet, kan posisjonen registreres av datamaski­ nen. En tablett kan brukes som en mus eller spak med en vandrende markør på dataskjermen til­ svarende pennens posisjon. Pennen kan brukes til å identifisere elementer på en tegning på skjer­ men eller for å peke i et felt i en meny på selve tabletten. Pennen kan også brukes til digitalise­ ring av en tegning som settes fast på digitalise­ ringsbordet. En tablett er allsidig og lett å arbeide med. Ved siden av tastatur og mus er tabletten det mest vanlige inndataverktøy på moderne DAK/DAP arbeidsplasser.

En tablett og et digitaliseringsbord er i prinsipp like. Men det er vanlig å kalle små plater (opp til A2) som lett kan flyttes omkring for tablett, mens store plater eller bord kalles digitaliseringsbord.

Tablet - digitaliseringbord

19

iske skjermer 1. Alfa-numeriske skjermer

S K J E R M E R

ALFA­ NUMERISK

II. RASTER

III

LINJE0 RIEN TERT

Rasterskjermer

II.

1. Matrise-adresserbar skjerm

i. Plasma/LED.LCD

2. Video-systemer

i. Med rammebuffere ii. Selle—organisert iii. Prosjektører

Linje orienterte skjermer

III.

1. Lagrings-skjermer

i. Uten bufferlager ii. Med bufferlager

2. Oppfrisknings—skjermer

i. Enkle CPU-systemer ii. Distribuerte intelligente systemer

Alfanumeriske plottere

I.

P L 0 T T E R E

1. Linjeskrivere 2. Matriseskrivere

Rastergrafiske plottere

II.

1. Elektrostatiske 2. Blekksprutere 3. Mekaniske

Linje orienterte plottere

III.

Flatseng Trommel Mikrofilm Laserplottere

1. 2. 3. 4.

I. Alfanumeriske indataverktøy

IU NT DS AT TY AR

Oversikt over de mest vanlige typer periferutstyr for DAK! DAP-systemer.

20

1. Alfa-numerisk tastatur 2. Funksjonsknapper 3. Mikrofon

II. Rasterbaset indataverktøy 1. TV-kamera 2. Scanner______________________________________________________________________

III.

Posisjon-linje orientert indataverktøy 1. 2. 3. 4.

Lyspenn Spak Mus Tablet/digitaliseringsbord

!> o Det gjenstår alltid en feil til!

4 Programvare og systemarkitektur Den viktigste bestanddelen i DAK/DAPsystemene er programvaren. Programmene instruerer datamaskinutstyret hvordan det skal utføre en bestemt oppgave skritt for skritt. I de nøkkelferdige (eng. turnkey) systemenes tid var programvaren ofte både ustrukturert og monolittisk, noe som gjorde den vanskelig både å vedlikeholde og tilpasse til egne behov. De mo­ derne systemene er mer modulære og åpne, noe som gjør dem både enklere og mer fleksible. Systemarkitekturen beskriver hvordan CIMsystemet selv er bygd opp. Systemarkitekturen er viktig selv om den ikke er direkte synlig for bru­ keren. Den er helt vesentlig for systemets vedli­ kehold, videreutvikling og tilpasningsevne.

Integrerte systemer Et større CIM-system blir realisert ved hjelp av mindre delsystemer. Delsystemene kan brukes hver for seg såvel som integrert i et totalsystem.

De viktigste årsakene til en slik løsning er: • totalsystemet kan lettere realiseres og utviklin­ gen styres trinnvis • delsystemene kan byttes ut når nye metoder og teknologi krever det • systemet blir mer oversiktelig og mindre sår­ bart • et delsystem kan inngå i flere systemer

Integreringen av de enkelte delsystemene kan skje etter flere prinsipper:

1 Delsystemene arbeider mot hvert sitt data­ grunnlag, i hver sin database og overfører data mellom disse. 2 Delsystemene arbeider mot sitt eget lokale datagrunnlag, men har tilgang på data i de andre delsystemers databaser. 3 Delsystemene arbeider mot en felles database.

Integrert CIM-system.

21

4 Delsystemene arbeider med et lokalt data­ grunnlag som med jevne mellomrom samles i en produkt- eller prosjektdatabase. Hvilken løsning som bør velges, avhenger av en rekke faktorer, f.eks:

• hva slags produkt som skal konstrueres • hvor mange som arbeider samtidig med pro­ sjektet • styring av prosjektet, håndtering av revisjoner Det er imidlertid viktig å forestille seg en løsning hvor de forskjellige delsystemene benytter for­ skjellige datamaskiner eller kjøres i sekvens.

I litteraturen støter vi ofte på en framstilling der systemet betraktes ut fra en systemteknisk syn­ svinkel med produktmodell og potensielt frittstå­ ende delsystem sammenkoblet via nett. Dette har ikke minst sammenheng med moderne systemar­ kitektur og den forespeilede utvikling på utstyrsog mikroelektronikksiden. At integrering av del­ systemet blir en kombinasjon av punktene 2 og 4 ovenfor, følger også av utstyrutviklingen og av markedets ønsker om åpne, utbyggbare systemer. Hvert delsystem skal kunne kjøres frittstående. Det skal ha sin egen lokale database som kan understøtte en eller flere databaser og som kan administrere data fra andre delsystemers databa­ ser. Den lokale databasen vil som regel inneholde den produktmodellen som modelleres av dette delsystemets brukere.

Systemarkitektur Systemarkitekturen kan representeres på ulike måter, og alle beskriver egenskaper og sammen­ henger sett fra ulike synsvinkler, slik som pro­ duktframtakingsprosessen, funksjonsmodellen, se figur side 12 og datamodellen, se figur side 13.

Hensikten med disse modellene er å: • dokumentere hvordan systemet er bygd opp og av hvilke byggeklosser det er komponert • dokumentere hva systemet favner av datamo­ deller, funksjoner og verktøy • påvise grensesnitt og muligheter for å endre, redusere eller bygge ut systemet • påvise program- og dataflyt og særlig hvilken programutførelseskontroll som kan utføres og hvordan den bør utføres La oss se på systemarkitekturen fra funksjonsmo­ dellens synsvinkel. Grovt sett kan vi dele opp programmodulene i fire hovedkategorier:

1 En administratormodul som aktiviserer, kon­ trollerer og overvåker de andre modulene. 2 Aksjonsmoduler som utfører spesialiserte opp­ gaver. 3 Standardmoduler som utfører mer generelle oppgaver og brukes av en eller flere aksjonsrutiner. 4 Verktøymoduler som brukes til utvikling og vedlikehold av systemer og moduler. En moderne systemarkitektur vil derfor i prinsip­ pet kunne illustreres som i figuren.

Systemarkitektur.

22

Systemarkitekturen tar utgangspunkt i at bruke­ rens dialog med systemet skjer ved hjelp av kom­ mandoer og tilhørende argumenter. Det skilles mellom selve kommandoen som er et funksjonsvalg, og argumenter som er informasjon om hvor­ dan, og med hvilke data funksjonen skal utføres. Kommandoene kan gis inn ved hjelp av ulike typer utstyr og teknikker, f.eks. «pop-up»menyer, tablettmenyer, funksjonsknapper og alfanumeriske kommandoer. For hver kommando finnes det en aksjonsrutine som har hovedansvaret for utførelsen av den spesifikke kommandoen. Det er således en veldefinert vei inn og ut av programmene som utfører kommandoen. Dette logiske skille mel­ lom kommando og argumenter gjelder uansett om argumentene gis inn samtidig med komman­ doen (f.eks. i samme karakterstreng eller som svar på spørsmål fra den aksjonsrutinen som utfø­ rer kommandoen). Dialogrutiner som kalles fra aksjonsrutinenivå tar seg av lesing og tolking av argumentene. Er argumentet gitt inn samtidig med kommandoen, vil dialogrutinen lese argumentene fra et indatabuffer istedenfor direkte fra bruker. Enkelte av dialogrutinene benytter seg også av dialogprosessoren for å få tak i en enkelt kommando. En aksjonsrutine kan kalle en rekke andre ruti­ ner for å få utført «sin» kommando. I et DAK/ DAP-system vil en del av disse kunne samles i grupper som utfører tjenester som naturlig hører sammen. Disse kan benyttes av en rekke aksjonsrutiner i forskjellige delsystemer, ofte på tvers av anvendelsesområder. Typisk eksempel er grafiske subrutinepakker, databasesystemer, osv. Vi skal nå beskrive hver av kategoriene mer i detalj.

Administratoren Administratoren (user interface management sys­ tem UIMS) har ansvaret for programflyten i sys­ temet. Dialogprosessoren i administratormodulen leser en kommando fra brukeren og utfører syntakssjekk på denne. Kommandoer kan gis inn fra mange forskjellige fysiske enheter. For å lette den interne håndteringen av disse, kan dialogpro­ sessoren med hell operere med såkalte «logiske enheter». Eksempler på logiske enheter kan være: • • • •

«kommando inndataenhet» «kommando ekkoenhet» «argument inndataenhet» «meldingsenhet»

Disse kan igjen brytes ned i logiske enheter på lavere nivå, posisjonsgivere, strenger osv. Ved hjelp av spesielle systemkommandoer kan bruke­ ren knytte sammen logiske og fysiske enheter, slik at kommandoene kan gis fra mus og pop-upmeny, tablett, lyspenn eller tastatur etter eget ønske og behov. Når en kommando er lest og tolket, benyttes denne informasjonen til å bestemme hvilken aksjonsrutine som skal utføres. Etter at aksjonsrutinene er utført, returnerer kontrollen til admi­ nistratoren som kan be om neste kommando. Dette bør skje uansett om kommandoen er vel­ lykket utført eller ikke. Administratoren avgjør hva som er tillatt og vellykket på bakgrunn av en feilstatus som returneres fra aksjonsrutinen. Siden administratoren har kontroll over pro­ gramflyten, er dette et naturlig sted å inkorporere makro muligheter såvel som en registrering av alle kommandoer som er utført. Administratoren bør være applikasjonsuavhengig selv om mulighetene den bør inneholde til en stor grad er diktert av anvendelsen. Deler av den kan også utmerket godt skreddersys mot spesielt grafisk utstyr da grensesnittet mot aksjonsrutinene er både enkelt og utstyrsuavhengig (funksjonsvalg og argumenter).

Aksjonsmoduler En aksjonsrutine er det høyeste nivået i det subrutinekomplekset som skal utføre en kommando. Aksjonsrutinene bør standardiseres og systemati­ seres når det gjelder navngiving og utforming for å lette programmeringsarbeid og vedlikehold. For enkelthets skyld bør betegnelsene standardiseres for hele subrutinekomplekset på aksjonsrutine­ nivå. Aksjonsrutinene bør benytte dialogprosessorfunksjonene for den nødvendige dialog med brukeren. Både syntaks og semantikk kan hånd­ teres på dette nivået. Riktig oppdeling i aksjonsgrupper er viktig, da det muliggjør isolering av aksjonsgruppene som frittstående delsystemer. Aksjonsrutinene vil ofte være applikasjonsrettet og tilpasset den enkelte bedrifts behov. Dette innebærer imidlertid ikke at også disse i stor grad kan og bør standardiseres. Eksempler på aksjonsmoduler i et DAK/DAPsystem for mekanisk industri: • Konstruksjonsmodulen (DAK) • Teknologisk planleggingsmodulen (DAP) • Material- og produksjonsstyringsmodulen (MPS) • Styrkeberegningsmodulen (FEM)

23

Modulene kan enten være inkorporert i samme system eller distribuert på flere systemer.

Standardmoduler Standardmoduler er generelle rutiner som kan brukes av flere aksjonsmoduler og/eller andre standardmoduler. Standardmodulene er hovedbyggeklossene i et CIM-system og bør ha detaljdefinerte funksjoner og grensesnitt. Kvaliteten på standardmodulene er avgjørende for hele systemet og må derfor være optimalisert både med hensyn til plass og hastighet. De må være grundig testet og dokumentert.

Eksempler på standardmoduler er: • • • • • • •

Brukergrensesnitt Databaseverktøy (DBMS) Grafisk pakke Kommunikasjon Skjermhåndtering Geometrisk modellerer Rapportgenerator

Brukergrensesnitt

Formål: Å bygge likt brukersnitt for ulike applikasjonsprogram uavhengig av applikasjonsprogrammets brukere og anvendelsesområder. Brukersnittets aktive del betegnes med ordet interaksjon, dvs. dialog mellom bruker og system. Interaksjon benyttes til å velge funksjoner og data i et system, til å mate inn nye data (diskrete og kontinuerlige) og til å styre programutførelsen.

Eksempler på aksjonsmoduler.

24

Interaksjonen har tre former for kommunikasjon: • grafisk kommunikasjon (bilder) • leksikalsk kommunikasjon (syntaks/sematikk) • kanonisk kommunikasjon (koder) Ved å benytte standardmoduler vil vi oppnå mer brukervennlige programmer, bedre, billigere og mer pålitelige systemer og mer tilfredse brukere. Databaseverktøy (DBMS)

Formål: Å bygge opp de nødvendige databaser i et inte­ grert CIM-system, samt å tilby de ulike «brukere» et snitt de vil kunne betjene og utnytte. Det DBMS vi trenger må kunne implementere de ulike datamodellene, understøtte de ulike applikasjonskrav og bygge de ulike brukersnitt. Applikasjonsprogrammer bør skrives ved bruk av et felles snitt mot disse databasene. Grafisk pakke

Formål: Standardmoduler for grafisk databehandling bru­ kes både til å presentere data og som et verktøy for grafisk interaksjon. Modulen bør kunne brukes for det meste av det grafiske utstyret på markedet inkludert både vektor- og rastergrafiske skjermer og plottere. For spesialisert grafisk utstyr kan det være nød­ vendig med spesiallagede moduler.

Kommunikasjon

Formål: På grunn av den jungel med ulikt utstyr og syste­ mer som finnes på markedet, er det nødvendig

med et standardisert format for å kommunisere informasjon. Den grafiske kommunikasjon kan foregå på tre nivåer:

Rapportgenerator

Formål: Å tilby et generelt verktøy for enkelt å kunne produsere oversiktelige og tiltalende rapporter med utgangspunkt i data i produktmodellen.

1 Kommunikasjon av bildeinformasjon 2 Kommunikasjon av tegningsinformasjon 3 Kommunikasjon av produktmodeller

På alle disse områdene foregår det internasjonalt standardiseringsarbeid som vi må ta hensyn til. For kommunikasjon av bildeinformasjon finnes Computer Graphics Metafile (CGM) som nå er i ferd med å bli en internasjonal standard. For kommunikasjon av tegninger finnes IGES (Initital Graphics Exchange Specification), som for tiden er dominerende på dette området. Dess­ uten pågår en rekke standardiseringsaktiviteter omkring kommunikasjon av produktmodeller uten at en har fått noen klare alternativer til IGES. Skjermhåndtering

Formål: Å kunne tilby en uniform brukerkommunikasjon til forskjellige typer utstyr og brukere. I mange sitasjoner må et systems resultater kunne presenteres i en form og med en layout som er tilpasset den enkelte bruker og bedrift. Et generelt skjermhåndteringssystem er lagd for å takle slike problemer på en uniform måte.

Verktøymoduler Verktøymoduler er hjelpmidler for analyse, sys­ temering, utvikling, systemtilpasning og vedlike­ hold. Dette er verktøy som benyttes av den som utvikler eller vedlikeholder CIM-systemet. Det er funksjoner som ikke ses av brukeren eller som nødvendigvis inngår i et ferdig system. Et typisk eksempel på en verktøymodul er et programmeringspråk. Fram til i dag har det vært lagt liten vekt på verktøymoduler for DAK/DAP-systemer. Dette vil trolig endre seg etterhvert som standarder for representasjon av geometri, grensesnitt og pro­ duktdata tvinger seg fram. Andre eksempler på verktøymoduler: Instrumenteringssystem

Formål: Å tilby et verktøy som gjør det mulig å hente ut informasjon om systemets interne tilstand under bruk. Applikasjonsgenerator

Geometrisk modellerer

Formål: Å tilby et slagkraftig verktøy for å definere og manipulere geometri.

Formål: Å tilby et høynivå språk slik at brukeren selv kan generere deler av et CIM-system med utgangs­ punkt i et sett standardmoduler.

25

Når en arbeider seg fram mot løsningen av et problem, er det alltid godt å kjenne svaret!

5 Produktmodeller og databaser Datamodell og produktmodell Modellrepresentasjon.

En modell eller en konstruksjon må kunne be­ skrives på en eller annen måte, f.eks. grafisk eller matematisk. Beskrivelsen kan være fullstendig eller forenklet, konkret eller abstrakt, men den må i tilstrekkelig grad beskrive de egenskapene som skal utnyttes i modellen. Ved bruk av data­ maskin bygger vi en slik modell opp som en datamaskinintern representasjon, ofte kalt en data­ modell.

Data og informasjonsmengde i forbindelse med produksjon av en gravemaskin.

26

En datamodell defineres som en abstrakt repre­ sentasjon av en virkelighet i form av dataobjekter og relasjoner mellom disse. Dette omfatter selve dataene, formatet på dataene (syntaksene), tolk­ ningen av dataene (semantikken) og tilkomstveiene til dataene (aksessveiene). En produktmodell defineres som en datamo­ dell som inneholder all relevant informasjon om et produkt i et gitt tidspunkt.

I en produktframtakingsprosess står forskjel­ lige måter å representere det produktet en skal realisere sentralt. Det finnes forskjellige former for diagrammer, oversiktstegninger, planløsnin­ ger, perspektivtegninger, maskintegninger, pro­ duksjonsplaner osv. Felles for alle disse representasjonsformene er at de er velegnet for sitt for­ mål, og at de skal kunne tolkes av personer med en viss innsikt og fantasi. Vi kan skille mellom representasjon som har til hensikt å vise funksjon, og representasjon som har til hensikt å vise fysiske eller mulige fysiske objekter, f, eks. et trykt kretskort, en planløsning i et hus, et bilkarosseri eller en bilmotor. Et pro­ dukt som skal konstrueres og framstilles, består ofte av store datamengder som skal skapes, repre­ senteres og manipuleres. Av den grunn trengs slagkraftige datastruktureringsverktøy. Informasjon knyttet til produktet må genere­ res, struktureres og manipuleres i databasen gjen­ nom hele produktets livssyklus for å skape en komplett og nøyaktig modell av produktet. Denne modellen forbedres og kompletteres for hvert skritt i produktframtakingsprosessen. Kra­ vene til form, detaljering og presisjon varierer for hver fase i livssyklusen. Dette krever en fleksibel datamodell med stadig økende krav til informa­ sjonsmengden.

Datastrukturer Når et produkt skal representeres i CIM-systemer hvor de ulike funksjonene er integrert, må det representeres digitalt internt i datamaskinen. Hvordan denne digitale representasjonen skal organiseres internt i datasystemet vil være avhen­ gig av hvilke behov systemet skal tilfredsstille. En datastruktur er organisering av data. Data består av numeriske verdier, navn, koder og sym­ boler som er representert slik at de kan bear­ beides av mennesker eller datamaskiner. Hvert av disse kalles et dataelement. Dataelementene kan lagres i maskinen slik at relasjonen mellom dem opprettholdes, og slik at en lett kan gå fra et element til et beslektet element. Det er denne organiseringen vi kaller en datastruktur. En samling dataelementer kaller vi en post. De fire vanligste datastrukturene i CIM-systemer er:

• • • •

sekvensielle strukturer trestrukturer nettverksstrukturer relasjonsstrukturer

Det forekommer også kombinasjoner av disse.

Sekvensielle strukturer.

Sekvensielle strukturer

Vertikal og horisontal dataflyt i CIM.

Sekvensielle datastrukturer spenner fra enkle sekvensielle poster hvor hver post er en linje til mer avanserte lister og ringstrukturer hvor en kan gå fra post til post ved å følge en serie med 27

pekere. I enkle tegnesystemer lagres tegningen ofte i sekvensielle datastrukturer.

strukturer er den uformelle strukturen i en bedrift og den geometriske formen på en mekanisk kom­ ponent.

Relasjonsstrukturer

Trestrukturer Trestrukturer eller hierarkiske strukturer er bygd opp i et hierarki av dataposter, kalt noder. Øverste noden kalles roten, mens de ytterste nodene kalles terminalnoder. Alle noder, untatt roten, har én og bare én foreldrenode. Trestrukturer passer bra for rene hierarkiske problemer som f.eks. den formelle strukturen i en bedrift eller for å beskrive sammenstillingen av elementene i et produkt. Trestrukturen er enkel og rask, men har den ulempen at den virkelige verden den skal representere ofte ikke er rent hierarkisk. Strukturen implementeres som regel i form av lenkede lister og ringstrukturer.

I en relasjonsstruktur er datapostene kombinert i tabeller. En relasjon kan betraktes som en tabell hvor rekkene kalles tupler og kolonnene kalles attributter. En relasjon har et fast antall atributter, men kan vokse og avta ved å legge til eller fjerne tupler. Logiske operatorer brukes både for å uttrykke kombinasjon av dataposter og for å uttrykke relasjon mellom disse. Relasjonsstrukturer og relasjonsdatabaser er blitt mer og mer populære fordi de er enkle å forstå og enkle å manipulere. Ulempen er at kom­ pliserte operasjoner på datastrukturen er ganske tidkrevende. VIRKELIGHETENS

LOGISK

FYSISK

VERDEN

DATASTRUKTUR

DATASTRUKTUR

Logisk og fysisk datastrukturkonstruksjon.

Nettverksstrukturer

Database

Nettverksstrukturer brukes for å representere mer komplekse strukturer hvor en eller flere noder kan ha flere enn en foreldrenode. Disse implementeres også som regel ved hjelp av lister og ringstrukturer. Eksempler på slike

De logiske datastrukturene som er behandlet ovenfor blir ofte realisert med hjelp av databaser. Hvis databasen har fysiske eller logiske begrensninger kan dette få følger for mulighetene til f.eks. å modellere et objekt. De vanligste databa­

28

sene er bygd opp med trestruktur, nettverksstruk­ tur eller relasjonsstruktur. Valg av datastruktur i databasen er avhengig av strukturen til de dataene som skal representeres og hvilke operasjoner som skal utføres på disse. Den fysiske databasen er derfor nær knyttet til den logiske datastrukturen. Databasekonstruksjonen er dessuten viktig for

SEKUNDÆRLAGER

systemets effektivitet fordi den samspiller med en rekke basisfunksjoner i datasystemet. Databasene er i dag et av de store problemene i forbindelse med CIM-systemer. De såkalte nøkkelferdige grafiske systemene operer mot en grafisk database, men de gjør ikke nødvendigvis oppbygging av andre typer databa­ ser mulig.

PRIMÆR­ LAGER

Samspill med omkring­ liggende systemer.

Eksempler på ulike databaser i et CIM-system:

CIM

• Produktmodell og geometri databaser (PMDB) • Engineeringregister databaser (ENDB) av ulike typer: artikkeldatabaser, materialdatabaser og maskin og verktøy registre. • Arkiv- og informasjonsdatabaser (AIDB) av ulike typer: tegningsarkiv, prosjekt-/ produktivarkiv, kundearkiv og produksjonsinformasjonsdatabaser.

Datamaskinintegrert produksjon lde Behov

MONTASJE

RAVARER

ULIKE CIM-LØSNINGER OPPNÅS VED INTEGRERING AV ULIKE MODULER I PRODUKTFREMTAKINGSPROSESSEN

PRODUKT

Det er idag få systemer i praktisk anvendelse som bygger noe mer enn en grafisk database og hvor datastruktur og intern representasjon tillater gjenvinning av noe mer enn produksjonsdokumentasjon. Enkelte bedrifter har investert i mer produktavhengige systemer som tilbyr de forde­ lene en produktmodelldatabase kan gi. Få bedrif­ ter har derimot tatt i bruk eller gitt tanker til de øvrige databasene som er nødvendige i et inte­ grert CIM-system.

Databaser for CIM.

29

Produktmodelldatabase Produktmodellen er dynamisk og i kontinuerlig forandring gjennom hele produktfremtakingsprosessen. Innhold: • • • • • • • •

Geometri Produktstruktur Topologibeskrivelse Konstruksjonsdata Posisjoner, dimensjoner og toleranser Parametre og mål Beregnende data Prosjektadministrative data

Produktmodelldatabasen er den primære og sen­ trale databasen i et integrert produktframtakingssystem. Produktmodelldatabasen fungerer som en integrator mellom de ulike applikasjonssystemene som bygger opp produktmodeller, doku­ menterer dem og sprer produktdata og dokumen­ ter til bedriftens øvrige funksjoner, samt til kun­ der og godkjennende instanser. Produktmodelldatabaser inneholder alle data som skal til for å definere, dokumentere og be­ skrive produktet for omverdenen. Produktmodellen bygges opp av konstruktører og planleggere gjennom utførelse av de funksjo-

nene som finnes i CIM-systemet. Produktmodelldatabasene holdes operative, det vil si konsistente og korrekte ved hjelp av slagkraftige, grafiske arbeidsstasjoner med gode visualiseringsegenskaper og selvfølgelig av applikasjonene i CIMsystemet. Brukere av produktmodelldatabasene er CIMbrukere og applikasjonsprogrammerere som omfatter alt fra designere til installasjons- og vedlikeholdspersonale.

Engineering database Engineering databasene består stort sett av sta­ tiske bedriftsdata som ikke forandres som en følge av produktfremtakingsprosessen. Innhold: • • • • •

Artikkeldatabase Materialdatabaser Maskin- og verktøydatabase Prosessplan- og operasjonsplandatabase Bedriftspesifikke standarder

Ulike typer engineering registre finnes idag hos en rekke større bedrifter, men de er som oftest implementert ved hjelp av uegnede programsys­ temer som gjør at de er vanskelige å utrykke i et integrert system. Artikkeldatabaser er spesielt nyttige for å oppnå gode systemløsninger, men maskin- og verktøyregistre er også til god støtte for prosess- og operasjonsplanleggingssystemer.

Artikkeldatabase

Innhold: • • • • • •

Eksempel på produktdatabase for parameterstyrt turbindesign.

30

Identifikasjons av artikkelen Beskrivelse av detalj med kjennetegn Beskrivelse av tabelltegning-layout Data på tabelltegningen Artikkelliste-layout Data om artikkelen

Brukere av en artikkeldatabase er de samme som idag bruker artikkellister, tabelltegninger og kataloger, dvs. de fleste funksjoner i en produk­ sjonsbedrift. For DAK-brukeren er det viktig at det er tilgang til databasen direkte fra arbeids­ plassen. I Norge lages det nå en nasjonal artikkeldata­ base (NAD) som gjøres tilgjengelig for bedrif­ tene. Ved å knytte denne til DAK-systemene for­ venter en betydelige produktivitetsgevinster. NAD utvikles på datasystemet COMPSTORE.

AK-mønster nr.... /Tabular layout No..... Kjennetegnbokstav Code letter of

A

B

C

D

Kjennetegnbenevnelse

Høyde

Bredde

Flenstykkelse

Stegtykkelse

Designation of characteristic

Height

Width

E

F

G

H

J

Kantbredde

Tverrsnittsmodul Section modulus wx, Wy

Mate-

Overflate

Material

Surface

characteristic

Thickness Thickness of flange of leg

Width of edge

Bi, B2

Referanse Reference

Enhet Unit

mm

mm

mm

mm

mm

Maskin- og verktøydatabase

Maskin- og verktøyregistre finnes idag i de fleste bedrifter som er avhengig av sponfraskillende bearbeiding. Imidlertid er de for det meste manu­ elle i alle henseende. Innhold: • • • • •

Maskinens egenskaper og kapasiteter Maskinens styringsenhet og kontrollfunksjoner Prosess- og operasjoner og styredata Verktøybeskrivelser Skjæredata og standard materialdata (verktøy)

Disse databasene er stort sett bygd opp av bedrif­ tene selv, og slik må det nok forbli en stund framover inntil en standard for maskin- og verk­ tøybeskrivelser foreligger. Databasene brukes idag av produksjonsplanleggere, prosess- og operasjonsplanleggere og av NC- programmerere.

Arkiv- og informasjonsdatabaser Innhold: • • • •

Tegningsregister Prosjektarkiv Kundedata og produktdata Hvem, hva, hvor, status

cm3

Eksempel på AK-mønster i NAD (Nasjonal artikkel data­ base) med tilhørende former.

Arkiv- og informasjonssystemer er nødvendige for å klassifisere, katalogisere, beskrive, god­ kjenne, lagre, gjenvinne og spre informasjon, data og dokumenter fra alle de øvrige databa­ sene. For å få dette til å fungere må slike arkivfunksjoner tilbys alle brukere i et integrert produktframtakingssystem. Arkivdata og informa­ sjon for å utføre funksjonene som er nevnt foran, må lagres i en egen database. Dette vil bl.a. bety at arkivlister kan genereres korrekt uavhengig av endringer i de dataene og dokumentene som arki­ vet administrerer. Arkiver og informasjonsdatabaser for teknisk administrasjon vil stort sett inneholde data avhen­ gig av arkivets bruksområde: tegningsarkiv, prosjekt/produktarkiv, kundearkiv osv. Dataty­ pene kan være: • identifikasjon og klassifiseringsdata • prosjekt og produktdata • utarbeidende person, avdeling, dato osv., dvs. stort sett data fra tegningens tittelfelt.

For andre arkiv vil det være andre typer beskri­ vende data slike som: • data om spredning og administrasjon • spesielle data om status og andre forhold

De ulike arkivene er sjelden likt oppbygd fra bedrift til bedrift. 31

Eksempel på tegningsdata:

Ordrenr. Stykkliste Tegningsnr. Revisjon Sidenr. Konstruktør, dato Godkjent dato Utsendt, dato Verksted, antall

1327-4-16 1327-6-1 1324 B 2 av 4 H.L 11.12.87 M.F,12.12.87 14.12.87 6

• De dynamiske databasene som inneholder pro­ duktmodellen • De statiske databasene som inneholder bedriftsdata Ulike typer databaser har ulike egenskaper og krever ulike ressurser fra datasystemet. En admi­ nistrativ database er enkel i sin form med store datamengder og høye krav til tilgang og sikker­ het, mens en geometridatabase er kompleks med store krav til CPU og fleksibilitet.

Fordelene med databaser Databasene vil kunne tilby industrien raskere til­ gang til data og dokumenter, sikrere behandling og større fleksibilitet ved endringer dersom de blir styrt og administrert av korrekte og moderne programsystemer. Moderne DBMS vil gjøre det mulig for flere brukere å arbeide mot databasene samtidig. Innholdet i slike databaser kan også endres uten at applikasjonsprogramvaren må endres og systemene vil dessuten bli mer uavhen­ gig av hvor dataene fysisk er lagret.

Krav til databasesystemer i CIM De generelle kravene til databasene er ikke spesi­ elle for CIM, derimot er kravet til databasesyste­ mene spesielle. Det gjelder særlig krav til databa­ sesystemet som skal håndtere produktmodellen. Kravene kan summeres under følgende hoved­ tema: • EGENSKAPER: Assosiere geometriske og ikke-geometriske data Støtte konstruksjonsprosessen Semantisk integritet Opprettholde konsistens • MÅ KUNNE HANDTERE: Randbetingelser Store datavolum Distribuere data Versjoner av data Komplekse og dynamiske modeller Lange data felt Erfaringsdata • MÅ TILBY: Raske svartider Flerbruker muligheter Ha tilgang til 4. generasjons verktøy Verktøy for å bygge CIM databaser

Oppsummering Databasene i DIP-systemet kan grovt deles inn i to kategorier: 32

Eksempel på bruk av databaser i CIM.

Jo færre fakta, desto glattere kurve!

6 Geometrisk modellering Den geometriske databasen kan bestå av: • • • • •

Geometrimodell av produktene Geometristruktur Geometriske føringer og bindinger Representasjon av geometriske primitiver Koordinater

Bygging av den geometriske databasen utgjør den viktigste delen av all modellering innen CIM. Når den geometriske produktmodellen kompletteres med annen informasjon knyttet til produktet, kal­ ler vi den gjerne en produktmodell. For all geo­ metrisk representasjon er beskrivelsen i figuren gyldig.

Metode Den generelle metoden for å etablere geometrisk representasjon for et CIM-system er:

1 Definer de matematiske elementene (eng.: entities). Disse kalles de geometriske primiti­ ver (eng.: primitives). Eksempler er punkt, linje, sirkel, plan, sylinder, etc. 2 Assosier hver type primitiv med en generell datapost som kan skrives: Navn, parameter 1, parameter 2, ..., parameter n. Eksempler er: Punkt, x, y, Sylinder, radius, høyde. Dette kan gjøres både nummerisk og grafisk i et DAKsystem.

33

3 Definér relasjoner som representerer kombina­ sjoner av flere primitiver eller dataposter. De matematiske reglene for definisjon av disse sammensatte representasjonene kalles strukturens semantikk (semantikk er læren om betyd­ ning).

Det er viktig at representasjonen er entydige og fullstendige. Slagkraften i representasjonen er et resultat av valget av metoder i definisjonene 1, 2 og 3 ovenfor. Mulighetene for geometrisk mani­ pulasjon ved hjelp av algoritmer i et DAK-system er også avhengig av hvordan en velger å repre­ sentere geometrien i pkt. 1 — 3. Som illustrasjon velger vi et eksempel på et DAK-system som har følgende tre primitiver:

• Punkt • Rett linje • Sirkel

Systemet gir da mulighet for representasjon av en sylinder dersom semantikken (punkt 3 ovenfor) er slik at to av de gitte primitivene kan lagres sammen og dermed oppfattes som en sylinder. Det kan være to sirkler som endeflater, eller det kan være en sirkel som endeflate og en rett linje som senterlinje. Vi ser altså at kombinasjonen av primitiver gir sammensatte objekter. Men semantikken for sylinderen må kompletteres utover det dersom den skal ivareta mulighet for fjerning av skjulte linjer og angi hulrom (negative sylindere) som f. eks. i tykkveggede rør. En tar altså utgangspunkt i et fysisk objekt eller en produktidé i konstruktørens hode. Objektet omformes til en logisk modell og lagres internt i datamaskinen som en geometrisk modell ved hjelp av en eller annen representasjonsform.

Den geometriske forståelsen av et fysisk objekt må altså beskrives av den logiske (semantiske) modellen ved å beskrive objektets topologi, form og dimensjon i en såkalt «pekerstruktur». Den logiske datamodellen implementeres i datamaski­ nen ved hjelp av et databaseverktøy.

Dimensjon og representasjon I forbindelse med geometribeskrivelse skiller vi mellom 2, 2 V2 og 3-dimensjonal (2-D, 2 l/2-D og 3-D) representasjon. Dessuten skiller vi mellom trådmodeller, flatemodeller og volummodeller. 2-D og 2 V2-D betegner en representasjon hvor to koordinatverdier er tilstrekkelig for å angi posisjonen knyttet til geometrien. I forbindelse med 2 Vz-D vil en utstrekning i den tredje ortogonale retning være representert enten ved en parameter, eller ved hjelp av lag. I det siste tilfel­ let kan en tenke seg en analogi til transparenter som legges på hverandre for å danne en komplett avbildning. Slike muligheter er ofte brukt i syste­ mer for bl.a. elektronikk og bygg og anlegg. 2-D representasjon er bare aktuell for trådmodeller og plane flatemodeller. Dette begrenser anven­ delsesområdene for slike systemer betraktelig og med moderne algoritmer og masinvareteknologi er det grunn til å anta at 2-D representasjon er på veg ut. Ved å angi en høyde i tillegg til 2-D modellen i figuren, kan en definere en enkel delmengde av 3-D geometri. Denne høyden kan angis som en parameter og en kan dermed avbilde profilet som et objekt i rommet, et 3-D objekt ved hjelp av en 2-D representasjon og en parameter. En slik rep­ resentasjon betegnes gjerne som 2 V2-D.

MODELLERES

Modellering og implemente­ ring av geometrisk modell.

34

IMPLEMENTERES

2-D modell av en aluminiumsprofil.

uten noen innbyrdes sammenheng. Disse vil da kunne avbildes fra flere synsvinkler ved hjelp av et tegnsystem. En slik intern representasjon er ingen avbild­ ning av masten som fysisk konstruksjon internt i datamaskinen. En intern avbildning kan realise­ res ved at hvert linjestykke beskrives som et objekt bestående av to endepunkter. Fra hvert punkt går ut et eller flere linjestykker. Til hvert endepunkt svarer en posisjon i rommet. En har nå oppnådd en struktur i datarepresentasjonen og fått en intern representasjon som er en modell av masten. Denne modellen kalles gjerne for en trådmodell (eng. wireframe model)

2 !/2-D modell av aluminiumsprofilen i foregående figur.

Ved bruk av profiler er imidlertid høyden ofte den dominerende dimensjonen. Et eksempel på dette er en kraftledningsmast. En avbildning som vist i figuren gir oss et godt inntrykk av mastens konstruksjon. Masten er tredimensjonal, men representert på en forenklet måte.

Trådmodell For å klargjøre nærmere hva som menes med geometrisk modell, kan vi ta utgangspunkt i det nevnte eksemplet. For å avbilde masten er det tilstrekkelig å rep­ resentere den internt med et sett av linjestykker

Trådmodell.

35

Flatemodell

2 og 21/2-dimensjonal representasjon

Tilsvarende kan en se på profil-tverrsnittet. En trådmodell vil ikke her kunne avbilde hvor det er gods og hvor det ikke er gods. Det må derfor innføres ytterligere topologisk informasjon. På samme måte som det i trådmodellen ble knyttet endepunkter til en linje, må det nå knyttes linjer til en flate, og så kombinere flere flater til et profil. En kan også snakke om konturer og konturelementer. Dermed har vi fått en flatemo­ dell. (eng. boundary model)

Når det gjelder CIM-systemer, er det viktig å ha klart for seg hvilke muligheter og begrensninger de ulike systemløsningene har. I så måte er de geometriske produktmodellene viktige. Geometriske produktmodeller kan klassifiseres etter dimensjon og egenskap. 2 og 2 1/2-dimensjonale geometriske modeller egner seg stort sett bare for tegnesystemer og ikke for CIM. Vi vil derfor ikke gå i detalj på disse modellene, men bare ta dem med for å gjøre bildet komplett.

2-dimensjonal strekmengde

Dette er en modell hvor alle linjestykker er repre­ sentert med sitt startpunkt og sitt endepunkt. Det fins ingen topologiske relasjoner i modellen. Den er bare en «uintelligent strekmengde» og kjenner ikke begrepene kant, flate eller volum. Den tredi­ mensjonale forståelsen av en 2-dimensjonal teg­ ning skyldes den menneskelige fortolkning av teg­ ningen basert på et sett med tegnekonvensjoner og standarder. Modellen kan bare brukes til opptegning.

Eksempler på flatemodeller.

Volummodell Dersom vi i tillegg ønsker å vite noe om den tredimensjonale formen på de faste materialene som objektet består av, slik at vi kan ta et vilkår­ lig snitt gjennom objektet og vise hvor det er gods eller ikke gods i snittflaten, trengs det ytterligere informasjon. Slike modeller kalles volummodeller (eng. solid models).

Volummodell uten fjerning og med fjerning av skjulte linjer og flater.

36

2-dimensjonal strekmengde.

2-dimensjonal trådmodell

Dette er en enkel modell som brukes i de fleste 2-dimensjonale tegnesystemer. Den kan ha rela­ sjoner mellom punkter og linjer, men har bare mening i én projeksjon. For rene tegningssystemer kan en slik modell være tilstrekkelig.

Løfting. Volumet representeres ved grunnarealet og en høydevektor som kalles direktrise.

2-dimensjonal trådmodell.

2 1/2-dimensjonale modeller

En spesiell klasse av geometriske objekter kan genereres ved hjelp av rotasjonssymetri og løfting (eng. sweeping). I slike tilfeller kan geometrien representeres ved en 2-D figur samt en rotasjons­ akse eller en høyde.

Såkalte genererende kommandoer eller operato­ rer brukes til dette formålet. De vanligste slike operatorer er rotasjon og løfting. Polygon blir polyeder, flate blir volum. Den kurven som løf­ tingen skjer langs kalles direktrise. Hvis direktrisen er en 3-D senterlinje for et rør, kan vi enkelt konstruere hele rørstrekkets overflate hvis poly­ gonet er en sirkel som representerer røromkretsen. Et rør som utgjør et volum blir da represen­ tert ved en flate (endeflaten) og en kurve (senter­ linjen).

Eksempel på løfting.

Eksempel på rotasjonssymetrisk objekt.

Rotasjon. Sylinderflaten representeres ved lengdesnittkurven som kalles generatrise og senterlinje.

Det er karakteristisk for denne typen geometrirepresentasjon at selve representasjonen vanlig­ vis har en dimensjon mindre enn det geometriobjektet som representeres:

• Volumer representeres ved flater • Flater representeres ved kurver • Kurver representeres ved punkter

Topologi og geometri Før vi går over til de 3-dimensjonale geometriske produktmodellene som brukes i mer avanserte systemer, skal vi se på de to sentrale begrepene topologi og geometri. Datateknisk kan det være en fordel å skille mellom topologi og geometri. Populært kan en si at topologien angir hvilke elementer som finnes og deres relasjoner eller innbyrdes naboforhold (hvem har grense mot hvem). Geometrien angir elementenes form og dimensjon. Geometri 37

behandles i et metrisk rom, mens topologi behandles i et ikke-metrisk rom. Topologi er gresk og betyr stedslære. Topologien er læren om den logiske sammenkobling mel­ lom elementer. Topologi kan angå sammenheng mellom isolerte punktsett eller sammenheng mel­ lom elementer. Topologisk sett er f.eks. massive kuler, kubu­ ser og parallellepipeder ekvivalente. De er sammenhengende polyedre og sies å ha genus (p) 0, dvs. ingen passasjer (gjennomgående hull). En smultring (torus) er også et polyeder, men er ikke ekvivalent med de nevnte polyedre fordi smul­ tringen har en passasje (et gjennomgående hull). Smultringen har topologisk sett genus 1, p = 1 mens en kringle har p = 2. Oppbygging av polyedre beskrives med føl­ gende terminologi: TOPOLOGISK Navn Betegnelse

GEOMETRISK Betegnelse Navn

Knutepunkt Linje Region

Vektor Kurve Flate

v (eng.vertex) e (eng.edge) s (eng.surface)

P r (u) F

Topologisk sett er en region begrenset av en rand som består av et antall linjer. En linje er begren­ set av en rand som består av to knutepunkter. Med dette menes at hver enkelt rand represente­ rer en relasjon. Samlet kan relasjonene sies å representere objektets topologi. Men dermed er det ikke knyttet form eller dimensjon til de ulike topologiske elementene.

Eksempel på en region: en fylt trekant.

38

Et volum brukes her ikke som eget element, men er selvfølgelig begrenset av et antall regioner.

KOORDINATER ?

Geometrien som beskriver form og dimensjon gis her i form av koordinater for hvert av hjør­ nene. La oss nå se på de vanligste 3-D geomet­ riske produktmodellene for CIM.

3-dimensjonal representasjon Trådmodell

Dette er en relativt enkel modell, men betydelig mer slagkraftig enn den 2-dimensjonale varian­ ten. Den kan ha relasjoner mellom linjer og punkter i rommet. Modellen kan betraktes fra forskjellige synsvinkler, men den mangler informasjon om flater og volumer. Det er altså ikke mulig uten videre å fjerne skjulte linjer eller lage snitt gjennom modellen.

Ved å la programmet finne fram til lukkede kon­ turer (se polygonmodellen) samtidig som det tas hensyn til inner- og ytterkonturer, kan vi likevel både fjerne skjulte linjer og flater og foreta enkle former for skyggelegging. Tredimensjonale trådmodeller er meget raske og egner seg godt for en rekke anvendelser, spesielt på PC. Når det gjel­ der representasjon av tredimensjonale objekter, har imidlertid trådmodeller den svakheten at de kan være flertydige og tolerere såkalte umulige objekter.

I flatemodeller vil linjer eller kanter omslutte flatene. Områdene som omsluttes må være repre­ sentert entydig som flater i rommet. Det finnes flere prinsipper: • • • •

plane flater (polygonmodeller) analytiske flater skulpturerte flater kombinasjoner

En tilnærmet beskrivelse av flater i rommet med plane elementer er velkjent i endelig element­ analyser (FEM). For en rekke formål er også metoden hensiktsmessig som geometribeskrivelse. Polygonmodell

Uttrykket polygonbaserte modeller brukes ofte for volumkomponenter som representeres ved mange plane flater (mangekanter) og som repre­ senterer overflaten til objektet. Krumme flater forenkles altså til en mosaikk av mange små plane flater. Eulerligningen Umulig objekt.

Flatemodell

Flatemodeller gir mulighet til en intern repre­ sentasjon hvor informasjon om flater er lagret i modellen. Modellene er særlig aktuelle i forbin­ delse med modellering av platedetaljer, bilkarrosserier, skrog etc. hvor materialets tykkelse i prak­ sis spiller liten rolle.

Når det gjelder polygonmodeller kan Eulerlikningen være et godt hjelpemiddel til å sørge for at geometrien er konsistent. I Eulerlikningen tren­ ges syv parametre:

Flater (regioner) Volum Kanter Hjørner Eulers tall Genus (antall passasjer) Hull-løkke (indre rand)

= = = = = = =

F V K H E p h

Flatemodell (polygonmodell).

39

For polyedre gjelder følgende definisjon: Eulers tall = E = 7 - K + H. Eulers tall er en topologisk invariant. Med dette menes at topologisk ekvivalente polyedre som f.eks. tetraedre, oktaedre, ikosaedre, heksaedre og dodakaedre har samme Eulers tall, nemlig E = 2. Eulers tall = E og genus = p sies å være topologisk invariante. Uttykket invariant er å for­ stå på en lignende måte som innenfor geometrien. Sideflaten i et tetraeder er f.eks. geometrisk inva­ riant ved transformasjon av tetraederet fra ett kartesisk koordinatsystem til et annet. På samme måte kan det sies at topologisk ekvivalente objek­ ter har samme E og p. Som eksempel kan nevnes at et melkeglass og en kaffekopp ikke har samme p fordi kaffekoppen har et hull i hanken, mens en grammofonplate og en kaffekopp har samme p. Begrepet hull-løkke (h) trekkes inn som et hjel­ pemiddel fordi matematikken egentlig er basert på at polyedre har en sammenhengende rand (kanten må henge sammen). Anta at det polyederet som studeres er en mas­ siv terning. Da er randen til polyederet sammen­ hengende. Men hvis det introduseres et hull i terningen så oppstår det adskilte polygoner. Det kan sies at to av terningens regioner har fått en indre rand, en hull-løkke.

40

For å oppnå at alle polygoner i alle regioner (inklusive randen) er sammenhengende kan det trekkes «dummylinjer» mellom knutepunkter i regionen. Da kan antall hull-løkker defineres som det minste antall nødvendige dummylinjer for å få polyederne til å bli koblet sammen. Det kan nå vises at for polyedriske volumer gjelder Eulerlikningen: F-K + H —h + 2p-2V = 0 For å få denne matematikken til å stemme er det nødvendig å innføre at enklest tillatte flate er en trekant (tilsvarende region begrenset av tre linjer) og enkleste tillatte volum er et tetraeder. En sirkel er derfor ekvivalent med en trekant og en kule med et tetraeder. Konklusjonen er at polyedre har en topologi som følger Eulerligningen. Det betyr at antall relasjoner mellom de ulike elementene som be­ skriver objektet ikke er tilfeldig. Tvert imot føl­ ger relasjonene et bundet mønster. Dette kan utnyttes til å kontrollere at en formell beskrivelse av et objekt er fullstendig men ikke overbestemt eller selvmotsigende. Eulerligningen kan med andre ord utnyttes til å kontrollere at en datamaskinrepresentasjon av et objekt er konsistent. Uten kontroll med hjelp av Eulerligningen eller tilsvarende kan en f.eks. risikere at en linje begrenses av for mange eller for få render. I prak­ sis opptrer dette som et problem i forbindelse med de datamaskinrutinene som skal oppdatere pekerstrukturen mellom de elementene som har relasjoner. Anta at en bruker av et system for datamaskin­ assistert geometrisk modellering av produkter får generere regioner, linjer og knutepunkter helt fritt. Ved å tilordne dimensjoner kan disse gis geometrisk betydning senere. Anta at brukeren f.eks. generer en rett kurve med tre punkter på. Da må det være slik at bare to av punktene defi­ nerer kurven, mens det tredje ikke kan velges fritt. En kurve kan bare ha to render. For kom­ plekse objekter vil brukeren lett konstruere umulige relasjoner. Det er derfor en fordel om datamaskinprogrammene har innebygget en eller annen automatikk som gjør at tilstrekkelige, men ikke for mange relasjoner opprettholdes.

E F- K + H

-h

+2P

-2V

=0

Massivt tetraeder

4-6 + 4

-0

+0

—2

=0

Eksempler på Eulerligningen.

Polygonbaserte modeller er godt egnet for fjer­ ning av skjulte linjer og flater samt skyggelegging av volumene.

Analytiske flater Analytiske flater, i praksis annen grads flater, sylindre, kjegler og kuler, forekommer i begren­ set grad i praksis. Metoden har en viss utbredelse, men har klare begrensninger.

Skulpturerte flater Skulpturerte flater er flater som bare lokalt kan beskrives med matematiske funksjoner. Slike fla­ ter modelleres med bruk av såkalte lapper (patches). En lapp begrenses av 3.-grads kurver og området mellom kurvene er beskrevet ved en interpolasjonsfunksjon. Eksempel på anerkjente funksjoner er B-splines, se side 00. Skulpturerte flater anvendes i bilindustrien, skipsbyggingsindustrien og fly industrien. 41

En kurve kan gjerne deles opp i flere splines med bestemte grensebetingelser, f.eks. at to spli­ nes har samme vinkelkoeffisient i skjøten mellom dem. En flate kan tenkes representert ved et kurvesett eller kurvenett (et sett av kurver med et antall innbyrdes skjæringspunkter). En flate kan også representeres ved full matematisk beskri­ velse av hele flaten, ikke bare kurver som tråder i en hønsenetting uten flate mellom trådene. For konstruktøren kan underlaget for genere­ ring av en kurve eller flate være prinsipielt for­ skjellig:

1 Et antall punkter på kurven er gitt og en søker hele kurven/flaten (tilpassing av gitt form). 2 Produktets funksjon er gitt og kurven/flaten skal tilformes (produktet skal formgis). Fri form flate.

Tradisjonelt har arbeid med kurvetilpassing stått sentralt i forbindelse med bl.a. båtbygging. Geo­ metrisk behandling med vekt på kurver og flater er fremdeles en vesentlig aktivitet på skipsverft. Tilsvarende aktiviteter foregår bl.a. på fly- og bilfabrikker. Formgivning med fri form, kurver og flater i dataassisterte systemer er aktuelt for alle produkter med skulpturerte former, f.eks. propeller, skovler, flasker, møbler, instrumentpaneler osv. Kurvetilpassing på skipsverft foregikk tidligere ved at elastiske rier med konstant eller varierende tykkelse ble bøyd inntil de ga en jevn kurve som med noenlunde nøyaktighet gikk gjennom et antall gitte punkter på spantbrettet. En del av tilpasningsarbeidet på spantebrettet var i virkeligheten en glatting av kurvene, dvs. en forming av kurvene. Riene ble holdt på plass av vekter. Antall vekter ble holdt på et minimum dvs. i kurve-vendepunktene. Hvis en midlertidig vekt et sted på en rie kunne fjernes uten at rien beveget seg, var dette et mål på kurvens glatthet. Etter at kurven var ferdig glattet og risset inn i spantebrettet, ble det tatt mål og maler fra brettet for produksjon. Når kurver skal representeres i datamaskiner, er det upraktisk både av plasshensyn og databehandlingshensyn å benytte koordinatrepresentasjon med et meget stort antall punkter langs kur­ vene. Isteden velger en å representere kurvene ved ligninger, eller med andre ord å angi ligninger for rienes form. På engelsk kalles riene «splines». Det er nå vanlig å benytte ordet splines på norsk når det gjelder matematisk representasjon av for­ men på en kurve. Enkelte matematiske splines er representert av fysiske rier. Andre splines er bare matematiske kurver. 42

Innenfor maskinkonstruksjon har konstruktøren tidligere forsøkt å begrense geometrien til enkle elementer, slik at alle 2-dimensjonale avbildnin­ ger har bestått av sirkelbuer og rette linjer. DAKsystemene gjør det mulig å endre dette fordi det nå er lettere å arbeide med frie former. Hud på skip har alltid inneholdt både krumme og dobbeltkrumme flater. Når et antall punkter på kurven/flaten er gitt, kan kurven/flaten bestemmes ut fra to forskjellige prinsipper:

1 Interpolasjon. En søker en kurve/flate som går gjennom punktene. 2 Approksimering. En søker en kurve/flate som bare tilnærmet går gjennom punktene. I begge tilfeller er det tale om kurve/flatetilpasning. I begge tilfeller er det aktuelt å glatte kurvene/flatene og eventuelt få dem til å tilfredstille andre kriterier enn glatthet. Med glatthet menes hvorvidt kurven/flaten er jevn eller om den har relativt brå og/eller mange endringer i vinkelkoeffisientene. Glatthet kan f.eks. måles i form av den annenderiverte med hensyn på en av koor­ dinatene. Glatting foretas til dels for å forbedre opprinnlig konstruksjon (f.eks. manipulering på linjetegning for en flate), men oftere for å fjerne unøyak­ tigheter i de angitte punktene. Når glatting utfø­ res for å fjerne uregelmessigheter i punktenes beliggenhet, sier vi at dataunderlaget filtreres. For hard filtrering gir svært glatt kurve, men dår­ lig overensstemmelse med opprinnelig dataunderlag (punktenes beliggenhet). Kriterier for glatting må defineres, og grad av filtrering kvantifiseres. En vanlig måte å kvantifisere en kurves avvik fra et antall punkter er å beregne summen av kvadra­

tet på alle avstander fra punktene til kurven. Å definere akseptabel kurveform er et annet problem. I prinsippet kan kurve/flate-form bestemmes på to forskjellige måter: 1 Representasjonsformen (likningen) for kurven/ flaten forhåndsbetemmes, mens parametrene i den matematiske funksjon beregnes. 2 Glattingskriteriet forhåndsbestemmes, mens kurvens/flatens form og dermed representasjonsform tas som et resultat i sin helhet.

Sistnevnte sikrer mot å arbeide under feil forut­ setninger, og fleksibiliteten er stor. Men metoden er så komplisert at den sjelden benyttes og sløyfes nedenfor. Vi forutsetter altså at vi velger representasjonsform på forhånd. Eksempler på representasjonsformer i to dimensjoner er polynomer. 1) y = ax + b 2) y = ax2 + bx + c 3) y = ax2 + bx2 + cx + d

Den siste som kalles kubiske splines, minner om fysiske rier fordi den passer med den elastiske linjens ligning „ = y

M(x) El

der momentet varierer lineært langs ria. Det er likevel ingen selvfølgelighet at en matema­ tisk representasjon, dvs. splines, tilsvarer fysiske splines. Det er åpenbart lettere å få god tilpassing til en punktmengde med hjelp av kubiske splines enn ved hjelp av kvadratiske splines. Men samti­ dig gir kubiske splines kurver med vendepunkter, dvs. mindre glatthet. Høy polynomgrad kan gi mange vendepunkter. Et polygnom av grad n-1 kan tvinges gjennom n punkter. Generelt gjelder følgende:

a) Økt polynomgrad gir bedre tilpassing til gitte punkter. b) Lavere polynomgrad gir bedre glatthet. En vanlig måte å løse denne motsetning på er å dele opp en kurve/flate i segmenter som hver representeres av polynomer med lav grad. Meto­ den innebærer at det blir mange parametre for en hel kurve/flate, og det blir mange grensebetingel­ ser å tilfredstille. De like representasjonsformene for kurver og flater gir brukeren høyst forskjellige muligheter

og fordeler. Den matematisk enkleste formen er kubiske splines. Den form som for tiden har mest vind i seilene er B- splines og tildels V-splines. Flatebeskrivelser ved kombinasjoner av de foran­ nevnte er aktuelle. Analytiske flater kombinert med fri form skulpturerte flater forekommer hyp­ pig bl.a. i offshore konstruksjoner. Når flaten blir innført som begrep i en logisk modell, blir det mulig å fjerne skjulte linjer og flater. Videre kan flaten gis egenskaper, som f.eks. farve. For avbildning av massive objekter er flatemo­ deller tilfredstillende, men hvis et område av modellen fjernes vil illusjonen av massiviteten forsvinne. Det er heller ikke mulig å ta et snitt gjennom modellen for å se hvordan den ser ut «inni».

Volummodeller Modellen inneholder en fullstendig beskrivelse av et fysisk objekt. Den gir derfor i tillegg til hva vi allerede har diskutert, muligheter for å legge vil­ kårlige snitt gjennom konstruksjonen, fjerne skjulte linjer og flater osv. Vi skal her skissere fire prinsipper for realise­ ring av volummodeller. De første to metodene er enkle i sine grunnideer, men er i rendyrket form ikke anvendt i praktiske systemer. De represente­ rer også to ytterpunkter av programløsninger. 1) «Punktmetoden» Rommet deles i små enheter, og ved hjelp av en kode angis det om enheten er gods eller ikke. Minste lagerplass pr. enhet er et bit. Det fysiske objekt er gjenskapt i et volumelement «array». Dette gir et ekstremt lagerbehov, men gir enkle algoritmer for å tolke eller manipulere modellen. Metoden har ingen praktisk betydning. 2) «Parameter-representasjon» Denne metoden tar sikte på å utnytte den informasjonen som ligger i objektets form. Kubuser, sylindre, kjegler etc. kan beskrives med få parametre. Objekter kan så konstrue­ res ved bruk av primitive legemer. Denne metoden krever liten lagerplass, men gir omfattende algoritmer for å tolke eller mani­ pulere modellen. Den er derfor en motpol til 1) som programløsning. 3) «Omslutningsmetoden» (Boundary Surfaces) Dette er den til nå mest anvendte interne rep­ resentasjon av volummodeller. Her brukes de topologiske elementene volum, flate, kant og punkt for å beskrive sammenhengen i produk­ tet. Et volum omsluttes av flater, en flate

43

avgrenses av kanter og en kant avgrenses av punkter. Dette kan realiseres ved hjelp av en hierarktisk datastruktur, et nettverk. Denne metoden kan betraktes som en videreføring av tråd- og flatemodeller. Selv for objekter som vi anser for enkle, vil en slik modell bli omfat­ tende. 4) Konstruktiv volumgeometri (Constructive solid geometri) Konstruktiv volumgeometri går i korthet ut på å kombinere primitive objekter ved bruk av settoperatorer (union, snitt, osv.) til det øns­ kede objekt.

Seks plane halvrom

Volumrepresentasjon.

Addisjon Når to objekter ligger an mot hverandre kan fellesgrensen fjernes slik at objektene smelter sammen ved operatoren addisjon. Denne opera­ tøren er ikke avhengig av kompliserte programrutiner og minner mye om sveising eller liming.

A

B

Addisjon. Konstruktiv volumgeometri.

Union Den interne representasjon er i to nivåer. Topp­ nivået er primitiver kombinert med setoperatorer. Nivået under er definisjon av halvrom. Et halvrom. Et halvrom er et sett (p: F(p) = 0) der p er et punkt i et 3-dimensjonalt rom. En kule er et halvrom, en kubus er et snitt av seks plane halv­ rom. Den logiske struktur for et relativt enkelt objekt er vist i figuren. Ved denne metoden lagres ikke modellen som en geometrisk struktur, men i form av den logiske struktur som generer objektet basert på kombina­ sjoner av basisvolumer. Ved hjelp av boolske operasjoner kan en konstruere meget avanserte volummodeller ved hjelp av en begrenset mengde basisvolumer.

44

Når to objekter delvis overlapper hverandre kan de smeltes sammen ved operatoren union.

Snitt Hvis to objekter overlapper hverandre kan alt annet enn fellesmengden fjernes ved operatoren snitt.

Basisvolumer

Snitt.

Negasjon Hvis et objekt inneholder litt av et annet objekt kan sistnevnte subtraheres (dvs. oppfattes som negativt volum) ved operatøren «neg». denne operator er aktuell ved f. eks.boring av hull og fresing av spor.

Figuren er eksempel på et sett basisvolumer. I tillegg kan det også forekomme kuler, toroser, kiler og basisvolumer for hjørneavrunding av ulike slag osv. (se også figur side 00) Betydningen, dvs. semantikken, av de operato­ rene en bruker har tilgang på, er illustrert i figu­ ren. Fordi denne metoden for å bygge opp volum­ modeller minner mye om vanlig tilvirkningsmetoder som liming, sveising, fresing og boring, er den lett å forstå og arbeide med.

Eksempel på basisvolumer.

Illustrasjonseksempel på semantikken.

45

Oppsummering Et dillemma i alle datasystemer og spesielt innen­ for CIM-systemer er forskjellen mellom et men­ neskes evne til å tolke et bilde, og systemets evne til å representere en mental modell. I praksis vil dette ofte føre til at resultatet av en ønsket mani­ pulasjon på et skjermbilde blir et annet en bruke­ ren forventer. Derfor kan det være en fordel om brukere har noe kjennskap til prinsippene ved et systems interne datastrukturer. Når en leser dette kapitlet, får en kanskje inntrykk av at volummodeller er best fordi de representerer virkeligheten best. Men vi får ingenting gratis, heller ikke i geometrisk modelle­ ring. I en sammenlignig utført ved TU i Berlin er tynnplatedetaljer blitt representert som volum­ modeller og som flatemodeller. Undersøkelsen viste at flatemodellenes lagerbehov varierte mel­ lom 25 og 35 % av volummodellene. Tilsvarende tall for beregningstid ved modellgenerering var 8 - 25 %. Denne undersøkelsen viser at det som vinnes i generalitet ved en volummodell, må betales i form av økt ressursbehov. I interaktive DAKsystemer vil volummodeller gi responstider som i mange tilfeller ikke kan tolereres. Bruk av tilnær­ melser i flaterepresentasjon eller bruk av enklere modeller kan være aktuelt. Valg av prinsipp for intern representasjon bør bestemmes av de behov systemet skal dekke. En volummodell gir mulig­ het for automatisk tolkning av hele modellen og åpner dermed for snitting, fjerning av skjulte linjer, beregning av vekter, treghetsmomenter etc, men den er som nevnt svært ressurskrevende. En flaterepresentasjon mangler informasjon om innholdet i et objekt og kan derfor ikke snit­ tes, men f.eks. fjerning av skjulte linjer og flater er mulig. Så er også ressursbehovet vesentlig mindre enn for en volummodell. En trådmodell er lite ressurskrevende og spesi­ elt velegnet for 2-D systemer, men også i en rekke anvendelser er 3-D trådmodeller et meget godt

46

alternativt spesielt kombinert med automatisk generering av polygoner i forbindelse med visua­ lisering.

GEOMETRIMODELL

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

FLERE

AUTO­

FJERNE

SNITTE

PROJEK-

MATISK

SJONS-

SKRAVUR

SKJULTE LINJER/

MODELLEN

FLATER

RETNINGER

2D-STREKMENGDE 2D-TRÅDMODELL 3D-TRÅDMODELL SKULPTURERTE KURVER SKULPTURERTE FLATER 2 1/2D-M0DELL 3D-VOLUMMODELL

NEI NEI JA JA JA JA JA

I

NEI JA JA NEI JA JA JA

NEI NEI NEI NEI JA JA JA

NEI NEI NEI NEI NEI JA JA

Oversikt over egenskaper hos ulike geometriske modeller.

VE - volumelementer KE - konturelementer HW - halvord

F - flater REL - relasjoner

Plassbehov for geometriske modeller.

P - punkter E - elementer

Jo enklere, jo bedre!

7 Brukerdialog Faktorer som påvirker brukerdialogen Datamaskinsystemenes suksess er knyttet til deres evne til å samspille med brukeren. Til tross for programmenes kvalitet, er det ofte brukerens subjektive akseptering eller forkasting som avgjør systemets skjebne i arbeidsmiljøet. Derfor er det viktig at operatøren og datamaskinen samspiller med hverandre slik at det ikke oppstår stressproblemer. Datamaskinen har sin styrke i å manipulere med data. Hurtigheten og nøyaktighet i utførel­ sen av veldefinerte operasjoner er meget høy sammenlignet med mennesket. Mennesket har imidlertid intuisjon og erfaring som det er umulig å bygge inn i en datamaskin. Hvis databasen er bygd effektivt, kan datama­ skinen lagre, manipulere og gjenfinne store mengder detaljert informasjon, mens mennesket vanligvis er mer effektivt når det gjelder å eks­ trahere signifikant informasjon fra en gitt infor­ masjonsmengde.

Problemet med å lage en god brukerdialog i samband med datasystemer er å få til en naturlig, fleksibel, rask og utvetydig transformasjon fram og tilbake mellom de konseptuelle-, matema­ tiske-, datamessige- og ikoniske rom på en slik måte at brukeren får følelsen av å arbeide direkte på modellen.

Transformasjon mellom ulike rom i brukerdialogen.

En effektiv kommunikasjon er avhengig av en forståelse av alle de faktorene som er involvert: brukeren, den konseptuelle modellen, arbeids­ oppgaven, representasjonsformen, utstyret osv.

Viktige faktorer ved konstruk­ sjon av brukerdialogen.

47

Menneskets oppfatningsevne Kommunikasjonen mellom datamaskin og bruker må tilpasses menneskets oppfatningsevne slik at den ønskede informasjon kan overføres fra sys­ tem til bruker så nøyaktig og naturlig som mulig. Informasjonen kan variere fra ren informasjon i form av et enkelt tall til ren estetikk, represen­ tert av et kunstnerisk bilde. For å gjøre dette mulig må brukerens sanser og kognitive prosesser tas i betraktning når brukerdialogen utformes. En viktig faktor i forbindelse med CIM-sy­ stemer er oppfatningen av konturer. Konturer er så dominerende i vår visuelle oppfatning at når vi skal tegne et objekt, starter vi nesten instinktivt med å skissere konturene. Vi ser også konturer når det forekommer kon­ traster, forskjell i intensitetsnivå eller forskjell i fargetoner mellom tilstøtende områder.

Kontur.

Det ser ut til at konturer forsterkes og uniforme områder svekkes (prøv å kopiere et uniformt svart område).

Det visuelle systemet.

48

Den visuelle prosessen i hjernen starter i den laterale geniculate kropp som fortsetter analysen som starter direkte i øyets retina. I hjernen vil spesialiserte celler reagere sterkt på linjestimuli, forutsatt at linjens posisjon og orientering er til­ passet disse cellene. Hjernen vil derfor tilpasse synsinntrykkene slik at linjer og konturer blir de viktigste stimuli. Bevegelse blir på samme måte håndtert av cel­ ler som er spesielt sensitive for bestemte hastighe­ ter og retninger. Bevegelse er derfor en annen viktig faktor i den visuelle prosess. Den videre organisering av visuell informasjon er studert grundig av gestaltpsykologene som har generali­ sert resultatene i fem hovedprinsipper: 1 Synsfeltet stuktureres i figur og bakgrunn. Typisk vil vi se figuren mer detaljert og «foran» bakgrunnen. Et annet (og mer ubehagelig) fenomen i den forbindelse er at figur og bak­ grunn kan bytte plass spontant og meget raskt. Denne egenskapen er også knyttet til andre relasjoner f.eks. en terning tegnet som en trådmodell, hvor inntrykket av hva som er forkant og bakkant kan skifte spontant.

2 Grupperingen av elementer er avhengig av egenskaper i elementene og deres inbyrdes arrangement:

Grupperingen Grupperingen Grupperingen Grupperingen

• • • •

av av av av

avhenger avhenger avhenger avhenger

Men disse metodene kan ikke brukes i alle situasjoner og er heller ikke så nøyaktige og anvendelige som den umiddelbare følelse av dybde en får fra det binokulære synssystem (steroskopisk syn). Simulering av dybde er viktige teknikker i visualisering av komplekse objekter og sammenstillinger i CIM.

nærhet likhet kontinuitet lukkethet

Det visuelle informasjonsbehandlingssystem

3 Helhetsoppfattningen går mot grupper som er lukket, enkle, symetriske og regulære. 4 Organiserte grupper har en tendens til å bli oppfattet som objekter. 5 Objekter oppfattes med konstante egenskaper. Vi oppfatter f.eks. et roterende objekt som beveger seg bort fra oss i endrede lysforhold som om det har konstant form, størrelse og farge.

En annen viktig faktor er hvordan mennesket koder, lagrer og gjenfinner grafisk informasjon. Dette er spesielt viktig når en skal lage skjerm «lay out», ledespørsmål (prompts), beskjeder og kommandohåndtering. Sensorregisteret er et korttidsregister (for synet mindre enn Vi sekund) som holder råinformasjon fra et stimuli til de kan slettes eller bli transformert over på en ny form og sendes videre innover i systemet. Mens informa­ sjonen ligger i dette registret foregår to viktige prosesser:

En annen viktig faktor for grafisk presentasjon er den visuelle mekanismen for å oppfatte dybde basert på bildene i øyet (på retina) som er rent to-dimensjonale. Det er mulig å bedømme avstanden til et synlig objekt ved å benytte indi­ rekte metoder slik som perspektiv, relativ stør­ relse i forhold til objekter av kjent størrelse, fokusering av øyets linse, effekten av bevegelses parallaks osv.

POLYGONS

PLOTS

HIPPEN LINE

SELECT

REQUEST

SETUP

DIGITIZER

DrøSION ASSOCIATIYE EDITING

klie

niøin

'5*

WOOttUi TI IMM

MU KTWEM IM1

RADIUS

AREA DEF |ELEM

AUX COORO

OUTANCt CUM | MIN

AUX DELTA

SEGMENT

| OFF

ON

L1NEA

1

l

AX1S

SNAP OFF ~|KEYPT | PROJ

UNIT

REF FILE SNAP

FAST DISPLAY ON/OEF CURVE ARC ELLIPSE

TEXT

FONT

SIZE

DELAY

on/off

2

3

4

5

U

12

13

14

15

MANIPULATIONS

LOCATIQN

ORIG

|

ORIG

SYM8

ENTER DATA FIELD

FENCE

MUaKTHEDtTnr tUMXT |

«

7

1

1

11

IS

17

11

11

21

roo

CONST PLANE

|

OWUtlcvc, INF BORE FENCE CDNTEXTS W f-tftL|LINES|LOCATE| ill» |B6IDE |OYUUP| CLP

I

ZOOM I OUT

EXIT

MIRROR V

|

»

tuxxT j ron

tu

VIE' AUG

RECALL

_________________________________ VIEW

LEVEL SYMB

D1MEN DATA

ELLIPSE

CONST GRID LINES

FILLET

PARAR

DELAY L |R

VIEW ON

SPIRAL

VIEW OFF

OYHAHIC EXIT å DRAS JAVt OH/OFF AREA | DROP [VOHMC

________ VIEW SCALE I OVER

r.QPY SWAPl VIEW JN/OFF

ELLIPSE

TUTOR VIEW

LDE

ALIGN VIEW

ZOOM FIT IN |OUT

LDE STIOC

WINDOW

area । æra । wux

SHAPE

CURYE

STEM

COPY

MODIFY

L

H.j

|

OMtEiniW.ES

r

CELL ACTIVE

PLAC

SELECT

FIT

DEFINE 0RIG1N

NODI IVI

DENTFY

EDIT

COPY

MIRROR ORIG V

E

OEM

ATTRiaUTE W

SCALE

COPY

CHANGE

TEXT NODE

OWCE

LMEL LINE

ROTATE

MOVE

DELETE

WEIGHT PATTERN

UMXT

ACTTYE owei

Mlt-t

1

miTuo

| OFF

RASTER VIEW CONTROL

GRID ANGLE SCALE

DISPLAY OK/OFT

JELL

ON

R

DIMENSIONING

LOCKS TEXT N00£

1

C

DIK/TERH

USER COMMANDS

RE VIEW ATTR

mn | atu

JUSTIFICATION

KDBSLMS

ACTIVE AXIS &>l &

AESET SCALE

PATTERNS

.Jr

«v

PLACEMENT

DIM SCALE CHANGE SCALE

rmt exttty

DIMENSIONING CONTROL AAC

AUTO | HAN

DIAMETER

MOiUS

MEASURE Uil, (Al)

X.YJZ)

POINT 11^

UKI | KKB

RADIAL DIMENSIONING

WITNESS LINE SEGMENT LINE IB llMllFrl RPV1 1 OTE

TBT

AN GUL AR DIMENSIONING UHITS

TRUE NORTH

SETUP

1 Mønstergjenkjenning som resulterer i en kon­ takt mellom informasjonen i sensorregisteret og tidligere erhvervet kunnskap. Resultatet av denne prosessen er at det settes «merkelapper» på informasjonen. Dette betyr at en omformer råinformasjon til noe meningsfullt.

COPY

CHANGE

ADO TO W08KING SET

WEIGHT

ORIGINAL | '

ANGLE

SMOOTH

|

ELEMENT MANIPULATIONS

HOVE

L

W |

MODIFY |

RADIUS

CTEATE CHAIN

f

COPY

na

COPY

MOVE

SCALE ORIG | COPY

DELETE

ROTATE ORIG 1 COPY

MODIFY

CHANGE

CHANGE

PARTIAL

SYMB

COLOR

DELETE

CHANGE

CHANGE

WEIGHT

STYLE

CLEAR INTER

DROP

SQUARE

MIRROR ORIG V 1 H ] L

PROJECT

MIRROR V | F

SURFACE OF REV

I REL

REPLACE

COPY 1 L

CHANGE COLOR

STYLE

DROP

ADO TO WOKMG SET ORIGINAL

|

.COPY

Q

Aik

ADJUST COPY TRAVERSE PARALLEL

CHANGE

EXTENO LINE

CONSTRUCT LINE ,, M.,

CO6TMJCT LINE KTVEEN ELD6 CONSTRUCT CONSTRUCT CONSTRUCT LINE AT AA BISECTOR TANGENT CIRCLE ■Burr

.|-L. 9-6 \-d

p,.

LM ui-

£w

ENTEN DATA FILL W S1NG | AUTO

COPY

CONSTRUCT POINT

CONST TAN AAC

L.-*’

►—

*_

Flatmeny.

49

2 Oppmerksomhet som gjør det mulig å fokusere på relevant informasjon og filtrere ut resten.

|

FILE

LINJER

BUEB

ftHDRE

SYMBOL

DETALJ

GLOBAL

DIN

| EDITER Tea» Programmets LOGO kommer fram på skjermen, deretter HOVEDAKSESS-menyen:

Velg en kommando blant disse alternativene: 0 1 2 3 4 5 6 7

Avslutt PS-CASS og returner til DOS Lag et nytt skjema Modifiser et eksisterende skjema Generer fra-til liste og komponentliste for skjema Plott et skjema Definer nye komponenter og legg dem i biblio­ tek Hjelpefunksjoner for DOS filsystem Sett opp PS-CASS for din maskinutrustning

Velg «1. Lag et nytt skjema» ved å skrive: 1 < retur >

1 Velg kommando KOMPONENT i hovedme­ nyen. 2 Aktiviser KOMPONENT ved å posisjonere markøren og trykke høyre knapp på musa. 3 Aktiviser BIBLIOTEK i undermenyen KOM­ PONENT. 4 Programmet skriver:

Navn på bibliotek: Vi vil her benytte elektrobiblioteket og svarer derfor: EL.LIB < retur > og elektrosymbolene tegnes opp på skjermen.

Bruk følgende framgangsmåte for å plukke ut komponenter fra bibloteket: 1 Pek på komponenten med markøren. 2 Trykk venstre knapp på musa.

Gi så inn navnet på skjemaet, f.eks DEMO.SCH. Før en begynner å konstruere, er det lurt å akti­ visere et rutenett (grid) for å gjøre det enklere å plassere komponentene. Ved å slå på «snap» funksjonen hopper en til nærmeste rutenettspunkt når en peker på skjermen. Rutenettet tegnes ved å gå inn i menyen OMGIVELSER og aktivisere kommandoen RUTENETT.

Hent fram følgende symboler fra biblioteket EL.LIB

Når en har plukket ut de komponentene som skal brukes i skjemaet, returnerer en til skjemaområdet ved å trykke midtre knapp på musa eller X på tastaturet.

1 Grid X,Y (10,10) 2 Offset X,Y (0,0) 3 Grid på/av (på) 4 Snap på/av (på) Gi kommando 1-4, X for Exit:

Skjermbildet vil da se slik ut:

KOMPONENTOMRÅDE 09

cp

SKJEMAOMRÅDE Komponent Bibliotek

Hent Flytt Ta bort Roter Kast fra bibl. Aktiv/passiv - Hovedmeny -

72

MENYOMRÅDE

INFORMASJONSFELT VINDU som viser hvor på skjemaet du arbeider i øyeblikket.

Komponenter hentes så fra komponentområdet til skjemaområdet:

Knutepunkt kan lages ved hjelp av J (Junction) på tastaturet.

Aktiviser kommando HENT i undermenyen KOMPONENT.

1 Pek på knytningspunktet der forbindelsen skal starte og trykk venstre knapp. 2 Pek der det skal avsettes et hjørne og trykk høyre knapp. 3 Pek der en forbindelse skal startes eller avslut­ tes på en annen forbindelseslinje og trykk J fra tastaturet, det blir da laget et KNUTEPUNKT.

1 Pek og trykk venstreknappen på musa - velg komponent i komponentområdet. 2 Pek og trykk høyreknappen på musa - plasser komponent i skjemaområdet.

Komponent Bibliotek ? Hent : Flytt Roter K*st fr» bibl.

Aktiv/passiv

2 - Hovedmeny -

Forbindelser mellom komponentene lages ved hjelp av «gummistrekklinjer» som festes til nær­ meste forbindelsesnode når en peker og trykker venstreknappen på musa: Ta fram hovedmenyen Aktiviser KOMPONENT Aktiviser FORBINDELSE Aktiviser SET INN

1 Pek med spormerket på knytningspunktet til den komponenten hvor forbindelsen skal STARTE og trykk venstreknappen på musa. 2 En kan avsette et hjøre på forbindelsen ved å trykke på høyreknappen på musa. 3 Pek med musa på knytningspunktet på den komponenten hvor forbindelsen skal SLUTTE og trykk venstreknappen.

Så settes komponenttekst på skjemaet

Ta fram hovedmenyen Aktiviser KOMPONENTTEKST Aktiviser SETT INN 1 Bruk venstreknappen. Velg komponent med musa og en * (stjerne) vil bli plassert i startposi­ sjon for teksten. Maskinen skriver: Starter med tekstnode nr. 6:

Nå kan teksten for knytningspunktet skrives på tastaturet. 2 Skriv tekst < RETUR > . Programmet hopper så til neste tekstposisjon, slik fortsetter en til siste nodetekst er gitt da kommer en # «ski­ gard» på skjermen. Den angir posisjonen for teksten på selve komponenten.

Tilslutt kommer @ «krøllalfa» som angir tekstposisjonen for annen tekst knyttet til kompo­ nenten. 73

En kan utelate < RETUR >.

teksten

ved

å

trykke

* «stjerne» og # «skigard» - tekster må påfø­ res dersom komponentlister og fra—til-lister skal produseres senere. 3 Følg punkt 1 og 2 for alle komponentene.

En kan bruke systemet til å forstørre, forminske eller se på bestemte utsnitt av en tegning (zoom). Ta fram hovedmenyen Aktiviser ÅLMENT Aktiviser ZOOM Programmet ber om nedre venstre hjørne og øvre høyre hjørne i et rektangel: 1 Bruk venstre knapp og velg nedre venstre hjørne av rektangelet 2 Bruk venstre knapp og velg øvre høyre hjørne av rektangelet. Det markerte rektangelområdet forstørres opp til å dekke skjermen.

En kan nå sette tekst på forbindelsene ved å aktivisere SIGNALTEKST i hovedmenyen, peke med musa hvor teksten skal stå og skrive inn teksten på tastaturet.

74

En kan også flytte komponenter og grupper av komponenter. Da er det viktig at forbindelser og tekster følger automatisk med, ellers er det lett å miste konsistensen i skjemaet. Dette at komponenter og forbindelser henger logisk sammen kaller vi topologi, noe som er spe­ sielt viktig i et skjemategningssystem. I et godt skjemategningssystem bør en også kunne høste informasjon automatisk, dvs. hente ut stykklister og til-fra lister (komponentlister og forbindelseslister). Vanligvis skrives listene ut på printer. Men det er også mulig å skrive listene ut på skjermen eller legge dem ut på en fil for senere bruk eller for overføring til andre systemer (f.eks MPS).

Eksempel på lister:

1 FRA-TIL LISTE

lampe S2

en

to

en K1

to

en S1

to

Signal no.: Komponent: Komponent: Komponent:

1 K1 S2 lampe

Signal no.: Komponent: Komponent:

K1 S1

Pinne: en Pinne: en Pinne:

2 Pinne: en Pinne: en

2 KOMPONENTLISTE Komponent-type: LO 0, Definerte komponent-navn:

Antall:

1

Komponent-type: KS 1, Definerte komponent-navn: K1

Antall

1

Komponent-type: KM 7, Definerte komponent-navn: S2 S1

Antall

2

Komponent-navn: HM 1, Definerte komponent-navn: lampe

Antall

1

Modulen for generering av nettlister og kompo­ nentlister startes fra hovedaksessmenyen.

Velg: «3. Generer fra-til liste og komponentliste fra skjema.» Ved å skrive: 3 < RETUR

Systemet svarer med: Navn på listfil: Skriv: CON: < RETUR > dersom listene skal skrives ut på skjermen, gi et filnavn dersom listene skal lagres på disken, eller bare < RETUR > dersom listene skal skrives ut på printer. En har nå laget et enkelt skjema med tilhørende stykk- og nettlister.

For å konstruere denne platen trenger vi et 3dimensjonalt tegne- og konstruksjonssystem og velger PS-CADD som eksempel:

Bruk av konstruksjonssystem

Systemet startes opp ved å skrive

Et konstruksjons- og tegnesystem er mer generelt enn et skjemategningssystem. Det er svært anvendelig, men er ikke så effektiv som et spesia­ lisert system for en bestemt oppgave (f.eks. skjemategning). Som eksempel skal vi lage følgende objekt som vist på figuren.

PSCADD

Deretter vil systemlogoen vises i noen sekunder før hovedaksessmenyen kommer opp. I hovedak­ sessmenyen er det ialt 8 valgbare kommandoer. 75

Gi inn 1 og tegneprogrammet startes opp. Programmet skriver. Gi tegningsnavn. Gi inn et tegningsnavn på maks. 8 tegn, avslutt med < RETUR >. Nå vil hovedmenyen vises øverst på skjermen. Fra denne menyen kan du komme inn i de forskjellige delene tegneprogram­ met består av, se figuren. Det er to måter å gi kommandoer på i PSCADD. Kommandoer kan enten gis ved at en menyrute aktiviseres, eller fra tastatur ved å gi et to- bokstavs nøkkelord som entydig identifiserer kommandoen. En kommando er en melding til programmet om hva det skal gjøre. Eksempel kan være å tegne en rett linje. En meny er en gruppering av aktu­ elle kommandoer. PS-CADD har følgende menyer og komman­ doer:

Hovedaksessmenyen ser slik ut: Velg en kommando blant disse alternativer: Avslutt PS-CADD og returner til DOS Start opp tegneprogrammet Plott tegning(er) Operasjoner på figurbibliotek Xor vektorfil og xorfil Kommandofil (symbolsk) til binærfil Binærfil til kommandofil (symbolsk) Fjern skjulte linjer Hjelpefunksjoner i DOS operativsystem

0 1 2 3 4 5 6 7 8

En kommando velges ved å gi inn enten første bokstav i kommandoteksten eller kommandonummeret. Når hovedaksessmenyen er på skjermen, star­ tes tegneprogrammet ved å gi inn 1 eller S.

LINJER

FILE

|

F5

ANDRE

BUER

F6

SYMBOL

I_______F7

I

DETA

PUNKT/LINJE

SIRKLER OG BUER

ANDRE

SYMBOL

Stop m/lagring Lagre tegning Lagre vektorfil Vis filnavn

Punkt og linje Normal

Punkt og linje S radius S 2 punkter S 3 punkter B radius B 2 punkter B 3 punkter A linje/linje A linje/sirkel A sirk/sirk Splitt sirkel

Punkt og linje Ellipse Rekt. I.b Rekt. diag. Dynamisk rekt. Polygon Boks Sylinder Konus Polyeder Splitt kommando

Ny figur Figur inn Roter figur Skaler figur Repeter figur Reset trans. Start macro Slutt macro Bruk macro Bibliotek Punkt og linje

Stop u/lagring

Edit kom-fil Inkl, kom-fil Inkl, vektorfil Hent backupfil

RASK TEGNING

X linje/linje X linje/sirkel X sirk/sirk T pkt/sirkel T sirkel/Iinje T sirk/sirk T linje/sirkler Splitt linje

|

I_______ F8

FILE

RASK TEGNING

Opp Ned Polar Linjetog Bue høyre Bue venstre

GLOBAL

II

..........

F9 DETALJ

j

Start skravur Slutt skravur Skravur på T Horisontal T Vertikal T Venstre T Høyre T Sentrert

Tekst på Tekst av | Punkt og linje

4

Tegnom

F1C

i DIM

EDITER

Punkt/punkt Punkt/linje Punkt/sirkel Linje/linje Linje/sirkel Sirkel/sirkel Basislinje Kjede Sett paral.

Lokalt origo Roter lokalt Reset origo

GLOBAL

Angre Slett alt

|

ZOOM/PAN

SERVICE

Start hj.lin Slutt hj.lin Fjaem hj.lin Definer lag Vis lag Sett Z-verdi Sett grid

SERVICE

DIMENSJONER 2

ENDRE DIM

Zoom alt Zoom vindu Zoom faktor Zoom tilbake

Start volum Slutt volum Start areal Slutt areal Start paralell Slutt paralell Linje lengde Siste punkt Sett enhet Sett buffer Sirkeloppl.

Vinkel Radius Diameter Sett paral.

Tekst høyde Pilstorrelse Antall desim Tekst prefix Supertekst Subtekst Endre tekst Flytt tekst Fjern dim. Dim på Tekst på

Hastighet

A Start auto A Slutt auto A Endre tekst A Dim.linjer Punkt og linje ENDRE DIM.

F3

F2 Omgivelser

Skaler kors

Juster mus

Endre visemerke

TEGNEMODUS

Flytt meny Ingen meny

Kjempestor Stor Middels Liten Bitteliten

Ekstra rask Rask Middels

Pil Hake Kors Kvadrat Pekefinger Holdt! Spm.tegn Timeglass

Kors Grid Eksist Absolutt Polar Delta Punkt på Punkt av Linjetype Sett stipling Endre farge

Skaler kors

Juster mus Endre visemerke

Langsom

Sneglefart

Menyer og kommandoer i PS-CADD.

16

ROTER

Slett punkt Slett linje Slett bue Slett kommando Flytt punkt Flytt område Flytt kommando

ZOOM/PAN

Pan opp Pan ned Pan -> Pan

CONCENTRIC13’141

GROOVE (S)

internal

EIGHTH

O.dJ8>

or section

MISCELLANEOUS

SINGLE I.D.'41 blind

multi-variable

‘

4 06

SLOT (S)

.27

1 nn nl.n 2

25 40

1 RO

1.60

6 86

.27

J

l

4.40 । 7.20 o

1 » •

111 76 1

182.88

MULTI I.D. ,4)

CONE single

thru going

MULTI I.D

CONE multiconeave

SIXTH

GROOVES THREADS

(other than center hole)

LONGITUDINAL GROOVE (S) other than external bolt orcle(£^,j jrvL.

single

3

7

CENTER HOLE

OTHER THAN

CYLINDER

CYLINDER multiconcave

6

FOURTH HOLES

2

5

THIRD

SECOND

r~^\

\

DOUBLECONVEX

SPHERICAL PORTION^/^-^

2

141

blind

MULTI I.D. thru going threaded ''f/

BOLT CIRCLE THREADS min. two °n hoies or slors\A , »l

MULTI i " blind

CYLINDER max section iriano»

FLAT

1.20

? 2.00

30 49

।

50.80

(S)(71z'

hex.trilobeÅ

square.D.etc.

■

( o (O/-. o) /

1 3 1 8 8 D 7 5

Klassifikasjon av arbeidsstykker og dannelse av produktfamilier. 117

Den mest avanserte formen for intern transport i dag er bruk av automatisk styrte vogner (AGV). Vognene følger et styresignal som sendes ut fra en kabel montert i gulvet. Selve styringen foregår fra en lokal datamaskin.

Klassifikasjon av arbeidstykker Fra lang tid tilbake har det vært utarbeidet syste­ mer for klassifisering av arbeidsstykker for verk­ stedindustrien. Av disse systemene finner en både produktavhengige (identifikasjonssystemer) og produktuavhengige klassifikasjonsystemer. Bakgrunnen for de produktavhengige syste­ mene er å danne familier av deler/produkter med ensartede egenskaper. Figuren illustrerer klassi­ fisering og sammensetning av produktfamilier. De teknikkene som anvendes ved klassifisering av arbeidsstykker har betegnelsen gruppeteknologi. Det er mange årsaker til at en i verkstedtekniske bedrifter ønsker å gjennomføre klassifisering av arbeidsstykker. De viktigste er:

1 Gjenfinning av likt eller liknende produkt i tilbudsfasen for å: • Utarbeide tilbud hurtig og pålitelig 2 Gjenfinning av like, likedannede og liknende arbeidsstykker i konstruksjonsfasen for å: • Effektivisere konstruksjonsarbeidet • Begrense varianttallet • Fremme standardiseringen

3 Gjenfinning av arbeidsstykker med lik eller lik­ nende tilvirkningsprosesser for å: • Effektivisere prosessplanlegging, operasjonsplanlegging og NC- programmering 4 Samling av arbeidstykker med like og liknende tilvirkningsprosesser for å: • Effektivisere tilvirkningen (for eksempel integrert tilvirkning) 5 Framskaffe statistikker over arbeidsstykker, for å: • Kunne foreta anskaffelser av maskiner og utstyr som er bedre tilpasset arbeidsstykkene

Styresystem for FMS For styring av FMS benyttes et styringshierarki fra verktøymaskinstyringene (CNC) på det laveste nivå til den overordnede styring for FMS.

118

I mindre FMS kan styring av transportsystemet integreres i CNC. Større FMS krever en separat datamaskin for styring av transportsystemer og administrasjon av lager. Alle andre styrefunksjo­ ner plasseres normalt i den overordnede datama­ skinen. Denne genererer bl.a. alle til/fra-kommandoer som iverksettes av datamaskinene på underliggende nivå. Det overordnede styresy­ stemet er ofte integrert med MPS-systemet på ulik kompleksitetsgrad. Det finnes eksempler fra enkel oppdragsbeordring til full administrasjon og styring av materialflyten.

Integrasjon Når det gjelder integrasjon kan en grovt dele utviklingen i fire hovednivå: Nivå 1: Automatisering med integrasjon av maskinering, automatisk måling i pro­ sess, og inspeksjon/sluttkontroll. Nivå 2: Automatisering med integrasjon av alle maskineringsfunksjoner. Med andre ord nivå 1 inkludert material- og produk­ sjonsstyring, samt prosess- og operasjonsplanlegging.

Bruk av datamaskinsystemer for konstruksjon (DAK) og ordrebehandling vil fortsatt stå uav­ hengig av FMS-systemet. Nivå 2 beskriver status i dag. Nivå 3 og nivå 4 vil ligge noen lenger inn i framtida. Nivå 3: Automatisering med integrasjon av alle aktiviteter fra tilbudsstadiet til og med montasje. Sluttoperasjoner og forsen­ delse vil ikke være integrert. Nivå 4: Automatisering med integrasjon av alle aktiviteter fra tilbudsstadiet til og med forsendelse.

Nivå 4, den totale integrasjon også av DAK og DAP, betegnes også som CIM (Datamaskinintegrert produksjon).

Simulering Simulering brukes ofte i forbindelse med bygging av FMS i en bedrift. Simulering kan defineres på mange måter. En mulig definisjon er: «Utprøving av ulike alternativer som er model­ ler av virkelighetens verden, og se på konsekven­ sene av tiltak og beslutninger som blir satt i verk». Det utvikles idag ulike datamaskinassisterte systemer for simulering. Allerede finnes det til-

gjengelig kommersielle simuleringsverktøy, og flere vil bli utviklet for følgende formål:

1 Simulering av konstruksjon for å se på konse­ kvensene av konstruksjonsendringer. 2 Grafisk simulering av prosessforløp, operasjo­ ner og NC- baner. 3 Simulering av sammensetning av og layout for praktiske FMS-løsninger. 4 Simulering av produksjon og materialflyt i FMS- installasjoner. 5 Simulering av robotbevegelser ved håndtering og montasje. 6 Simulering i forbindelse med støping, sveising og plastisk forming.

Aktuelle områder for simulering og konsekvensanalyse i produktframtakingsprosessen.

119

Folk er ensomme fordi de bygger murer istedetfor broer!

14 Dataoverføring og grensesnitt Dataoverføring i CIM-systemer foregår på mange nivåer. Et hovedproblem i utviklingen av inte­ grerte produktframtakingssystemer er mangelen på internasjonale standarder. Sentralt i dette arbeidet står OSI (Open System Interconnection) en aktivitet innenfor ISO (International Standard Organization). OSI har som målsetting å struk­ turere og standardisere dataoverføring på alle nivåer fra fysisk signaloverføring til støtte for applikasjonsprogrammene. Selve OSI-modellen består av syv lag:

Product design

CAD CAE GAM

Process control

Automated machlne tools

Job control ProQrammable controllers

Robots Document exchange Graphics

Virtual terminal Jbb transfer Electronic mali

Numeric data

ASCII

Graphics data

Binary

Financial data

EBCDIC

ISO 8326 ISO 8327

ISO 8072 ISO 8073

ISO 8348

ISO 8473-lntemet

7

File transfer

X.25 Packet level Hlgh-level data link xA control AV (HDLC)

i

APPLIKASJON

6

PRESENTASJON

— 5

SESJON

4

TRANSPORT

3

NETTVERK

2

DATAL1NK

1

FYSISK

Service for brukerprogrammene. 7

APPLIKASJON

Transporterer data til og fra standara formater.

6

PRESENTASJON

5

SESJON

4

TRANSPORT

3

NETTVERK

2

DATALINK

1

FYSISK

Voice-grade circuits RS-232 RS-449

Optical fibers

CCITT 1.431

Satelllte links

Synkroniserer og styrer

dialogene.

Transparent dataoverføring mellom endenoder

OSI «vinglasset» som viser de ulike protokollene i de syv lagene.

Ruter beskjeder mellom noder.

Feiloppdagelse på beskjeder mellom noder. Elektrisk kodet fysiske

meldinger mellom noder.

OSI basis referanse modell.

De ulike lagene inneholder en rekke protokoller, se figur.

Basert på OSI-modellen er det utviklet to proto­ koller for standardisering av hele datakommuni­ kasjonen i en bedrift: • TOP (Technical Office Protocol) som hoved­ saklig tar seg av datakommunikasjon på kontornivå: filoverføring, dokumentutveksling, grafisk informasjon, tegninger og produktmo-

120

/ CSMA/ / CD / (802.3) /

deller, elektronisk post, økonomiinformasjon, material- og ressursinformasjon osv. • MAP (Manufacturing Automation Protocol) som hovedsaklig tar seg av dataoverføring i forbindelse med selve produksjonen. Følgende figur viser elementene i TOP 3.0 og hvordan den utnytter OSI modellen som basis.

På verkstedgulvet er problemet kommunikasjon mellom de ulike maskiner og datasystemer. Manglende standardisering på dette området har vært en av de vesentligste hindringene for dataintegrert produksjon CIM. Hva er så MAP og TOP? MAP og TOP er datakommunikasjonssystemer basert på et be­ grenset utvalg av internasjonale standarder for kommunikasjonsprotokoller og tjenester.

os ANSI X.12 EDI

System Secunty

ISO DP 8613 ODA/ ODIF

ISO IS 8879 SGML

ISO DIS 8632 CGM

ISO WD Network

ISO IS 7942 GKS

IGES V. 3.0

PDES

TOP Application Interface

(Application management) Directory

CCITT

X.400 MHS

ISO

Transaction Oriented Processing Protocol

ISO DIS 9041 VTP

DIS

8571

FTAM

Services

7

Transfer syntax

ISO DIS 8650/2 ACSE Kernel ISO DIS 8823 Presentation

6

Kernel

ISO IS 8327 Session 3CS'

5

BAS' ISO IS 8073 Transport

4

Class 4 ISO IS 8473

Network

■

Connectionless - Mode

□

Baseband 10Mbs, 50 Onms Coax

ISO DIS 8802/4 IEEE 802.4 Token Bus

Broadband 10 Mbs, 75 Onms Coax

3

Link Layer Control

Type 1

Media access securitv

X.25 PLP 1984

ISO DIS 8802

ISO DIS 8802/3 IEEE 802.3 CSMA/CD

ISO DIS 8824/8825 ASN.1 or CCITT X.409 encoding

ISO DIS 8802/5 IEEE 802.5 Token ring

(Shield Twisted Pair) 4 Mbs

FDDI (ANSI)

HDLC LAPD (ISDN)

2 LAPB

X.21 Fiber bis Optic Twisted Twisted Pair Cable Pair

1

TOP 3.0

Future work items

Litt historikk Fordelene med slik standardisering er: • Leverandøruavhengighet — ingen leverandør kan likevel gi deg alt • Lavere priser på utstyr — standardisering åpner for virkelig konkurranse på ytelse og funksjonalitet • Lavere kostnader til grensesnitt og oversettere • Lavere kostnader til kabling • Laver kostnader til drift og vedlikehold av nett­ verk pga.: • enklere opplæring av personell på standardi­ sert utstyr • billigere standard reservedeler • Billigere å oppgradere installasjoner, «plugginn utstyr»

Det hele begynte hos GM i 1980 etter undersøkel­ ser gjort ved en av General Motors fabrikker hvor det framgikk at ved automatisering av nye fabrik­ ker og ombygging av gamle, gikk hele 50 % av kostnadene med til å få utstyr fra forskjellige leverandører til å snakke med hverandre. GM opprettet i 1980 sin MAP Task Force som fort ble på det rene med at OSI-referansemodellen var det beste rammeverket for MAP-spesifikasjon. MAP har under utviklingen holdt fast på konformiteten med OSI-modellen. OSI-modellen gir ingen garanti for at ustyr som sies å følge modellen kan kommunisere med hver­ andre. Det ble derfor gruppens oppgave å foreta et utvalg av standarder, og der hvor standarder ikke forelå, foreta interim-spesifikasjon. Etter at første versjon av MAP, (MAP 1.0), kom i 1982 er nå MAP 3.0 frigitt. Det er ikke kompatabilitet mellom MAP 2.x-produkter og MAP 3.0-produkter! 121

GM valgte bredbånd koaksial kabel som transportmedium. Grunnene var bl.a.: • • • • • •

ISO-definert standard Lett tilgjengelighet, lave kostnader Lett tilkopling Høye hastigheter (10 Mb) Mange tjenester (telefon, video, data) Stor motstand mot støy

En tungtveiende grunn var nok også muligheter for å kjøre leverandørnettverk på samme kabel som MAP og muligheten for å allokere kanaler for punkt-til-punkt forbindelser for tilkopling av eksisterende ikke-MAP utstyr via industristandardiserte grensesnitt. Token bus ble valgt som adgangsmetode til net­ tet fordi man mente at et CSMA/CD-nett ikke var egnet under «sanntids-forhold» (se forklaring av begrepene i kapittel 19).

Tjenester i MAP/TOP Figuren viser tjenester/protokoller i MAP og TOP og med de tilhørende standarder. Vi skal i det etterfølgende gi en kort beskrivelse av enkelte av tjenestene. I applikasjonslaget stilles (som det fremgår av figuren) en rekke tjenester til rådighet: • ACSE — Application Control Service Element Dette er basistjenester som brukes for «skred­ dersydde» eller bedriftsspesifikke applikasjo­ ner. De kan vel best sammenlignes med systemtjenester i et operativsystem (lavnivåelementer).

Lag Applikasjon

Presentasjon Sesjon

Transport Nett Link Fysisk

De enkelte standarder brukt i MAP og TOP.

122

• FTAM — File Transfer Access and Manage­ ment Tjenesten bygger på ACSE. Denne tjenesten gir brukeren mulighet for å kopiere forskjellige typer av filer. Tilgangsrettigheter gir brukeren anledning til å operere på enkeltposter i filer og fil-administrasjonen tillater brukeren å endre adgangsrettigheter og operere på filattributter over nettet. • MMS - Manufacturing Message Specification Dette er en ganske omfattende protokoll for tjenester i et produksjonsmiljø. Det finnes tje­ nester for å opprette/avslutte forbindelser mel­ lom programsystemer, operasjon på fjerne variable, synkroniseringsmekanismer for akti­ viteter osv. Det gis muligheter for ned- og opplasting av systemprogrammer, filoperasjoner, operatørkommunikasjon for å nevne noen. I figuren er det vist et eksempel på meldingssekvens mellom elementer i en produk­ sjonscelle som MMS-tjenestene bl.a. er ment å dekke. Som det vil fremgå av figuren skiller MAP- og TOP-tjenestene seg når det gjelder meldings­ systemet. TOP baseres på CCITT X400 stan­ darden som retter seg mer mot elektronisk post-formidling. • VT - Virtual Terminal Virtuelle terminaltjenester er definert både i MAP og TOP, men har hittil bare vært imple­ mentert i TOP-nettverk. Det går i korthet ut på at en fra hvilken som helst maskin kan logge inn på hvilken som helst annen maskin tilknyt­ tet nettet. Dette gir standardiseringsgevinster m.h.t. terminaltyper.

felles | TOP ACSE ISO 8649/2 FTAM ISO 8571/1-4 OSI Dlrectory Services ISO/DP 9564 OSI Network Management ISO/DP 9595,9596 MMS ISI/DIS 9506 Part 1+2 CCITT X.400 mallservice OSI Office document protocols ISO Product data deflnltlon and exchange ISO/TOP/MAP Graphics Exchange TOP/MAP Database Access |

MAP

|

ISO 8822/8823/8824/8825 Presentation kemel

ISO 8326/8327 Sesslon ISO 8072/8073 Class 4 Transport

ISO 8348/8473/DIS 9542 Connectionless Internet ISO Logical Link Control 8802.2 IEEE 802.4 Token Bus ISO 8802.3 CSMA/CD 802.4 Broadband at 10 Mbps 802.3 Baseband CSMA/CD 10 M bps 802.4 Carrierband 5 Mbps 802.3 Broadband CSMA/CD 10

Mbps 802.5 Token Ring 4 Mbps 802.4 Token Bus 10 Mbps

ROBOT SUPERVISOR

Klar

CELLE SUPERVISOR

MASKIN SUPERVISOR

— Åpne døra/dekslet

—

Åpne oppspenningen

—

—

Åpen

—

Åpen

__

1 posisjon

—

Oppspent

—

Partprogr. ok

— Last maskinen 1 lasteposisjon

— Sjekk at paletten er i posisjon

—

— Frigjør paletten Paletten frigjort

— — Fortsett

Jobben avsluttet

Last ned partprogrammet— Start bearbeiding

• Bæreband (Carrier Band) Etter hvert som MAP ble utviklet og tatt i bruk, så en tydligere at det forekom «automasjonsøyer» som ikke hadde behov for å kom­ munisere med hverandre direkte. Innen øyene derimot var det behov for relativt små mengder av «MMS»-type data mellom utstyret. Et typisk eksempel i så måte, ville være en automatisk tilvirkningscelle bestående av transportutstyr (robot), numerisk styrte maskiner, målemaskin, lager og en cellestyremaskin som koordi­ nerer aktivitetene i cella og kommuniserer opp­ over i hierarkiet, se figuren. For slike formål ble det på fysisk lag i MAP-protokollen defi­ nert et såkalt bæreband. Det er en koaksialka­ bel som bare har én kanal (dvs. bare en fre­ kvens over hele bandbredden).

TOP

CSMA/CA (Ethernet)

Eksempel på meldingsutveks­ ling i en produksjonscelle.

— -►

Både TOP og MAP tar utgangspunkt i OSImodellen og i begge tilfeller står datanettene sen­ tralt.

Datanett Det finnes en rekke ulike datanett, men vi skal i CIM-sammenheng konsentrere oss om de lokale datanettene, ofte kalt LAN (Local Area Net­ works). Disse nettverkene kan grovt deles inn i fire hovedgrupper: 1 2 3 4

PC-nett Leverandørspesifikke nett Generelle nett Spesialnett

Et LAN kan karakteriseres av følgende egenska­ pen • • • • • •

fysisk oppbygging (topologi) overføringsmedia (kabeltype) signaleringsmetode (smalbånd, bredbånd) vekslemetode (Pakkeveksling/Linjeveksling) aksessmetode (CSMA, CD, token passing) overføringshastighet (klokkefrekvens)

Dersom en kombinerer disse egenskapene på ulike måter, kan en få fram ulike nettyper som f.eks. Ethernet, Token Ring og Token Bus.

Fysisk oppbygging (topologi) Automasjonsøyer.

De vanligste formene for topologi som forekom­ mer i datanett er: 123

1 Ring, hvor kabelen dras fra datamaskin til datamaskin og kommer tilslutt tilbake til utgangspunktet.

Overføringsmedia Det finnes tre grunntyper av kabel som brukes i LAN: tvinnet tråd, koaxialkabel og fiberoptisk kabel. 1 Tvin net trådpar (twisted pair)

Av denne typen finnes både skjermet og uskjer­ met kabel (ofte vanlige telefonkabler) Kabelen er noe begrenset både når det gjelder båndbredde, maksimal overføringsavstand og sikkerhet, men den er billig, fleksibel og tar mindre plass enn de to andre typene. Ytre kappe

Skjermet tvinnet trådpar.

2 Stjerne, hvor alle datamaskiner koples til et sentralt koplingspunkt. I PC-baserte systemer er dette oftest en server eller en større datama­ skin.

De fleste PC-basert LAN i dag bruker denne type kabel. 2 Koaxialkabel

Koaxialkabel som brukes bl.a. av Ethernet er ganske dyr og uhåndterlig, men fordelen er at den kan overføre data med større hastighet over lengre avstander enn tvinnet trådpar. Koaxialka­ bel brukes også for bredbåndsnett der ikke tvin­ net trådkabel kan benyttes. Ytre kappe

Indre leder

3 Buss, som består av en lang kabel hvor kabelendene ikke koples sammen.

Koaxialkabel.

3 Fiberoptisk kabel

Fiberoptisk kabel bruker lys langs en tynn fiber for overføring av data. Denne typen kabel har en rekke fordeler ved at den bl.a. hverken lager eller påvirkes av elektromagnetiske felt. Den kan overføre data over lange avstander med høy hasighet. Ulempen med kabelen er at den forelø­ pig er kostbar både i anskaffelse og installasjon.

Bussnett.

En kombinasjon av de ulike topologiene kan ofte være hensiktsmessig i en større bedrift 124

Fiberoptisk kabel.

Signaleringsmetode Det finnes i prinsippet to metoder: 1 Smalbåndoverføring 2 Bredbåndoverføring

Forskjellen ligger i hvordan en transporterer den digitale informasjonen mellom to noder. I bredbåndsnett brukes anolog modelering av bærebøl­ gene, mens i smalbånd sendes de digitale signa­ lene direkte ut på nettet. Smalbåndsnettene er karakterisert av: • begrenset båndbredde (10 Mbit/s) • bare én kanal, dvs ingen modulering eller kanalindeks • billigere enn bredbåndsnett • enklere å installere, vedlikeholde og utvide

Denne typen signaleringsmetode brukes i dag for Ethernet, men også for Token Ring. Bredbåndsnett er karakterisert av: • stor båndbredde, ofte 20-50 Mbit/s • flere kanaler (kabel TV teknologi, signalmodulering) • dårlig standardisering • krever frekvensomformere • kan blande data, bilder (video) og tale på samme kabel (ISDN) Bredbåndnettet brukes ofte i to ulike kofigurasjoner: CSMA/CD og Token Bus.

Vekslemetode Her brukes i prinsippet to metoder:

1 Pakkevekslere hvor informasjonen sendes i «pakker» med navn og adresse til mottageren. 2 Linjevekslere som i prinsippet fungerer som en telefonsentral.

Aksessmetode Her finner en tre hovedmetoder:

1 CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection) som innebærer at en node først lytter på linjen. Dersom den finner linjen ledig, starter noden å sende. På grunn av at signalene på kabelen tar en viss tid, kan dette føre til at flere noder starter å sende samtidig. Når noden oppdager kollisjon med andre noder på nettet, stopper den sendingen og venter på neste mulighet. Dette er en vanlig metode og fungerer bra om trafikken på kabelen ikke er for stor, noe som fører til at nettet blir tregt.

2 CSMA/CA. Prinsippet er her at noden som skal sende reserverer nettet ved å sende et testsignal fulgt av et reserveringssignal dersom linjen er ledig. Når sendingen er avsluttet, sen­ des et ledigsignal som forteller at nå er det fritt fram for de andre nodene. 3 Token passing. Prinsippet er her at det sendes en «token» (et merke) på nettet, og bare den som til enhver tid har dette merket kan sende sin informasjonspakke på nettet. I token-bussnett brukes et bitmønster som «token», og bare den som har dette bitmønster kan sende data. Når sendingen er avsluttet, sendes bitmønsteret (token) videre til neste node. I Token-ringnett sirkuleres både «token» og datapakken på ringen mellom nodene. Bare den node som har «token» kan hekte på sin datapakke og sende hele pakken videre til neste node. Noden som skal ha datapakken (adressaten), kopierer denne av og sender en bekreftelse til senderen på at dataene er mot­ tatt. Når sender mottar denne bekreftelsen, fjernes denne datapakken fra nettet. Ved hjelp av token-pass metodene kan en beregne nøyak­ tig hvor lang tid det tar å sende en beskjed på nettet, noe som ikke er mulig med CSMA/CD-, og CSMA/CA metodene. Dette er en viktig egenskap ved f.eks. datastyring av maskiner i en fabrikk og vil der­ for stå sentralt i en CIM-løsning. MAP (Manufacturing Automation Protocol) som står sentralt i CIM-filosofien benytter seg derfor av token-bus konseptet for dataoverfø­ ring mellom datamaskiner og produksjonsut­ styr.

Dataoverføring mellom ulike DAK-systemer Når en skal kommunisere mellom ulike DAKsystemer, er det grovt sett to måter å gjøre det på, når en ser bort fra de rent overføringstekniske problemene (disketter, bånd, datanett, etc.). Poenget er at informasjon fra den ene databasen skal kunne overføres til den andre uten at for mye av informasjonen går tapt underveis. En kan gjerne sammenligne problemet med det å lytte til en forelesning på fransk der en ikke forstår alle glosene som blir brukt, og hvor en i ettertid skal rekonstruere hva som ble presentert uten å kunne stille spørsmål. Løsningen på dette problemet er enten å be om at det bare blir brukt ord som en forstår, eller å be om at forelesningen blir holdt 125

på engelsk. Overført til vår DAK-verden er den første løsningen det vi kan kalle et «ad hoc»format, den andre er bruk av et standardformat.

nisere med konkurrerende produkter. I praksis er derfor antall grensesnitt mer i retning av m(n(n1)) hvor m er antall installasjoner hvor en har laget slike grensesnitt.

Ad hoc-løsninger Disse løsningene på kommunikasjon mellom ulike DAK-systemer er utbredt og har en vesent­ lig styrke som ligger i den spesialtilpasningen de representerer. I analogien til franskforelesningen vil denne i tilfelle bestå av et sett med gloser som begge fullt ut kjenner betydningen av. I DAKsammenheng vil en med slike løsninger analysere hvilken informasjon som inngår i systemets databaser. Deretter vil en identifisere et sett av informasjonsenheter som er ekvivalente hos begge. For enheter som ikke korresponderer, må en enes om et format hvor det ene systemet kan generere eller utlede, og det andre systemet kan rekonstruere eller avlede dette formatet fra sin egen representasjon. Som et eksempel kan en tenke seg at system A har mulighet for å representere 3. grads kurver, mens system B bare kan ha rette linjer og sirkelsegmenter. For å kommunisere en 3. gradskurve fra A til B, kan dette gjøres ved at system A skriver følgende informasjon: • En kode som angir at en kurve følger • Antall punkter i kurven • Koordinatene til et tilstrekkelig antall punkter på kurven inkludert start- og endepunkt

Når system B, som ikke kan behandle kurver, skal lese en kurve, vil systemet trekke linjer mel­ lom de spesifiserte punktene og slik rekonstruere den frie kurven i sin representasjon. Tredjegradskurven vil nå være representert ved et antall korte rette linjer. Hvis linjene er korte nok, vil ikke brukeren kunne se forskjell på skjermen fra sys­ tem A til system B. Ved hjelp av slike tilpasninger mellom kjente systemer, er det klart at en kan klare å kommu­ nisere informasjonen en eller begge veier. Svakheten ved denne metoden er åpenbar når en ser på antall koplinger som må skrives for å kople sammen mange ulike systemer. Antallet grensesnitt blir n(n-l) for n systemer. Ser en på antallet DAK-systemer på markedet blir antallet ganske avskrekkende. Derfor bør grensesnittene standardiseres. Standardiserte grensesnitt mellom gitte systemer finnes ikke som offisielle interna­ sjonale standarder. I noen grad er leverandørene blitt enige seg imellom og for noen få systemer kan slike koplinger skaffes, men leverandørene er ofte uvillige til å lage programvare for å kommu­

126

Ad hoc-løsninger n(n-l).

Ad hoc koplinger er vanligvis spesielle for en eller noen installasjoner og er laget av brukerne for å imøtekomme spesielle kommunikasjonsbehov.

Standardformat for tegningsutveksling Behovet for en standard for utveksling av infor­ masjon mellom DAK-systemer, ble tidlig avdek­ ket. Det var vesentlig tre forhold som var motive­ rende:

• Mange bedrifter benytter ulike DAK-systemer internt og har derfor behov for kunne utveksle data mellom disse systemene. • Ønsket om et felles produktregister hvor de ulike DAK-systemene kan bidra med sine kon­ struksjoner og hvor eksisterende konstruksjo­ ner kan hentes fram ved behov. • Bruk av underleverandører hvor en må kunne overføre konstruksjonspesifikasjoner til under­ leverandørens anlegg og motta resultatene uav­ hengig av type DAK-system. Fordelen med bruk av en standard er åpenbar, i alle fall hvis en igjen ser på antall grensesnitt som nå vil bli 2n. Ett program for å skrive ut data i henhold til standarden og ett for å lese dataene inn igjen. I den grad en lykkes med å utarbeide en stan­ dard i henhold til de behovene som er skissert, vil denne representere en betydelig gevinst for større bedrifter og organisasjoner som har slike behov. En standard er i analogien til den franske foreles-

IGES

Nøytralt overføringsformat (2n).

ningen å få foreleseren til å snakke engelsk, noe vi begge forutsetningsvis forstår selv om det ikke er vårt morsmål.

Aktuelle standarder Ad hoc-løsninger for overføring av tegninger, grafikk, produktmodeller osv. blir normalt skre­ vet på enkleste måte fordi resultatet i prinsippet er skreddersydd for én enkel anvendelse. Når det gjelder standardiserte overføringsformater, er det naturlig å legge seg på offisielle og aksepterte standarder (ISO, ANSI, DIN, NS, osv.) når slike finnes. Det betyr idag: IGES (Ini­ tial Graphics Exchange Specification) for overfø­ ring av tegningsinformasjon og CGM (Computer Graphics Metafile) for grafisk informasjon.

Sammenhengen mellom IGES, GKS, CGM osv. i et DAKIDAP-system.

Tradisjonelt har konstruksjonsinformasjon blitt presentert og overført i form av tegninger. DAKsystemenes hovedanvendelse har hittil vært å forenkle tegningsproduksjonen. Denne anvendel­ sen krever en langt enklere datastruktur enn et system som også brukes til konstruksjon og produksj onsforberedelse. IGES er konstruert med et generelt dataformat for overføring av informasjon mellom DAKsystemer som er mye brukt idag. Dette betyr sys­ temer hvis hovedfunksjon er tegningsproduksjon. IGES er derfor rettet mot overføring av tegnings­ informasjon. Dette er i seg selv en alvorlig be­ grensning fordi i slik informasjon defineres bare tegningen av et produkt i stedet for produktmo­ dellen. Filosofien bak IGES er at hvert DAK-system skal ha en preprosessor som oversetter systemets interne format til en IGES-fil og en postprosessor som tolker IGES-filen og oversetter den til syste­ mets interne format. Målsettingen med IGES er å konstruere et dataformat som:

1 kan overføre basis geometri-, målsettings- og strukturelementer 2 er åpen slik at nye elementer kan adderes etter behov 3 minimaliserer arbeidet med pre- og postprosesseringen IGES er ikke en kopi av databasene i DAKsystemene, men et filformat hvor en ved en rekke kompromisser har funnet et sett av felles enheter som de fleste DAK-systemer benytter. Som vist i figuren blir data fra databasen i system A «preprosessert» til IGES format. Fra IGES formatet blir dataene «postprosessert» slik at de passer inn i databasen til system B. IGES kan overføre både 3-dimensjonale tråd­ modeller, 2-dimensjonale tegninger samt tekster, symboler mållinjer osv. Videre kan en overføre flatemodeller og en del annen mer avansert geo­ metri og strukturelle data.

DATABASE

Funksjonell implementasjon av IGES.

127

IGES filformat.

En IGES-fil er delt i 5 seksjoner. Hver linje er på 80 tegn og filen inneholder kun ASCII-tegn, dvs. lesbare tegn. Filen kan gjerne ses som en rekke linjer, hver på 80 tegn. Tegnene fra nr. 73-80 er reservert for en seksjonsangivelse og et fortlø­ pende linjenummer innen hver seksjon. Startseksjonen er en lesbar (i klartekst) innledning til filen. Globalseksjonen inneholder informasjon om sys­ temet som har laget filen:

• • • • • •

Maskintype DAK-system IGES versjonsnummer Antall bit i hvert tall Enhet, tommer eller mm Osv.

lalt er det 22 parametre som brukes av postprosessoren når filen skal leses inn. Innholdsseksjonen (Directory Entry Section) er en type innholdsfortegnelse for IGES-filen. Sek­ sjonen inneholder 20 felter å 8 tegn med to og to linjer for hver enhet (entity). Disse enhetene kan være punkt, linjer, flater, tekst, målsetting, osv. For hver enhet er det knyttet et sett attributter. Dersom dette ikke er tilstrekkelig, er det også en peker til et linjenummer i neste seksjon hvor res­ ten av dataene finnes. Parameterdataseksjonen inneholder data om hver enkelt enhet som ble introdusert i foregå­ ende seksjon. Disse dataene er i fritt format adskilt med komma, og tolkningen av disse avhenger av den enheten de inngår i. Sluttseksjonen er bare én linje og inneholder antall linjer i hver av de foregående seksjonene. IGES inneholder tre typer enheter(entities): geometri-, annotering (dimensjonsangivelser/ tekst osv.) og strukturenheter. Geometriske enheter inkluderer som navnet sier, punkt, linjer, kurver, sirkler, flater, osv. Dimensjonerings-Ztekstenhetene omfatter en rekke vanlige enheter som brukes ved tegningsframstilling, som mållinjer, mål for sirkel, radius, toleransesymboler, skravur, senterlinjer, osv. Strukturenhetene har til hensikt å gi enhetene egenskaper eller relasjoner i form av assosiativitet, numeriske verdier eller tekst. Videre finner en projeksjoner til en komplett tegning. En makroenhet gjør det mulig å definere nye enhetstyper som ikke finnes i standarden. To av hovedproblemene med selve IGES for­ matet er at filene blir svært store og fleksibiliteten lav. Hver entitet trenger minst tre kortbilder (240 bytes); to kort i katalogseksjonen og et i parame128

terseksjonen. Følgende relativt enkle tegning trenger for eksempel 171 kortbilder for overfø­ ring:

Denne tegningen består av 171 kortbilder i IGES format.

Heldigvis finnes det programmer som komprime­ rer IGES-filer med mellom 50 og 70 %, noe som gjør lagrings- og overføringsproblemet aksepta­ belt.

Andre standarder Etter at IGES ble publisert og møtte kraftig kri­ tikk fra kompetent hold, har mange organisasjo­ ner utarbeidet alternativer.

fransk

sn

ISO SPES.

TYSK VDA

ENGELSK NEDO

Alternative standarder for tegningsoverføring.

Likevel er IGES i dag eneste alternativ med inter­ nasjonalt gjennomslag. Computer Graphics Metafile (CGM)

CGM er et grafisk format som brukes til lagring og overføring av grafisk informasjon. CGM er spesifisert og anbefalt av ISO basert på GKS metafile (GKSM). CGM brukes ofte som gren­ sesnitt mellom ulike grafiske systemer. CGM kan også tjene som grafisk overføringsformat i nett­ verk.

♦ GKS UTDATA ARBEIDS­ STASJON

CGM kan representeres på tre ulike måter: 1 Karakterkoding ifølge ISO 2022 2 Lesbar og editerbar kode (ASCII) 3 Binær kode

CGM er kompatibel med GKS og har et veldefi­ nert grensesnitt. CGM, som er en sekvensiell fil, består av følgende hoveddeler: • • • • • •

filhode bildehode EOR (end of record) grafiske basiselementer attributter ikke grafiske og anvendelsesavhengige data

Et annet sentralt standardformat er CGI (Com­ puter Graphics Interface). CGI er også definert av ISO og anbefales som grensesnitt mellom den utstyrsuavhengige delen av grafiske systemer f.eks. GKS og driverne som er utstyrsavhengige og styrer de ulike grafiske kort og tegneutstyr.

Relasjon mellom CGM, CGI og GKS.

En oversikt over dataoverføring i et CIM-system Som vi har sett, inneholder TOP (Technical Office Protocol) en rekke standarder som IGES, GKS, CGM osv. og har som målsetting å stan­ dardisere overføring av kontorrelaterte data. MAP (Manufacturing Automation Protocol) har som målsetting å standardisere dataformatene i produksjonsfasen slik at utstyr fra ulike fabrikan­ ter lett kan knyttes sammen etter behov. Begge protokollene bygger på OSI (Open System Interconnection). Ved å knytte sammen TOP- og MAP-nettverket i en bedrift, er den totale tek­ niske informasjonsstrøm integrert (CIM-nettverk).

129

Integrert nettverk.

130

De kortsiktige tiltak med ukjente virkninger, fordriver den langsiktige planlegging og samlede analyse!

15 Datamaskinintegrert produksjon (CIM) Endringer i markedet skjer raskere og raskere, og industriens muligheter for å forutse endringene blir dermed dårligere. Mange bedrifter har fått merke at prognoser ofte slår feil. I praksis er det ikke mulig å basere seg på konvensjonelle prognosemetoder. Produksjons­ systemet må derfor være slik at det så raskt som mulig kan møte markedsforandringene. Dette stiller store krav til fleksibilitet, og mye av den teknikken som utvikles i dag er nettopp rettet mot fleksibilitet CIM. Prognosesikkerheten blir naturligvis større jo kortere tiden er mellom produksjonsbeslutning og ferdig produkt, gjennomløpstiden. Det er svært viktig for konkurranseevnen at en bruker kort tid på å utvikle produkter og at en har kort gjennomløpstid i produksjonen. Dette gir fleksibilitet, men krever raske omstillinger, både i utvikling og produksjon. For eksempel har omstillingstid tradisjonelt blitt betraktet som en uvesentlig faktor i produk­ sjonen, i og med at kostnaden deles på partistørrelsen og klassifiseres som indirekte arbeid. Jo større partier, desto mindre innvirkning på kalky­ len. Men, store partier betyr lange køer. Varer i arbeid ligger ofte og venter i opptil 95 - 98 % av tiden og foredles bare i 2 - 5 % av tiden.

[VENTING [

ikkt,

| UkJyr- ikkt, td^p/nydiy

[ ^føtjudikk/rdali/ri iH/nidid

Oppdeling av gjennomløpstiden for et produkt.

De store partiene og køene leder til lav fleksi­ bilitet og stor kapitalbinding i varer, både på lager og i arbeid. Det bindes faktisk mer kapital i varer enn i maskiner! En kan si at effektive omstillinger er en av nøklene til fleksibilitet, bedre ressursutnyttelse, mindre kapitalbinding og, som resultat, bedre lønnsomhet. Det viser seg at omstillingstider ofte kan redu­ seres med mellom 80 og 95 %. Om en tenker seg at omstillingskostnadene reduseres med 80 % i en bedrift der direkte lønn er ca 10 % av produktpri­ sen og resultatet er 10 %, oppnår en: • at varekapitalen mer enn halveres • at årskostnadene for omstillinger halveres • at kapasitetstapet på grunn av omstillinger halveres • at lønnsomheten stiger med ca 30 %

Datamaskinintegrert produksjon eller Computer Integrated Manufacturing (CIM) er ikke en tek­ nologi, men en måte å bruke teknologien på. Velordnet produktframtaking har historisk fulgt en tradisjonell prosess fra konsept via konstruk­ sjon og produksjon ut i markedet. De fleste av disse prosessene har vært både manuelt planlagt og utført. Utover i 1970 årene ble datamaskinen tatt i bruk for alvor i produktframtakingsprosessen. I første fase hovedsaklig innenfor tegningsproduksjon, NC programmering og lagerstyring. Systemene var opprinnelig lagd for å gi data­ støtte til hver av hovedblokkene i produktframta­ kingsprosessen isolert. Overføring av data fra én fase til den neste ble som regel utført manuelt. Dersom flere av fasene i prosessen var datastøttede, måtte ofte dataene legges manuelt inn i datamaskinen igjen for å gjennomføre neste operasjon. Denne arbeidsmåten førte til isolerte databaser og «automasjonsøyer». Hovedvekten ble lagt på å effektivisere hver enkelt fase isolert. Selv om en i 131

MENNESKELIGE FAKTORER

CIM HJULET

Datamaskinintegrert produksjon.

132

Utvikling mot stadig mer inte­ grert produktframtaking.

disse fasene kan dokumentere store produktivi­ tetsøkninger (for konstruksjon gjennomsnittelig en forbedring på ca tre ganger i forhold til manu­ elle metoder), er det fremdeles meget store gevinster å hente ved integrasjon av større deler av produktframtakingsprosessen. I løpet av de siste årene har en begynt å legge stadig mer vekt på å eliminere automatiseringsøyene ved å bruke felles databaser, geometriske produktmodeller og elektronisk overføring av data mellom de ulike fasene. Dette har ført til en utvikling fra isolerte tegnesystemer fram mot integrert produktutvik­ ling. Dette har også ført til at i stedet for å bare vurdere inntjening på investert kapital på den enkelte arbeidsoperasjon, har moderne bedrifter begynt å vurdere denne teknologien strategisk for å se hvilken innvirkning CIM har på bedriftenes totale konkurranseevne.

MARKÉD^_FØRING

[konstruksjon | 2 S>

Integrasjon i CIMsammenheng For å oppnå optimale resultater, totalt sett, er det nødvendig med et godt planlagt samarbeid og samspill mellom alle involverte parter i produkt­ framtakingsprosessen. Det nye ved CIM er tanken om å kunne integrere systemer som dekker ulike funksjoner i produktframtakingen. Det er både snakk om sys­ temer som har vært kjent og benyttet over lengre tid og nye systemer. Det er viktig å avklare hva en legger i begrepet integrasjon. Med integrasjon menes samordning og overføring av informasjon mellom ulike syste­ mer. Disse vil i praksis komme fra forskjellige leverandører og gå på forskjellige maskiner. Integrasjon innebærer fullstendig tilgjengelighet av den informasjonen som behøves for produkt­ framtakingen. Informasjonen produseres kun én gang, men gjøres tilgjengelig for alle som har bruk for den i sin beslutningsprosess. Integrasjon innbærer at data fra et system skal være tilgjengelig for andre systemer uten manuell konvertering og overføring. Det presiseres at integrasjon ikke utelukker mulighetene for manu­ ell kontroll og/eller editering av data. Automatisk overføring av data kan godt være manuelt initiert.

PROSESSPLANLEGG1NG

INNKJØP

MATERIAL- OG PRODUKSJONS­ STYRING [

PRODUKSJON

KVALITETS­ KONTROLL

OPERASJONSDATA INNSAMLING

REGNSKAP

LEVERANSE

Vertikal og horisontal integrasjon En integrasjon av alle funksjoner (eller systemer som fyller funksjoner) i produktframtakingen, betegnes som vertikal integrasjon. En kan snakke om CIM-løsninger, selv om ikke alle funksjoner i produktframtakingen er integrert (eller automati­ sert i et datasystem). Integrasjon av systemer som fyller samme funksjon (f.eks. DAK- systemer) under produkt­ framtakingen, betegnes som horisontal integra­ sjon. Dette kan være systemer i ulike avdelinger i en bedrift eller systemer i ulike bedrifter. Det er viktig å fastslå at CIM ikke er et begrep som er innskrenket til å omhandle vertikal integrasjon, men også systemer i ulike bedrifter, (f.eks. under­ leverandører). CIM innebærer både horisontal og vertikal integrasjon.

Eksempel på framtidas integrerte produksjonssystemer.

133

• Funksjonalitet • Behov for informasjon • Mulighet for å returnere informasjon . GRENSESNITT MELLOM ULIKE DAK SYSTEMER

•

En kan si at det enkelte systemet er representert i CIM-sammenheng ved sitt grensesnitt mot om­ verdenen.

GRENSESNITT MELLOM DAK OG DAP

•

GRENSESNITT MELLOM DAK/DAP OG ADMINISTRATIVE SYSTEM

•

GRENSESNITT MELLOM DAK/DAP OG ARKIVERINGSSYSTEMER

Noen eksempler på grensesnitt og integrasjon både horisontalt og vertikalt. De ulike systemer og viktige data som kan overføres.

Når en snakker om integrasjon av systemer, dreier det seg både om informasjons- og produk­ sjonssystemer. Det kan f.eks. være systemer av følgende type: IDEER

BRUKER KRAV

BEDRIFTS DATA "STATISK"

PRODUKT MODELL DYNAMISK"

RÅMATERIALER

DEN FYSISKE PROSESS

Bedriftens totale styringssystem Det er vanlig å skille mellom ulike nivåer av sty­ ringssystemer. Den strategiske styringen trekker opp bedriftens langsiktige policy og tar beslutninger på lang sikt (år). Taktisk styring opererer med kortere tidsho­ risont og utarbeider mer detaljerte retningslinjer som skal følges, når disposisjoner tas i den opera­ tive styring. Den operative styringen omfatter planlegging og styring av de aktivitetene som utgjør «den daglige produksjon» innen de ram­ mer som strategisk og taktisk styring har trukket OPP-

PRODUKT PLANLEGGINGS­ HORISONT

Oversikt over de ulike systemer.

Det er snakk om ulike typer systemer som hver for seg utfører spesifikke oppgaver og dekker ulike funksjoner. CIM innebærer å integrere nød­ vendige funksjoner slik at produktframtakingen kan skje på en optimal måte. I CIM-sammenheng er det ikke det som skjer inne i det enkelte systemet som er av primær interesse. Et system kan betraktes som en svart boks karakterisert ved: 134

OVERORDNEDE STYRINGS­ SYSTEMER

AR

KVARTAL

MANED UKE

PRODUKTFREMTAKINGSSYSTEMER

DAG TIME

LEVERANDØR

—►

KUNDE

DEN FYSISKE PROSESS

Nivåer av styringssystemer.

--------- *

CIM-utviklingen bør ligge på nivå for strategisk styring, mens de enkelte delsystemer ligger delvis på taktisk delvis på operativt nivå. Følgende modell vil illustrere sammenhengen mellom de ulike styringsnivåene. Bedriftens formål er å tjene penger ved å pro­ dusere varer for å tilfredstille et gitt markedsbehov. Sentralt i dette bildet er

forvaltning av de økonomiske ressursene. God økonomisk styring er viktig for å kunne produsere til den prisen som markedet til enhver tid er villig til å betale. Av framstillingstekniske hensyn er den økonomiske styringen trukket ut på foregå­ ende figur. I realiteten vil denne styringen være sterkt integrert i de øvrige styringssystemene. Bedriftens grensebetingelser gis av

• den fysiske prosessen • den finansielle prosessen

• omgivelser • leverandørmarked • kundemarked

Den fysiske prosessen omfatter materialstrømmen gjennom bedriften. Råvarer og halvfabrikata kjøpes inn hos leverandør og videreforedles i bedriften før det selges til kunde. Som motydelse for dette strømmer penger (finansiell prosess) motsatt vei. For å styre disse basisprosessene har en lagt inn tre styringssystemer: • strategisk og taktisk styring • operativ styring • økonomistyring

Med omgivelser forstår vi f.eks. de restriksjo­ nene, påbudene og kravene som samfunnet (stat, kommune) setter, og som bedriften må rette seg etter. Under planleggingen av den totale produkt­ framtakingsprosessen er det viktig å være seg bevisst de mulighetene for produktivitetsgevinst som ligger i at en rekke aktiviteter løper parallelt og gjensidig påvirker hverandre. Ledetiden for produktframtakingen kan forkortes betraktelig ved å planlegge og utføre disse aktivitetene mest mulig parallelt, noe som krever en CIM-strategi i bedriften. Denne tankegangen er viktig fordi en har under­ søkelser som viser at bare ca 10 % av den totale ledetiden brukes til virkelig arbeid på produktet. Hele 75 % av ledetiden er ventetid knyttet til logistikk som ikke er planlagt.

Den fysiske prosessen.

CIM-Strategi OMGIVELSER

Bedriftens totalsystem.

Den strategiske og taktiske styringen behandler og trekker opp de langsiktige perspektivene. Dette systemet har også ansvar for å utarbeide det regelverket som den operative styringen arbeider under. Som nevnt vil enkelte aktiviteter i systemet ha elementer av taktisk planlegging og styring i seg. Den økonomiske styringen omfatter

Før en ser nærmere på selve CIM-strategien, er det en del egenskaper ved CIM som bør under­ strekes: • CIM er et konsept, ikke en teknologi. Integra­ sjon av ulike systemer bør derfor skje gradvis etter behov ut fra en gjennomarbeidet CIMstrategi i bedriften. Et CIM-konsept er heller ingen statisk løsning. CIM-løsninger må utvik­ les over tid, styrt av bedriftens tilgjengelige ressurser, kompetanse, teknologiske forutset­ ninger og behov. 135

• CIM er ikke noe system som kan kjøpes. Det finnes derfor ikke noen universell CIMløsning. Det finnes heller ikke noen allment akseptert struktur, eller noe endelig liste over hvilke delsystemer som bør inngå. CIMkonseptet er spesifikt for den enkelte bedrift. Det er imidlertid mulig å utvikle generelle metoder og verktøy for å sette sammen bedriftsavhengige CIM-løsninger. • CIM dreier seg altså om samordning av pro­ duksjonsbedriftens systemer.

CIM er en strategi for bedriftens teknologiske utvikling. Denne strategien kan inndeles i to nivåer. Det øverste nivået omfatter alle aspekter ved innføring av CIM, og kan igjen inndeles i følgende hovedgrupper: • • • •

Teknologi Investeringer Organisasjon Opplæring

Det neste nivået er av mer direkte teknisk art, og beskriver en strategi for hvordan en implemente­ rer CIM-moduler. Ingen enkelt leverandør eller en enkelt industri kan levere alle de delsystemene som til sammen utgjør CIM. Bedriften selv må derfor ha en strategi for hvordan den trinnvis kan innføre CIM med det for øyet at det til sist skal utgjøre en helhet. En strategi for innføring av CIM vil, når det gjelder den mer praktisk rettede delen, falle i to hovedgrupper: • System-Zdataintegrasjon • Tekniske løsninger

En idé om hva disse strategiene innebærer får vi gjennom følgende stikkord: • Datastrategi angår strukturering og distribu­ sjon av data på en slik måte at disse er til­ gjengelig fra alle delsystemer, og blir vedlike­ holdt på korrekt måte. • Integrasjon av systemer vil i det vesentligste dreie seg om å velge/definere grensesnitt mel­ lom de forskjellige systemene slik at nødvendig informasjon kan utveksles på en effektiv måte. • Når det gjelder strategi for hvilke tekniske løs­ ninger som skal velges, vil dette i stor grad dreie seg om hvordan en skal organisere den datakraften som er nødvendig for å utføre de ønskede oppgavene. Som stikkord kan nevnes sentraliserte-/distribuerte datasystemer. • Avhengig av hvordan en velger å organisere den nødvendige datakraften, må det legges en strategi for hvordan kommunikasjon mellom

136

systemene skal skje. Et viktig poeng når det gjelder kommunikasjonsstrategi, er at all dataog meldingsformidling må kunne skje innen gitte tidsrammer.

I en CIM-sammenheng er de viktig å være klar over at integrasjon av systemer ofte vil innebære integrasjon av systemer som er nye for bedriften. Det er viktig å poengtere at integrasjon av syste­ mer kan gi synenergieffekter som gir lønnsomhet der enkeltsystemene ikke ga det.

CIM-realisering CIM er som nevnt et konsept og ikke et ferdig produkt som kan kjøpes. CIM må derfor realise­ res skrittvis innenfor en gjennomarbeidet stra­ tegi. I prinsippet kan en starte med ett enkelt delsystem og bygge videre ut fra dette. I denne boken har vi beskrevet en rekke komponenter som naturlig vil inngå i en CIM-løsning slik som DAK, FEM, DAP, ROBOTER, MPS og FMS. Men hva er «limet» som binder disse modulene sammen til et CIM-system? Limet består av en rekke komponenter, men de viktigste er: • Produktmodeller og databaser • Standarder for nettverk og grensesnitt • Brukerkommunikasjonen (UIMS)

Produktmodellens rolle iCIM Til bruk under produktframtakingen eksisterer det en rekke databaser og registre med informa­ sjon som er felles for bedriften og produktene. Som vi tidligere har påpekt kan disse dataene inndeles i to hovedgrupper:

• Bedriftsdata - statiske data • Produktmodell — dynamisk data

Bedriftsdata - statiske data Dette er data som endres forholdsvis sjelden og som benyttes av mange ulike funksjoner i bedrif­ ten. Disse bedriftsspesifikke data har ikke direkte kobling mot noe bestemt produkt, men brukes i informasjonsprosessen og må være tilgjengelige i en CIM-løsning.

Produktmodell - dynamiske data Dette er data knyttet til det enkelte produkt. Produktmodellen er dynamisk og kompletteres etter som produktframtakingen skrider fram.

Grunnen til at en må trekke begrepene produkt­ modell og produktstruktur inn her, er at alle bedrifter er orientert omkring hva som produse­ res. Produktmodellene vil derfor være kjernen i CIM-systemet. Produktmodellen inneholder produktstrukturene som viser nedbrytningen av slutt­ produktene fra sammenstillinger, undermoduler og ned til enkeltdeler. Et viktig skritt i retning av å integrere ingformasjonsflyten under produkt­ framtakingen vil derfor være å ta i bruk produkt­ modeller. Produktmodellen inneholder all relevant infor­ masjon knyttet til framtaking av et produkt (fra idé til ferdig produkt). Dette betyr at en felles produktstruktur vil være bærer av ulike typer in­ formasjon (geometri, teknologi, produksjons­ data, etc.) Innholdet i produktmodellen vil til enhver tid vise hvor langt produktframtakingen har kommet. Modellen er dynamisk og ulike avbildninger kan gjøres for ulike formål. Realisering av produktmodeller vil i praksis måtte skje på mange ulike måter. I de fleste tilfel­ lene vil det ikke være praktisk mulig, eller ønske­ lig, å integrere alle data inn i en felles database. Et samspill mellom ulike delmoduler som utveks­ ler informasjon i et integrert datanett, vil være en

mulig løsning. En rekke deloppgaver vil være så store og avanserte at de krever sine egne data­ strukturer og løsninger, (se forøvrig kapittel 5).

Eksempel på produktmodell.

KONSTRUKSJON

DAK PRODUKTMODELL ' geom. beskrivelse ’ stykklister ’ montasjestruktur

l KONSTRUKSJON ! ' AV ;i AV SPESIALVERKTØY I

MATERIAL- OG PRODUKSJONSSTYRING

TEKNOLOGISK PLANLEGGING

spes, .verkt

kval. Jata.

PLANL. SPESIAL­ VERKTØY

PLANL. , KVALITETS^ KONTROLL

DAP

PROSESSPLANLEGGING

OPERASJONSPLAN LEGGING

BUDSJETTER. SALG

SALGSSTYRING BEDR AVH DATA ' maskiner ’ verktoy ' materialer ' prosesser ' operasioner

RESSURS­ STYRING (hovedplanl.)

' salgsordre ■ prodordre

MATERIAL STYRING ' brutto netto ■ lager

INNKJØP

NCPROGRAMMERING

DELETILV MONTASJE ' prosessplaner ’ operasjonsplaner

NCprogr

[Termin I planer

LEVERANDØR

Datamodellenes rolle i et CIM-system.

137

Standarder i CIM For å kunne realisere et «komplett» CIM-system er det nødvendig at all informasjon i systemet (bedriften) «henger sammen». De betyr at de fleste delsystemene i en bedrift må arbeide mot det samme datagrunnlag. Manuell konvertering og tilpasning av data mellom de ulike delsyste­ mene må reduseres til et minimum. I dag er dette et ømt punkt i de fleste bedrifter. Det skyldes at mange ulike systemer er anskaffet over lang tid uten tanke på at data skal overføres mellom systemene. Det finnes eksempelvis svært få kommersielle systemer som integrerer DAK og MPS på en fullgod måte. Årsaken til dette er mangel på nasjonalt og internasjonalt anerkjente standarder. Som regel blir standardiseringsarbeid igangsatt lenge etter at de første systemene er på markedet, derfor vil det i en periode eksistere et større utvalg av leverandøravhengige «standar­ der». Problemstillingen er stort sett lik for alle typer standardiseringsarbeid. Men resultatet er at før aksepterte standarder (grensesnitt) er defi­ nert, vil de fleste bedrifter sitte med store sammenkoplingsproblemer.

De problemene som dataintegrering i CIM rei­ ser er formidable. Mangel på standardiserte gren­ sesnitt er nevnt. Verktøy for å håndtere informa­ sjon, distribuerte databasesystemer, høynivå bru­ kergrensesnitt, datanett osv. er delvis man­ gelvare. På systemutviklingssiden har en hittil stort sett arbeidet med separate databaser/ modeller for å dekke ulike fagdisipliner. Standardiseringsarbeidet foregår i en rekke land, og selv om det kanskje ikke foregår så mye formell koordinering mellom disse aktivitetene, vil de nok til en viss grad påvirke hverandre. Av aktiviteter som foregår innen området DAK/ DAP har vi nevnt IGES, XBF-2 (USA), SET (Frankrike), VDA-FS (Tyskland), NEDO (England). Det er tegn som tyder på at disse kan ende opp i en felles ISO-standard. Det langsiktige målet er å utvikle et standard overføringsformat, ikke bare for geometri, men også for en fullsten­ dig modellbeskrivelse, PDES (Product Data Exhange Spesification). På grafikksiden har vi GKS (Graphical Kernel System), CGI (Computer Graphics Interface) og CGM (Computer Graphics Metafile) som er ISO støttet.

PS-CASS skjema tegning

Eksempel på integrerte delsystemer i et ClM-konsept.

138

Innen området lokale datanett har det også vært en viss framgang i standardiseringsarbeidet basert på OSI (Open System Interconnection). Det foreligger et anbefalt forslag til standard for MAP (Manufacturing Automation Protocol). Arbeidet støttes av en lang rekke bedrifter både på bruker- og leverandørsiden. Mulighetene for å komme fram til en standard burde være gode. Dette arbeidet har også fått tilslutning fra ISO. Den andre standard som har betydning i denne sammenheng er TOP (Technical Office Proto­ col). Denne tilsvarer MAP, men er tilpasset kon­ torautomasjon. (Se forøvrig kapittel 14). Figuren på motstående side er et eksempel på hvordan systemene som er brukt som eksempler i denne boken, kan integreres på veg mot et CIMkonsept på PC.

Brukerkommunikasjon En standardisert form for brukerkommunikasjon i de ulike delsystemene er en vesentlig del av CIM-konseptet. Dette gjør det også enklere for de enkelte aktører å snakke sammen. (Se forøvrig kapittel 7). Vi må ikke glemme at integrasjon av organisa­ sjon og medarbeidere innenfor CIM-konseptet er en vesentlig faktor for å lykkes.

Kvalitetssikring i CIM En av de viktigste faktorene i dagens konkurran­ seutsatte marked er kvalitet. Spesielt Japan har vært et foregangsland på dette feltet med sine

Forenklet modell av kvalitetskretsløpet.

139

kvalitetssirkler og nærmest kompromissløse krav til kvalitet i produksjonen. Undersøkelsen viser også at «kvalitet er gratis» ved at bedrifter ofte sparer mer på et lavere skrapkvantum og færre returer enn det koster å sikre kvaliteten gjennom bevisst kvalitetssikring gjennom hele produktframtakingsprosessen. Kvalitetssirkler er et kjent begrep i denne forbindelse.

Konklusjon Konklusjonen er at CIM angår hele bedriften og krever innsats på mange områder.

Kvalitetsbegreper De forskjellige kvalitetsbegrepene som anvendes, tar utgangspunkt i følgende grunnleggende for­ hold: Kvalitet kan alene eller i sammenheng bare brukes om begreper som innebærer en sammen­ ligning mellom et mål (en spesifikasjon) og et resultat. I figuren under er det vist en forenklet framstil­ ling av kvalitetskretsløpet med fire sentrale kvali­ tetsbegreper.

De ulike EDB-baserte funksjoner i en bedrift som berøres av en CIM-løsning.

140

Forskjellen på en ekspert og en amatør er at eksperten kan forklare hvorfor det han foreslo gikk galt!

16 Kunnskapsbaserte produksjonssystemer Etterhvert vil menneskene bevege seg stadig mer bort fra de trivielle delene av produksjonsproses­ sen som vil bli erstattet av kunnskapsbaserte sys­ temer eller ekspertsystemer som de ofte kalles. De kunnskapsbaserte systemene er en praktisk anvendelse av det som ofte kalles kunstig intelli­ gens eller AI (eng. Artificial Intelligence). Ideen med ekspertsystemene er å samle inn kunnskap fra en eller flere eksperter og bygge denne kunnskapen inn i datasystemet slik at sys­ temet kan foreta nødvendige beslutninger på egen hånd. Tradisjonelt har en inkludert slik kunnskap både i program og datadelen av systemene i form av beslutningstabeller osv. Dette har gjort det vanskelig for brukeren både å utnytte og stole på den innebygde kunnskapen. Dessuten har slike programmer vært vanskelige å forandre og

framfor alt har de vært fullstendig knyttet til et bestemt problem. I et moderne kunnskapsbasert system er kunnskapen samlet i datadelen, den såkalte kunnskapsdatabasen. Selve programmet, som ofte kalles en «beslutningsmaskin» (eng. Inference Engine), kan da lages problemuavhengigDette gjør det relativt lett å modifisere problemspesifikk kunnskap i kunnskapsdatabasen samtidig med at kunnskapssystemet automatisk kan forklare beslutningskjedene. Integrasjonen av kunnskapsbaserte systemer i DAK/DAP/CIM har allerede startet og arbeidet følger to ulike strategier: 1 Integrasjon av kunnskapsbaserte delmoduler i eksisterende DAK/DAP-systemer som en støtte for bruken av disse modulene. Modulene

Strukturen i et kunnskaps­ basert system.

141

utvikles uavhengig, gjerne ved hjelp av såkalte «skall», og knyttes til det orginale systemet ved hjelp av mer eller mindre gode grensesnitt. 2 Komplett ny arkitektur basert på ekspertsystemteknologi og kunnskapsdatabaser. Dette er neste generasjons CIM-systemer.

Motivasjonen for å lage kunnskapsbaserte delmoduler er at oppgaven de skal utføre stadig gjentas, eller at den er triviell og tidkrevende. Men det hender også at slike systemer er med på å løse ganske komplekse, men veldefinerte oppgaver. Modulene kan brukes for å redusere antall ganger en operatør må gripe inn i en prosess. De kunnskapsbaserte delmodulene er brukbare i ulike faser av produktframtakingsprosessen. For konstruksjonsfasen passer disse systemene best i detalj konstruksjonsfasen, spesielt innenfor variantkonstruksjon. De kunnskapsbaserte syste­ mene kan også med hell brukes i analysefasen. Her kan systemene tilby råd og veiledning til ikke-spesialister både for valg av program, løs­ ningstype og strategi for løsning av et gitt problem. I produksjonsfasen kan systemene brukes innenfor ulike former for planlegging, spesielt i produksjonsplanleggingsfasen hvor målet er å optimalisere bruken av bedriftens ressurser. Innføring av CIM-teknologi påvirker også rekke­ følgen i produktframtakingen. Aktiviteter som før ble utført i produksjonsplanleggingsavdelingen, blir nå ofte utført i konstruksjonsavdelingen. Oppgaver som tradisjonelt ble utført av operatø­ rer på «golvet», vil i en rekke tilfeller bli utført av datapersonell uten den nødvendige kunnskap om selve produksjonsprosessen. Innebygget kunn­ skap om de ulike maskinenes egenskaper, fastspenningsutstyr, skjærhastigheter og dybde, valg

av verktøy osv. er derfor av vital informasjon for en vellykket produksjon. Denne type kunnskap kan samles inn og syste­ matiseres i en kunnskapsdatabase og vil bli stadig viktigere etterhvert som produksjonsprosessen blir mer og mer automatisert. Den samme forandringen som en ser på golvet i en bedrift, vil også gjøre seg gjeldende på konstruksjonskontorene. Erfarne konstruktører og tegnere blir erstattet av yngre personell som kan utnytte datastøttede hjelpemidler. De kunnska­ pene som den erfarne garde representerer, er av stor betydning for bedriften i det disse er bærere av avdelingens historie i form av kunnskap om suksesser og fiaskoer i produktutviklingen. Denne kunnskapen bør på en eller annen måte nedfelles i neste generasjon av DAK/DAP/CIMsystemer. Den nødvendige kunnskap og informa­ sjon om produktframtakingsprosessen er meget stor og finnes både eksternt og internt i bedriften. En stor del av denne informasjonen finnes lagret i standarder og kataloger. Problemet med å benytte slik informasjonen er ikke triviell. Hvilke standarder gjelder for det aktuelle produktet? Hva betyr de ulike kodene? Hvordan er disse representert? Er informasjonen oppdatert? Hvor finnes informasjon? osv. Dette er noen av spørsmålene som må be­ svares, spesielt når det gjelder integrerte syste­ mer. Et viktig hjelpemiddel i denne forbindelse kan bli den felles nasjonale artikkeldatabasen som er under oppbygging i Norge (NAD). Lett tilgang til slik informasjon er viktig når en vet at ingeniører bruker ca 30 % av sin tid til å lete i standarder og andre normative informasjonskil­ der. Dagens DAK/DAP-systemer har ikke fokusert på denne delen av produktframtakingsprosessen.

DELMODUL KUNNSKAPSBASERT SYSTEM, PARAMETRISK DESIGN

Kunnskapsbaserte delmoduler.

142

ORGINALT SYSTEM

DELMODUL

Diagramforslag for femte generasjons datamaskinsystem.

Drivkraften i dagens systemer har vært represen­ tert av dataeksperter mer enn av kunnskap om selve prosessen. Introduksjon av kunnskapsba­ serte systemer kan gjøre det lettere å kombinere disse to kunnskapsområdene slik at en kan få mer effektive systemer enn de en kjenner i dag. I

tillegg må neste generasjons systemer være i stand til å assistere brukeren på en intelligent måte gjennom alle faser av produktframtakingsproses­ sen. Dette betyr at systemene må inneholde både ingeniørkunnskap og metakunnskap, dvs. kunn­ skap om hvordan kunnskapen skal brukes.

143

Alle dyr er like, men noen er likere enn andre!

17 CIM-teknologiens innvirkning på arbeidslivet Industrien kan grovt sett deles i to typer, avhen­ gig av seriestørrelsene som produseres i den en­ kelte bedrift. Konkurransemomentet, forholdet mellom de ulike funksjonene i bedriften, produksjonsutrustningen og - ikke minst viktig i denne sammenhengen — bruksområdene for data­ systemene, er nokså forskjellige for storserie- og småserieproduserende bedrifter. Produkter som produseres i store serier, er sjel­ den solgt før de er produsert, og produktutviklin­ gen er avsluttet før produksjonsutrustningen stil­ les opp. Den som kan holde produksjonskostna­ dene nede, har også best sjanse til å selge nok av et produkt til å dekke utviklings- og produksjons­ kostnadene. Den mest aktuelle rasjonaliseringsform for denne type bedrifter, er automatisering av produksjonen. Maskinene er såkalte automa­ ter som utfører en bestemt bearbeidingssyklus gang etter gang, men de kan vanskelig brukes til andre formål. DAK er likevel et aktuelt hjelpe­ middel, spesielt dersom utvikling av nye produk­ ter omfatter store beregninger. Situasjonen er en annen for ordreproduserende småserietilvirkning, som er den dominerende for­ men i norsk industri. Selv om det grunnleggende utviklingsarbeidet er unnagjort før et produkt markedsføres, gjenstår mye konstruksjons- og planleggingsarbeid etter at produktet er solgt og før det kan settes i produksjon. Årsaken til de små seriestørrelsene er naturligvis at kundene stil­ ler forskjellige krav til utførelse og utrustning av det enkelte produktet. Siden hver enkelt ordre må bære store utviklingskostnader, blir priskon­ kurransen ikke bare et spørsmål om å rasjona­ lisere produksjonen, men også konstruksjon og planlegging. Et annet viktig konkurransemoment ligger i leveringstid, som er vel så avhengig av konstruksjons- og planleggingsarbeidet som av tidsforbruket i selve produksjonen. Kvalitet er også viktig i konkurransen, dette henspeiler både på godt konstruksjonsarbeid og presisjonsbearbeiding.

144

Skjematisk framstilling av Japanernes viktigste konkurranse­ faktorer.

Teknologiens påvirkning av arbeidsprosessen Forholdet mellom teknologi, organisasjon og arbeidets innhold og kvalitet er viktige parametre i arbeidslivet. Produksjonsteknologien setter grenser for hvordan arbeidet kan organiseres og har dermed innflytelse på egenskaper ved ar­ beidet som selvstendighet, variasjon og krav til kvalifikasjoner. Den påvirker også den ansattes muligheter for å utnytte sine kunnskaper og lære noe nytt og andre egenskaper som bevegelsesfri­ het, sosial kontakt og direkte fysiske og psykiske påkjenninger. Dette er egenskaper som har betydning for de ansattes fysiske og psykiske helse, for det sosiale, faglige og organisasjons­ messige miljøet i bedriften og for fastsetting og utvikling av lønnsnivå. De teknologiske grensene for organisering kan være snevre, som ved samlebåndsteknologi eller automatisert prosessindu­ stri. Men også innenfor disse grensene finnes det tendenser til at teknologien favoriserer bestemte løsninger. Rasjonalisering av forberedelses- og planleg­ gingsarbeid har ikke på langt nær hatt samme styrke som rasjonalisering av tilvirkning og montering. Datamaskinassistert konstruksjon og produksjon er datamaskinens første inntog i

Det omgivende samfunn

EKSTERNE PÅVIRKNINGER Næringslivets og produksjonens organisering. Lovgivning og annen regulering, interesseorganisasjoner, overenskomster etc.

Ledelse

økonomi

TEKNISKE PÅVIRKNINGER arbeidsredskaper arbeidsmetode arbeidsomgivelser arbeidsmateriale

ARBEIDETS SOSIALE TILRETTE­ LEGGING

SOSIALPSYKOLOGISKE PÅVIRKNINGER

ANDRE MILJØER Familiemiljø, boligmiljø m.v.

ARBEIDSMILJØ

ARBEIDSOPPGAVENS KARAKTER

INDIVIDET med dets fysiske og psykiske forutsetninger og robusthet

De ulike rammebetingelser.

konstruksjons- og planleggingskontorene. Det er ikke urimelig å spørre seg om denne typen arbeid, som tradisjonelt har vært utført av funksjonærer med relativt gode muligheter for faglig selvstyre, variasjon og utvikling, vil forandre seg og bli mer lik manuelt arbeid, som gjennomgående er mer spesialisert, mindre variert og mer styrt av orga­ nisasjon og teknologi.

Teknlogiens innvirkning på konstruksjonsarbeid Et kjennetegn ved menneskers produktive arbeid, er evnen til å lage en mental modell av et produkt før en framstiller selve produktet. Ned til minste detalj kan en spesifisere utseende, hvilke 145

materialer som skal inngå og hvordan en skal framstille det, før en begynner å lage det. En og samme person var før ofte både konstruktør, planlegger og produsent. Men i industriell sammenheng er disse funksjonene splittet opp og delt mellom spesialistgrupper, riktignok med varierende grad av spesialisering. Formålet med konstruksjonsarbeidet er å omsette en idé til et sett av geometriske og materialmessige spesifikasjoner, som formidles til de som planlegger og utfører produksjonen, og dan­ ner grunnlaget for deres arbeid med å framstille den gjenstanden som svarer til ideen. Studier av hvordan konstruktører arbeider konkluderer med at i de aller fleste tilfellene går konstruksjon gjennom følgende stadier: 1 2 3 4 5 6 7 8

Problemstudie Problemdefinisjon Generering av mulige løsninger Valg av (den beste) løsning Utvikling av den valgte løsning Detaljkonstruksjon Utprøving Endelig konstruksjon

Alle disse aktivitene er sjelden integrert i en og samme jobb i større bedrifter. Ofte vil ingeniører med erfaring fra tilsvarende produkter i produk­ sjon og bruk være ansvarlig for de fem første stadiene, eventuelt med støtte fra analytiske spe­ sialister til komplekse beregninger av ymse slag. Detaljkonstruksjon av de enkelte komponentene, blir så foretatt av en egen yrkesgruppe som til daglig bærer tittelen konstruktører. Til ferdiggjøring av arbeidstegningene har de ofte hjelp av tekniske tegnere. Utprøving kan så foregå under kontrollerte forsøk med en prototyp, og testre­ sultatene bearbeides av analytikere før ingeniør­ ene gjør de nødvendige forandringene. Spesialiseringen kan være større eller mindre enn det som er skissert her, alt etter produktenes kompleksitet og størrelsen på utviklings- og konstruksjonsavdelingen. Tilsvarende vil grenseopp­ gangen mellom kompetanseområdene for de enkelte jobbene være mer flytende enn det som er antydet. En kan likevel prinsippielt identifisere de fire jobbkategoriene som vil få befatning med DAK: Prosjektingeniører (erfarne ingeniører og sivilingeniører som driver med problemdefinisjon og prinsippkonstruksjon), analytikere (sivilinge­ niør eller cand.real med et eller annet spesialfelt), konstruktører (ingeniører eller teknikere, av og til også sivilingeniører som driver detaljkonstruk­ sjon) og tekniske tegnere (som har lært faget sitt i videregående skole). Spør en detalj konstruktøren om hva han gjør,

146

vil sluttproduktet være sentralt i svaret. De lager arbeidstegninger. De målsatte og spesifiserte arbeidstegningene inneholder den informasjon om produktets geometri og materiale som plan­ legger og produsent trenger for å framstille det. Rett nok er det ofte en teknisk tegner som ferdiggjør selve tegningen, men grunnlaget er den skis­ sen som konstruktøren har utarbeidet. Skissen er som regel mer enn en kladd, ofte kan i alle fall den geometriske delen av skissen kopieres direkte («traces»). Tegningsframstilling er derfor et sen­ tralt element også for konstruktørene. Konstruktørene gjør også en del geometriske beregninger og enklere styrkeberegninger. De bruker dessuten en god del tid på å slå opp i referansekataloger og standarder (f.eks. Norsk Standard). Konstruktører rapporterer at de må stokke om på rekkefølgen av en del operasjoner når de går over fra tegnebrett til DAK. Tegnebrettets gjen­ nomgående lave konsentrasjonskrav gjør det også mulig å tenke på andre ting mens en tegner. Data tyder på at kravene fra selve tegningsaktiviteten alene medfører en underbelastning på de psykiskkognitive ressurser (med opplevelse av monotoni som det umiddelbare resultat). Konstruktøren retter selv på dette ved å tenke på noe menings­ fullt: de tenker konstruksjon. Ved tegnebrettet tenker konstruktørene ikke bare tegning, men også dimensjonering, utførelse, formgiving, maskinering og problemløsning. Kort sagt, de tenker kreativt samtidig som de utfører rutinear­ beid. Ved skjermen er det ikke rom for å tenke på annet enn det rutinemessige, den kreative innsat­ sen må gjøres i forveien. Slik det er formulert her, er det naturligvis satt på spissen, men tendensen er tydelig: en større atskillelse i tid mellom krea­ tivt og rutinemessig arbeid. Kreative prosesser er dårlig forstått. I alle fall har en dårlige erfaringer med å simulere kreativi­ tet på datamaskin. En tar derfor konsekvensen av dette ved å lage DAK-systemer slik at datamaski­ nen gjør det meste av rutinearbeidet og overlater det kreative aspektet til konstruktøren. Denne adskillelsen synes imidlertid å kunne innvirke på konstruktørens kreative ytelse i negativ retning. Påstanden bygger på generelle erfaringer og teo­ retiske spekulasjoner. Empirisk etterprøving av hypotesen er vanskelig nettopp fordi forståelsen av kreativitet er så liten. Hvordan måler en f.eks konstruktørers kreativitet? Hovedargumenter for denne hypotesen går ut på at i konstruksjon utgjør kvalitative og kvanti­ tative aspekter et sammensatt hele. Prosessen som foregår når en konstruktør bedømmer sine kvantitative data og gjør kvalitative valg, er svært kompleks. Både rekkefølgen i behandling av kva-

Konstruksjons — en kreativ prosess?

litative og kvantitative underaspekter, såvel som karakteren av denne interaksjonen, er av betyd­ ning for utfallet av prosessen. Lobell (1975) argu­ menterer sterkt for at konstruksjon læres og vide­ reutvikles best gjennom hånden, fordi de moto­ riske sanseorganer interagerer mer direkte med de underbevisste prosessene som spiller en viktig rolle i kreativ atferd. Kroppen opplever en linjelengde som tegnes med penn eller mus (tidsfor­ bruket er proporsjonalt med linjelengden), men ikke en linjelengde som tastes inn på et tastatur (tidsforbruk og bevegelse i hendene er helt uav­ hengig av linjens lengde). En vet også at problem­ løsninger ofte dukker opp etter at en har tenkt på

problemet en god stund. Løsninger kommer ofte mens en holder på med noe helt annet, noe som ikke krever den fulle tankekonsentrasjon, men gir underbevisstheten gode arbeidsmuligheter. DAK-systemer kan, som vi har sett, forrykke balansen mellom kvalitative og kvantitative aspekter og endre rekkefølgen og karakteren av interaksjonen mellom disse elementene. DAK-systemer er noe mer enn en ren erstat­ ning for tegnebrett og blyant. De har innebygd en rekke rutiner som forenkler kopierings- og layoutfunksjoner betydelig. En geometrisk figur som går igjen flere steder på en arbeidstegning, f.eks. et hull av en bestemt (gjerne irregulær) fasong som skal stanses ut flere steder i en plate, må tegnes ut fullt for hver gang det skal inn på en manuell tegning. I et DAK-system er det nok å tegne hullet en gang, siden kan figuren med en enkel kommando kopieres og plasseres på ønsket sted på tegningen. Standardkomponenter som brukes ofte, kan enkelt kalles fram fra et biblio­ tek og plasseres i ønsket posisjon. Dette går like raskt som å trekke en enkel linje. Gamle tegnin­ ger kan kalles fram på skjermen og små forand­ ringer foretas uten at mer enn selve forandringen behøver inntegning (mens manuelle endringer ofte ville innebære ny opptegning av det hele). F.eks kan en aksling forlenges på midten, og endestykkene flyttes automatisk. Her ligger også muligheten til såkalt variantkonstruksjon: kom­ ponenter som ofte brukes, men som må skredder-

Systematisk idegenerering.

147

sys i hvert tilfelle, f.eks. flenser, kan lages over en bestemt lest (det finnes Norsk Standard for mange slike ting). Grunnformen kalles fram fra et bibliotek og strekkes eller krympes i en eller flere retninger med enkle kommandoer inntil den pas­ ser til formålet. Mulighetene er like gode når det gjelder sammenstilling av flere komponenter. Alle enkeltdelene som konstrueres, skal passe sammen med andre deler til et enhetlig produkt. De enkelte tegningene kan framkalles på skjer­ men i ønsket målestokk og plasseres riktig i for­ hold til hverandre, igjen ved hjelp av enkle kom­ mandoer. En får da raskt en visuell kontroll på at delene grovt sett passer sammen. For finere til­ pasning brukes innebygde beregningsprogrammer som raskt gir svar på klaringer osv. Slike beregninger er tidkrevende rutinearbeid når de må gjøres manuelt, selv med lommekalkulator. Det er denne typen egenskaper ved DAKsystemer som gir den største tidsbesparelsen i konstruksjonsarbeid. Det er også disse egenska­ pene som konstruktørene enstemmig trekker fram som fordelaktige. De har erfart at å gjøre slike operasjoner manuelt, er svært tidkrevende. I eksemplet med alle de likedannede hullene som skulle stanses ut, består konstruksjonsarbeidet i å bestemme hullets fasong og dets posisjoner.

148

DAK-systemet krever disse to beslutninger for å gjøre resten av jobben selv, mens på tegnebrettet må hullet nærmest finnes opp på nytt for hver gang. Eksemplet med sammenstillingskontroll trekkes særlig fram når det gjelder kompliserte geometrier. Med et DAK-system blir det mulig for konstruktøren å kontrollere arbeidet sitt etter hvert som det skrider fram. Det er altså to hovedfordeler ved DAKsystemer slik konstruktørene opplever det. Den ene er at det trengs radikalt færre arbeidsopera­ sjoner for å få gjort et bestemt arbeid. Dette gjelder ikke i samme grad når tegningen som skal legges inn, må bygges opp helt fra grunnen av uten gjentakelse av elementer. I det siste tilfellet sparer en noe tid, men antall arbeids- og tanke­ operasjoner reduseres ikke, derav den økte belastningen på konstruktørene som ble beskre­ vet tidligere. Når det gjelder oppretting av tegnin­ ger eller hvor tegningene består av flere gjenta­ gelser av de samme elementer, reduseres både antall operasjoner og tidsforbruket, og belast­ ningsøkningen blir vesentlig mindre. Den andre typen fordeler ligger i muligheten til hyppigere selvkontroll. Dette gir bedre kvalitet på de tegningene som konstruktøren gir fra seg, noe som igjen vil redusere kostnadene i planleg­ ging og produksjon. En kan også anta at kon­ struktøren selv blir mer fornøyd når han får færre tegninger i retur på grunn av feil som han egentlig har kompetanse til å unngå. Det er også mulig at han lærer bedre av den øyeblikkelige tilbakemel­ dingen fra datamaskinen enn av klagen som kom­ mer uker eller måneder senere. Ser en på de mer langsiktige konsekvenser av å bruke variantkonstruksjon, standarderer osv., kan en trekke fram en del usikkerhetsmomenter som i alle fall er verdt vurdering. Det ene momen­ tet kommer klarest til uttrykk i den generelle debatten om standardiseringen i samfunnet er et uttrykk for degenerering. DAK-systemer er utvil­ somt et egnet verktøy i standardiseringsbestrebelsene i verkstedindustrien. I dagens situasjon kom­ mer argumentene om et mer sterilt samfunn osv. til kort overfor de klare økonomiske fordelene ved standardisering av skruer og muttere. Men på ett eller annet nivå synes standardisering å bidra til uønskede samfunnsmessige konsekvenser, jfr. debatten om byggeskikk og bomiljø. Konstruktører har ofte bruk for å slå opp tek­ niske data i kataloger. Normalt har ikke den enkelte konstruktør sin egen hylle med slik litte­ ratur. Det blir derfor en del gåing i tillegg til den tiden det tar å bla i katalogene. Tilsvarende hen­ ter de også fram gamle tegninger og spesifikasjonslister fra bedriftens eget arkiv. En ameri­ kansk studie viste at ca. 95 % av tiden til en

IKKE DATALESBAR FORM

-ELDRE TEGNINGER -TEKNISKE HÅNDBØKER

-fUUSIRASJONER -BILDER -ETC.

-DOKUMENTER -BREV -TEKSTDELEN AV HÅNDBØKER -ETC.

DATALESBAR FORM

-NYERE TEGNINGER -ARBEIDSTEGNINGER -ARR. TEGNINGER -SKJEMATEGN1NGER -HSOMETRfTEGNINGER -ETC.

flykonstruktør gikk med til rutinearbeid av dette slag (U.S. Dept, of Labor). Tilgangen til denne formen for datamaskinassistanse vil avhenge av kostnadene med å legge opplysningene inn på datamaskin. Med et DAKsystem er det tilnærmet gratis å lagre og gjenfinne konstruksjonene som bedriften utvikler. Å legge inn gamle papirbaserte tegninger i DAK-systemet er derimot et tidkrevende rutinearbeid som ikke uten videre er lønnsomt. Andre data som genere­ res i bedriften, og som konstruktøren har bruk for, er det forholdsvis enklere å legge inn etter hvert. Det vil kanskje også lønne seg å legge inn data som brukes ofte, men som endres sjelden, f.eks. Norsk Standard. Konstruktørens effektivi-

Håndbøker på data.

Lagring av ulike konstruksjonsdata.

tet blir større ved at det går med mindre tid til å slå opp enkeltopplysninger som han trenger, men han blir mer stedbundet i sitt arbeid. Når finger­ tuppene overtar gåingen, har han ingen faglig begrunnelse for å reise seg og gå i bokhylla eller til arkivet, slå av en prat underveis, kaste et blikk på oppslagstavla for å orientere seg om salgsstati­ stikk eller fagforeningsmøte og på tilbaketuren møte en kollega som han kan diskutere en be­ stemt konstruksjonsdetalj med. Den uformelle aktiviteten som er knyttet til det å reise seg og gå, er ikke bare en ønskelig sosial kontakt (og fysisk variasjon) for den som reiser seg, men også en form for informasjonsformidling som får organi­ sasjonen til å arbeide lettere. I tillegg er slike gangperioder et klassisk eksempel på modnings­ tid for problemer en går og ruger på. Med direkte tilgang til informasjonen på konstruktørens egen skjerm, forsvinner slike upåaktede fordeler. Disse negative konsekvensene er naturligvis avhengig av graden av overgang til mer stedbun­ det arbeid. Det skjer også en iøynefallende forandring i forholdet mellom konstruktører og tegnere etter innføring av et omfattende DAK-system i en bedrift. Konvensjonelle konstruksjonskontorer er bemannet med omtrent like mange tegnere som konstruktører. I et DAK-dominert miljø blir det ofte mange konstruktører for hver tegneassistent. Utvikling og konstruksjon medfører som regel store mengder tekniske beregninger. Naturviten149

Eksempel på datasimulering ved utvikling av en prototyp.

Tradisjonell informasjonsflyt i en bedrift.

skaplig innsikt legges til grunn for dimensjonering og utforming av kritiske deler av produktet. Omvendt beregnes egenskapene til et produkt som er foreslått med en bestemt geometri. I den grad en kjenner de aktuelle prosessene godt nok til å beskrive dem matematisk, finnes også muligheten til å optimalisere produktets utfor­ ming med henblikk på en rekke ytelses- og kost­ nadsfaktorer. Datamaskinenes regnekraft gjør det praktisk gjennomførlig å foreta stadig flere slike tekniske beregninger. I vid forstand øker også datamaskinene forskningens evne til å be­ skrive matematisk stadig flere prosesser med sta­ dig større nøyaktighet. Etter hvert som beregnings- og simuleringsprogrammer dekker stadig større felter, regner en også med en reduk­ sjon i antall laboratorieforsøk med prototyper til fordel for simulerte forsøk i datamaskinen. Slike forsøk tar betydelig kortere tid (en trenger ikke å forandre prototypen fysisk for hver gang) og bidrar til redusert belegg i testlaboratoriene.

Prosessplanleggere er som regel ingeniører, men deres ingeniørutdanning er ikke nok for å bli en god planlegger. De teknologiske data varierer svært fra bedrift til bedrift og må læres på stedet. Likeledes forandrer data for hver enkelt maskin seg noe over tid. Videre må det tas hensyn til kompetansen hos operatøren som betjener de enkelte maskinene. Prosessplanlegging er med andre ord svært erfaringsavhengig.

Teknologisk planlegging Arbeidstegningene fra konstruksjonskontoret danner grunnlag for tilvirkning av de enkelte pro­ dukter i verkstedet. Planlegging og forberedelse av produksjonen er som regel skilt ut som egne funksjoner. Vi skal i denne forbindelse kon­ sentrere oss om prosessplanlegging og operasjonsplanlegging. Historisk sett synes skillet mellom konstruk­ sjon og planlegging/produksjon å være meget stort. Flytting av teknologisk planlegging, og sær­ lig operasjonsplanlegging, fra verkstedarbeiderens domene til en egen kontorfunksjon, er av nyere dato.

150

Integrerte systemer Integrering av datasystemer fra konstruksjon via prosess- og operasjonsplanlegging til produksjon er dels innrettet mot rasjonalisering av hvert enkelt ledd, og dels mot en reduksjon av gjennomløpstiden fra tegnestadium til ferdig produkt. Det som oppnås med å knytte DAP-systemene direkte til konstruktørens database er to ting. For det første blir det ikke lenger nødvendig å omsette arbeidstegningen til en numerisk geometribeskrivelse, idet konstruktøren og DAKsystemet alt har definert maskindelens form numerisk. Denne tidkrevende operasjonen faller dermed bort. For det andre (som en følge av det første) vil det ikke lenger oppstå feil i NCprogrammene som følge av feilaktig overføring av geometriske data. I tillegg til disse to forandringene skjer det også en utvikling som er felles både for integrerte DAK/DAP-systemer og for de nye generasjoner frittstående NC-systemer. Selve programme­ ringsspråket blir enklere å bruke, det utvikles grafiske verifikasjonshjelpemidler, og det blir mulig å automatisere stadig flere funksjoner slik som valg av verktøy, skjærdata o.L som program­ mereren ellers gjør på grunnlag av sin faglige kompetanse.

I den grad det lykkes å automatisere slike valg, innebærer dette at aktiviteten blir mindre avhen­ gig av programmererens egne fagkunnskaper. Dermed åpnes også muligheten for at det brukes mindre kvalifisert arbeidskraft til denne jobben, eller at jobben gjøres av andre som har en annen kompetanse, f.eks. konstruktøren. Kan bedriften dessuten redusere gjennomløps­ tiden, vil det naturligvis gi en konkurransemessig fordel. Integrerte DAK/DAP-systemer lokker med løsning på disse problemene. Som nevnt vil hvert enkelt stadium i produktframtakningsprosessen kunne rasjonaliseres betraktelig. Så snart en kon­ struktør har gjort ferdig sin konstruksjon, er den umiddelbart tilgjengelig for en planlegger eller en NC-programmerer på hans dataterminal, som er tilknyttet samme database. Det er vanskelig å gi noe anslag om hvor stor reduksjon som er mulig. Under behandlingen av analytisk arbeid i utviklingsavdelingen kan en oppleve at en toukersoppgave kan reduseres til en endagsoppgave, vesentlig pga. redusert ventetid. Selv om dette synes ekstremt, gir det allikevel en pekepinn om at den totale gjennomløpstid kan reduseres drastisk. Selv om gjennomløpstiden reduseres, er det imidlertid ikke sikkert at de tilknyttede proble­ mene løses. En mulig positiv følge ligger i at konstruktørene får sine feil tilbake for oppretting bare kort tid etter at de har begått dem, og før konstruksjonen har forsvunnet helt ut at hukom­ melsen. Dette innebærer utvilsomt en læringsfordel og også en reduksjon av irritasjonsmomentet ved å bli avbrutt i det en holder på med. Den tiden som spares inn ved å redusere gjen­ nomløpstiden kan brukes både som konkurranse­ fordel ved å sette kortere leveringsfrister og til å lette presset på produksjonsavdelingen. Etter hvert som flere bedrifter tar ibruk DAK/DAPsystemer, innskrenkes imidlertid denne handle­ friheten. Gnisninger mellom avdelinger som følge av tidspress på siste ledd må igjen unngås ved å redusere forsinkelsene (dvs. antall iterasjoner) i konstruksjon og planleggingsfasene. Et annet problem henger sammen med produk­ tenes maskinerbarhet. To tendenser går hånd i hånd. For det første blir en del av produksjonsspekteret stadig mer komplekst i formen, og for det andre har konstruktører som regel for liten prosesskunnskap til å kunne avgjøre om en kon­ struksjon kan tilvirkes eller ikke. Problemet kan tilnærmes på (minst) to ulike måter. Det ene synspunktet er at konstruktøren har for stor frihet i sin formgivning, han konstruerer som om produktene skulle formes i modellér-leire

og ikke i metall. Løsningen blir da å begrense konstruktørens frihet, dvs. begrense konstruksjo­ nene til å være sammensatt av en begrenset mengde lett maskinerbare former. Dette syns­ punktet synes å være en av begrunnelsene for å utvikle og ta i bruk begrepet gruppeteknologi (dvs. inndeling av produkter i komponentfamilier på geometrisk/bearbeidingsmessig grunnlag). Utvikling i denne retningen kan lett understøt­ tes av DAK-systemer. De tillatte konstruksjonse­ lementene kan legges inn i en katalog, og ruti­ nene for variantkonstruksjon kan framheves. Uten et DAK-system kan denne typen standard­ isering bety et merarbeid for konstruktørene. Med et DAK-system går det derimot betydelig raskere å konstruere et produkt med hjelp av standardbyggeklosser enn ved fri konstruksjon.

SØK UHA KLASSIFIKASJON

Dato

I

FLENSER

:

4.

2.83

QUIT

HOVEDKLASSER ---------------------------------GROVKLASSER ----------------FIM