• No results found

State of the art mechanical design requires state of the art solutions.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "State of the art mechanical design requires state of the art solutions."

Copied!
8
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

State of the art mechanical design requires state of the art solutions. 

P.

 

Arras,

 

D.

 

Van

 

Merode,

 

C.

 

Peeters

 

Campus De Nayer, department of Engineering Technology, 

Lessius university college, Zandpoortvest 13, Mechelen, Belgium 

Email: peter.arras@lessius.eu 

Abstract 

This contribution presents the present state of design tools for mechanical engineering & design 

and reviews the results of the Tempus PROMENG‐project with respect to mechanical design 

tools. 

Keywords 

Design, engineering, CAD/CAM/CAE, Tempus PROMENG 

Introduction 

Time to market in industry has become an hot item to produce and sell new products in an 

economic beneficial manner. The 21st century economy moves faster than ever before, and 

product innovation and changes have become a daily routine in production and thus in design. 

Furthermore, globalization of the economy and the fierce competition on the market with other 

players puts pressure on all levels of production and product development in a nowadays 

company. 

The ultimate design aspect of a product isn’t changed yet: designs needs to result in a set of 

data  for  the  production  of  the product.  However,  the tools for  designing  have changed 

dramatically over the last 20 years and are now readily available to any engineer. 

This article will discuss the design solutions for mechanical design which is promoted in the 

Tempus PROMENG project to renew and improve curricula for engineers in Russia, Ukraine and 

Uzbekistan. 

Results and discussion 

PTC’s Creo Elements  as a design solution for complete mechanical design 

 

Design has shifted from drawing‐oriented design from the past to model‐oriented design 

nowadays. In drawing‐oriented design, the technical drawing was at the center of the design 

and contained a lot information. Besides the technical drawing, many other documents had to 

be included to contain all necessary information on a design, whether it was calculation reports, 

material properties or tolerance models of the design. In a model‐oriented approach, as is used 

in 21st century engineering design, the model itself is at the center of design. The idea is to make 

a virtual prototype of the design. A virtual prototype is the representation of the design on the 

computer with all properties of the real design. Virtual prototyping opens opportunities to 

(2)

Creo and Creo Elements, design solutions from PTC (Parametric Technology Corporation) (1) 

offer a solution for mechanical design without any compromises on functionality and tools. The 

aim of the software is to enable first time right design. In first time right design, we try to 

eliminate all errors preliminary to the first prototype or production. Therefore, a large amount 

of analysis tools are available in the design tool, to ensure solid and secure engineering. As we 

see in figure 1, the number of engineering tools available in the design solution is almost 

unlimited. At the heart of it, is the design database, the CAD‐model. These data are reused in all 

other applications to ensure data integrity and ease of use.  

  Figure 1 model oriented design 

Applications in engineering range from making documentation, like making traditional technical 

drawings of the design, to numerical simulation for the calculation of forces, strength and 

dynamic behavior. All of this is done starting with the CAD‐model, without having to physically 

build the design for testing. This presents an enormous gain in time and costs ‐ since no (or not 

so many) physical prototypes have to be build ‐ and leads up to a first time design. 

In  visual  representation,  it  can  be  virtual  pictures  of  the  prototype  or animations of  a 

mechanism, to including light and appearance studies using rendering techniques. 

Here we present two examples of the flow of data through different applications to clarify the 

model oriented design. The first example is about a plastic ice‐cream spoon.  

At first the product will be designed (CAD‐model) with all of the properties of the real model. As 

we see in the diagram figure the terminology “properties” spans a wide range of different 

virtual

 

prototype=

CAD

 

model

production

CAM

documentation:

drawings

BOM

numerical

 

simulations:

structural,

 

thermal

mechanism

 

analysis

geometry

 

checks

tolerance

 

analysis

visual

 

represen

tation

(3)

aspects. Geometry is the graphical representation on the computer (shape) of the design, but 

also  contains  vital  information  for  production  as  there are dimensional  and  geometrical 

tolerances, and surface finish.  

  Figure 2 CAD‐model is a real virtual object 

The physical and mechanical properties inform the system about the material of the design, but 

next to it,  contain the structural and thermal properties, as there are Young’s modulus, yield 

stresses  and  thermal  constants.  For  dynamic  behavior  properties  include  aspects  like 

mechanical damping and fatigue behavior. 

  Figure 3 model of the plastic spoon 

  

   

Figure 4 CAD model of the spoon and technical drawing 

Model containing the geometry of the plastic 

spoon  with  dimensions/tolerances  and 

physical properties. 

Technical  drawing  of  the  spoon  for  printed 

communication  to  production.  Drawing  containing 

section, dimensional information and other product 

specifications.  virtual  prototype:  CAD  Model geometry appearance physical and  mechanical  properties dynamic  behavior

(4)

  Figure 5 stress and strain calculation of the spoon 

Structural strength calculation of the spoon is done to verify strength and structural behaviour. 

If the spoon is not strong enough, design iterations can be considered. By changing dimension 

values, or by structural redesign of the product, an optimized shape can be found.   

  Figure 6 mold for plastic molding of  the spoon 

The same association between model and application exists for complex designs build from 

some or many parts. The second example is the compressor head of on air compressor. Both 

examples are used in the curricula developed for Tempus P ROMENG. 

In  the  CAM  (Computer  Aided 

Manufacturing) module, tool paths for 

the production of the mold are prepared 

(5)

  Figure 7 virtual model of an air compressor and compressor head 

The mechanism of the compressor can be analysed and calculated for mechanical stress. 

  Figure 8 mechanical stresses in the crank of the compressor head. 

The examples show only some of the possibilities embedded in modern design software tools.    

Tempus PROMENG:  PRactice Oriented Master Programmes in ENGineering in RU, UA, 

UZ. (2010­2013) 

The Tempus programs from the European commission supports the modernization of higher 

education and creates an area of co‐operation in countries surrounding the EU. Established in 

1990, the scheme now covers 27 countries in the Western Balkans, Eastern Europe and Central 

Asia, North Africa and the Middle East. In the Joint Projects action, partnerships between higher 

education institutions in  the EU and partner  countries  are promoted. They can develop, 

modernize and disseminate new curricula, teaching methods or materials, as well as boosting 

quality assurance and management of higher education institutions.  (2) 

(6)

1. Review / analyze / upgrade the current curricula in Electrical Engineering (MA) according 

to recent advances in the target field; 

2. Therefore develop four new generic curricula concerning  

o Applied informatics and data transmission systems; CAD /CAM/CAE for Electrical 

Engineering; 

o Quality Engineering; 

o Environment management and Engineering. 

3. Retrain academic staff in the new curricula methodologies / train of the non academic 

teachers / mentors from partner enterprises;  

4. Pilot teaching / operation;  

5. Establish ELM Offices (Engineers in Labor Market) with stakeholders support. 

The PROMENG project – a 3 year project ‐ has defined new curricula for engineering studies in 

electro‐technical  engineering.  Definition  and  development  of  the  curricula  was  done  in 

collaboration with the partner universities in the first year of the project. The second year of the 

project was used to install the laboratories at the partner universities and to distribute the 

curricula and courses amongst the partners. Also a summer school was organized to train 

teaching staff of the partners in the use of the design methods and materials provided. 

The Tempus PROMENG project promotes the use of ProEngineer/CREO (from PTC) as the state 

of the art design solution for mechanical CAD. Every partner university in the project is offered a 

CAD laboratory (existing of 12 computers) and the necessary licenses for the use of CREO‐

Elements/Pro with their students. Moreover partners at the same time get licenses for the ECAD 

(Electronic design) software, Altium Designer (4), for the electronic engineering students. 

As  such, students can work with high‐end design software to  complete their studies on 

mechanical (and electronic) design. At the same time, the project proposes curricula and 

provides course material with examples and tutorials to help the partner universities with at the 

start of the use of the new curricula. Students are motivated to start using the system, and are 

entitled to the free use a of school version of the design tool. 

  Figure 9 Creo/elements possibilities.  design: CAD‐ model Technical drawing Numerical simulation Mechanism analysis Finite element  analysis Geometrical checks Tolerance analysis Interference and  clearance checking

(7)

 

Figure  9 represents the scheme on which the MCAD‐curricula is build. All engineering tools for 

designing and checking the design are available to students for use in their designs. As we can 

see, the construction of the CAD‐model, is only a small part of the design effort. In first time 

right design, the checks and calculations on the model are the most important tools. 

The so‐called “Aberdeen groups study” showed that companies leveraging three or more 

different types of simulation before actual production of parts are able to reduce the number of 

prototypes by 37%. (5) 

By providing simulation tools, as there are mechanism analysis tools and finite element analysis 

tools, the engineering design competences of the students can now be improved and raised to 

21st century standards.  

Conclusions 

 

Mechanical design techniques switched from a drawing‐oriented to a model‐oriented approach. 

The design model in the CAD‐database serves as a virtual prototype, containing all properties of 

the real object. This approach enables engineers to virtually check their prototype to eliminate 

possible mistakes. These design techniques are part of everyday practice in the industrialized 

world. They lead to a shorter time on to market and as such to a more profitable way of doing 

business. To help partner universities in former USSR‐countries to restructure engineering 

studies towards a more nowadays approach, in the Tempus Promeng project western partners 

help out the partners in the east and in Central Asia to implement these techniques in their 

engineering degree studies. Curricula, course material and infrastructure is provided to give 

partner universities a head start in starting teaching state of the art designing techniques.  

References 

 

1. PTC. [Online] [Cited: 09 10, 2012.] www.ptc.com. 

2. European commission. [Online] [Cited: 01 20, 2012.] http://ec.europa.eu/education/external‐

relation‐programmes/tempus_en.htm. 

3. TEMPUS PROMENG. [Online] [Cited: 09 20, 2012.] http://www.promeng.eu/index.php/about‐

promeng. 

4. Altium. [Online] [Cited: 09 10, 2012.] www.altium.com. 

5. group, Aberdeen. Engineering Evolved: Getting Mechatronics Performance Right the First 

Time. s.l. : Aberdeen group, 2008. 

(8)

Contact and links. 

Ing Peter Arras 

Lessius university college, Belgium 

Peter.arras@lessius.eu 

 

Ing Dirk Van Merode 

Dirk.vanmerode@lessius.eu 

Ing Chris Peeters 

Chris.Peeters@lessius.eu 

 

Uzbekistan partners: 

Fergana Polytechnic institute, contact Prof. Zair Usakov 

Karshi Engineering‐Economic Institute, contact ass. Prof. Ziyovuddin Nazarov 

Tashkent State Technical university, contact Prof.  Zair Shamsiev   

Figure

Figure 1 model oriented design 
Figure 2 CAD‐model is a real virtual object 

References

Related documents

Končni cilj projektne naloge je izdelava zagonskega elaborata projekta ustanovitve podjetja za proizvodnjo in prodajo lepljenega lameliranega in konstrukcijskega lesa ter

Commercial aircraft programs inventory included the following amounts related to the 747 program: $448 of deferred production costs at December 31, 2011, net of previously

Global SITA Ground Network Service 1990s: Satellite AIRCOM AOC Internetworking ATS Internetworking Iridium Satellites ATC AIRCOM 2001: VDL AIRCOM 2005: ATN AIRCOM. 2008:

woman in Sub-Saharan Africa; Gender inequality and HIV/AIDS among women in Nigeria; HIV/AIDS epidemic globally, in Africa, Sub-Saharan Africa, and Nigeria; HIV/AIDS

Hypothesis 2: Operational advantages in enterprise resource planning have a significant effect on capabilities of the firm in supply chain management in customer

 Learn how developing a Master Plan can assist in your long-range CMMS goals... Major Components of a

Glacier Pewter Vintage GLR PWT V Glacier Java Vintage GLR JAV V Divinity Cottage Vintage Spatter Effect (No Glaze) DIV CV Divinity Java Vintage DIV JAV V Crème Cappuccino

Through fiscal year 2023, United States assistance will be for grants in the sectors of education, health care, private sector development, the environment, public sector