Функциональное разделение и характеристики

Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на две большие группы:

– двумерное (2D) проектирование; к этим функциям относятся черчение и оформление конструкторской документации;

– трёхмерное (3D) проектирование; сюда относятся получение трёхмерных моделей объектов и их реалистичная визуализация, взаимное преобразование двумерных и трёхмерных моделей, расчёты параметров трёхмерных моделей.

САПР-К условно можно разделить на две группы по фактору стоимости:

1. Для массового пользователя (относительно дешёвые).

2. Для специалистов и промышленного применения (дорогие).

Первая группа ориентирована преимущественно на двумерную графику и менее требовательна в отношении вычислительных ресурсов. Вторая группа ориентирована в основном на геометрическое (трёхмерное) моделирование, получение и оформление конструкторской документации обычно осуществляется с помощью предварительной разработки 3D моделей.

В настоящее время наиболее широко используются следующие CAD-системы, предназначенные для машиностроения:

– в первой группе: AutoCAD (Autodesk); АДЕМ; bCAD (ПроПроГруппа, Новосибирск); Caddy (Ziegler Informatics); Компас (Аскон, С-Петербург); Спрут (Sprut Technology, Набережные Челны); Кредо (АСК, Москва).

– во второй группе: Pro/Engineer (PTC – Parametric Technology Corp.), Unigraphics (EDS Unigraphics); SolidEdge (Intergraph); CATIA (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, ныне входит в PTC) и др.

– системы, занимающие промежуточное положение: Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (ТопСистемы, Москва) и др.

C ростом возможностей персональных ЭВМ грани между “дорогими” и “дешёвыми” CAD/CAM-системами постепенно стираются.

Основные функции CAM-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ, расчет норм времени обработки.

Системы САПР-Т, как правило, очень тесно интегрируются с системами САПР-К или вообще являются их модулями, как, например, Компас Автопроект, Pro/Technology.

3. САПР функционального проектирования (САПР-Ф, CAE-системы)

В целом функции CAE-систем довольно разнообразны, так как связаны с проектными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений.

В состав машиностроительных CAE-систем прежде всего включают программы для реализации следующих процедур:

– моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется методом конечных элементов (МКЭ);

– расчет состояний и переходных процессов на макроуровне;

– имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.

Примеры систем моделирования полей физических величин в соответствии с МКЭ: Nastran, Ansys, Cosmos, Nisa, Moldflow.

Примеры систем моделирования динамических процессов на макроуровне: Adams и Dyna – в механических системах, Spice – в электронных схемах, ПА 9 – для многоаспектного моделирования, т.е. для моделирования систем, принципы действия которых основаны на взаимовлиянии физических процессов различной природы.

Для удобства адаптации САПР к нуждам конкретных приложений, для обеспечения её развития целесообразно иметь в составе САПР инструментальные средства адаптации и развития. Эти средства представлены той или иной CASE-технологией, включая языки расширения. В некоторых САПР применяют оригинальные инструментальные среды.

Примерами могут служить объектно-интерактивная среда CAS.CADE в системе EUCLID, содержащая библиотеку компонентов, в САПР T-Flex CAD предусмотрена разработка дополнений в средах Visual C++ и Visual Basic.

Важное значение для обеспечения открытости САПР, ее интегрируемости с другими автоматизированными системами имеют интерфейсы, представляемые реализованными в системе форматами межпрограммных обменов. Очевидно, что, в первую очередь, необходимо обеспечить связи между CAE, CAD и CAM-подсистемами.

В качестве языков – форматов межпрограммных обменов – используются IGES, DXF, Express (ISO 10303-11, входит в совокупность стандартов STEP), SAT (формат ядра ACIS) и др.

Наиболее перспективными считаются диалекты языка Express, что объясняется общим характером стандартов STEP, их направленностью на различные приложения, а также на использование в современных распределенных проектных и производственных системах. Действительно, такие форматы, как IGES или DXF, описывают только геометрию объектов, в то время как в обменах между различными САПР и их подсистемами фигурируют данные о различных свойствах и атрибутах изделий.

CALS-технология – это технология комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которой – унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Основные виды спецификаций представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией.

В CALS-системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте. Соответствующие системы автоматизации назвали автоматизированными логистическими системами или CALS (Computer Aided Logistic Systems). Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабжения и управления запасами, а функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла изделий промышленности, применяют и более соответствующую предмету расшифровку аббревиатуры CALS – Continuous Acquisition and LifeCycle Support.

Применение CALS позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологии CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т.п. Ожидается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологии CALS.

Развитие CALS-технологии в перспективе должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологии следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

Построение открытых распределенных автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современной CALS-технологии. Главная проблема их построения – обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих разные CAE/CAD/CAM-системы.

Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

Следовательно, информационная интеграция является неотъемлемым свойством CALS-систем. Поэтому в основу CALS-технологии положен ряд стандартов, обеспечивающих такую интеграцию.

Важные проблемы, требующие решения при создании комплексных САПР – управление сложностью проектов и интеграция ПО. Эти проблемы включают вопросы декомпозиции проектов, распараллеливания проектных работ, целостности данных, межпрограммных интерфейсов и др.

В настоящее время уже получили достаточно широкое распространение так называемые системы проектирования «высокого уровня», такие как Pro/ENGINEER (США), EUCLID QUANUM (Франция), к ним также следует отнести и T-FLEX CAD, СПРУТ (Россия). К системам “среднего уровня” можно отнести Mechanical Desktop (фирма Autodesk), SolidWorks 96 (фирма SolidWorks) и др. Наконец, системы “низкого уровня” - AutoCAD, MiniCAD (США), КОМПАС (фирма АСКОН, Россия). Необходимо отметить, что приведенная градация названных систем весьма условна.

Первый и второй уровни в значительной мере схожи между собой. Их общее название – трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек. Кроме того, эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов робота). Они отслеживают траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологического процесса изготовления спроектированного изделия. Все это делает трехмерное моделирование неотъемлемой частью совместной работы САПР/АСТПП (Системы Автоматизированного Проектирования / Автоматизированные Системы Технологической Подготовки Производства).

Ограничением в использовании трехмерных систем в России в настоящее время является их высокая стоимость. Процесс трехмерного моделирования очень трудоемок, так как разработка модели занимает много человек и часов. Однако, если рассматривать этот процесс в рамках всего производственного цикла, то он значительно повышает эффективность проектирования и производства во многих отраслях.

Трехмерные системы могут успешно применяться для создания сложных чертежей при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов, строительных сооружений и т.д., где традиционно для этих целей используется макетирование.

Любая из проекций ортогонального чертежа (двухмерная модель) распознается системой как плоский элемент, ограниченный некоторым количеством точек с определенными координатами X и Y. Трехмерная модель описывается точками с третьей координатой по оси Z. На рис.1 показана трехмерная модель куба.

Трехмерная система распознает их как три проекции одного и того же объекта, имеющего в пространстве двенадцать поименованных вершин. И даже если были представлены только два вида, например XY и XY, то виды YZ и XYZ могут быть автоматически восстановлены.

Трехмерное моделирование делится на три вида:

Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Каркасное моделирование представляет собой моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, заключенных между ребрами, и невозможности выделить внешнюю и внутреннюю области изображения твердотельного объема.

Главным фактором в ограничении применения каркасных поверхностей является неоднозначность распознавания ориентации и видимости граней каркасного изображения. Например, трехмерное изображение на рис.3 можно изобразить в двух видах: сверху и снизу.

Этот эффект, обусловленный природой каркасной модели, может привести к непредсказуемым результатам. В отличие от твердотельной модели, в каркасной модели нельзя отличить видимые грани геометрической формы от невидимых (скрытых). Операцию по удалению скрытых линий можно выполнить только вручную с применением команд редактирования к каждой отдельной линии. Однако результат этой работы будет равносилен «разрушению» всей созданной каркасной конструкции, потому что линии, невидимые на одних проекциях, видимы на других и удаление «невидимой» линии на одной проекции неизбежно повлечет за собой удаление ее на всех остальных проекциях.

Еще сложнее обстоит дело с криволинейными поверхностями. Как известно, цилиндрическая поверхность определяется перемещением образующей по некоторой направляющей, поэтому в ортогональных проекциях такая поверхность изображается посредством очерковых образующих. Естественно, что эти образующие не являются тождественными, например, на главном виде и виде слева, поэтому не распознаются как элементы каркасной модели, а значит, и не изображаются на ней.

Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Таким образом, ее можно рассматривать как модель более высокого уровня, чем каркасная модель, и, следовательно, как более гибкую и многофункциональную. Метод поверхностного моделирования наиболее эффективен при проектировании сложных криволинейных поверхностей, изготавливаемых из листового материала, например, элементов кузова автомобиля.

Поверхности образуются различными способами и могут быть разделены для целей компьютерной графики по способу их получения на элементарные геометрические поверхности, поверхности вращения, аналитические поверхности и поверхности произвольных форм (известные также как «скульптурные» поверхности или поверхности «свободных форм»).

К элементарным геометрическим поверхностям относятся поверхности, которые образуются параллельным переносом линии вдоль перпендикулярной к ней оси.

В свою очередь, поверхности могут быть преобразованы операциями параллельного переноса в трехмерные объекты. Следует отметить, что системы поверхностного моделирования не распознают такие формы, как твердые объемные тела. Они представляют их просто как поверхности, соединенные в пространстве друг с другом некоторым образом и ограничивающие «пустой» объем.

Несмотря на целый ряд достоинств метода поверхностного моделирования, его применение ограничено из-за ряда недостатков и, прежде всего, из-за сложности процедуры удаления невидимых линий и отображения внутренних областей.

Твердотельная модель описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определяемое ею тело. Таким образом, твердотельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное и однозначное описание трехмерной геометрической формы. Этот способ моделирования представляет собой самый современный и наиболее мощный из трех указанных методов.

Неоспоримыми преимуществами твердотельной модели являются:

· Обеспечение автоматического удаления невидимых (скрытых) линий;

· Автоматизированное построение трехмерных разрезов проектируемого изделия, что особенно важно при анализе сложных сборочных единиц;

· Автоматическое получение точных значений массы, площади поверхности, центра тяжести, момента инерции для любой детали или изделия в целом;

· Повышение эффективности имитации движения инструмента или рабочих органов изделия;

· Наконец, наличие разнообразной палитры цветов, управление цветовой гаммой, получение тоновых эффектов – всего того, что способствует получению качественного изображения формы.

Один из методов твердотельного конструирования основан на построении модели из набора базовых твердотельных примитивов, находящихся в библиотеках системы. Каждый примитив определен некоторой формой (шар, цилиндр переменного сечения, параллелепипед и т.п.), точкой привязки, исходной ориентацией и изменяемыми размерами.

Процесс создания конструкции основан на использовании булевых операций. Действие трех булевых операций – объединения, разности и пересечения – проиллюстрировано на рис.9 на практических примерах твердотельных моделей.

Операция объединения () определяет пространство внутри внешней границы составной фигуры, полученной из двух тел. Результат объединения двух произвольных кругов А и Б представляет собой заштрихованную область А Б. Таким образом, операция объединения определяет результирующую составную фигуру как один элемент. На этом же рисунке показано применение этой же операции для двух твердотельных примитивов (цилиндра Ц и параллелепипеда П) и проведено сечение объединения Ц П, чтобы подчеркнуть, что образовалась новая форма, не похожая ни на цилиндр, ни на параллелепипед.

Операция разности (-) определяет пространство, оставшееся от одной фигуры после вычета общей области двух фигур. (То есть А – Б есть множество точек, принадлежащих А, но не принадлежащих Б).

Операция пересечения () определяет пространство внутри границ общей области фигур (то есть множество точек, принадлежащих обеим фигурам).

Например, для того чтобы показать внутренние поверхности проектируемой детали, достаточно вычесть параллелепипед из полученного изображения детали (по аналогии с вырезом в аксонометрических проекциях).

После создания полной трехмерной модели можно выполнить чертеж данного изделия в ортогональных проекциях. Сделать это позволяют программные средства автоматического получения требуемых проекций с автоматическим же нанесением размеров на соответствующие виды.

Выше уже были приведены различия между системами двухмерного и трехмерного моделирования. Итак:

· Системы двухмерного моделирования распознают геометрические формы, определяемые точками, прямыми или кривыми только на плоскости;

· Каждый вид некоторого объекта (главный вид, вид сверху и т.д.) может быть выполнен лишь как отдельная фигура, которая рассматривается системой вне связи с любыми другими видами.

Системы проекционного моделирования более примитивны, чем трехмерные, однако они довольно широко распространены, а их сравнительно малая стоимость является существенным фактором при выборе такой системы. С помощью двухмерных систем создается большинство конструкторских документов.

Все команды любой двухмерной системы (или графического редактора) можно разделить на три вида:

· Команды нанесения размеров, условных обозначений и текста (оформления чертежа).

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: