Interactive Geometric Configuration Using Sketch-Based CAD Models

Knowledge-based geometry models reduce variant design to the input of parameter values. Especially knowledge-based CAD models that incorporate geometrical data and implemented explicit knowledge offer additional possibilities. One is interactive drag-and-drop control of geometric features. This poses new requirements for the setup of CAD models as each geometric constraint, dimension and 3D feature contributes to the variability of the model. In this paper, the authors give methodological guidance to such modeling tasks by extending the CommonKADS approach with a correlation model for CAD model entities. The guidelines are visualized for the creation of an interactive, configurable steel construction model

Study of Finite Elements-based reliability and maintenance algorithmic methodologies analysis applied to aircraft structures and design optimization

This thesis presents the development of a research methodology oriented to the analysis of an aircraft structure in terms of operational reliability and maintainability requirements regarding its airworthiness. The study has been focused on modern commercial aircraft models, carrying out a market research and model selection according to different criteria. The study then develops a practical implementation consisting of the design approach of the aircraft airframe and main structural components for its subsequent numerical analysis and simulation. The numerical simulations will be computed by application of the Finite Elements Method on the main structural systems of the aircraft and establishment of boundary conditions. These simulations will allow the development of a computational study on linear, non-linear, and transient simulations of static loads, buckling, modal analysis, temperature, fatigue and thermal stress of individual structures and full assembly in different conditions. Finally, these results will be assessed and exported to a Matlab code which will compute an algorithmic methodology in order to approach the operational reliability and safety of the aircraft in the studied conditions. The thesis will conclude with a review of airworthiness regulations a proposal of research paths and further development of the methodology implemented

Virtual reality for assembly methods prototyping: a review

Assembly planning and evaluation is an important component of the product design process in which details about how parts of a new product will be put together are formalized. A well designed assembly process should take into account various factors such as optimum assembly time and sequence, tooling and fixture requirements, ergonomics, operator safety, and accessibility, among others. Existing computer-based tools to support virtual assembly either concentrate solely on representation of the geometry of parts and fixtures and evaluation of clearances and tolerances or use simulated human mannequins to approximate human interaction in the assembly process. Virtual reality technology has the potential to support integration of natural human motions into the computer aided assembly planning environment (Ritchie et al. in Proc I MECH E Part B J Eng 213(5):461–474, 1999). This would allow evaluations of an assembler’s ability to manipulate and assemble parts and result in reduced time and cost for product design. This paper provides a review of the research in virtual assembly and categorizes the different approaches. Finally, critical requirements and directions for future research are presented

Approche hybride : une approche pour une meilleure intégration des outils CAAD dans le développement du processus architecturale du projet

Avec l’usage élargi de la CAAO, ces outils ont été largement utilisés dans le processus de conception architecturale. En dépit des fonctionnalités avancées offertes par les systèmes de CAAO, l'utilisation de la CAAO est principalement concentrée dans les étapes de production, comme un support graphique pour le dessin, la modélisation, le rendu et la simulation. Par conséquent, il est raisonnable de considérer que la situation actuelle relative à l’usage de la CAAO dans la profession d'architecte appelle à de nouvelles améliorations. En d'autres termes, nous devons trouver un moyen de mieux intégrer la technologie et les outils de CAAO dans le processus de conception architecturale, qui est notre question de recherche. Nous avons besoin de savoir comment la CAAO pourrait être utilisée pour améliorer la capacité de conception de l'architecte. Il ressort des discussions et des recherches menées pour cette étude que nous voulons un soutien de la technologie pour nous aider à mieux concevoir et non pas que la technologie conçoive à notre place. Nous aimerions avoir un système de CAAO qui pourrait nous servir d’assistant à la conception. En étudiant la situation de l'intégration des outils de CAAO dans les pratiques actuelles de conception des architectes et en examinant les approches utilisées dans les premières tentatives de développement d’un outil de CAAO intégré au processus de conception, on peut conclure que l'approche exploratoire et heuristique serait une meilleure approche qui pourrait être adaptée pour développer un système CAAO en soutien au travail de l’architecte. De plus, une étude plus approfondie a démontré que les deux sous- approches des approches exploratoires et heuristiques (approches basées sur les cas et les contraintes), sont applicables, mais aucune d'elles n'est suffisante. Par conséquent, l’approche hybride qui prend en compte les avantages de chacune des deux sous- approches précitées serait la plus applicable. Elle nous permettrait de développer un outil CAAD qui pourrait vraiment être intégré dans le processus de conception architecturale. Cette conclusion a été vérifiée par une étude complémentaire basée sur des entrevues.The CAAD tools have been widely adopted in the architectural design process with the popular utilization of CAAD. In spite of the advanced features that have been designed for the CAAD systems, the utilization of CAAD is mainly concentrated on the production stage of design, as a graphic medium for drawing, modeling, rendering and simulation. Therefore, it is reasonable to deem that the current situation of CAAD tools involvement in the architectural profession is calling for further improvement. In other words, we need to find a way to better integrate the CAAD tools/technology into the architectural conceptual design stage, which is our research question. We need to find out how CAAD could be utilized to improve the architect’s design ability during the conceptual design. The discussion and research conducted for this study lead to the assessment that we want technology to help us design better, but not to design for us. We would like to have a CAAD system that could help us as a design assistant. By studying the current situation of the integration of CAAD tools into architects’ design practice and reviewing the approaches that have been employed to create a CAAD tool that could be better integrated into the design process, we reach the decision that the exploring & heuristic approach would be a preferred approach that could be adopted to further develop a more feasible CAAD system. In addition, within the two sub-approaches of the Exploring & Heuristic Approaches (case-based approach and constraint approach), further study has proved that both of them are applicable approaches, but neither of them could sufficiently serve as the sole approach for this purpose. Therefore, a hybrid approach that takes advantage of both approaches would be the most applicable one because it can help us develop a CAAD tool that could be really integrated into the conceptual architectural design procedure

Generative design in the development of a robotic manipulator

The emergence of cyber physical production systems has brought with it an increased utilization of robotics in collaborative manufacturing environments. An approach to meet this demand is to democratize robotics by making cheaper more customizable robots that can be implemented by small and medium enterprises. To tackle this problem this research looks at using rapid prototyping techniques for the development of customizable robotic manipulators which can be implemented in cyber physical production systems. This research therefore contributes an approach for designing connected and rapid prototyped robotic manipulators. This approach considers both the software and hardware development required for implementing a robotic manipulator. Furthermore generative design, an evolutionary and artificial intelligence based approach, is used to design the link modules between the robot joints. This component has been identified as the ideal to be designed with this approach as it benefits most of the generative design approach coupled with rapid prototyping. This paper also explores a robotic manipulator control structure based on Ethernet control technology for implementation within cyber physical production systems.peer-reviewe

Caractérisation sémantique des différences entre des modèles CAO par transposition des contraintes géométriques explicites

Représentée au sein des nombreux modèles, la définition géométrique d’un produit évolue continuellement par le travail de nombreux spécialistes qui en utilisent, analysent et modifient les informations, prennent des décisions et engagent des actions à partir de cellesci. Plusieurs fois durant le cycle de vie du produit, une évolution géométrique émanera de l’un de ses modèles dits experts et devra être propagée aux autres modèles afin de préserver la cohérence de la définition du produit, sans toutefois occasionner les mêmes modifications au sein de chacun d’eux. Une transposition efficace du changement entre deux modèles experts distincts repose donc sur une représentation et une interprétation du delta géométrique adaptées au point de vue sur le produit incarné par le modèle expert auquel le changement est propagé. En considérant la définition géométrique du produit comme l’élément commun de cette fédération de modèles experts, ainsi que la dispersion – par opposition à l’intégration – de ces modèles à travers l’entreprise étendue, cette thèse par articles adopte l’avenue de la comparaison géométrique comme solution à la problématique de la transposition du changement. L’objectif est de développer une approche de comparaison permettant la caractérisation des différences géométriques repérées entre deux modèles d’un composant mécanique par l’entremise d’une sémantique favorisant l’interprétation et l’assimilation du delta géométrique du point de vue particulier d’une discipline. Des considérations particulières sont accordées à la précision du calcul des différences géométriques, à l’intelligibilité de la représentation de ces différences pour des ingénieurs mécaniciens et à la fonctionnalité de la représentation dans une optique de gestion du cycle de vie du produit. L’état de l’art en comparaison des modèles CAO 3D, selon les perspectives des scénarios d’application, des méthodes de calcul des différences et des outils logiciels existants, a mené aux constats que les applications de la comparaison sont nombreuses et que la transposition du changement se classe parmi celles nécessitant l’identification des différences entre modèles. Ces constats ont été confirmés par des essais logiciels qui ont démontré qu’aucune solution d’identification des différences ne peut être exploitée sans égard aux particularités du scénario à résoudre, en plus de mettre en évidence les carences des solutions existantes en termes de représentation des différences. Un cadre pour la formalisation et la caractérisation des scénarios de comparaison dans le but de mieux les maitriser et les outiller est d’ailleurs proposé. L’approche de comparaison des modèles CAO 3D présentée exploite les contraintes géométriques explicites, détaillant la géométrie originale selon un niveau d’abstraction familier pour un ingénieur et selon le point de vue particulier de sa discipline, afin de caractériser le delta géométrique qui distingue la géométrie évoluée de l’originale. Cette approche combine la mise en correspondance des éléments topologiques entre les représentations B-Rep originale et modifiée, la transposition du schéma de contraintes géométriques de la géométrie originale vers la géométrie modifiée et la représentation, au sein d’un nouveau modèle inspiré du génie logiciel, de ces associations et des différences qui peuvent en être déduites. Ainsi, il devient possible d’exprimer le delta géométrique caractérisant l’évolution en termes de variations de contraintes dimensionnelles originales et/ou de l’abandon de certaines contraintes géométriques

Application of Decentralized and Self-Regulating Knowledge Bases for Assembly Design Automation

During product development, changes to parts that are already built into assemblies usually lead to the need to check the function and consistency of the assembly. This procedure is very time-consuming and has to be performed again for each change. In this paper, an approach is presented in which the individual parts are represented as agents that adapt themselves to new conditions. The agents are combined in a multi-agent system (MAS) and interact via communication over messages. For this purpose, a methodical procedure for the development of the MAS and the implementation in a CAD development environment is presented. The validation of the MAS is carried out on the application example of a gearbox

An automated method mapping parametric features between computer aided design software

This thesis was submitted for the award of Doctor of Philosophy and was awarded by Brunel University LondonEnterprise efficiency is limited by data exchange. A product designer might specify the geometry of a product with a Computer Aided Design program, an engineer might re-use that geometry data to calculate physical properties of the product using a Finite Element Analysis program. These different domains place different requirements on the product representation. Representations of product data required for different tasks is dependent on the vendor software associated with those tasks, sharing data between different vendor programs is limited by incompatibility of the vendor formats used. In the case of Computer Aided Design where the virtual form of an object is modelled, no standard data format captures complete model data. Common data standards transfer model surface geometry without capturing the topological elements from which these geometries are constructed. There are prescriptive data representations to allow these features to be specified in a neutral format, but little incentive for vendors to adopt these schemes. Recent efforts instead focus on identifying similar feature elements between different vendor CAD programs, however this approach relies on onerous manual identification requiring frequent revision. This research develops methods to automate the task of mapping relationships between different data format representations. Two independent matching techniques identify similar CAD feature functions between heterogeneous programs. Text similarity and object geometry matching techniques are combined to match the data formats associated with CAD programs. An efficient search for matching function parameters is performed using a genetic algorithm that incorporates semantic data matching and geometry data matching. A greedy semantic matching algorithm is developed that compares with the Doc2vec short text matching technique over the API dataset tested. A SVD geometric surface registration technique is developed that requires fewer calculations than an equivalent Iterative Closest Point method