plan. do processo assistido por computador … · a seleção de máquinas e ferramentas é feita...

João Carlos E. Ferreira

GRIMA, Dep. Eng. Mecânica, UFSC

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Planejamento do Processo

Assistido por Computador - CAPP

• Evolução do CAPP

– CAD CAPP CAM

– Muitos esforços para criar sistemas CAPP acadêmicos

– Atenção da indústria para o CAPP :

Qualidade dos planos de processo conhecimento

(inteligência e experiência) do processista.

No de indústrias necessitando da atividade de

planejamento do processo ; No processistas

habilidade perda do conhecimento com a saída

deste profissional, a menos que se encontre meios de

preservar este conhecimento e experiência.

PLAN. DO PROCESSO ASSISTIDO

POR COMPUTADOR (CAPP)



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• Evolução do CAPP

– Tempo mesmo para um especialista :

No de planos de processo (variedade de peças)

tarefa tediosa; decisão segundo um grupo padrão de

processos, em vez de considerar cada alternativa e

selecionar a melhor.

Pressões de datas de entrega erros; sequência de

operações que não seja muito eficiente ou econômica.





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Grau de variabilidade

Amostra de 425 engrenagens relativamente simples, foram

gerados manualmente 377 planos de processo diferentes, 54

tipos diferentes de máquinas, e 15 tipos diferentes de materiais.

Atividade altamente subjetiva, e ainda não foi organizada numa

metodologia precisa e objetiva.

A seleção de máquinas e ferramentas é feita frequentemente

sem efetuar-se cálculos científicos exatos.





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Empresas instalações integradas em níveis operacionais locais

(p.ex. sistemas CAD, sistemas de gerenciamento de materiais),

para uma integração progressiva de sistemas.

Pressões decorrentes de competição do mercado CIM





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Previsão em breve 50% dos planos de processo para produzir

peças individuais ou sub-conjuntos, serão gerados

automaticamente em empresas com menos de 1000 empregados

(???)

Área crucial para pesquisa e desenvolvimento.

Um sistema CAPP completo deve incluir: interface com o CAD,

seleção de materiais, seleção de operações, sequência das

operações, seleção de máquinas e ferramentas, determinação das

superfícies intermediárias, seleção de dispositivos de fixação,

seleção de condições de usinagem, estimativa de tempos e/ou

custos, impressão do plano.





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• Sistema CAPP completo deve incluir:

– interface com o CAD,

– seleção de materiais,

– seleção de operações,

– seqüência das operações,

– seleção de máquinas,

– seleção de ferramentas,

– determinação das superfícies intermediárias,

– seleção de dispositivos de fixação,

– seleção de condições de usinagem,

– estimativa de tempos e/ou custos,

– impressão do plano.



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• Sistemas CAPP desenvolvidos até agora:

– Variante

– Generativo



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Abordagem Variante:

– Aplica-se a Tecnologia de Grupo (GT). Passos gerais de desenvolvimento: • Estabelecer um esquema de codificação: oferece um

modo relativamente fácil de identificar similaridades entre peças (existentes ou novas) existem vários sistemas de C&C disponíveis empresas podem adquirir um sistema C&C comercial sofisticado, mas a maioria delas prefere desenvolver o seu próprio sistema C&C (comercial ou não) deve abranger todas as

peças, e aquelas que serão planejadas no futuro.



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Estágio preparatório

Estágio de produção



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• Exemplo Simplificado de Sistema CAPP Variante

– Sistema de codificação simplificado será utilizado (ver figura)

este sistema C&C não é considerado apropriado para uma

aplicação real, porém é suficiente para descrever os princípios de

codificação para o planejamento do processo.

– Código “CODE”



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Dígito 1 Dígito 2 Dígito 3 Dígito 4

Forma Primária Forma secundária Forma auxiliar Forma inicial

0 Ro- L/D 0,05 Sem elemento de

forma

Sem elemento de

forma

Barra redonda

1 ta- 0,05 < L/D < 3 Degraus Sem

elementode forma

F Sem

elementode forma

Barra

hexagonal

2 cio- L/D 3 com seção Com rosca u Com rosca Barra

quadrada

3 nal L/D 2 com

elemento não-

axisimétrico

transversal Com rasgo r Com rasgo Chapa

4 L/D > 2 com

elemento não-

axisimétrico

circular Seção

transversal

rotacional

o Furos com

padrão

Chapa

5 Não- Plana Seção transversalretangular

s Furosvariados

Fundido ouforjado

6 Rota- Longa Retangular com

chanfro

Superfície com

degraus

Montagem

soldada

7 cional Cúbica Barra hexagonal Superfície curva Pré-usinada

O código CODE



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Plano de operações, código OP e seqüência de códigos OP

Código OP Plano de Operações

01 SERRA01 Serrar no comprimento correto

02 TORNO02 FacearFazer furo de centro

Fazer furo

AlargarMandrilar

Tornear cilindro externo

Tornear rasgoChanfrar

Sangrar

Virar peçaFacear

Chanfrar

03 RETIF05 Retificar

04 INSP06 Inspecionar cotasInspecionar rugosidade

Exemplo de seqüência de códigos OP:

01 SERRA01

02 TORNO0203 RETIF05

04 INSP06



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Tabela contendo as seqüência de códigos OP para as peças fabricadas na fábrica

Peça Código Seqüência de códigos OP

A112 1110 SERRA01, TORNO02, RETIF05, INSP06

A115 6514 FRESAR02, FURAR01, INSP03

A120 2110 SERRA01, TORNO02, RETIF05, INSP06

A123 2010 SERRA01, TORNO01, INSP06


A212 7605 FRESAR05, INSP03

A230 6604 FRESAR05, INSP03



A510 7654 FRESAR05, FURAR01, RETIF06, INSP06



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Armazenando-se estas informações sob a forma de matriz operação-peça,

tem-se a matriz acima

A112 A115 A120 A123 A131 A212 A230 A432 A451 A510

SERRA01 1 1 1 1 1 1

TORNO01 1

TORNO02 1 1 1 1 1

FURAR01 1 1

FRESAR02 1

FRESAR05 1 1 1

RETIF05 1 1

RETIF06 1

INSP03 1 1 1

INSP06 1 1 1 1 1 1 1



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Armazenando-se estas informações sob a forma de matriz operação-peça, tem-se a seguinte matriz:

A112 A115 A120 A123 A131 A212 A230 A432 A451 A510

SERRA01 1 1 1 1 1 1

TORNO01 1

TORNO02 1 1 1 1 1

FURAR01 1 1

FRESAR02 1

FRESAR05 1 1 1

RETIF05 1 1

RETIF06 1

INSP03 1 1 1

INSP06 1 1 1 1 1 1 1

A123 A120 A131 A432 A451 A112 A115 A212 A230 A510

TORNO01 1

RETIF05 1 1

TORNO02 1 1 1 1 1

SERRA01 1 1 1 1 1 1

FRESAR02 1

RETIF06 1

FURAR01 1 1

FRESAR05 1 1 1

Aplicando o método ROC a esta matriz, obtém-se a seguinte matriz final:



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Conclui-se que haverá 2 famílias:

– peças A123, A120, A131, A432, A451, A112,

– peças A115, A212, A230 e A510.



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Posição

1 2 3 4

0 1 1

1 1 1 1

2 1 1

Pl

ij3 1

4

5

6

7

k Peça Código1 A123 2010

2 A120 2110 C11

1 = 2 C21

1 = 2

3 A131 2110 C11

2 = 0 C21

2 = 1

4 A432 2120 C11

3 = 1 C21

3 = 1

5 A451 2130 C11

4 = 0 C21

4 = 0

6 A112 1110

Matriz de família de peças



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Dados do sistema variante e o procedimento de procura



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Peça a ser planejada



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Novas peças

a serem

atribuídas às

células

existentes



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• Edição do Plano

– Plano de processo deve ser modificado antes de ser enviado

para o chão de fábrica.

– Há 2 tipos de edição:

• edição do próprio plano padrão mudança permanente

no arquivo de planos padrão deve ser feita com muito

cuidado, pois a eficiência de um plano padrão afeta os

planos obtidos para toda uma família de peças.

• edição do plano para a peça específica mudança

temporária e portanto ela não afeta nenhuma outra peça

na família.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Abordagem Generativa:

– CAPP generativo sistema que sintetiza a informação dos

processos visando gerar automaticamente um plano de

processo para uma nova peça lógica de decisão e

fórmulas de otimização são codificadas no próprio sistema,

reduzindo-se ao mínimo a intervenção humana.

– Produz um plano de processo completo, iniciando-se com os

dados de projeto advindos do desenho da peça, e

continuando através do conhecimento completo dos

processos de manufatura.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Componentes funcionais básicos essenciais:

– Descrição da peça: features, cotas e tolerâncias, qualidade

superficial, e outras especificações.

– Seleção das operações e de sua seqüência: manipulações e cálculos

para gerar as informações sobre as operações.

– Construção da base de dados de máquinas e ferramentas:

Máquinas e ferramentas disponíveis são introduzidas na base de

dados para serem acessadas pelo sistema CAPP.

– Seleção de condições de usinagem: velocidade de corte, avanço,

profundidade de corte, fluido de corte.

– Geração de relatório: Esta função prepara a documentação final do

plano de processo.



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• Tomada de decisões por estes sistemas ainda é um grande

obstáculo para que eles tornem-se efetivamente operacionais

numa fábrica:

– Lógica do processista deve ser identificada e capturada;

– Peça a ser produzida deve ser claramente e precisamente

definida num formato compatível com o computador.



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• Formato de Representação da Peça

– Código

– Linguagem

– Modelagem Geométrica:

• Wireframe

• Superfícies

• CSG

• B-rep

– Reconhecimento de Features

– Modelagem baseada em Features



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• CÓDIGO:

– APPAS e GENPLAN



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• LINGUAGEM:

CIMS/DEC

(1977)



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• LINGUAGEM:

GARI

(1981)



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• LINGUAGEM:

AUTAP

(1980)



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Modelagem geométrica

– Uso do computador para empregar uma descrição matemática da geometria de um objeto na representação de um objeto.

– Normalmente objeto é simplificado e somente suas características essenciais são representadas.

– Estas descrições matemáticas possibilitam:

• imagem do objeto ser mostrada na tela gráfica;

• objeto pode ser animado para mostrar suas características operacionais.



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• WIREFRAME (ARAME):



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• WIREFRAME:

Ilustração da

ambigüidade da

representação

wireframe



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• WIREFRAME:

Ilustração da

ambigüidade da

representação

wireframe



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• WIREFRAME (ARAME):

Ilustração da ambiguidade da representação wireframe



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• Cônicas:

– Parábolas, hipérboles e elipses podem ser construídas especificando-se 5 pontos, ou por duas linhas ortogonais e o ponto de interseção das linhas.

Exemplos de cônicas

(parábola, hipérbole, elipse

e círculo)

Parábola Hipérbole Círculo

Representa uma seção de uma curva cônica

x2

a 2+

y2

b2

– 1 = 0

x2

a 2–

y2

b2

– 1 = 0

y 2– 4 a x=0

Elipse

Parábola

Hipérbole

Elipse



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• Cônicas:

– Parábolas, hipérboles e elipses podem ser construídas especificando-se 5 pontos, ou por duas linhas ortogonais e o ponto de interseção das linhas.

Exemplos de

cônicas (parábola,

hipérbole, elipse e

círculo)



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Curvas e superfícies:

– Podem ser descritas pelas expressões matemáticas que interpolam pontos dados (p.ex. curvas de Bézier e B-splines)

• Superfícies geradas através de expressões matemáticas podem ser compostas por várias curvas e superfícies (p.ex. casco de navio, carroceria de carro).

– Ex.: girando-se uma linha ou curva em torno de um eixo superfície de revolução.



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Uma superfície

sculptured de

Bézier

pontos de controle

característico

polígono

sculptured

superfície

t

s



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Uma

superfície

sculptured

de Bézier



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• Outra abordagem uso da linha de interseção entre duas

superfícies funções “blending” “patch” (remendo)

um objeto muitas vezes requer vários desses “patches”

para ser modelado.

• O que é obtido é normalmente uma montagem de

“patches” quanto menor o grau do polinômio dos

“patches” usados, mais “patches” serão necessários.





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patch

superfície

Um patch





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Superfícies

compostas

por vários

patches





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Continuidade da supefície ao longo do contorno





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Chaleira

representada por

superfícies de Bézier

(com

sombreamento)

Wireframe

Somente

vértices





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Superfícies

de Bézier

com patches





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Superfície B-Spline





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Modelagem por

NURBS (em 1996)





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Etapas da modelagem

por NURBS





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Modelagem por

B-Splines





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Modelagem por NURBS





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• Base de dados do sistema CAD contém elementos gráficos básicos tais como pontos, linhas e curvas + elementos que definem a geometria e topologia do objeto, resultando na sua forma.

• Topologia rede na qual os elementos geométricos são interconectados.

• Geometria mostra os itens que auxiliam a completar a descrição da forma, como as dimensões.





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• Modelagem de Sólidos





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POR COMPUTADOR (CAPP) • Representação CSG (“Constructive Solid Geometry”)

– árvore binária (ver figura).

• nós não-terminais operadores podem ser:

– movimentos rígidos;

– operações boleanas (união, interseção e diferença).

• nós terminais podem ser primitivas (sólidos) ou movimentos rígidos.



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Primitivas

disponíveis em

modeladores CSG

Bloco Cilindro

Cunha Esfera

Cone Torus



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Primitivas

disponíveis

em

modeladores

CSG



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Operações

Boleanas



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Operações

boleanas



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Operações boleanas



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Outro exemplo de representação CSG



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Exemplo de criação de sólido usando CSG



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Outro exemplo de representação CSG



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Outro exemplo de

representação

CSG, e um modelo

alternativo

O 1 = P 1 T 1

O 2 = P 2T 2

O 3 = O 1 O 2

O 4 = P 4 T 4

O 6 = P 6 T6

O 5 = O 4 - O 3 T 5

O = O 5 - O 67 *

**

Modelo alternativo



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Outro exemplo de operações booleanas em CSG



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Exemplo de aplicação usando-se modelagem CSG



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Primitivas

disponíveis

no PADL-2



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Superfícies

disponíveis

no PADL-2



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Operações boleanas regularizadas

AB

=

aresta

pendente

Nenhuma aresta ou face pendente

A B A * B



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Representação CSG



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• CSG representação explícita parcialmente geométrica com

informações topológicas implícitas por exemplo, o objeto sólido na

figura pode ser representado em CSG como:

bloco(10,10,10) - bloco(5,20,5).

• Esta representação CSG objeto sólido pode ser representado como

uma expressão boleana como descrito abaixo:

(H1 H2 H3 H4 H5 H6) (H7 H8 H9 H10 H11 H12)





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Um conjunto de

meio-espaços

formando uma

área

X

Y f (x,y)>b2f (x,y)>a

1

f (x,y)>c3

f (x,y)>d4

O = f ii=1

n



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Qualquer ponto no espaço do modelo para o qual esta expressão

boleana é verdadeira pertence ao interior do objeto sólido.

• Vantagens da representação CSG:

– concisa;

– garante, automaticamente, que os objetos são válidos;

– algoritmos para converter CSG em B-rep são conhecidos e confiáveis.



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• Representação B-rep (“Boundary Representation”)

– Representa um sólido segmentando o seu contorno num

número finito de subconjuntos interligados normalmente

chamados faces (ou “patches”), e representando cada face

por suas arestas (que compõem um contorno) e vértices.



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Sólido em

B-rep





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Topologia e

Geometria na

B-rep



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Exemplo de

representação

B-rep

12

3

45

6

8

9

10

11

12

13

14

7

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14

Objeto

Face

Contorno

Aresta

Vertices

L1

E1 E2 E3 E4

V1 V2 V3 V4

face

equation

L3 L4

E5 E6 E7 E8 E10

V5 V6 V7 V8 V10

. . .

. . .

. . .

Geometria e Topologia



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Topologia X Geometria numa representação B-rep



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Outro exemplo de

representação B-rep



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Representação B-rep

mostrando dois

objetos diferentes

com a mesma

topologia



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Operações de Varredura (“sweep”)



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Operação de Varredura (“sweep”)



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Uma peça

modelada em B-

rep (apenas a

topologia)



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Redundância

– P.ex. uma aresta pode ser obtida de duas faces; um vértice

pode ser obtido de três faces; etc. (ver figura).

– Redundância aumento no tamanho da base de dados

porque uma quantidade maior de informações do que o

necessário é armazenado.

– Entretanto acelera as transformações que são aplicadas ao

sólido, pois todos os elementos necessários estão

disponíveis.



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Redundância

inerente à

topologia de

modeladores

B-rep



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Adjacência na

topologia



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• Consistência

– Tamanho de bases de dados de modeladores B-rep

sub-rotina responsável por checar a consistência de um

objeto após uma transformação torna-se mais complicada e

leva um tempo de execução esta sub-rotina deve

funcionar de tal forma que, se conclui-se que um sólido é

inconsistente, o usuário deve ser alertado.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Operadores de Euler

– Modificação da topologia de um sólido deve obedecer a fórmula de

Euler-Poincaré, que é:

F - E + V - H = 2 * (B - G)

onde: F=no de faces H=no de furos

E=no de arestas B=no de sólidos (incluindo

quaisquer cavidades)

V=no de vértices G=no de anéis



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Sólidos não-manifold



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Estrutura winged-edge

– Estrutura mais utilizada em sistemas B-rep fornece um

acesso mais rápido aos vários elementos na base de dados

acelera as transformações aplicadas aos sólidos, tais como

operadores de Euler.



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Estrutura “winged-edge”: (a) aresta,

face e vértice; (b) modelador G.P.M.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Operações Boleanas e de Varredura

– Algoritmos não-triviais, mesmo quando superfícies planas

são consideradas.

– Operações boleanas em modeladores B-rep levam um tempo

bem mais elevado comparado com modeladores CSG, pois o

contorno de um sólido deve ser intersectado com o contorno

do outro sólido para obter-se o sólido desejado, e tais

interseções tomam um longo tempo computacional.



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União de dois paralelepípedos num modelador B-rep



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Ilustração de como contornos internos e externos podem ser representados em B-rep



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Vantagens da representação B-rep:

– informações são completas;

– esta representação tem uma longa história na comunidade de CAD existem muitos softwares disponíveis para a manipulação dos seus dados geométricos;

– aplicações e algoritmos baseados em B-rep são competitivos com aqueles baseados em CSG;

– tecnologia disponível para superfícies “sculptured” baseia-se em superfícies, e portanto é mais fácil incorporá-la em sistemas B-rep dos que em sistemas CSG.



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• Representação Octree



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• Representação Octree



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CAD com

sólidos CAPP

?



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CAD com

sólidos CAPP



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CAD com

sólidos CAPP

Reconhecimento

de Features



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CAD com

sólidos CAPP

Reconhecimento

de Features CAD com

features ?



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CAD com

sólidos CAPP

Reconhecimento

de Features CAD com

features



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Método de reconhecimento de feature baseado em grafo aplicado a uma peça

prismática contendo uma “ranhura passante”



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Arestas convexas e

côncavas



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Método de reconhecimento de feature baseado em grafo



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Ranhura passante com suas faces sombreadas



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Diferentes tipos de ranhuras passantes



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Uma Ranhura

em “T”



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(a) Face convexa; (b) Face não-convexa



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Arestas no interior do “casco convexo”



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Seção transversal

da feature



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Faces e Contornos

no modelador de

sólidos G.P.M.



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Diferentes features

numa cavidade



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Diferentes features numa ranhura



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Diferentes maneiras de usinar duas features adjacentes



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Diferentes furos



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Diferentes ranhuras



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Peça 1: Resultados



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Peça 2: Resultados



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Peça 3:

Resultados



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Peça 4:

Resultados



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Peça 5:

Resultados



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Peça 6:

Resultados



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Peça 7:

Resultados



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Peça 8:

Resultados



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Peça 9:

Resultados



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• Features

– Constrói-se a peça (ou produto) diretamente a partir de

features, que são os “tijolos” da construção em vez de

utilizar-se formas analíticas como paralelepípedos e

cilindros, o usuário cria a peça com “primitivas de um nível

mais alto”, que são mais relevantes para uma aplicação

específica.

– Definições diferentes de features:

• “qualquer entidade com atributos tanto de forma quanto

de função” (Dixon, 1988);

• “conjunto de informações sobre o produto, ou padrões de

informação relacionados com a descrição de uma peça”

(Shah, 1988);

• “conjunto de elementos geométricos que formam uma

unidade de interesse” (Prinz et al, 1989).



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Nesta apresentação features são "regiões ou volumes em peças

usinadas, que são importantes para o projeto, planejamento do

processo e outras atividades" .

• Exemplos de features: eixos, furos, chanfros, ranhuras, etc.

• 2 vantagens do projeto baseado em features:

– Features elementos que contêm informações geométricas,

funcionais e tecnológicas portanto o projetista está mais

habituado a elas;

– Features facilitam o raciocínio sobre a manufaturabilidade da

peça consequentemente o seu planejamento do processo.



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Decisões de

manufatura

baseadas em

features "FEATURE"

FURO

FERRAMENTA DE CORTE

BROCA HELICOIDAL

OPERAÇÃO

FURAÇÃO

DISPOSITIVO DE FIXAÇÃO

PLACA DE 3 CASTANHAS

MÁQUINA-FERRAMENTA

TORNO CNC

FORMA DA PEÇA

ROTACIONAL



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Exemplos de

features de

projeto



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Exemplos de

features de

projeto e de

manufatura



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Exemplo de ambiguidade na identificação

de features de projeto



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Exemplos de

features de

usinagem



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Uma peça com duas features que se intersectam

Furo passante Ranhura



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Exemplos de

features de

projeto e de

manufatura



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Features de projeto e

manufatura identificadas

numa peça modelada por

sólidos (I)



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Features de projeto e

manufatura identificadas

numa peça modelada por

sólidos (II)



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Features

encontradas em

peças

rotacionais

numa empresa

aeronáutica



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Um

atuador

de válvula



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Features usadas para

construir a peça da

figura anterior



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Uma proposta de

classificação de

features



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Exemplo de Implementação de um CAD por Features numa

Indústria

– Schneider Logemann Cia. (SLC - John Deere) fabrica peças

usinadas e chapas metálicas, que são utilizadas na confecção de

seus produtos.

– Implementação para uma parte das peças produzidas na fábrica

reduzindo-se assim o domínio de aplicação, e por conseguinte a

complexidade do problema.

– Layout celular uma das células foi escolhida para ser feita a

implementação do sistema CAD por features.

– Esta célula produz cerca de 480 peças usinadas de revolução.



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Duas peças fabricadas na célula escolhida



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Passo seguinte levantamento dos desenhos das peças usinadas naquela

célula.

• Features presentes nestas peças identificadas e cadastradas na base de

dados de features (eixos, furos, rasgos de chaveta, rebaixos e roscas).

• Para esta célula cerca de 30 features identificadas.



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Eixo-C

"FEATURE"

Externa

Interna

Rosca Rebaixo Chanfro Furo

Pass.Axial

Cega Axial

"O"-ring

Rebaixo

Esq. Interno

Dir. Interno

Recartilhado

Passante

Cego

Cônico

Eixo Rebaixo Chanfro Conecção

Simples

Escalonado

"O"-ring

Rebaixo

Esq. Externo

Dir. Externo

Concordância

Cônico

Conecção

Rasgo Chav.

Externa

Interna

Furo

Passante

Cega

Passante

Cego

Rosca

Cônico

(Direção Transv.)

Classificação das features presentes na célula escolhida



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Atributos

geométricos e

tecnológicos da

feature furo

com rosca



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Atributos

geométricos e

tecnológicos da

feature furo

passante axial

excêntrico



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Janelas de diálogo para o projeto de peças - I



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Janelas de

diálogo

para o

projeto de

peças - II



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Janelas de diálogo

para o projeto de

peças - III



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Exemplos de peças criadas através do sistema CAD baseado em features - I



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Exemplos de peças criadas

através do sistema CAD

baseado em features - II



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Exemplos de peças criadas através do sistema CAD baseado em features - III



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Lógica de Decisão

– Determina como um processo é selecionado.

– Coração do software; direciona o fluxo do programa.

– Combina as capacidades dos processos com as especificações de

projeto.

– Capacidades de processo podem ser descritas como regras do tipo

“IF...THEN...”.

• Há vários métodos para descrever-se a estrutura de decisão no

planejamento do processo: árvores de decisão, tabelas de decisão e

inteligência artificial.



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• Árvores de Decisão

Fluxograma

estruturado que

corresponde a uma

árvore de decisão



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Implementação de uma árvore

de decisão num programa

; raiz

if E1 then N1

else if E7 then A5

; nó N1

procedure N1

if E2 then N2

else if E3 then A4

; nó N2

procedure N2

if E4 then A1

else if E5 then A2

else if E6 then A3



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Furo diâmetro 25mm

Tol.dim. = +-0.007

Tol. Pos. = +-0.006



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• Tabela de Decisão



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• Outro exemplo

de Árvore de

Decisão



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Inteligência Artificial

– Programas tradicionais (procedurais) de computador usados

para resolver problemas formalizados, princípios bem entendidos.

– Problemas menos formalizados e menos entendidos

Inteligência Artificial (“IA”), particularmente sob a forma de

Sistemas baseados no Conhecimento (ou Sistemas Especialistas,

“SE”).

– IA desenvolvida visando simular a inteligência do ser humano

no computador procura adaptar e acumular a sabedoria de um

profissional, podendo aprender e até criar com base naquele

conhecimento.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Primeiros SE área médica (p.ex. MYCIN), visando o diagnóstico de

doenças infecciosas.

• Outras aplicações iniciais de SE interpretação de informações

geológicas (PROSPECTOR); planejamento de experimentos em

genética molecular (MOLGEN).

• Aparecimento de muitos shells comerciais para o desenvolvimento de

SE (p.ex. CLIPS).



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Infelizmente, muitas expectativas sobre SE são prematuras, como por

exemplo:

– SE podem resolver qualquer problema atualmente resolvido por

especialistas humanos;

– SE são desenvolvidos por engenheiros de conhecimento, com

poucas informações advindas dos especialistas;

– SE podem ser rapidamente desenvolvidos e expandidos;

– SE podem ser a resposta para todos os problemas de software.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Sistemas Especialistas

– Giarratano e Riley SE são programas de computador que se

utilizam de conhecimento e procedimentos de inferência para

resolver problemas bastante complexos que necessitam, para a sua

solução, de um conhecimento bastante específico.

– SE são softwares que procuram imitar a forma de raciocínio de um

especialista no assunto, para a solução de um determinado

problema.

– 2 métodos usados na solução de problemas em IA: IA fraca

(domínio amplo) e IA forte (domínio limitado).



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Arquitetura de SE

Usuário

Interface com oUsuário

Módulo deExplicação

Atualização da Basede Conhecimento

Mecanismo deInferência

Base de Conhecimento



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POR COMPUTADOR (CAPP) – Base de conhecimento: contém os fatos (parte dinâmica) e o conhecimento

(parte estática, referente às relações entre os fatos) associados ao domínio

do SE ela deve ser atualizada ao longo de sua expansão.

– Mecanismo de inferência: Não basta possuir uma base de conhecimento.

É necessário fazê-la funcionar. O mecanismo de inferência contém o

mecanismo de controle e pode ser usado para modificar, expandir e

atualizar a base de conhecimento.

– Módulo de explicação: usado para rastrear a ordem da lógica e responder a

perguntas sobre a lógica por trás do procedimento de solução. O usuário

pode perguntar ao SE “por quê?” sobre uma certa decisão do sistema. O

SE então responde sobre o motivo daquela decisão.

– Interface com o usuário: responsável pela comunicação do usuário com o

SE e vice-versa.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Representação do Conhecimento

– Esquemas de representação são classificados em: (i) declarativos, e

(ii) procedurais.

– Conhecimento Declarativo

• Esquemas de representação declarativa incluem: 1) cálculo de

predicado, 2) redes semânticas, 3) frames.

• Cálculo de Predicado:

– Exemplo 1 “todos os furos cegos são furos”:

X (furo_cego(X) furo(X)).



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– Exemplo 2:

• X (broca_helicoidal (X) broca (X)).

• X (broca (X) feita_de (X, AR) feita_de (X,MD), ...).

• X (broca_helicoidal (X)) Y (diâmetro(Y))

diâmetro_broca_helicoidal(X, Y).

• X (broca_helicoidal (X)) Y (comprimento (Y))

comprimento_broca_helicoidal(X, Y).

• X (feita_de (broca_helicoidal_1, AR)).

• X (diâmetro_broca_helicoidal(broca_helicoidal_1, 0.25).

• X (comprimento_broca_helicoidal(broca_helicoidal_1, 1.0).

» Uma broca helicoidal é uma broca.

» Brocas são feitas de diferentes materiais; aço rápido, metal

duro, etc.

» Uma broca helicoidal é especificada pelo seu diâmetro e

comprimento.

» A broca helicoidal no 1 é feita de aço rápido.

» A broca helicoidal no 1 tem diâmetro = ¼” e comprimento =

1”.



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Redes Semânticas

– Descrevem o mundo em termos de objetos (nós) e relações

(arestas rotuladas).

» é_uma (broca_helicoidal, broca).

» tem_propriedade (material, (AR, MD, ...), broca).

» tem_propriedade (diâmetro, broca_helicoidal).

» tem_propriedade (comprimento, broca_helicoidal).

» é_uma (broca_helicoidal_1, broca_helicoidal).

» tem_propriedade (material, AR, broca_helicoidal_1).

» tem_propriedade (diâmetro, 0.25, broca_helicoidal_1).

» tem_propriedade (comprimento, 1.0, broca_helicoidal_1).



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Frames

– nome: broca

– feita_de: AR, MD, ...

– nome: broca_helicoidal

– é_uma: broca

– tem_propriedade: diâmetro, comprimento

– nome: broca_helicoidal_1

– é_uma: broca_helicoidal

– feita_de: AR

– diâmetro: 0.25

– comprimento: 1.0



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• Frames



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– Conhecimento Procedural

• Regras de Produção

– Regras na forma de pares condição-ação:

» IF <antecedente> THEN <conseqüente>, ou

» WHEN <premissa> BEGIN <ação>.

– Antecedente ou Condição conjunto de parâmetros para

combinar;

– Conseqüente ou Ação lista de tarefas para executar.

Se

existe uma feature furo cilíndrico

passante com

orientação “radial”

diâmetro “D”

profundidade “P”

Então

Associe esta feature a uma

operação com

Nome: “furar”

Direção: “transversal”

Diâmetro: “D”

Profundidade : “P+5”



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Mecanismos de Inferência

– Encadeamento para a frente adequado para determinar quais são

as conseqüências de um dado fato ocorrido num dado sistema.

– Interpretador monitora a base de fatos e a base de regras com o

objetivo de construir uma lista das regras que têm sua premissa

satisfeita pelos fatos já existentes.

– Regra colocada no topo da lista será a primeira a ser executada

a ordem em que as regras são colocadas na lista e a sua execução

são ditadas pela estratégia adotada pelo controlador execução

em largura ou em profundidade



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POR COMPUTADOR (CAPP) • Exemplo regras R1 e R2 com premissas satisfeitas por um fato A

estas regras são então colocadas na lista.

• Execução de R1 leva à criação do fato B, que satisfaz as regras R3 e

R4 estas regras (R3 e R4) são agora colocadas na lista:

– Se R3 e R4 são colocadas acima de R2, então tem-se uma

execução em profundidade.

– Se R3 e R4 são colocadas depois de R2, então tem-se uma

execução em largura.



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– Encadeamento para trás adequado para determinar quais são as

causas que levaram a um dado fato, num dado sistema, ou

simplesmente para verificar se uma determinada hipótese se

sustenta, com base nos fatos já conhecidos.

– Interpretador recebe um fato (uma hipótese que deve ser provada) e

verifica se este já existe na base de fatos:

• Se sim hipótese é imediatamente provada.

• Se não interpretador verifica na base de regras quais as regras

que têm como conclusão aquele fato.

– Os fatos que estão nas premissas dessas regras passam então

a ser hipóteses intermediárias que devem ser provadas.

• Processo termina quando um fato presente na base de fatos dá

suporte ao raciocínio desenvolvido, ou quando não há mais

caminhos para tentar provar a hipótese.



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R1: SE p1 é “verdadeira”

ENTÃO p3 é “verdadeira” E

p4 é “verdadeira”





ENTÃO p7 é “verdadeira”


ENTÃO p8 é “verdadeira”









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Encadeamento para a frente Encadeamento para trásp1 é “verdadeira” (entrada do usuário)lado esquerdo de R1 é satisfeitoR1 é disparada (i.e. executada)p3 é “verdadeira” (de R1)

Identificar regras com p3; lado esquerdo de R2 é satisfeitop4 é “verdadeira” (de R1)Identificar regras com p4; lado esquerdo de R3 é satisfeitoR2 é disparadap5 é “verdadeira” (de R2)Identificar regras com p5; lado esquerdo de R4 é satisfeitop6 é “verdadeira” (de R2)Identificar regras com p6; lado esquerdo de R5 é satisfeito

R3 é disparadap7 é “verdadeira” (de R3)Identificar regras com p7; nenhuma é encontradaR4 é disparadap8 é “verdadeira” (de R4)Identificar regras com p8; nenhuma é encontradaR5 é disparadap9 é “verdadeira” (de R5)

Identificar regras com p9; nenhuma é encontradap10 é “verdadeira” (de R5)Identificar regras com p10; nenhuma é encontradaFim da procura

Determinar p10 (objetivo principal)Tentar R5 (primeira regra para p10)p6 é desconhecido (p6 = objetivo temporário)Tentar R2 (primeira regra para p6)

p3 é desconhecido (p3 = objetivo temporário)Tentar R1 (primeira regra para p3)p1 é desconhecido (p1 = objetivo temporário)Perguntar ao usuário (nenhuma regra para p1)

Entrada do usuário p1 é “verdadeira”O sub-objetivo p1 é completadoDeterminar p3 (sub-objetivo)p3 é “verdadeira”; p4 é “verdadeira” (de R1)O objetivo temporário p3 é satisfeito (p4 é “efeito colateral”)determinar p6 (sub-objetivo)

p5 é “verdadeira”; p6 é “verdadeira” (de R2)O objetivo temporário p6 é satisfeito (p5 é “efeito colateral”)Determinar p10 (objetivo principal)p9 é “verdadeira”; p10 é “verdadeira” (de R5)O objetivo temporário p10 é satisfeito (p9 é “efeito

colateral”)Fim da procura

Exemplos de rastreamento pelos encadeamentos para a frente e para trás



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• Sistema PROPLAN

Arquitetura

do sistema

PROPLAN



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• Sistema PROPLAN

Esquema de descrição de perfis para peças cilíndricas



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• Sistema PROPLAN

Elementos para a descrição de perfis

PART REPRESENTATION:

PART -----> <VIEW1> <VIEW2> <VIEW3> ...

VIEW -----> <EXTERNAL_PROFILE> <INTERNAL_PROFILE>

<ADDITIONAL_INFORMATION>

EXTERNAL-PROFILE -----> {<LINE>|<ARC>}

INTERNAL-PROFILE -----> {<LINE>|<ARC>}

ADDITIONAL-INFORMATION -----> Angular holes, keyways, slots

LINE -----> <START_POINT> <END_POINT> <SURFACE_FEATURE> <TOLERANCES>

ARC -----> <START_JOINT> <END_POINT> <CENTER> <ANGLE> <SURFACE_FEATURE>

<TOLERANCES>

SURFACE_FEATURE -----> <THREAD>|<KNURL>

TOLERANCES -----> <LOWER_LIMIT> <UPPER_LIMIT>



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• Sistema PROPLAN Exemplos de regras de produção

(ON CHOICE OF MACHINE)

IF <OPERATION is TURNING>

and <Maximum LENGTH of PART is less than 30 inches>

and <Maximum DIAMETER of PART is less than 10 inches>

THEN <recommended MACHINE is LATHEOO1>

(ON CHOICE OF TOOL)

IF <OPERATION is DRILLING>

and <PARTMATERIAL is HIGH-CARBON-STEEL>

and <DIAMETER of HOLE is less than 2 inches>

and <HARDNESS of PARTMATERIAL is between 200 & 240 BHN>

THEN <recommend DRILL with HELIX 240 degrees>

or <recommend DRILL with POINT 118 degrees>

(ON CHOICE OF TOOL-MATERIAL)

IF <the PARTMATERIAL is ALUMINUM>

and <OPERATION is TURNING>

THEN <recommended TOOL-MATERIAL is HIGH-SPEED-STEEL>

(ON CHOICE OF COOLANT)

IF <the PARTMATERIAL IS PLAIN-CARBON-STEEL>

and <TOOLMATERIAL is HIGH-SPEED-STEEL> THEN <recommended COOLANT is SOLUBLE-OIL>

(ON CHOICE OF CUTTING SPEED)

IF <OPERATION is TURNING>

and <DEPTH-OF-MATERIAL to be removed is greater than 2 inches>

and <DIAMETER of PART is less than 4 inches>

and <PARTMATERIAL is CASTIRON>

and <TOOLMATERIAL is CARBIDE-TIP>

THEN <recommended SPEED is 250 rpm>



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• Sistema PROPLAN

Desenho e representação simbólica de uma peça cilíndrica



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• Sistema PROPLAN

Representação

do problema



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• Sistema PROPLAN

OPERATION DESCRIPTION ABSTRACTION

TURNING is used to decrease diameter Removes a rectangle from

the external grid

CHAMFERING is used to chop a 90o angle Removes triangle from

the external grid

FILLETING is used to create a curved surface Removes a sector from

the grid

BORING Enlarge hole Remove rectangle from

internal grid

DRILLING Create hole Remove rectangle from

internal grid

Abstração das operações de usinagem



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• Sistema PROPLAN

Heuristic * In a turning operation, maximize the length of a

rectangle that can be removed in one pass, or

equivalently, combine adjacent rectangles at the same

level after selecting a rectangle for processing.

Rationale * This conforms to manufacturing logic. The tip of a

turning tool is designed to remove more material in a

movement parallel to the center line of raw material.

Heuristic * If a triangle is to be removed, choose chamfering if the area, of triangle is less than C.

Rationale * Chamfering is a faster operation than taper turning

which requires setting up the equipment and tool

adjustments.

Heuristic * If the area of a sector to be removed is less than K choose fillet- cutting.

Rationale * Fillet-cutting will be performed in a manner similar to

chamfering using a form tool which gives the shape

desired by removing a sector in one pass. The

alternative is contour machining which is more

expensive.

(C and K are constants depending on the tools available)

Algumas das heurísticas aplicadas



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• Sistema PROPLAN

Árvore parcial e inferência para a determinação de operações externas



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• Sistema PROPLAN

Part name: CONNECTOR

The representation for CONNECTOR is:

CONNECTOR = ((external) (LINE (O 0) (O 2000))

(ARC (O 2000) (500 2500) (500 2000) (90))

(LINE (500 2500) (1500 2500) (OPN KNURL (25 TPI)))

(LINE (1500 2500) (2000 2250))

(LINE (2000 2250) (2000 1500))

(LINE (2000 1500) (3000 1500))

(LINE (3000 1500) (3700 1500) (OPN THREAD (10 TPI)))

(LINE (3750 1500) (3750 0)))

((internal) (LINE (O 500) (1000 500) (OPN THREAD (10 TPI)))

(LINE (1000 500) (1000 750))

(LINE (1000 750) (1500 750))

(LINE (1500 750) (1500 500))

(LINE (1500 500) (3000 500))

(LINE (3000 500) (3000 250))

(LINE (3000 250) (3750 250))

((additional) ()))

Raw material required is a cylindrical block:

Diameter = 3000

Length = 3750

External operations required are:

TURNING GROOVING CHAMFERING FILLET-CUTTING THREADING KNURLING

Internal operations required are:

DRILLING BORING THREADING

Exemplo de planejamento do processo



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• Sistema PROPLAN +++ Have I analyzed the part-geometry correctly? ** y

+++ Now proceeding to sequence the operations

--- EXTERNAL OPERATIONS ---

<STEP 1>

OPERATION : TURNING

MACHINE : LATHEOO1

TOOL : SINGLE-POINT

TOOL-MATERIAL : (M2 M3)

COOLANT : NONE

DEPTH-OF-CUT : (ROUGH 150) (FINISH 25)

SPEED : (ROUGH 600) (FINISH 800)

FEED : (ROUGH 15) (FINISH 7)

--- INSTRUCTIONS ---

- TURN FROM X = 0 TO X = 3750

DEPTH OF MATERIAL TO BE REMOVED IS 500

NUMBER OF ROUGH PASSES REQUIRED IS 3

NUMBER OF FINISH PASSES REQUIRED IS 2

- TURN FROM X = 2000 to X = 3750

DEPTH OF MATERIAL TO BE REMOVED IS 1000

NUMBER OF ROUGH PASSES REQUIRED IS 6

NUMBER OF FINISH PASSES REQUIRED IS 2

--- INTERNAL OPERATIONS ---

<STEP 1>

OPERATION : DRILLING

MACHINE : LATHEOO1

TOOL : (DRILL WITH HELIX 168)

TOOL-MATERIAL : HSS

COOLANT : NONE

DEPTH-OF-CUT : NOT-APPLICABLE

SPEED : 60 FEED I

--- INSTRUCTIONS ---

- DRILL FROM X = 0 TO X = 3750

DIAMETER OF HOLE DRILLED IS 250



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• Sistema CAPP em Prolog

Features padronizadas consideradas neste sistema CAPP

1. FACE : any surface that is perpendicular to the axis of

rotation

2. CYL : any cylindrical surface

3. EXTAPER : any external tapering surface

4. INTAPER : any internal tapering surface

5. EXTHREAD : any portion of the surface that is threaded externally

6. INTHREAD : any portion of the surface that is threaded internally

7. HOLE : any internal cylindrical surface

8. KNURL : any portion of the surface that is knurled

9. FORM : any surface that is curved in nature



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Representação de fatos

Rough turning, rough boring, and rough taper turning. The predicate with

which the cutting data corresponding to speed, feed, and depth of cut

for the above operations are linked with is SRCDAT. The fact is

represented as:

(SRCDAT Material ((((HSS-speed range-1)(Carbide-speed range-1))

(Feed range-1)(Depth of cut range-1))

(((HSS-speed range-2)(Carbide-speed range-2))

(Feed range-2)(Depth of cut range-2)))

for example:

(SRCDAT FCS ((((110 40) (250 150))(0.3 0.2)(2 0.5))

(((70 40)(180 120)(0.5 0.25)(5 2))))

represents the corresponding ranges of speed, feed rate, and depth of

cut as mentioned within the parenthesis.



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Finish turning and finish boring. The predicate with which the cutting

parameters for operation finish turning are linked with is SFCDAT, and

the one for finish boring is BFCDAT. The structures of both the facts

look alike. They are represented as:

(SFCDAT Material Hardness-range (HSS-speed HSS-feed HSS-depth of cut)

(Carbide-speed Carbide-feed Carbide-depth of cut))

for example:

(SFCDAT PCLS 125175 (38 0.18 0.64) (151 0.18 0.64)),

(BFCOAT HSTS 175225 (15 0.10 0.25) ( 60 0.13 0.25)).

Here and in subsequent descriptions, hardness range is coded, for

example,

125175 denotes hardness between 125 and 175 BHN.



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(DRLDAT Material] Hardness-range

(Speed (Various feed rates corresponding to standard drills)))

for example:

(DRLDAT MTS 225275 (10 (0.05 0.08 0.13 0.23 0.25 0.30 0.33))),

(REMDAT MTS 225275 (9.5 (0.05 0.13 0.25 0.41 0.51 0.64))).

Tapping. The predicate defined is TAPSPO and the representation is

(TAPSPD Material Hardness-range Speed), for example (TAPSPO HSS 175225

4.7).

Thread cutting. Thread cutting data is represented using the predicate

THRDAT as

(THRDAT Nominal-diameter pitch of the thread (Spindle speed externdl

threads No. of cuts if internal threads))

(THRDAT 48 3 (315 10 13)).



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Cutting fluids. The cutting fluid to be used depends to a large extent

on the operation being performed and workpiece material. The data

regarding the cutting fluid has been linked with two predicates, FLDCODE

and FLDNAME. They are represented as:

(FLDCODE Operation Material Cutting fluid code)

(FLDNAME Cutting fluid code Cutting fluid name)

for example:

(FLDCODE REAM HSS 4)

(FLDNAME 4 (HIGH SULPHUR FATTY CHLORINATED OIL))



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Representação de regra para faceamento

(OPR61 FACE RH 6 ?FXI ?FYI ?FZI) <- (OP6 FACE ?FXI ?FY1 ?FZ1)

(OP1 FACE ?XI ?Yl ?Zl)

(BAR ?FYI)

(DAT61 FACE ?Cl)

(BAR ?FYI) <- (MAX-DIA ?MD) (BSIZE ?MD ?FYI)

(BSIZE ?A ?B) <- (ASK-USER (SOURCE ?A)

(TARGET ?B)

(QUESTION PLEASE SPECIFY TH DIAMETER

CORRESPONDING TO A SIZE OF ?A))

(DAT61 FACE ?Cl) <- (TOOL-MTL CARBIDE) (MATERIAL ?M)

(HARDNESS ?H)

(SFCDAT ?M ?H ?X ?C1)



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Representação de regra para torneamento fino

(OPR67 CYL FINISH 5 ?FZ7 ?FY7 ?FX7) <- (OP5 CYL ?FX7 ?FY7 ?FZ7)

(OP2 FACE ?X7 ?Y7 ?Z7)

(ST7 ?S7 ?T7)

(> ?S7 0) (> ?S7 125)

(DAT67 FCYL ?C7)

(DAT67 FCYL ?C7) <- (TOOL-MTL CARBIDE)

(MATERIAL ?M)

(HARDNESS ?H)

(SFCDAT ?M ?H ?X ?C7)

(DAT67 FCYL ?CL) <- (TOOL-MTL HSS)

(MATERIAL ?M)

(HARDNESS ?H)

(SFCOAT ?M ?H ?C7 ?X)

(TOOL-MTL ?TM) <- (ASK-USER (SOURCE)

(TARGET ?TM)

(QUESTION PLEASE SPECIFY THE TOOL MATERIAL THAT IS BEING

USED))

(DEFELAB TOOL-MTL (IT IS RECOMMENDED THAT CARBIDE TOOL MATERIAL IS

USED FOR OPERATIONS LIKE TURNING, TAPERING,

THREADING AND FACING. WHILE FOR OPERATIONS LIKE

BORING, DRILLING AND REAMING HSS TOOLS ARE

PREFERRED)).



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Códigos de

materiais



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Códigos de faixas de

dureza



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Exemplo de peça



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Questionamento e respostas do usuário

(IF YOU WANT TO KNOW SOME DETAILS BEFORE WORKING WITH THE SYSTEM TYPE

YES ELSE TYPE NO) >YES

*The details of fixing reference end and feature numbering appear*

(IF YOU HAVE LOCATED THE REFERENCE END AND NUMBERED ALL THE FEATURES FOR

FURTHER DETAILS TYPE YES) > YES

* Details of Table 1 appear

ALL DIMENSIONS ARE TO BE IN MM

(IF YOU ARE READY WITH THE VARIOUS PART DETAILS TYPE YES TO INTERACT

WITH THE SYSTEM) > YES

(PLEASE SPECIFY THE SPINDLE SPEEDS THAT ARE AVAILABLE ON THE LATHE IN

THE FORM OF A LIST) > (45 56 70 110 137 270 215 170 325 420 525 655 820

1025 1280 1600 2000)



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(PLEASE SPECIFY THE FEEDS THAT ARE AVAILABLE ON YOUR LATHE IN THE FORM

OF A LIST) > (0.05 0.068 0.075 0.090 0.10 0.125 0.150 0.168 0.175 0.20

0.225 0.250 0.300 0.350 0.40 0.450 0.50)

(PLEASE SPECIFY THE CROSS FEEDS THAT ARE POSSIBLE ON THE LATHE) (0.03

0.045 0.046 0.050 0.060 0.100 0.130 0.166 0.183 0.230 0.260 0.330 0.365

0.40 0.480)

(PLEASE ANSWER YES IF THE PART IS PRODUCED FROM BAR STOCK ELSE ANSWER

NO) > YES

(LOOKING AT THE ABOVE INFORMATION PLEASE SPECIFY THE PART MATERIAL) >

FCS

(PLEASE SPECIFY THE RANGE IN WHICH THE BRINELL HARDNESS NUMBER OF THE

MATERIAL MENTIONED ABOVE FALLS BY LOOKING AT THE GIVEN INFORMATION) >

275325

(SPECIFY THE TOTAL LENGTH OF THE PIECE THAT IS BEING WORKED) > 150

(PLEASE SPECIFY THE MAX DIAMETER VALUE AT ANY PLACE OF THE WORKPIECE) >

40



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(PLEASE SPECIFY THE FIRST FEATURE DETAILS AS DESCRIBED EARLIER) > FACE 0

30 (PLEASE SPECIFY THE SURFACE FINISH IN MICRO-INCHES AND TOLERANCE IN

MM

** IF YOU DO NOT KNOW ANY OF THE VALUES TYPE 0) > 0

(PLEASE SPECIFY THE SECOND FEATURE DETAILS PROPERLY AS DESCRIBED

EARLIER) > EXTAPER 30 5 40

(PLEASE SPECIFY THE SURFACE FINISH IN MICRO-INCHES AND TOLERANCE IN MM


(PLEASE SPECIFY THE THIRD FEATURE DETAILS PROPERLY AS DESCRIBED EARLIER)

> KNURL) 5 50 40



(PLEASE SPECIFY THE TOTAL NUMBER OF REMAINING FEATURES) > 3



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(PLEASE SPECIFY THE FOURTH FEATURE DETAILS PROPERLY AS DESCRIBED

EARLIER) > EXTAPER 40 50 24

(PLEASE SPECIFY THE SURFACE FINISH IN MICRO-INCHES AND TOLERANCE IN M M

** IF YOU DO NOT KNOW ANY OF THE VALUES TYPE 0) > 25 0.05

(PLEASE SPECIFY THE FIFTH FEATURE DETAILS PROPERLY AS DESCRIBED EARLIER)

> EXTHREAD 24 45 3


** IF YOU DO NOT KNOW ANY OF THE VALUES TYPE 0) > 40 0.10



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Seqüência de

operações para

a peça exemplo



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Dados de

usinabilidade



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Ferramentas

recomendadas



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Fluidos de corte recomendados



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Tempos exigidos de cada ferramenta de usinagem



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• STEP-NC – Diagrama de Informações



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• Etapas de usinagem de uma peça geradas por um CAPP



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Modelo de

dados com

informações

para o

planejamento

do processo



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Peça

prismática

(com features

indicadas) e as

trajetórias de

usinagem

geradas



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Peça com

features

indicadas



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Peça

modelada no

sistema CAD,

e fabricada

por SLA



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Etapas em um

sistema CAPP

baseado em

features



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Etapas de desbaste e acabamento no

fresamento com várias ferramentas



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Classificação de regiões 2D



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Peça de um

sistema de

transmissão

modelada no

sistema CAD,

e fabricada

por usinagem



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Um disco de

compressor

modelado no

sistema CAD,

e fabricado

por usinagem



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Exemplos de

decomposição

de features



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EXEMPLO DE SISTEMA CAPP

Sistema HMS



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Recuperação

de Informações

8% Cálculos

20% Análise e Concepção

14%

Escrevendo, digitando e detalhando

58%

Sem CAPP



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Escrevendo, digitando e detalhando

24%

Recuperação de

Informações

4%

Cálculos

8%

Análise e Concepção

64%

Com CAPP



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Famílias de Produtos

Classificação /

Tecnologia de Grupo

Parametrização integrada ao

CAD

Parâmetros Técnicos e

comerciais



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EXEMPLO DE SISTEMA CAPP Cálculos de tempos

e variáveis do processo

“Features”

Regras Croquis

Paramétricos



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LINKS PARA ALGUNS

SISTEMAS CAPP

• www.hmssoftware.com/pages/prodcapp.html

• www.cimplex.com/metcapp.htm

• www.cimx.com/Technology/Products/DataSheets/cscapp.html

• www.lsc.co.uk/leansupply/locam.html

• www.opm.wb.utwente.nl/projects/part/capp.html

http://einstein.grucon.ufsc.br/mand

http://www.hmssoftware.com/pages/prodcapp.html

http://www.hmssoftware.com/pages/prodcapp.html

http://www.cimplex.com/metcapp.htm

http://www.cimplex.com/metcapp.htm

http://www.cimx.com/Technology/Products/DataSheets/cscapp.html

http://www.cimx.com/Technology/Products/DataSheets/cscapp.html

http://www.lsc.co.uk/leansupply/locam.html



http://www.opm.wb.utwente.nl/projects/part/capp.html



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Uma peça exemplo



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Tarefas (operações) e resumo dos recursos para a peça

ilustrada na figura 1, ordenadas por feature



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O sistema de manufatura usado para ilustrar o controle



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O grafo e/ou para a peça exemplo



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Grafo de tarefas nos modelos de Johnson e Jackson



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Grafo de tarefas no modelo de Jackson com MH



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Grafos e/ou para a

peça e para o

sistema



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Uma lista de tarefas/operações derivadas do resumo do

roteamento de operações



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Detalhes

do

controle

para

múltiplas

peças no

exemplo

consider

ado



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SOBRE A EFICIÊNCIA DE ALTERNATIVAS EM

PLANOS DE PROCESSO



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SOBRE A

EFICIÊNCIA DE

ALTERNATIVAS

EM PLANOS DE

PROCESSO



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PLANOS DE PROCESSO



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PLANOS DE PROCESSO

Number of Feature Types per Part



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PLANOS DE PROCESSO

Part Variety

nparts = total number of batches of parts to be manufactured (= 3)

nfpp = number of feature types per part

nal = number of features in the assignment list



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PLANOS DE PROCESSO

Part Variety



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PLANOS DE PROCESSO

Number of Feature Duplications



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PLANOS DE PROCESSO

Batch Quantity

Three different batch quantities were also investigated: low (1-10),

medium (11-100) and high (101-500). In the case of a low batch

quantity, for each of the five replications a random number

generator is used to generate the batch quantity, which lies

between 1 and 10. The same method is applied to the medium and

high levels.



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PLANOS DE PROCESSO

Batch Sequence

Batch sequence was investigated using two levels: fixed or random.

A random batch sequence consists of the part batches being

manufactured in a different sequence in each replication (e.g. first

replication → 2-1-3; second replication → 3-2-1; third replication

→ 1-2-3, etc.). A random number generator is used for obtaining

each of the random sequences. In the case of a fixed sequence, this

sequence is also obtained through a random number generator, but

this sequence is generated only once for the five replications.



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PLANOS DE PROCESSO

Carousel Capacity

This was considered important because it significantly affects the number of

tools that can be used for the manufacture of a batch. Two ways in which these

limitations may occur are:

(a) a certain batch may require more tools than the carousel capacity. In this

case, the manufacture would not be feasible (at least with only one complete part

program download).

(b) Even when the tools necessary to machine each batch do not exceed the

carousel capacity, the tools necessary to machine two successive batches may

exceed the carousel capacity, and in this case it would be necessary to replace

some of the tools that are in the carousel. The time for tool replacement is

included in Eq. (1).

In this paper this factor is considered as having two levels, which are: 12 tools

and 24 tools.



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PLANOS DE PROCESSO - Process Plan

The process plan factor has two levels: linear or AND/OR plan. These different levels

are described below.

(a) Linear Plan: in this level, for each of the features that are assigned to a part, the

linear plan is composed of the first alternatives for the manufacture of each feature.

(b) AND/OR Plan: in this level, all the alternatives of each feature are taken into

consideration, and they are combined with all the alternatives of every other feature.

The throughput is calculated for all possible combinations of alternatives, and the

minimum throughput and its corresponding cutting tools are obtained. The maximum

number of possible process plans corresponds to the following levels:

Part Variety = High

Number of feature types per part = High, and within this level the largest number is 9.

Rectangular pockets have the largest number of alternatives (i.e. three), and so the

largest amount of possible process plans will occur when all six pockets are in one

single part, and of course the other three features would have two alternatives at most.

In this case, the total number of alternative paths to be analysed would be: 36x23 =

5832.



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PLANOS DE PROCESSO

Experiments



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PLANOS DE PROCESSO

Experiments

In planning the experiment, several factors were used, which we knew would affect

throughput. For instance, as the number of features types on a part increases, the

related processing time will also increase and the throughput will decrease. This is an

expected result that was verified. This factor was considered important because it may

also affect whether an alternative plan becomes advantageous. Feature duplication

should increase the machining time, leading to a lower throughput. As batch quantity

increases the contribution of the setup time should be lower, and the related throughput

increased. With this in mind, the experiment was run. The amount of data obtained was

significantly large, and the analysis of these data is subdivided into two parts:

(a) Analysis of the influence of all control factors on the throughput;

(b) Analysis of the influence of the specific types of process plans on the throughput.



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SOBRE A EFICIÊNCIA DE ALTERNATIVAS EM PLANOS

DE PROCESSO

Experiments – One-Way ANOVA

Analysis of the Influence of All Factors on the Throughput



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DE PROCESSO


Analysis of the Influence of Process Plans on the Throughput



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DE PROCESSO



•By observing Fig. 12, it can be concluded that, in average, the presence

of alternatives is always beneficial, i.e. for all factor levels, there was an

increase in throughput, and the minimum average increase was 2.4%.

•It can also be noticed that the number of feature types per part is the

factor that most affects the average increase in throughput when using

AND/OR plans, as it is the factor that influenced most the absolute value

of throughput. On the other hand, the number of feature duplications,

which was the second most influencing factor on the throughput, is the

factor among the W-factors that least influences the average increase in

throughput when using planning alternatives. But still on its worst level

there is some average increase in throughput.

../../../PapersJoaoCarlos/EfficiencyProcessPlans1.htm



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DE PROCESSO



•The larger the number of feature types per part, the larger the average

increase in throughput in the presence of alternatives, which means that

the more complex a part is, the greater is the manufacture gain when

alternatives are present. It should also be noticed that even for simple

parts (low level of this factor), a 2.4% average increase was obtained,

and thus AND/OR plans are also recommended for these conditions.



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DE PROCESSO



•The same reasoning applies to part variety, which is the factor that

measures the degree of differences between two subsequent batches. For

a high level of this factor, the greater is the average throughput when

using alternatives compared with linear plans. Of course, in the presence

of uncertain demand, which is one of the characteristics of today's

production, part variety is usually high, and thus a move towards

including alternatives in process plans is recommended.



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DE PROCESSO



•For a high batch quantity the average increase in throughput was equal

to 2.9% when using alternatives, which may not be a significant increase

in throughput. But the lower the batch quantity, the greater the average

increase in throughput. Since a large majority of today's manufactured

products are produced in small batches (nb < 50) (Chang and Wysk,

1985), the presence of alternatives is also recommended under these

circumstances.



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DE PROCESSO



•The larger the number of feature duplications, the lower the average

increase in the throughput, but it still is relatively high (i.e. 2.9%).

•It can be noticed in Fig. 13 that the variation caused by the batch

sequence and the carousel capacity was small, which confirms their

small influence on the average increase in throughput when using

planning alternatives. But in this figure it can be noticed that for a lower

carousel capacity (i.e. 12 tools), which constrains significantly the

selection of operations and cutting tools, the presence of alternatives

increased the throughput in 0.4% compared with the carousel with a

capacity for 24 tools.

../../../PapersJoaoCarlos/EfficiencyProcessPlans1.htm



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USER

or

MASTER

PRODUCTION

SCHEDULE

Process

Planning

Module

Planning

Module

NC Program

Generation

for each

Resource

Part

AND/OR

Graph

Process

Plan

AND/OR

Graph

Linearised

Process

Plan

AND/OR

Graph

NC

Programs

Resource

Model

PLANOS DE PROCESSO

CONTENDO ALTERNATIVAS



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GRAFO E/OU PARA UMA

PEÇA Hole 1

Hole 2

Hole 3

Hole 4

Hole 5Pocket 1

& b

Hole1

Hole2

Pocket1 Hole5

Hole3

Hole4

& e

0

1

2

3

4 5



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SISTEMA DE MANUFATURA

CONSIDERADO

AGV

Station

Port 3

Kardex

AS/RS

Port 1 PUMA

560

RobotPort 12

Horiz. Mill

Port 5

Vert. Mill

Port 6

Horiz. Mill

Port 4

Buffer

Port 2

ABB #1

RobotPort 11

Vert. Mill

Port 9

Vert. Mill

Port 8

AGV

Station

Port 7

Lathe

Port 10

ABB #2

RobotPort 13



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ESTRATÉGIA PARA A

GERAÇÃO DO PROGRAMA NC

G00 X <x> Y <y> H0 M6 T <ferramenta>

H <offset da ferramenta > Z <z + 0.10>

Z <z + 0.10>

G01 Z <z - profundidade> S <rpm> F <avanço> M3 M8

G00 Z <z + 0.10>

Z <z + 0.10> M5

• Conhecendo-se o código "G" da máquina específica para

a execução daquela operação "máscara“ (“template”)

cujas variáveis serão instanciadas com os valores

correspondentes a cada operação.

Máscara para uma operação de furação na máquina Fadal VMC-20



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• Programa NC obtido pela combinação seqüencial dos

trechos de programa para cada operação no plano de

processos linearizado.

• Mesmo procedimento aplicado à usinagem nas outras

máquinas presentes no mesmo sistema de manufatura.

ESTRATÉGIA PARA A

GERAÇÃO DO PROGRAMA NC



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PEÇAS A SEREM

FABRICADAS

1" diameter hole0.5" diameter hole

0.5" diameter hole

pocket



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PLANO DE PROCESSO GERADO

! b

1

unload

2

load

3

move

! e4

unload

5

load! b

! b

6

drilling! b

7

boring

8

reaming

! e

9

drilling

! e

! b

15

boring

16

boring

17

reaming

! e

I

II

I

II

10

drilling! b

11

boring

12

boring

13

reaming

! e

! b

18

drilling! b

19

boring

20

reaming

! e

21

drilling

! e

! e22

unload

23

load! b

24

unload

25

load

26

move

! e

Process plan string:

(((1 2 *) 3 !) 4 5 (((( 6 (7 8 !) *) 9 !) 10 ((11 12 *) 13 !) *) (14 ((15 16 *) 17 !) ( ( 18 (19 20 !) *) 21 !) *) !) 22 23 (( 24 25 *) 26 !) *)

14

drilling



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IDENTIFICAÇÃO DOS NÓS Node

IDResource Operation From Port To Port

/Coordinates (x,y) and

diameter ()

NodeID

Resource Operation From Port To Port/Coordinates (x,y) and

diameter ()

1 PUMA robot unload 1 12 14 Vertical M.C. drilling (1.5, 2.0); 0.4375"

2 PUMA robot load 12 2 15 Vertical M.C. boring (1.5, 2.0); 0.48"

3 Human move 1 2 16 Vertical M.C. boring (1.5, 2.0); 0.5"

4 ABB#1 robot unload 2 11 17 Vertical M.C. reaming (1.5, 2.0); 0.5"

5 ABB#1 robot load 11 6 18 Vertical M.C. drilling (5.0, 3.0); 0.9375"

6 Vertical M.C. drilling (5.0, 3.0); 0.9375" 19 Vertical M.C. boring (5.0, 3.0); 1.0"

7 Vertical M.C. boring (5.0, 3.0); 1.0" 20 Vertical M.C. reaming (5.0, 3.0); 1.0"

8 Vertical M.C. reaming (5.0, 3.0); 1.0" 21 Vertical M.C. drilling (5.0, 3.0); 1.0"

9 Vertical M.C. drilling (5.0, 3.0); 1.0" 22 ABB#1 robot unload 6 11

10 Vertical M.C. drilling (1.5, 2.0); 0.4375" 23 ABB#1 robot load 11 2

11 Vertical M.C. boring (1.5, 2.0); 0.48" 24 PUMA robot unload 2 12

12 Vertical M.C. boring (1.5, 2.0); 0.5" 25 PUMA robot load 12 1

13 Vertical M.C. reaming (1.5, 2.0); 0.5" 26 Human move 2 1



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PROGRAMAS NC GERADOS Hole 0.5" Pocket

%N001 M64

N002 G80 G40 G17N003 E2 G90 X0 Y0N004 G00 X1.5000 Y2.0000 H0 M6 T1

N005 H1 Z1.1000N006 Z1.1000N007 G01 Z0.5000 S829 F9.9531 M3 M8

N008 G00 Z1.1000N009 Z1.1000 M5N010 G00 X1.5000 Y2.0000 H0 M6 T2

N011 H2 Z1.1000N012 Z1.1000N013 G01 Z0.5000 S458 F6.8755 M3 M8

N014 G00 Z1.1000N015 Z1.1000 M5N016 G00 X5.0000 Y3.0000 H0 M6 T3

N017 H3 Z1.1000N018 Z1.1000N019 G01 Z0.5000 S363 F7.9832 M3 M8

N020 G00 Z1.1000N021 Z1.1000 M5N022 H0

N023 G00 X0.0000N024 G92 X0N025 E0 X0 Y0N026 M65

N027 M2%

%N001 M64

N002 G80 G40 G17N003 E2 G90 X0 Y0N004 G00 X1.5000 Y2.0000 H0 M6 T1

N005 H1 Z2.1000N006 Z2.1000N007 G01 Z1.5000 S829 F9.9531 M3 M8

N008 G00 Z2.1000N009 Z2.1000 M5N010 G00 X1.5000 Y2.0000 H0 M6 T2

N011 H2 Z2.1000N012 Z2.1000N013 G01 Z1.5000 S458 F6.8755 M3 M8

N014 G00 Z2.1000N015 Z2.1000 M5N016 G00 X4.0000 Y3.1000 H0 M6 T4

N017 H4 Z2.1000N018 Z2.1000N019 G01 Z1.7500 S2723 F16.3408 M3 M8

N020 X5.5000 Y3.7000N021 X2.5000 Y3.7000N022 X2.5000 Y2.5000

N023 X5.5000 Y2.5000N024 X5.5000 Y3.7000N025 G00 X4.0000 Y3.1000 Z1.7500N026 G01 Z1.5000 S2723 F16.3408 M3 M8

N027 X5.5000 Y3.7000N028 X2.5000 Y3.7000N029 X2.5000 Y2.5000

N030 X5.5000 Y2.5000N031 X5.5000 Y3.7000N032 G00 X4.0000 Y3.1000 Z1.5000

N033 G00 X4.0000 Y3.1000 Z2.1000 M5N034 H0N035 G00 X0.0000

N036 G92 X0N037 E0 X0 Y0N038 M65

N039 M2%



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Uma peça e o plano de processos contendo alternativas para a sua fabricação

Atividades Efetuadas pela

Empresa Modeladora



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Informações referentes às máquinas presentes no sistema de manufatura


Empresa Modeladora



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Matriz de custos para a fabricação de uma peça num sistema de manufatura


Empresa Modeladora



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Máquina indisponível a linearização considera

automaticamente uma máquina alternativa.

Matriz linearizada (seq.de operações, máquinas, custos e

tempos de fabricação)


Empresa Modeladora



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WebMachining



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Normalização

Decomposição

Orientada ao Setup

Decomposição

Orientada à

Geometria

Decomposição

Orientada à

Operação

Geração do

Programa NC

Geração do

Grafo E/OU

Peça modelada no

WebCADByFeatures

Features

Info Decomposição

Orientada à OperaçãoLinearização

Info Decomposição

Orientada ao Setup

Info Decomposição

Orientada à Geometria

Info Feature

Etapas do WebCAPP

WebCAPP



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WebCAPP

Peça utilizada como exemplo



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WebCAPP

Features disponibilizadas no WebCAPP

Features Features Eixo C

ODStraight

ODTapered

ODConcave

ODConvex

ODContoured

ODSplineVirtual

FaceStraight

FaceTapered

IDStraight

IDTapered

IDContoured

IDSplineVirtual

GrooveSquare

Groove_I_Square

FuroPadrao

Groove_Complexo

HolePattern

KeyWay



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WebCAPP

Peça modelada no WebCADByFeatures



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WebCAPP

Janela principal do WebCAPP



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WebCAPP

Features identificadas após a etapa de normalização no

WebCAPP



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WebCAPP

Um dos possíveis resultados da decomposição orientada ao setup



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WebCAPP

Features de usinagem geradas para a peça exemplo



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WebCAPP

G71

G72

G71



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WebCAPP

Exemplo de perfil com superfície intermediária (em azul claro), incluindo

volumes (em vermelho, azul e amarelo) que serão removidos no setup

mostrado



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WebCAPP

Resultado obtido com a normalização de features, em azul

claro

Groove

complexo

Groove

complexo ODSpline

Virtual



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WebCAPP

Um dos possíveis resultados da decomposição orientada ao setup

Volume a ser

removido no Setup 1

Volume a ser

removido no Setup 2

Feature com

rosca

Rasgo de

Chaveta



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WebCAPP

Um dos possíveis resultados da decomposição orientada à

geometria



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WebCAPP

Resultados obtidos aplicando-se as etapas do sistema



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WebCAPP

Grafo E/OU gerado para a peça acima, e uma das suas

possíveis linearizações (em verde)



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WebCAPP



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WebCAPP

Peça Usinada



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WebCAPP

Peças Usinadas

plan. do processo assistido por computador … · a seleção de máquinas e ferramentas é feita...

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