Endüstriyel Uygulamalarla
BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Computer
Aided
with Industrial Applications
Engineering
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
CAD
•
Son yıllarda hızla gelişen bilgisayar teknolojileri ve yazılımları, endüstriyel
araştırma ve geliştirme faaliyetlerine de önemli bir ivme kazandırmıştır.
•
Bugün için endüstride kullanılması düşünülen sistemlerin, üretime geçmeden önce
bilgisayar destekli tasarımı (CAD - Computer Aided Design) yapılabilmekte, işlevselliği
kontrol edilebilmekte,
Tasarlanan her bir parçanın bilgisayar destekli üretimi (CAM - Computer Aided
Manufacturing) gerçekleştirilebilmektedir.
•
•Üretime geçmeden önce daha optimum bir sistemin tasarlanabilmesi veya üretim
sonrasında ortaya çıkan problemlerin giderilebilmesi için ise bu sistemlerin çalışma
şartlarına uygun analizlerinin yapılmasına, yani bilgisayar destekli mühendislik (CAE –
Computer Aided Engineering) çalışmalarına ihtiyaç vardır.
2
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
• Üretilmesi düşünülen yeni ürün veya sistemler açısından Bilgisayar Destekli
Mühendislik (BDM) çalışmalarının en önemli avantajları:
•Üretime geçmeden önce bu sistemleri sanal ortamda
(bilgisayar ortamında) analiz ve test edilebilir.
•Böylece sanal ortamda iken bu ürün veya sistemlerde
ortaya çıkabilecek problemler net bir şekilde
görülebilmekte, bu problemleri giderici ve sistemin
verimliliğini arttırıcı gerekli tasarım değişiklikleri
yapılarak optimum tasarım elde edilebilmektir.
•Sanal ortamda elde edilen bu optimum (en verimli)
tasarım vasıtasıyla üretilecek ilk ürün veya prototipler,
standart ürün testlerinden çoğunlukla ilk seferde
başarıyla geçebilmektedir.
•Bu durum ise gerek zaman, gerekse test maliyetleri
açısından işletmelere çok önemli kazançlar sağlamakta,
yeni geliştirilen ürünün pazara daha hızlı
sürülebilmesine imkan tanımaktadır.
3
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
• Kullanılmakta olan sistemler açısından Bilgisayar Destekli Mühendislik (BDM)
çalışmalarının avantajları:
BDM çalışmaları sadece ilk tasarım
aşamasında değil üretim sonrası, mevcut
sistemlerde ortaya çıkan problemlerin
sebeplerini sanal ortamda araştırmak ve
çözüm geliştirmek amacıyla da yaygın
şekilde kullanılır.
Bu sayede yine gerek zaman gerekse
maliyetler
açısından
çok
önemli
kazanımlar
sağlanarak
problemlerin
giderilmesi sağlanır.
4
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Görüldüğü gibi BDM çalışmaları ve analiz
programları Ar-Ge ve inovasyon (yenilikçilik)
faaliyetlerinin vazgeçilmezi konumundadır.
Ar-Ge
alanında
çalışmak
isteyen
mühendislerin BDM açısından kendilerini
geliştirmesi şarttır.
Bir Ar-Ge Mühendisi BDM çalışmalarını yürütecek seviyede temel bilgi, beceri,
yönlendirme, inisiyatif kullanabilme gibi önemli vasıflara sahip ve analiz
programlarına yeterince aşina olmalıdır. İşte bu dersimizde asıl hedeflenen de bu
vasıfların öğrenciye kazandırılmasıdır.
5
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Sonlu Elemanlar Yöntemi
Mühendislikteki teorik hesaplar, genelde daire,
prizma, küp gibi düzgün geometriye sahip
homojen
parçalar
için
daha
kolay
yapılabilmektedir.
Sistemin
büyüklüğü
ve
kompleksliği arttıkça bu hesaplamalar zorlaşmakta
ve belli bir noktadan sonra imkansız hale
gelmektedir.
İşte bu tip kompleks ve büyük
sistemlerin düzgün geometrideki
küçük küçük parçalardan (sonlu
elemanlardan) oluştuğu farz edilebilir,
herbir küçük parça için ayrı ayrı
çözüm elde edilir ve tüm sistemin
çözümü bu sayede gerçekleştirilmiş
olur ki, bu yönteme sonlu elemanlar
yöntemi ismi verilir.
6
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Sonlu Elemanlar Yöntemi ve Paket Programlar
•Bu yönteme göre, incelenen sistem, önce
sonlu eleman ismi verilen küçük ve düzgün
parçalara bölünür;
•kurulan bu sonlu eleman ağında dış yükler,
malzeme özellikleri ve sınır şartları bazı
elemanlara ve elemanların birleşme
noktalarına (düğümlere) gerçeğe uygun
olacak şekilde uygulanır.
•Sonlu elemanlar arasındaki mekanik, ısıl,
vb. bağıntılar ve yapılan bazı fonksiyonel
kabuller sayesinde problemin yaklaşık
çözümü gerçekleştirilmiş olur.
7
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Sonlu Elemanlar Yöntemi ve Paket Programlar
•Bununla birlikte sistemin büyüklüğü ve kompleksliği
arttıkça çözüm için gerekli işlemlerin sayısı çok artar
ve bu noktada bilgisayar desteğine mutlak ihtiyaç
duyulur.
•Sonlu Elemanlar Ağının çözümü için Fortran, Basic
gibi programlarla yazılımlar yapılabilir. Ancak bunun
için yazılım programlarının yanısıra sonlu eleman
teorisine çok iyi hakim olmak gerekir. Bu ise oldukça
uzun ve tecrübe gerektiren bir iştir.
8
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Sonlu Elemanlar Yöntemi ve Paket Programlar
Bugün için günümüzde birçok problem
cinslerini kapsayacak şekilde yazılımlar
geliştirilmiş ve görselliği de ön plana çıkararak
paket
programlar
halinde
kullanıma
sunulmuştur.
Bunlara örnek olarak Ansys, Abaqus, Adams
gibi dünyada yaygın şekilde kullanılmakta olan
programlar verilebilir.
Bu paket programlarda, geometrik model kurulduktan sonra sınır şartları, yük ve malzeme
özellikleri programın menülerindeki komutlardan modele uygulanır ve çıkan sonuçlar
değerlendirilir.
Aradaki çözümü program otomatik olarak yapar. Bu nedenle bu programların kullanımında
sonlu elemanların teorisini bilmeye ihtiyaç duyulmaz.
İşte bu derste “Bilgisayar Destekli Mühendislik -BDM” (Computer Aided EngineeringCAE) teriminden, sonlu eleman paket programları yardımıyla gerçekleştirilen bu tip
9
faaliyetler kastedilmektedir.
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
•
Bilgisayar Destekli Mühendislik çalışmalarını, şu 3 ana aşamada toplamak mümkündür:
1- İnceleme Aşaması:
Konuyu veya problemi anlamaya ve BDM çalışmaları için
planlama yapmaya yönelik bu aşamada, bilgi edinme
faaliyetleri ve beyin fırtınası toplantıları yapılır; herhangi bir
hesaplama, analiz veya ölçüm yapılmaz.
2- Analiz ve Değerlendirme Aşaması:
Bilgisayar başında modelleme, analiz, grafik oluşturma,
sonuçları değerlendirme ve yorumlama gibi faaliyetlerle geçer.
3- Geliştirme ve Yargı Aşaması:
İncelenen problemin çözümüne veya yeni tasarlanan
sistemin verimliliğini arttırmaya yönelik olarak “yeni analiz
ve değerlendirme” faaliyetlerini kapsar.
10
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
• Şimdi 2. Aşama olan “Analiz ve Değerlendirme” aşaması
üzerinde kısaca duracağız:
•Bu aşamayı da alttaki gibi 3’e ayırmak mümkündür:
•2.1- Modelleme
2.2- Analiz
2.3- Değerlendirme
11
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Analiz ve Değerlendirme Aşaması:
2.1-Modelleme : İncelenen problemde veya
tasarımda, analizi yapılmak istenen parçanın,
bölgenin veya sistemin; bir başka ifadeyle tespit
edilen geometrinin sanal ortamda en uygun şekilde
çizilmesidir.
Modellenecek geometriye karar verilmesi
dışındaki çizim aşamalarında mühendislik alt
yapısına ihtiyaç duyulduğu pek söylenemez.
Nitekim bugün mühendis olmayan bir çok kişi
modelleme işlemlerini oldukça profesyonel
seviyede yapabilmektedir.
12
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Analiz ve Değerlendirme Aşaması
2.2- Analiz: Bu aşamada, analiz tipinin doğru
seçilmesine; modellenen parça veya sistemin
çalışma şartlarına uygun sınır koşullarının, malzeme
özelliklerinin, dış yüklerin ve benzeri girdilerin
belirlenmesine ihtiyaç vardır.
3-Değerlendirme: çıkan sonuçların
yorumlanmasına ve bunların ışığında çözümler
geliştirilmesine ihtiyaç vardır.
Dolayısıyla bu iki aşama, mühendislik alt yapısı, bilgi ve becerilerini uygulamakla doğrudan
ilişkilidir.
13
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Analiz ve Değerlendirme Aşaması
O halde BDM açısından bir mühendiste asıl
olması gereken ve beklenen özellik,
herhangi bir programın menülerini iyi
kullanmaktan ziyade, bilgisayar destekli
mühendislik çalışmalarına doğru yön
verebilmesidir.
Bir başka ifadeyle bir mühendisten, ankastre
sınır
koşulunu
analiz
programının
menülerden nasıl uygulayacağını bilmesinden
ziyade, bu sınır koşulunu görebilmesi
beklenir.
Gerilme dağılımını renkli olarak ekrandan gösterebilmesi ve grafiklerini çizebilmesinden
daha çok, bunları doğru yorumlayabilmesi ve daha verimli olacak tedbirler alması istenir.
Demek ki, sadece paket programların menülerini iyi kullanabilmek, mühendis olarak çok
önemli bir kazanım olmasa gerektir.
14
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
BDM ile temel bilgilerin canlandırılması
Bilginin zihinlerde yerleşmesi,
aktif bir
şekilde kullanılması ile çok yakından ilişkilidir.
Mühendislik eğitimlerinde gösterilen birçok
teorik bilgi ve hesaplamalar ise öğrencilerin
zihinlerinde ham halde kalmakta, pratiğe
dökülmemekte ve belli bir süre sonra
unutulabilmektedir.
Eğitim boyunca yaptırılan projelerin, stajların, teknik gezilerin, deneysel uygulamalı
derslerin temel hedefi bu açığı gidermek olsa da, tam bir başarı elde edilemediği
aşikardır.
15
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
BDM ve Temel Bilgilerin Canlandırılması
Önemli diğer bir husus ise, bilginin niçin ve
nerede kullanılacağının öğrenci tarafından
bilinememesi, konuların soyut kalması, bu
sebeple dersin ilgi çekiciliğinin azalması,
derslerin sıkıcı bir havada geçmesidir.
Tüm bu sorunların çözümü ise; her bir dersi, gerçek yaşamdan örnekler
vererek, interaktif bir şekilde anlatmakla mümkün gözükmektedir.
Bu ise ya her bir dersin bu formata sokulmasıyla olabilir ki bu kolay değildir; ya da
tüm derslerin en önemli konu ve kavramlarını kapsayan bir tek dersin bu formata
sokulmasıyla mümkün olabilir.
16
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
İşte Bilgisayar Destekli Mühendislik Dersi ,
•Mukavemet,
•Dinamik,
•Termodinamik,
•Akışkanlar Mekaniği,
•Malzeme Bilimi,
•Isı Transferi
gibi eğitim süresi boyunca verilen birçok temel dersin önemli bir uygulaması olarak
karşımıza çıkar.
O halde, farklı analizler için gerçek endüstriyel uygulamalarla anlatılacak bir BDM dersi
istenen çözümü tek başına sunabilir, (ki dersimiz bu formatta hazırlanmıştır.)
17
Bilgisayar Destekli Mühendislik ve Önemi
Farklı BDM çalışmalarında, özellikle değerlendirme ve çözüm geliştirme aşamalarında,
zihinlerde ham halde bulunan veya unutulmuş gitmiş birçok teorik bilginin yeniden
canlandırılması sayesinde mühendislik kalitemizin gittikçe artacağı muhakkaktır.
Örneğin Mukavemet dersinde sünek malzemeler için
akma kriteri olarak anlatılan eşdeğer (von-mises)
gerilmelerinin hesaplandığı formül, programın
yazılımında aynen kullanılmakta ve bir analiz sonucu
olarak karşımıza çıkmaktadır.
Zaman içinde bu kavramla ilgili bilgileri unutmuş
olsak bile, doğru bir BDM çalışması çerçevesinde
mukavemetten akma ve kırılma kriterlerini bir
kereliğine tekrar hatırlamamız, gerçek bir probleme
uygulamamız ve bu sayede bu kavramı zihnimizde
canlı tutarak, karşılaşacağımız farklı problemlere
aktif bir şekilde anında uygulamamız mümkün
olacaktır.
Sonuç Olarak, BDM konusunda kendisini çok iyi geliştiren, farklı alanlardaki
problemlere doğru yaklaşıp, doğru analiz, değerlendirme ve çözüm geliştirmeler
yapabilen bir öğrencinin, mühendislik hayatında da çok başarılı olabileceğini söylemek
18
hiç de yanlış değildir.
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
2. Dersin Temeli ve Hedefleri
* Sonuç olarak Dersimiz Mühendislikte çok yaygın şekilde
kullanılan Sonlu Elemanlar Yöntemi temeline dayanmaktadır.
* Sonlu Elemanlar Yöntemi ise Bilgisayar Destekli
Mühendislik çalışmalarında kullanılan Ansys, Abaqus,
Adams gibi Analiz Paket Programlarının yazılım temelini
oluşturmaktadır.
* Bu programlardan herhangi birisini kullanmayı öğretmek
dersimizin asıl amacı değildir.
19
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
2 Dersin Temeli ve Hedefleri
* Dersimizin asıl amacı, Bilgisayar
Destekli
Mühendislik
(BDM)
çalışmalarında, endüstriyel bir probleme
yaklaşım, problemin sebeplerini doğru
anlama, analiz girdilerinin doğru tespiti,
sonuçların
doğru
yorumlanabilmesi,
doğru yargılara varabilme, probleme
yönelik doğru çözümler geliştirebilme ve
gerektiğinde inisiyatif kullanabilme gibi bir
mühendisten beklenen temel niteliklerin
kazandırılmasıdır.
20
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
2 Dersin Temeli ve Hedefleri
* Dersimizin daha ilgi çekici olması
ve faydasının anlaşılabilmesi için ise
gerçek hayatta karşılaşılmış mekanik
veya ısıl problemlere, paket analiz
programları
yardımıyla
getirilen
çözümler incelenecektir.
21
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
2 Derste Gösterilmesi Hedeflenen Analiz Tipleri
• Yapısal Gerilme Analizleri (Elastik-Elastoplastik)
• Isıl Gerilme Analizleri (Kararlı rejim–zamanla Değişen)
• Titreşim Analizleri
• Yorulma Analizleri
22
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
3 – Dersin Kolay Öğrenmede Temel Nitelikler
a-) Bir Analiz Programını Kullanabilme ve Modelleme Becerisi:
 Dönem projelerini yaparken öğrenciye yardımcı olacak şekilde bu programlardan birisini
nasıl kullanacağı temel seviyede anlatılacaktır.
 Ancak öğrenci bu programın menülerini nasıl kullanacağından sorumlu olmayacaktır.
b-) Sonlu Elemanların Teorisi:
 Ders kapsamında paket programlarda yapılan çözümler inceleneceğinden sonlu elemanların
teorisinin bilinmemesi konuların anlaşılmasında bir engel teşkil etmeyecektir.
 Bununla birlikte sonlu elemanlar yönteminin yüzeysel de olsa ne olduğunun bilinmesi bazı
kavramların anlaşılmasını kolaylaştırır.
 Öğrenci Sonlu Eleman Teorisi ‘ne yönelik bilgilerden sorumlu tutulmayacaktır.
23
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
4. Ders İşleme Şekli
Dersimiz 1- Konu anlatımı, 2- Uygulama ve 3-Proje Çalışmaları şeklinde işlenecektir.
4.1 Ders:
Daha önce BDM ile çözülmüş bir endüstriyel problem veya uygulama öğrencilere anlatılır.
-Ders işleyişi sırasında öğrencilerin de derse katkı sağlamaları beklenir. Bu amaçla
gerekli yerlerde konular soru-cevap tarzında önce tartışmaya açılabilir. Derse katkı
sağlayan öğrencilerimizin dönem sonunda bağıl notlarına 5 puana kadar ilaveler yapılabilir.
-Öğrencilerin dersi anlamaları için zamanında derse gelmeleri çok önemlidir. Bu nedenle öğretim
üyesinden 5 dk sonra gelenler, derse alınmayacaktır.
Dersin işleyişi sırasında derse olan ilgiyi azaltacak, konsantrasyonu bozacak olumsuz, ilgisiz ifadeler
derste söylenmemelidir.
Bu tip görüşler dersten sonra öğretim üyesine söylenebilir veya mail atılabilir.
Bu gibi eleştiriler dersin zamanla daha düzgün bir formata gelmesini sağlayacaktır.
24
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
4. Ders İşleme Şekli (Devam)
4. 2 Ders Uygulaması:
Dönemin başında 2 veya 3 hafta boyunca Ansys-Workbench programında temel
analizler basit modeller üzerinde gösterilecektir. Bu temeli alan öğrencilerin
projelerini daha kolay yapabilmeleri hedeflenmektedir.
Ayrıca ders sunumlarının bazılarında, endüstiryel bir problem veya yeni bir tasarım ortaya
koyulduktan sonra, grup çalışmaları ile bunun üzerinde serbest çalışmaları sağlanacak ve
böylece takım halinde BDM faaliyetlerini yürütme becerisi geliştirilmeye çalışılacaktır.
-Paket programın seçimi dersin özünü hiçbir şekilde etkilemez.
-Seçilen programdaki komutların kullanılmasından öğrenci sorumlu tutulmaz.
25
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
4. Ders İşleme Şekli (Devam)
4. 3 Proje Çalışmaları:

Dönem Boyunca derste anlatılan analiz tipleri çerçevesinde gruplar halinde dönem projesi hazırlanacaktır.

BDM faaliyetleri, aynı zamanda bir grup çalışması da olabildiği için, 3’er öğrenciden oluşan gruplar kurulacaktır. Gruplar
öğretim üyesi tarafından belirlenecektir.

Herbir grupta Öğretim üyesi tarafından belirlenecek 1 grup lideri ve 2 araştırmacı olacaktır. Grup Lideri araştırmacıların fikrini
de alarak planlama yapacak, koordinasyonu sağlayacak ve BDM çalışmalarında kendisi de görev alacaktır.

Herbir grup, daha önce yapılmış, BDM çalışması içeren, SCI-Expanded kapsamındaki dergilerde yayınlanmış bir bilimsel
makale bulacak ve projesinde bu makaleyi referans alacaktır. (kaynak linkler için tıklayınız)

Bu referans makaledeki çalışmaya benzer şekilde bir BDM çalışması tasarlayacak ve öncelikle bunu Dersin öğretim üyesine
onaylatacaktır. (İlk 3 hafta)

Daha önce yapılmış lisans veya lisansüstü tezler referans olarak alınamaz.

Referans makaledeki aynı veya benzer model kurulacak veya başka bir yerden doğrudan alınacak, benzer analizler
yapılacaktır. İstenilirse benzer bir senaryo ile farklı analizler yapılabilir.

Sonuçta derste anlatılacak örneklere uygun şekilde bir BDM çalışması planlaması beklenir.

Grubun ders dışında ayrıca bir araya gelip çalışması da mutlaka gereklidir.

Derslerin bitimine 3 hafta kala projeler sunum halinde teslim edilecektir. Ve her bir grup derste proje sunumunu yapacaktır.

Gruptaki her öğrencinin aktif şekilde çalışması için, sınıftaki proje çalışmaları saatlerinde veya proje sunumu sırasında
projeyle ilgili herhangi bir sorunun cevabını, öğrt. üyesinin seçeceği grup içinden herhangi bir öğrencinin cevaplaması
istenecektir.

Proje sunumlarını yine grup içinden herhangi bir öğrencinin sunması veya belli kısımda kesip diğer öğrencinin devam etmesi
istenebilir. Benzer tedbirlerle herbir öğrencinin performansı ayrı ayrı değerlendirilecektir.

Grupta çok pasif kalan öğrenciler öğretim üyesi tarafından gruptan çıkarılacak ve proje notu «sıfır» kabul edilecektir.
26
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
5 Ders Notları ve Kaynakları
Dersin hedeflerine en yakın kaynaklar bilimsel dergilerdeki makaleler olabilir. Dersin içeriğiyle
bire bir uyuşan bir yardımcı kitaba rastlanmamıştır. Bu sebeple ders notları kitap halinde
basılması düşünülmektedir.
Dersin takip edileceği web adresi:
http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.zor
27
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
Ders İçeriği
5. Ders Başarısını Değerlendirme Kriterleri
-Dersi Alan Öğrencilerin başarısı 1 Vize(%25), 1 Proje(%25), 1 Final(%50) Üzerinden
değerlendirilecektir.
-Vize ve Final yazılı sınav şeklinde ve derste gösterilen konuları öğrencilerin anlayıp
anlamadığını ölçecek şekilde yapılır.
Proje : 3’er öğrenciden oluşan grupların herbirisinin dönem boyunca hazırladığı projeler
derste sunulacaktır. (detaylar için Bknz. 4.3 Maddesi)
28
ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARLA BİLGİSAYAR
DESTEKLİ MÜHENDİSLİK
5. Ders Başarısını Değerlendirme Kriterleri
Maksimum
Puan
Vize (%25)
Yazılı Sınav
100
Proje (%25)
Sunum
100
Final (%50)
Yazılı Sınav
100
Bağıl Nota İlave
Dersteki Performans
(Dersteki sunumlara, uygulama
örneklerine ve sınıf tartışmasına
açılan diğer grup projelerine katkı )
5
Kendi Proje Çalışmasındaki Performans
5
29
Download

BDM önemi ve Ders İçeriği