Рубежный контроль 4. Эволюция 3dсапр проектирования
 Скачать 53.29 Kb.
|
РЕФЕРАТ по дисциплине «Проектирование в CAD системах» На тему «Эволюция 3D-САПР проектирования»
Москва 2022 Оглавление 3D-рендеринг3 Виртуальный прототип4 Цифровая лаборатория 3D-САПР проектирования6 Что такое поверхностная модель проектирования8 Эволюция 10 Перечень современного бесплатного ПО (дизайн и проектирование)12 3D-рендеринг Рендеринг— это в основном процесс создания двухмерных изображений (например, для экрана компьютера) из 3D-модели. Другими словами, рендеринг позволяет получить готовое изображение трехмерной модели в «плоском» варианте. Изображения генерируются на основе наборов данных, определяющих цвет, текстуру и материал определенного объекта на изображении. Рендеринг впервые появился в 1960 году, когда Уильям Феттер создал изображение пилота, чтобы имитировать пространство, необходимое в кабине. Затем, в 1963 году, Иван Сазерленд создал Sketchpad, первую программу 3D-моделирования, в то время он работал в MIT. За свою новаторскую работу он известен как «Отец компьютерной графики». В 1975 году исследователь Мартин Ньюэлл создал «Чайник Юты», трехмерную тестовую модель, которая стала стандартным тестовым рендером. Этот чайник, также называемый Newell Teapot, стал настолько культовым, что считается эквивалентом «Hello World» в мире 3D. Рендеринг осуществляется либо центральным процессором компьютера CPU, либо графическим процессором видеокарты GPU. Иногда в гибридной конфигурации, например, с таким программным обеспечением, как V-Ray, CPU и GPU работают вместе. Понимание этих типов рендеринга поможет оценить различия между ними. Виртуальный прототип Виртуальное прототипирование-это метод в процессе разработки продукта. Он включает в себя использование программного обеспечения computer-aided design (CAD), computer-automated design (CAutoD) и computer-aided engineering (CAE) для проверки дизайна, прежде чем совершить физический прототип. Это делается путем создания (обычно 3D) сгенерированных компьютером геометрических фигур (деталей) и либо объединения их в "сборку", либо тестирования различных механических движений, подгонки и функции. Сборка или отдельные детали могут быть открыты в программном обеспечении CAE для имитации поведения продукта в реальном мире. Процесс проектирования и разработки продукта в основном опирался на опыт и суждения инженеров при создании первоначального концептуального дизайна. Затем был сконструирован и протестирован физический прототип для оценки его производительности. Без какого-либо способа оценить его производительность заранее, первоначальный прототип вряд ли оправдает ожидания. Инженерам обычно приходилось несколько раз перепроектировать первоначальную концепцию, чтобы устранить недостатки, выявленные при физических испытаниях. Сегодня производители испытывают давление, чтобы сократить время выхода на рынок и оптимизировать продукты до более высоких уровней производительности и надежности. Гораздо большее количество продуктов разрабатывается в форме виртуальных прототипов, в которых программное обеспечение инженерного моделирования используется для прогнозирования производительности до создания физических прототипов. Инженеры могут быстро изучить производительность тысяч вариантов дизайна, не вкладывая время и деньги, необходимые для создания физических прототипов. Возможность исследовать широкий спектр вариантов дизайна приводит к повышению производительности и качества дизайна. Тем не менее, время, необходимое для вывода продукта на рынок, обычно значительно сокращается, потому что виртуальные прототипы могут быть произведены намного быстрее, чем физические прототипы. Fisker Automotive использовала виртуальное прототипирование для проектирования задней конструкции и других областей своего гибрида Karma plug-in для обеспечения целостности топливного бака в задней части аварии в соответствии с требованиями Федеральных стандартов безопасности транспортных средств (FMVSS) 301 сертификации. Agilent Technologies использовала виртуальное прототипирование для проектирования систем охлаждения калибровочной головки для нового высокоскоростного осциллографа. Miele использовала виртуальное прототипирование для улучшения разработки своих стирально-дезинфицирующих машин путем моделирования их эксплуатационных характеристик в начале цикла проектирования.[10] Несколько программных решений CAE (например, Working Model и SimWise) предлагают возможность проверить преимущества виртуального прототипирования даже для студентов и небольших компаний, а сборники тематических исследований доступны с 1996 года Цифровая лаборатория 3D-САПР проектирования Автоматизированное проектирование (САПР)-это использование компьютеров (или рабочие станции), помогающие в создании, модификации, анализе или оптимизации конструкции. Это программное обеспечение используется для повышения производительности проектировщика, улучшения качества проектирования, улучшения связи через документацию и создания базы данных для производства. Проекты, выполненные с помощью программного обеспечения САПР, полезны для защиты продуктов и изобретений при использовании в патентных заявках. САПР часто выводится в виде электронных файлов для печати, механической обработки или других производственных операций. Также используются термины computer-aided drawing (CAD) и computer-aided design and drawing (CADD). Его использование при проектировании электронных систем известно как автоматизация электронного проектирования (EDA). В механическом проектировании он известен как автоматизация механического проектирования (MDA), которая включает в себя процесс создания технического чертежа с использованием компьютерного программного обеспечения. Программное обеспечение САПР для механического проектирования использует либо векторную графику для изображения объектов традиционного черчения, либо может также создавать растровую графику, показывающую общий внешний вид проектируемых объектов. Однако он включает в себя больше, чем просто формы. Как и при ручном составлении технических и инженерных чертежей, выходные данные САПР должны передавать информацию, такую как материалы, процессы, размеры и допуски, в соответствии с конкретными соглашениями. САПР может использоваться для проектирования кривых и фигур в двумерном (2D) пространстве или кривых, поверхностей и твердых тел в трехмерном (3D) пространстве. САПР является важным промышленным искусством, широко используемым во многих областях, включая автомобильную, судостроительную и аэрокосмическую промышленность, промышленный и архитектурный дизайн, протезирование и многое другое. САПР также широко используется для создания компьютерной анимации для специальных эффектов в фильмах, рекламе и технических руководствах, часто называемых созданием цифрового контента DCC. Современная повсеместность и мощь компьютеров означает, что даже флаконы духов и диспенсеры шампуня разработаны с использованием методов, неслыханных инженерами 1960 - х годов. Из-за своей огромной экономической значимости САПР была основной движущей силой исследований в области вычислительной геометрии, компьютерной графики (как аппаратной, так и программной) и дискретной дифференциальной геометрии. Проектирование геометрических моделей объектов, в частности, иногда называют computer-aided geometric design (CAGD). Что такое поверхностная модель проектирования При разработке деталей, имеющих сложные пространственные поверхности, требуется построение 3d-моделей, однако, для их построения твердотельное моделирование применить довольно сложно, здесь требуется применение поверхностного моделирования. Эти два способа моделирования очень отличаются друг от друга. Если в твердотельном моделировании мы сразу начинаем работать с некоторой оболочкой, т.е. с твердым телом, сначала более примитивным телом, а постепенно, удаляя из него или добавляя к нему материал мы получаем более сложное твердое тело со всеми его конструктивными элементами, т.е. получаем твердотельную 3d-модель детали, то в поверхностном моделировании все происходит иначе. В поверхностном моделировании строятся поверхности, чаще пространственные, которые описывают наружный контур модели. Эти поверхности расширяются, обрезаются, сшиваются и т.д., и таким образом получается оболочка, с виду очень похожая на твердотельную модель, только внутри ее находится пустота, в отличие от твердотельной, в которой внутри находится сплошной материал. Такие поверхности имеют нулевую толщину, поэтому поверхностные модели не обладают массой и объемом, по ним можно рассчитать лишь площадь поверхности. Сплошные твердотельные модели могут быть использованы для измерения как площади поверхности, так и массы, и объема. Существует еще и третий тип моделей — это каркасные модели, они представлены только ребрами граней, в виде различных прямых и кривых линий, эта модель полностью прозрачная. Обтянутый такой каркас «тканью» представляет собой уже поверхностную модель. Методом твердотельного моделирования такую модель построить сложно, а благодаря поверхностному становится уже возможно и такое. Для общих машиностроительных деталей вполне достаточно непрерывности G2, но для авиакосмической отрасли, автомобилестроения и т.д., где реализовываются более сложные криволинейные поверхности деталей, непрерывности G2 уже не достаточно. Здесь применяют поверхности высшего класса «А», которые имеют непрерывность или гладкость высокого уровня G2, G3 в местах плавного перехода и G0 для ребер. Поверхностное моделирование является отличным инструментом как для дизайнеров, занимающихся разработкой сложных дизайнерских концепций, так и для конструкторов — разработчиков сложных изделий авиакосмической, автомобилестроительной и других отраслей промышленности. Таким образом процесс построения поверхностной модели заключается в создании криволинейных поверхностей небольших участков с заданием им определенной непрерывности в местах изгибов. Часто сложные криволинейные поверхности приходится дробить на боле маленькие, так все поверхности хорошо сшиваются друг с другом, между ними не образуются дыры, и плавнее реализовываются изгибы. Поверхностное моделирование несомненно сложнее, чем твердотельное, однако является более гибким методом построения 3d-моделей. Именно за такие широкие и гибкие возможности поверхностного моделирования различные CAD-системы имеют преимущества перед другими, и они более востребованы, особенно в проектировании авиационных и автомобильных деталей. Эволюция Начало программного обеспечения для автоматизированного проектирования и 3D CAD проектирования восходит к середине двадцатого века. На самом деле, не стоит преуменьшать, что большая часть этого восходит к одному человеку, инженеру по имени Патрик Ханратти, отцу всего этого. IBM 650 была первой машиной, на которой он работал. И параллельно с этим научился программировать Univac Scientific 1103-A от Сперри Рэнда. Затем он перешел в компанию General Electric, которая опубликовала в газете объявление о том, что они создают компьютерную компанию в Фениксе, в 1957 году Патрик Дж. Ханратти где создал свой первый CAM-пакет PRONTO (Programme for Numerical Tooling Operations) это был язык системы CAM 2½ оси, который позволял программистам создавать движения инструмента для обработки деталей. В 1962 году Ханратти покинул GE, чтобы присоединиться к General Motors Corp. (Детройт), где он был частью команды в исследовательских лабораториях GM, расположенных в Техническом центре автопроизводителя (Уоррен, Мичиган). В GM Ханратти разработал графику для проекта GM DAC (Design Augmented by Computers), работая над экспериментальной обработкой, решая задачи, связанные с трех-, четырех- и пятиосевой обработкой поверхности. Возможно, Ханратти начал целую область трехмерного графического интерфейса для дизайнеров и инженеров-механиков, но эта технология прошла долгий путь со времен расцвета 1970-х годов. В результате начали появляться крупные коммерческие системы программного обеспечения для автоматизированного проектирования, такие как CATIA (сокращение от «автоматизированное трехмерное интерактивное приложение»), особенно в автомобильной и аэрокосмической областях. Тем не менее, только после появления первоначального персонального компьютера IBM мир будет готов к широкому распространению программ САПР. Возможно, однако, что ни один год не является более важным для программных решений для проектирования САПР, чем в 1982 году. В этом году группа программистов объединилась и создала компанию, известную как Autodesk. Год спустя они сделали свою флагманскую программу AutoCAD доступной всему миру, стоимостью всего 1 тыс. долл. Правда, в те времена ПК были 16-разрядными, и их мощности хватало лишь для двумерных построений — черчения и создания эскизов. Однако это не помешало новинке иметь огромный успех у пользователей. Это был самый первый известный программный пакет для автоматизированного проектирования, созданный для компьютеров IBM, и снова поле изменилось навсегда. Выпуск AutoCAD стал важным событием в развитии программного обеспечения для автоматизированного проектирования. У программистов в Autodesk была цель создать продукт, который бы делал почти все, что могли делать другие пакеты САПР в то время, при этом взимая небольшую часть расходов. При этом Autodesk единолично изменила траекторию программирования САПР, а также коммерческой доступности и доступности в течение десятилетий. Тем не менее, почти все такие программы застряли в двух измерениях. Программа, которая изменила ландшафт еще раз - и буквально дала миру дизайна другое измерение - была названа Pro / ENGINEER, созданной Parametric Technology Corporation. Это было решение для автоматизированного проектирования, основанное на трехмерной геометрии и многофункциональных, основанных на значениях операциях для определения аспектов и узлов инженерных или конструкторских проектов. Программа на самом деле все еще используется на ПК Microsoft, хотя сейчас она называется Creo. Pro / ENGINEER (Creo) также работал на компьютерных терминалах UNIX, поскольку персональные компьютеры не обладали достаточной вычислительной мощностью и скоростью, чтобы надежно использовать такое программное обеспечение, но это все еще было важным поворотным моментом. В конце концов, были выпущены две другие программы-единомышленники, ACIS и Parasolid, каждая из которых заложила основу для других программных пакетов для автоматизированного проектирования и графических решений. Перечень современного бесплатного ПО (дизайн и проектирование) AutoCAD - это приложение для черчения, разработанное и продаваемое компанией Autodesk, лидером в области программного обеспечения для трехмерного проектирования и дизайна. Это очень мощный инструмент, который широко используется архитекторами, графическими дизайнерами, инженерами, руководителями проектов, градостроителями и другими специалистами. FreeCAD - это модульный инструмент с открытым исходным кодом и поддержкой метода конечных элементов (МКЭ). В нем используется геометрическое ядро на основе OpenCasCade, которое позволяет выполнять различные операции над сложными трехмерными структурами. BricsCAD Shape - это бесплатный инструмент концептуального моделирования от компании Bricsys. Он специально разработан для начинающих пользователей САПР, чтобы помочь им сразу же начать моделировать в 3D. SketchUp - это программа 3D-моделирования для широкого спектра приложений для рисования, включая машиностроение и гражданское строительство, ландшафтную архитектуру, дизайн интерьера, а также дизайн фильмов и видеоигр. ZBrush делает 3D-скульптурирование и проектирование очень простым и удобным. Хотя программа в основном ориентирована на концепцию лепки из глины, вы можете использовать ее для проектирования сложных структур и существ, таких как дракон или Годзилла. BRL-CAD оснащена интерактивным редактором геометрии, инструментами обработки изображений и сигналов. Она имеет компьютерную сетевую поддержку распределенного буфера кадров и поддержку трассировки лучей для геометрического анализа и визуализации графики. OpenSCAD - это модульная программа, основанная только на сценариях, которая позволяет создавать 3D CAD объекты. Она считывает файл сценария (содержащий описание объекта) и визуализирует 3D-модель из этого файла. nanoCAD - это легкое приложение с простым интерфейсом, мощными инструментами черчения и проектирования, совместимостью с родным DWG и открытым API. Tinkercad - это простой инструмент 3D проектирования, специально разработанный для детей. С его помощью можно создавать домашний декор, игрушки, украшения, прототипы и многое другое. Bentley View можно использовать в качестве программы просмотра САПР или чтения AutoCAD. Она позволяет искать объекты, точно измерять расстояния и площади, а также печатать чертежи с точным масштабированием. Ответьте на все вопросы: 1. Постройте собственный план самообразования в период на 6 лет. В течении 6 лет я бы хотел осуществить несколько своих целей, а именно: Получить водительское удостоверение категории А так как ранее поставленную пред собой цель получить водительские права категорий В я осуществил в марте этого года . Закончить успешно университет эту цель я поставил пред собой после того как я успешно закончил коледж. Найти работу. (желательно ту, которая связанна с моим образованием.) или дальше развивается как специалист по управлению бизнес процессами в крупной IT – компаний тинькофф имеющая банковскую лицензию Выучить английский язык до уровня С1. Довести свой автомобиль марки ВАЗ 2106 до идеального технического состояния как в интерьере так и в экстерьере . Проехаться по городам России на автомобиле. Найти дело по душе (будь то хобби или серьезное увлечение) Научиться альпинистскому делу Избавиться от некоторых привычек. 2. Чем Вам необходимо располагать для достижения намеченных целей? Постоянное изучение английского языка. Пробовать что-то новое (для поиска хобби по душе) Усердно учиться Больше следить за собой (что бы вовремя замечать вредные привычки и избавляться от них) Накопить денежные средства Регулярно посещать скалодром 3. Какие качества Вам нужно развивать в себе для достижения этих целей? Уверенность в себе. Трудолюбие. Развивать самооценку Усидчивость общительность пунктуальность |
