АИП. Автоматизации инженерного проектирования. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет
 Скачать 428.08 Kb.
|
|
Системы автоматизированного проектирования(CAD). Системы автоматизированного проектирования или же computer-aided design(САD) используются для моделирования в двухмерном или трехмерном пространстве. С помощью САD систем проектируются конструкции технологических процессов, изделий машиностроения, авиастроения, полупроводников и многого другого. В двухмерном (2D) проектировании производится черчение, оформление конструкторской документации, а в трехмерном (3D) проектировании получаются уже готовые трехмерные модели вместе с расчетами характеристик, также реализуется визуализация для более детального изучения модели. CAD-системы уже не первый десяток лет имеет место в проектировании. Разработчики разделяют развитие данных систем на 3 этапа. Начиная с 70-х годов прошлого столетия начинается упорное развитие CAD-систем. Это последовало за достижениями в научно-практической работе. В ней было доказано, что проектировать сложные промышленные изделия в принципе реально. Вот именно это и стало первым этапом развития CAD-систем. В ходе первого этапа те люди, которые работали на CAD, CAM и САЕ-системах, использовали графические терминалы. Они присоединялись к большим серверам, производителями которых в те времена являлись такие компании как IBM и Control Data. В те времена эти самые сервера были не такими надежными, как сейчас. У них был один большой недостаток. Когда нужно было системный ресурс дать большому количеству сотрудников, то на центральный процессор накладывалась огромная нагрузка, которая мешала штатному функционированию системы. В дальнейшем эта проблема была решена. Подводя итоги первого этапа, разработчики сделали ряд открытий. Им удалось развить проектирование печатных плат и слоев микросхем на такой уровень, что стало возможно создавать сложные интегрированные микросхемы. Также на первом этапе стал происходить переход систем с больших серверов на персональные компьютеры. Начиная с 80-х годов прошлого столетия начинается разделение CAD-систем на специализированные сектора. С этого момента начался второй этап развития систем. В ходе второго этапа было разделение электрических и механических CAD-систем на две отличные отрасли, а именно ECAD-системы и MCAD-системы. Также не остались в стороне производители рабочих станций для систем. Какие-то производители остались с компанией IBM, которые использовали микропроцессоры от intel, другие производители стали работать с компанией Motorola. Так как была необходимость проектировать сложные модели, то 16-разрядные системы плохо справлялись с этой задачей, тогда пользователям приходилось переходить на 32-разрядные системы, которые в те времена были на операционной системе Unix. Переход на другую операционную систему позволил проектировать сложные модели без каких-либо серьезных затруднений. Ближе к середине 80-х годов компания Motorola почти использовала все возможности своей архитектуры. Тогда пришлось создавать новые чипы для станций, которые работают с Unix. По итогу второго этапа развития началось создание архитектуры RISC, которая помогла повысить производительность систем. В 90-х годах прошлого столетия компания intel начала производить свои транзисторы по более низкой цене, что привело к повышению производительности. Это связано с развитием микротехнологий, с которых и начинается третий этап развития систем. В дальнейшем наблюдалась успешная конкуренция рабочих станций ПК с RISC или Unix платформами. Даже сейчас данные платформы широко используются для проектирования интегральных схем. Хотя в настоящее время почти всю область проектирования заняла операционная система Windows. Разные источники пишут, что, начиная с конца 90-х годов рабочие станции платформы Windows обходят по объемам продаж платформу Unix. Именно это сейчас мы и наблюдаем. Полная классификация показана на рисунке 9.  Рисунок 9 - Классификация CAD-систем. Первоначально программное обеспечение CAD-систем разрабатывалось с использованием таких компьютерных языков, как Fortran и ALGOL, но ситуация существенно изменилась с развитием методов объективно-ориентированного программирования. Типичные современные системы параметрического моделирования и системы проектирования поверхностей произвольной геометрии основаны на ряде основных модулей на языке C с собственными API. CAD-системы основаны на взаимодействии данных NURBS геометрии данных граничного представления через ядро геометрического моделирования, и это можно считать основным на взаимодействии с графическим интерфейсом пользователя. Благодаря этим связям начинает появляться новый вид проектирования, который можно назвать цифровым. Этот вид проектирования предполагает использование значительного времени процесса производства. Создание модели САD-систем предполагает, что имеется возможность перенести уже имеющийся прототип модели на компьютер при помощи томографа. Из-за большого разнообразия работ можно выбирать, какие именно прототипы нам подойдут, цифровые или физические. Благодаря выбору возможно удовлетворить определенные потребности. В настоящее время данные системы возможно установить на все имеющиеся платформы. Несколько из систем имеют возможность работать не нескольких платформах одновременно. В нынешние времена много программ, которые используются для CAD-систем, не нуждаются в каких-то определенных оборудованиях. Однако некоторые систем CAD способны выполнять тяжелую графическую и вычислительную работу. В связи с этим есть возможность использовать современные видеокарты, быстрые процессоры и большой объем оперативной памяти. Для проектирования деталей или каких-либо элементов человек обычно использует компьютерную мышь. Есть возможно при проектировании использовать ручки и графические планшеты. В настоящее время появилась возможность для проектирования использовать 3D очки. Раньше такие очки невозможно было использовать из-за серьезных ограничений при использовании программ, но с течением времени такая возможность стала доступной. Теперь же использование 3D очков позволяет детальнее изучить проект, чтобы избавиться от малейших ошибок. Автоматизация технологической подготовки производства. CAM-системы. Современный промышленный процесс невозможно представить без автоматизации технологической подготовки производства. Ручная обработка деталей и изделий сегодня заменяется компьютерными системами, основной задачей которых является создание электронных моделей изделий, создание управляющих программных кодов и автоматическая подача команд обработке деталей и изделий на специализированных станках. САМ-системы представляют собой средства, с помощью которых реализуется подготовка производства изделий. За счет данных систем производится автоматизация программирования и управления оборудованием. В русском языке имеется аналог данного термина, а именно АСТПП, что означает Автоматизированная Система Технологической Подготовки Производства. В нее также, как и в САПР входят такие задачи, как создание технологической документации, которая доставляется до рабочих мест с целью производства изделия, и доставка регламента процесса изготовления изделий. Системы САМ обеспечивают своевременную и точную обработку деталей и изделий, повышают эффективность производственных процессов и уменьшают затраты на производство. Системы САМ поддерживают широкий спектр производственных операций. К одним из важных задач, которые реализуются с помощью САМ-систем, можно отнести: проектировка технологического процесса; объединение программ управления с числовыми программами управления; моделирование процессов обработки; построение траекторий движения инструмента и заготовки в процессе обработки; расчет оптимального времени, для обработки изделия. Рынок САМ-систем представлен различными производителями, которые в той или иной мере имею как положительные, так и отрицательными сторонами. Основные производители CAM-систем являются такие компании как: Dassault, Siemens, Planit. Они занимают ведущие места в поставках САМ-систем. Уровень мирового рынка САМ-систем можно увидеть на рисунке 10.  Рисунок 10 - Рынок САМ-систем. Но какая же САМ-система является самой лучшей? Чтобы произвести сравнительную характеристику САМ-систем и определить, какая САМ-система является наилучшей, нужно определить по каким параметрам будет производиться сравнение. К таким параметрам будут относиться функционал, системные требования и интерфейс. Для сравнительной характеристики возьмем три довольно известные САМ-системы, а именно: ESPRIT, ADEM и SprutСАМ. Перечисленные САМ-системы являются разработками российского производства. Это позволяет говорить, что в России тоже имеются свои довольно неплохие САМ-системы. Программа ESPRIT является высокопроизводительной, многофункциональной, обучающей системой среднего класса. У нее имеется русифицированный интерфейс и справочная система. Лучше остальных программных комплексов поддерживает электроэрозионные станки. [4] Программа ADEM была разработана еще в 90-х годах прошлого столетия. Внутри программы заложены основные системы для проектирования, программирования и конструирования моделей. SprutCAM в отличие от многих существующих в мире систем поддерживает разработку управляющего программного обеспечения для многокоординатных фрезерных станков, а также используется для управление процессами в нефтегазовой отрасли, что выделяет ее их многих САМ-систем. Все преимущества российского разработчика: удобный интерфейс, обновление версий, поддержка, приемлемая цена, наличие справочной литературы. [4] Функционал трех основных САМ-систем представлены на рисунке 11.  Рисунок 11 - Функционал трех основных САМ-систем. Из проведенного анализа, можно сделать вывод, что ADEM и SprutСАМ имеют больше возможных функций. Какие же минимальные системные требования рекомендуют поставить производители САМ-систем для своих систем? На этот вопрос можно ответить если посмотреть на рисунок 12  Рисунок 12 – Системные требования САМ-систем. После проведенного анализа системных требований САМ-систем, можно сделать вывод, что по большей мере у всех представленных САМ-систем схожие системные требования. САМ-системы ADEM и SprutCАМ для своего функционирования используют более требовательные процессоры, но ADEM использует меньше оперативной памяти, чем SprutСАМ. Для работы на ESPRIT нужен менее требовательный процессор, но объём оперативной памяти в три раза выше чем в ADEM и на 4 Гб меньше, чем в SprutСАМ. Выполнив визуальный анализ каждой системы, мною был сделан субъективный анализ. Более-менее понятный интерфейс наблюдается у системы SprutCAM. У нее имеется большой ассортимент различных функций, которые помогают при проектировании. В ней также удобно и приятно работать. Чтобы увидеть выполненные операции технологу не обязательно заполнять определенные параметры. Все эти параметры можно будет заполнить чуть позже. Еще один из плюсов SprutCAM – это наличие генератора постпроцессоров. Благодаря нему появляется возможность создать управляющую программу разного формата и для огромного количества стоек с ЧПУ. Что касается интерфейсов ESPRIT и ADEM. То тут можно также сказать, что интерфейсы являются простыми, но менее понятными. Допустим в ADEM имеется более наглядный процесс просмотра модели, когда модель уже находится на рабочем станке. Что же касается ESPRIT, то в нем реализована такая вещь, как возможность переносить проекты от одного станка к другому и при этом потратить минимальное количество времени. Это означает, что можно будет заменять одну модель станка на другую, и задачи сами перестроятся под новый станок. Ниже представлена таблица 2 с сравнительными характеристиками выбранных CAM-систем. Таблица 2.Сравнительная характеристика выбранных САМ-систем.
Проведя небольшой анализ систем, появляется возможность подвести итог и сделать вывод. Нельзя конкретно сказать какая из систем является лучшей, потому что у каждой есть свои плюсы и минусы. У какой-то системы высокий функционал, но при этом высокие требования к самой системе, в которой используется программа. У какой-то системы слабее функционал, но и она не требует слишком много к себе. Все зависит от того, что именно собираются проектировать. Потому что для простых деталей не имеет смысла ставить сложную систему, в которой имеются функции, с которыми даже не будут работать. Лучше поставить более простую систему и потратить на это меньше времени и денег. САМ-системы позволяют существенно ускорить производственные процессы и снизить производственные затраты. Также они принципиально важны для того, чтобы улучшить качество и точность изготовления деталей и изделий. Кроме того, системы САМ позволяют быстро менять параметры обработки, что делает возможным производство деталей и изделий в различных вариантах. Без сомнения, автоматизация технологической подготовки производства является ключевым фактором, который определяет эффективность производства. САМ-системы играют важную роль в создании современных качественных изделий, их точной обработке и снижении затрат на их производство. Интеграция CAD, CAM, PDM систем и процесса производства на основе PLM системы. Еще совсем недавно на производствах СAD, CAM, CAE и другие системы были желательны к использованию, но не обязательны. В связи с этим некоторые производства не использовали данные системы. Тогда не было доказано, что данные системы эффективны в использовании. Но с течением времени все изменилось. Теперь необязательные системы являются основополагающими для нормального функционирования производства. В связи с тем, что имеются большое количество систем, которые нужны для производства, стал вопрос об объединении всех систем в одно целое. С этой целью появляются системы управления жизненным циклом продукции – PLM-системы. Для того, чтобы понять, как интегрировать вышеизложенным мною систем, нужно разобраться что представляет из себя PLM-системы. PLM-системы представляют собой системы управления жизненным циклом продукции. С помощью данных систем появляется возможность управлять данными о продукции в информационном пространстве. PLM-системы проходят все стадии жизненного цикла продукции, начиная с проектировки и заканчивая доставки изделия до заказчика. Получается, что PLM-системы есть не что иное, как объединение всех вышеупомянутых систем в единое целое. PLM-система является совокупностью программного обеспечения, каждый из компонентов которой выполняет определённую функцию. PDM-система является главной частью PLM-системы, некоторые другие компоненты могут отсутствовать в данной системе, всё зависит от поставщиков услуг, однако, производители стараются использовать в своих продуктах PLM-систем как можно больше компонентов для использования её на многих предприятиях. Вторым компонентом по значимости предстаёт CAD-система, она необходима для управления инженерными данными, что является нужным на любом предприятии. PLM – это не просто какая-то программа, это целый стратегический подход к бизнесу. Они применяют различные наборы интеллектуальных средств, для поддержания создания, управления, изменения и использования данных о товаре. Данные системы производят управление только находясь в цифровом виде. Схематичное представление интеграции систем на основе PLM системы можно наблюдать на рисунке 13.  Рисунок 13 - Схематичное представление PLM системы. Можно заметить, что все системы, все процессы, начинающиеся с проектирования и заканчивающиеся утилизацией, имеют взаимосвязь. Получается, что все системы имеют четкие задачи, без которых нарушается целостность производства, и, следовательно, производство товаров прекращается. Самая суть PLM-систем была воссоздана для таких отраслей, как авиастроение, оборонно-промышленные комплексы, машиностроение, т.е. для тех отраслей, где производятся довольно сложные изделия. Но с течением времени PLM-системы стали появляться во всех отраслях производства. Получается уже не важно, что мы подразумеваем под словом «продукция». Это может быть все что угодно, начиная с простых станков и заканчивая сложными информационными системами. Суть данных систем строится на трех основных задачах, которые имеют циклический характер, а именно: Жизненный цикл операционной составляющей; Жизненный цикл производства; Жизненный цикл изделия. Эти три основные задачи можно представить в виде схемы, приведенной на рисунке 14.  Рисунок 14 –Задачи, решаемые PLM-системами. Интеграция CAD-систем позволяет создавать трехмерные модели и документацию для проектирования продукта. САМ-системы позволяют программировать и контролировать производственное оборудование. PDM-системы управляют данными проекта, включая версии и ревизии документов. PLM-система обеспечивает наилучшую интеграцию между этими системами. В рамках PLM возможно создание общей среды обмена данными между всеми участниками проекта в режиме реального времени. PLM-система позволяет автоматизировать процессы производства, снизить время на разработку и производство, уменьшить число ошибок при производстве и повысить качество продукции. Но не стоит забывать, что для нормального функционирования PLM-систем на производстве должна быть хорошо развита IT-инфраструктура, а именно: должны иметься высокоскоростные сети, которые могут позволить мобильное расширение и изменение конфигурации; персонал, который будет работать с данными системами должен быть высококвалифицированным; должно быть современное оборудование и т.д. Помимо всего прочего стоит вопрос о безопасности данных, которые хранятся в системе. В связи с этим IT-подразделению компании приходится решать вопросы по распределению прав доступа среди пользователей. Конечно же интеграция систем управления жизненным циклом продукции на основе PLM-систем позволяет получать ряд преимуществ. Во-первых, это возможность точно контролировать проектирование продукта, процесс разработки и выпуска в производство. Во-вторых, это повышение эффективности и качества управления данными проекта с помощью PDM-систем. В-третьих, это возможность подключение САМ-систем для автоматического программирования оборудования и управления производственными процессами. Интеграция CAD, CAM, PDM систем и процессов производства на основе PLM системы помогает компаниям эффективно работать со сложными проектами и сокращать время постановки их в производство. |