215

İnternet Üzerinden Bilgisayar Destekli
Tasarım Yaklaşımları
Seda Öngör Turhan Karagüler Mahir Rasulov
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Beykent Üniversitesi
Matematik-Bilgisayar Bölümü
Ayazağa-İstanbul
İÇERİK





Bilgisyar Destekli Tasarım (CAD)
CAD Sistemleri
İnternet Üzerinden CAD
Java Teknolojileri ve CAD
Biz Ne Yapacağız?
CAD NEDİR?

AUTO-CAD Değildir...
Çarpışma Sonucu Oluşan Deformasyonun CAD-FE Yöntemi ile Gösterimi
Kaynak: Vikipedia
Tarihçe







Courant Çalışmaları (1942)
Rayleigh, Ritz ve Galerkin
ANSIS ve NASTRAN Software (60’lar)
Mainframe Uygulamaları (70’ler)
Workstation Uygulamalarına Geçiş (80’ler)
PC’lere Yönelme (90’lardan itibaren)
İnternet Üzerinden Uygulamalar (Yenilerde..)
CAD Elemanları




Matematiksel Model
Geometrik Model
Grafiksel Model
Çözücü (Solver)
CAD Evreleri






Yönetsel Denklem (Governing Equation)
Sayısal Yöntem (Numerical Method)
Mesh Üretimi (Mesh Generation)
Veri Girişi
Matris Çözümü (Numerical Method)
Sonuç Gösterimi (Display of Results)
Örnek Problem: (Magnet Tasarımı- Magnetostatik)
Dairesel Magnet (Ring Magnet) Şematik Gösterimi
Maxwell Denklemleri (Elektromanyetizma)

 B
curl E 
0
t

div D  

 D 
curlH 
J
t

divB  0
E : Elektrik Alan [Voltm]
D : Elektrik Deplasman [Coulomb/m2]
B : Manyetic Alan [Tesla]
H : Manyetik Alan Şiddeti [Amper/m]
J : Akım Yoğunluğu [Amper/m2]
 : Yük Yoğunluğu [Coulomb/m3]


B H


D  E


J E
µ : Manyetik Geçirgenlik [Henry/m]
 : Dielektrik permittivity [Farad/m]
: İletkenlik [Siemens]
Poission Denklemi


B  curlA


 A   J
2
Sınır Koşulları:
-Dirichlet Koşulu: Uç noktalarda
Alan Sönümleniyor (A=0)
-Modelde Simetri olması durumunda
A / n  0
Sonlu Elemanlar Yöntemi (FE)
Çözümü aranan problemin (çoğunlukla kısmi diferansiyel denklemlerle
ifade edilir) ilgili bölgede çözümü için, bölgenin sürekli, şekil
fonksiyonları(shape functions) elde edilebilen sonlu alt bölgelere
(sonlu elemanlara) ayrıştırılması ve çözümün bu sonlu elemanlar
için elde edilmesidir.
Sonlu Elemanlar Yöntemi (FE)
Çözümü aranan problemin (çoğunlukla kısmi diferansiyel denklemlerle
ifade edilir) ilgili bölgede çözümü için, bölgenin sürekli, şekil
fonksiyonları(shape functions) bilinen sonlu alt bölgelere (sonlu
elemanlara) ayrıştırılması ve çözümün bu sonlu elemanlar için elde
edilmesidir.
Çözüm
CAD Sistemleri



Tek Makina Uygulamaları (Standalone
Systems)
Küçük Ağ Sistemleri (Network Systems)
İnternet Üzerinden Çalışan Sistemler
(Internet Enabled Systems)
Internet Üzerinden Çalışan CAD Sistemleri
Gerekçeler:








İnternetin hızlı yaygınlaşması ve teknolojisinin kolaylaşması
CAD Yazılımlarının pahalı olması ve Lisans sorunları
CAD Yazılımlarının oldukça kapsamlı ve büyük olması, gereksiz
onlarca modülün yüklenmek zorunda bırakılması
Kollektif ve eşzamanlı tasarıma olanak vermesi
Farklı mekan hatta farklı ülkelerden tasarımcı ve mühendislerin iş
bölümü yaparak çalışmaları ortaklaşa yürütebilmelerine olanak
vermesi
Real-time uygulamaların olanaklı hale getirilmesi
CAD Uygulamalarının veritabanı uygulamaları ile birlikte
düşünülmeye başlanması
Özellikle Java teknolojilerinin ve Java 3D Grafik paketinin gelişmesi
Internet Üzerinden Çalışan Sistemler 2
Engeller:






Bandwith sınırlılığı
Güvenlik sorunu
Web’de beklenmedik kesintiler
Mesh boyutlarının dolayısıyla tasarım boyutunun web uygulamaları
için aşırı büyük olması
Farklı bölümlerin geri bütünleştirilmesinde karşılaşılabilecek sorunlar
Tarayıcı Kısıtları
Java ve CAD
Javanın programlama dili olarak seçilmesinin en önemli
nedeni cross-platform taşınabilirliği. JVM var olması işletim
sistemini ve donanım farklılıklarını önemsizleştirmekte! Bu
özellik sunucu-istemci performansı açısından ve internet
erişimliliği açısından kritik. Design modelling Interface birimi
katı modellemeyi (CSG) hazır geometrik objeler (dikdörtgen,
üçgen, küre, prizma, silindir, vs) ve transformasyon işlemleri
(rotasyon, öteleme, vs.) yardımıyla gerçekleştirir.
FixtureNet Uygulaması
Web üzerinden interaktif çalışan Java Applet





Birden fazla kullanıcı aynı anda tasarım parçalarını
gerçekleştirebiliyor. Basit uygulamalar için kullanılabilir.
Tam anlamıyla real-time denemez, çözümün elde edilmesi hayli
zaman almakta.
Tarayıcı temelli olması nedeniyle, kullanıcı arayüzü HTML ile
sınırlanmış.
Genellikle 2D uygulamalar
Önceden hazırlanmış prototip elemanlar tasarımın ögeleri
3 Katmanlı Sunucu-İstemci Sistemin Şematik Gösterimi
1. Katman: istemci tarafında çalışan java GUI program (applet veya
script), çalışma ortamı
2. Katman: Modelleme ve mesh üretme işlevleri
3. Katman: Solid Modelleme Elemanları
Ayrıntlı Sistem Şeması
İstemci Taraf:




GUI (java swing kütüphanesi, Java 3D canvas, çalışma alanı)
Fonksiyon Çağırma Birimleri
Görüntüleme Sınıfı
RMI İstemci Bölümü
Sunucu Taraf:




İnput ve Görüntüleme Birimleri
Tasarım Elemanları ve Solver
RMI Sunucu Bölümü
HTTP Server (Appache)
Veritabanı (fixture elemanları)
Solid modelleme ve tasarım fonksiyonlarını içeren java rutinleri
Sistemin Çalışma Prensibi
Sunucu tarafta RMI arayüzü ve HTTP server, istemci tarafta RMI istemci başlatılır
(initialize). İstemci sorgu gerçekleştirir ve iki yönlü iletişim kurulur, bu sayede sınıflar
ve metodlar internet üzerinden paylaşılarak aynı makinada çalışıyormuş gibi olurlar.
Sistemin çoklu istemciyi (multi-client) desteklemesi, birden fazla istemcinin aynı
zamanda sunucuya bağlanmasını mümkün kılar. İstemci tarafta bir fonksiyon veya
bir sınıf seçildiğinde, sunucu RMI aracılığı ile bu istemi alır ve uygun java sınıfı ve
solid model kerneli aktif hale geçerek istemi gerçekleştirir. Katı model sunucu tarafta
elde edildiğinde, kernel modeli istemci tarafa aktarmaya hazırlanır. Model XML
dosyasına dönüştürülüp HTTP Servere yüklenir.
Kontrol istemci tarafa geçtiğinde, görüntüleyici sınıf (viewer class) elde edilen modeli
sunmak (display) için çağrılır. Bu viewer sınıfı sunucudaki http server programına
gözatar ve oraya sunucunun XML üreten sınıfı tarafından yerleştirilen XML dosylarını
istemciye yükler. Bu XML dosyaları Viewer tarafından ayrıştırılarak (parsing) istenilen
gömülü bilgi ortaya çıkarılır. Ayrıştırma, Viever sınıfının bir metodunun Java Machine
Interface implementasyonu sonucu, DOM’un (Document Object Model) elde
edilmesiyle sağlanır. Bu DOM java 3D paketinin istemcinin ekranında istenilen
grafiksel modeli üretmesi için kullanılr. Bu döngü, kullanıcının bir eleman ve/veya
elemanın bir örneğinin yüklenmesini istemesi durumunda tekrarlanır.
CYBER CAD
Özellikler:
 3D Tasarım Paketi
 Nesne Tabanlı
 Platform Taşınabilir
Yapabildikleri:
 Internet üzerinden gerçek zamanlı (real time) CAD modelleme
 Interactive editing
 Interactive tasarım
 2’den fazla kullanıcıya eşzamanlı çalışma olanağı
CYBER-CAD ile Senkronize İşbirliği Şeması
CYBER-CAD Temel Yapısı
CyberCAD Örnek Uygulama
CyberCAD ve Bazı İlave Avantajlar





Yeni nesil Java teknoji temelli olması nedeniyle uzak
ortamda nesnelerin depolanması pratik
Konvensiyonel CAD programlarında dikkate alınmayan
ağ yapısı, Internal Networking Modülü sayesinde
kullanımda
Seamless özelliği içermesi (Eş zamanlı çok sayıda
session açabilmesi)
VRML(Virtual Reality Modelling Language)’e ilave olarak
kullandığı CyberCAD viewer sayesinde interaktivity ve
feedback özellikleri gelişmiş
Entegre web tarayıcı sayesinde Internete ve diğer CAD
tasarıcıların sitelerine direk ve hızlı erişim olanakları
Sonuç


Günümüzde CAD tasarım ve çözümcüleri Internet üzerinden
çalışacak şekilde geliştirilmeye başlandı.
Bant Genişliği sorununun iyileştirilmesi halinde web interaktif CAD
uygulamalarında hızlı bir artış beklenebilir..
Biz Ne Yapacağız?




Hala hazırda elimizde MATLAB kullanarak yazdığımız 2D Laplace
Modelleyicisi (üçgen elemanlar kullanan) ve çözücüsü (solver) var.
Aynı problem için C ve openGL kullanarak elde ettiğimiz ikinci
alternatif modelleyici ve çözücü var.
Bu modelleyicileri java + Appache server aracılığı ile web üzerinden
gerçekleştirme (AB2010’a yetiştirme..)
Sonra 3D problemi deneme...
Referanslar
















The Development of an Internet-Enabled Semi-Automated Fixture Design System,
A.Senthil Kumar, S.H.Bok, R.Kiran Kumar, A.Y.C. Nee, 2001, Singapore
Internet for Concurrent Engineering Design, Dr. Francis Tay, Singapore
CyberCAD: Internet Distributed Interactive Collaborative Design, Liu Qun, Francis E.H. Tay,
Tan Kim Chang, Kwong Kwok Kuen, Zhang Yun Feng
Development of an Internet-Enabled Interactive Fixture Design System, F.Mervyn,
A.Senthil Kumar, S.H. Bok, A.Y.C. Nee, 2003, Singapore
Symbolic Distributed Three Dimensional Computer Aided Design over the Internet, Tim
Reynolds, Yingcai Xiao
The CAD Guidebook, Stephen J. Schoonmaker, 2003
http://ads.ahds.ac.uk
http://www.cadazz.com
http://turk-cad.com
http://www.webopedia.com
http://en.wikipedia.org
http://www.me.cmu.edu
http://mbinfo.mbdesign.net
http://www.fourmilab.ch
http://www.phenomatics.com/opensource/page/XMTen.htm
http://machinedesign.com