Содержание Введение. Cadcamcae системы. История развития и перспективы развития. Виртуальные предприятия
 Скачать 98.31 Kb.
|
Содержание:1. Введение. CAD/CAM/CAE - системы. История развития и перспективы развития. Виртуальные предприятия.Научно-технический прогресс и потребности общества в новых разработках и технологиях обусловили необходимость выполнения проектных работ большой сложности в максимально короткие сроки. Возможность сокращения времени разработки и повышения качества проектирования появилась благодаря внедрению САПР. CAD – computer Aided Design (САПР). Это общий термин для обозначения всех видов проектирования с использованием компьютерной техники. CAD охватывает создание как геометрических моделей изделия, а также и генерацию чертежных изделий и их сопровождений. CAM – Computer Aided Manufacturing. Термин CAM используется для обозначения систем автоматизированной подготовки производства и для обозначения программных средств подготовки информации для станков с ЧПУ. CAE – Computer Aided Engineering– это система автоматического анализа проекта, необходима для обнаружения ошибок, например в расчете прочности или оптимизации производственных возможностей. CAD/CAM/CAE = САПР Сегодня под САПР понимается процесс проектирования с использованием машинной графики поддерживаемых пакетами ПО для решения на компьютерах аналитических квалификационных экономических и эргономических проблем, связанных с проектной деятельностью. Ступени развития САПР: 1. В 70-х годах были получены результаты, которые показали, что область проектирования можно реализовать машинными средствами. В тот период основное внимание уделялось системам авт. черчения. 2. В 80-х годах, благодаря развитию компьютерной техники, компьютеры стали доступны даже мелким фирмам. Столы для черчения заменили дисплеи компьютеров, благодаря этому скорость работы и уровень черчения значительно повысился. В это время наряду с 2D проектированием появляется и 3D моделирование. Сначала в 3D были только простые поверхности, а затем твердотельные изображения. 3. В 90-е годы – можно считать периодом зрелости, были исправлены многие ошибки в разработке систем. На переднем плане встал интерфейс. Актуальны методы отката назад, которые восстанавливают конкретно проект, несмотря на ошибки как собственные, так и ошибки алгоритмов данных. В последнее время происходит более отчетливое расслоение классов систем. Так как в промышленности имеются большие предприятия, средние и мелкие, то и автоматизация для них должна быть разной. Сейчас на рынке CAD/CAM/CAE систем имеется большой выбор систем, различающихся по стоимости, по функциональности и по степени охвата проектно-технологической и производственной сферы предприятия. Достоинства САПР: 1. Более быстрое выполнение чертежей (до 3 раз). 2. Повышение точности выполнения. На чертежах, построенных с помощью системы САПР, место любой точки определено точно, а для увеличения достаточного просмотра элементов есть средство, называемое наезд, или zooming. 3. Повышение качества. 4. Возможность многократного использования чертежа. Запомненный чертеж может быть использован повторно для проектирования, когда в состав чертежа входит ряд компонентов, имеющих одинаковую форму. 5. САПР обладает чертежными средствами (сплайны, сопряжения, слои). 6. Ускорение расчетов и анализа при проектировании. 7. Понижение затрат на обновление. Средства анализа и имитации в САПР, позволяют резко сократить затраты времени и денег на тестирование и усовершенствование прототипов, которые являются дорогостоящими этапами процесса проектирования; 8. Большой уровень проектирования. Мощные средства, комплексного моделирования. Возможность проектирования нестандартных геометрических форм, которые быстро оптимизируются. 9. Интеграция проектирования с другими видами деятельности. Интегрируемые вычислительные средства обеспечивают САПР более тесное взаимодействия с инженерными подразделениями. Виртуальное предприятие – предприятие, объединяющее географически разделенных экономических субъектов, которые взаимодействуют в процессе совместного производства, используя преимущественно электронные средства коммуникаций. 2. Классификация систем автоматизированного проектирования. Унифицированные графические ядра.В зависимости от сложности решаемых задач существующие САПР можно разделить на 4 типа: 1. Уникальные САПР, каждая из которых создается специально для решения какой-либо одной крупной научно-технической проблемы. 2. Отраслевые САПР, решающие типовые задачи отрасли. 3. САПР отдельных предприятий, ориентированные на решение типовых задач предприятия. 4. Мини-САПР для решения отдельных задач проектирования, например электрического расчета схем или трассировки печатных плат. Первые три типа относятся к многофункциональным САПР коллективного пользования и реализуются по 2-х ступенчатой иерархической схеме - на верхнем уровне находится мощная ЭВМ, на нижнем - периферийные малые ЭВМ и АРМ. 4-й тип реализуется обычно на малых и средних ЭВМ. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер. В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Unigraphics и ACIS фирмы Intergraph). 3. Жизненный цикл изделия. Роль CAD/CAM/CAE - систем в производственном цикле и их место среди других автоматизированных систем: SCM, MES, ERP/MRP-2, SCADA, CRM, S&SM, CNC.Жизненный цикл промышленных изделий включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до утилизации по окончании срока его использования.  Системами расчетов и инженерного анализа называют системами САЕ (Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проектирования называют системами CAD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов составляет часть технологической подготовки производства и выполняется в системах САМ (Computer Aided Manufacturing). Функции координации работы систем CAE/CAD/CAM, управления проектными данными и проектированием возложены на систему управления проектными данными PDM (Product Data Management). Автоматизация проектирования осуществляется САПР. В САПР выделяют CAD, CAE, CAM. Поддержка производства на всех этапах осуществляется PDM. На стадии проектирования требуются услуги системы управления цепочками поставок SCM. Целью САПР является выдача конструкторской документации, которая может быть результатом поиска аналогов (прототипа) или результатом конструирования оригинального изделия. Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется АСУП и АСУТП. АСУП: системы планирования и управления предприятием ERP (SAP R/3, BAANN), планирования производственными ресурсами предприятия MRP, производственная исполнительная система MES, системы управления взаимоотношениями с заказчиками CRM. АСУТП: MRP + CRP (система планирования производственных мощностей). SCADA (средства промышленной автоматизации) - для выполнения диспетчерских функция и разработки ПО для встроенного оборудования CNC - системы для подготовки программ для станков с ЧПУ. S&SM - система для маркетинговых исследований. 4. Концепция CALS. Единое информационное пространство (ЕИП). Полное электронное определение изделия (EPD). Группы стандартов Единого Информационного Пространства. Форматы для обмена данными между системами САПР. CALS (Computer-Aided Logistics Support, Continuous Acquisition and Life cycle Support) - методика повышения эффективности процессов жизненного цикла изделия, направленная на повышение эффективности управления информационными ресурсами предприятия. Первоначально охватывала только этапы закупок и поставки вооружений и военной техники для министерства обороны США. В дальнейшем расширение CALS. CALS – протокол цифровой передачи данных об изделии. Обеспечивает стандартные механизмы доставки цифровых данных. Стратегией CALS является создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ изделия, включая потребителя изделия на основе создания полного электронного описания изделия EPD - Electronic Product Definition. EPD — это технология, интегрирующая все данные об изделии и связанные с ним процессы, обеспечивая разработку и поддержку полной электронной модели изделия на протяжении всего его жизненного цикла. Обеспечивает: - создание интерактивной среды совместной разработки, охватывающей различные дисциплины; - создание структурированного электронного описания изделия; - электронное определение всех этапов жизненного цикла изделия; - защиту данных и гарантированный доступ к информации об изделии для каждого пользователя с соответствующими правами; - управление внесением изменений. Стандартные интерфейсы взаимодействия в рамках единого информационного пространства предназначены для интеграции всех программных систем, используемых участниками ЖЦ изделия. 5 групп стандартов ЕИП: - Функциональные стандарты, предназначены для описания процессов предприятия и их влияния на данные об изделии - Информационные стандарты. Предназначены для описания структуры данных об изделии, используемой всеми участниками ЖЦ. - Коммуникационные стандарты. Предназначены для описания способов физической передачи данных между компьютерными системами. Основа: стандарты Internet - Стандарты на программную архитектуру. Предназначены для описания архитектуры ПО, позволяющей им взаимодействовать и обмениваться данными без непосредственного участия человека. - Стандарты на интерфейс с пользователем Практически все разработчики систем САПР понимая необходимость обмена информацией между системами, включают в их состав специализированные программы, называемые конверторами (трансляторами), основным назначением которых является преобразование данных (геометрических 3D моделей, чертежей и т.д.) в форматы обмена данными. К наиболее распространенным файлам, с помощью которых производится обмен данными между системами, можно отнести следующие: DXF, IGES, DWG, STEP. Исторически сложилось, что наиболее распространенным форматом обмена данными плоской графики между различными CAD-системами оказался формат DXF. Этот формат создан для обмена данными системы AutoCad (фирма AutoDesk) с другими системами. DXF-файлы являются обычными текстовыми файлами в коде ASCII. Они могут легко преобразовываться в форматы других САПР или передаваться в другие программы для специальной обработки. 5. Технологии проектирования в САПР: последовательное, параллельное, сквозное.Проектирование — это комплекс работ с целью получения описаний нового или модернизируемого технического объекта, достаточных для реализации или изготовления объекта в заданных условиях. В процессе проектирования возникает необходимость создания описания, необходимого для построения еще не существующего объекта. Получаемые при проектировании описания бывают окончательными или промежуточными. Окончательные описания представляют собой комплект конструкторско-технологической документации в виде чертежей, спецификаций, программ для ЭВМ и автоматизированных комплексов и т. д. Традиционный последовательный подход в разработке новых изделий: последовательность работ по проектированию, сборке, испытанию, анализу, анализу с итеративным повторением цикла до получения нужного результата. Части проекта согласуются друг с другом, при этом часто из-за неоднозначной интерпретации технического задания возникают различные несостыковки, которые приходится устранять. Смысл сквозной технологии состоит в эффективное передаче данных и результатов конкретного текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы. Данные технологии базируются на модульном построении САПР, но использовании общих баз данных и баз знаний на всех этапах выполнения проекта и характеризуются широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования. Сквозные САПР, как правило, являются интегрированными, т. е. имеют альтернативные алгоритмы реализации отдельных проектных процедур. Технология параллельного проектирования является развитием технологии сквозного проектирования. При параллельном проектировании информация относительно каких-либо промежуточных или окончательных характеристик изготавливаемого изделия формируются и предоставляются всем участникам работы, начиная с самых ранних этапов проектирования. В этом случае информация носит прогностический характер. Ее получение базируется на математических моделях и методах прогностической оценки различных вариантов проектных стратегий, т. е. выбора основополагающих характеристик разрабатываемого изделия, определение критериев качества разработки и выбор алгоритмических и инструментальных средств разработки. Оценка может производиться на основе аналитических моделей, на основе статистических методов и на основе методов экспертных систем. Технология параллельного проектирования реализуется на основе интегрированных инструментальных средств прогностической оценки и анализа альтернативных проектных решений с последующим выбором базового проектного решения. 6. Типы параметризации. Способы создания параметризованной геометрической модели. Параметрическое конструирование с полным набором связей. Параметрическое конструирование с неполным набором связей. Ассоциативное конструирование. Объектно - ориентированное конструирование. Одним из главных принципов создания средств автоматизации конструирования является параметрический подход. Параметрическое описание модели позволяет в дальнейшем получать альтернативные варианты и выбирать оптимальный вариант автоматически. Параметрическое конструирование является основой для параллельного ведения проектно-конструкторских работ и позволяет уточнить конечную цель конструирования ещё на ранних стадиях реализации проекта, что определяет эффективность совмещения процессов конструирования, инженерного анализа и производства. Параметризация подразумевает использование разных видов взаимодействий между компонентами моделей и приложениями, которые используют данную модель. Использование технологии параметрического конструирования позволяет при необходимости легко изменять форму модели, в результате чего пользователь имеет возможность быстро получать альтернативные конструкции или пересмотреть концепцию изделия в целом. Важной особенностью параметрического конструирования является возможность создания геометрических моделей с использованием связей и правил, которые могут переопределяться и дополняться на любом этапе ее создания. Преимущества – скорость. Недостаток - пользователь должен полностью задать параметры и ориентацию элемента, прежде чем приступить к созданию следующего элемента. Параметризация с полным набором связей (жесткая параметризация). Такой режим параметрического конструирования, при котором конструктор полностью задает все необходимые связи, тем самым однозначно определяя форму геометрической модели изделия. Параметризация с неполным набором связей (мягкая параметризация). Режим, при котором конструктор может работать, не задумываясь о порядке, в котором определены и учтены связи, а также об их достаточности для полного описания геометрии конструкции. С точки зрения практической реализации мягкая параметризация — это метод для нахождения необходимых размеров и уточнения ориентации элементов, определяющих формы конструкции. Ассоциативная геометрия — это обобщающее название технологии параметрического конструирования, обеспечивающая единую и двухстороннюю информационную взаимосвязь между геометрической моделью, расчетными моделями, программами для изготовления изделий на станках ЧПУ, конструкторской БД. Объектно-ориентированное конструирование. Этот подход реализован на основе определенного набора правил и атрибутов, задаваемых при выполнении базовой операции в дополнение к уже заданным связям и ассоциативной геометрии. Составляющие - базовые операции (фаски, скругления, канавки) и макро функции (задают свойства базовых операций). Требования к базовым операциям: 1. БО должна быть полностью определена; 2. Определение БО должно включать в себя правила, определяющие поведение геометрической формы, а также средства контроля за соблюдением этих правил после выполнения базовой операции. 3. Для повышения эффективности процессов параллельной разработки приложения должны иметь доступ к описанию объекта, не требуя при этом от пользователя информации об объекте, которая была ранее использована или применена этой базовой операции. 7. Управление инженерными и проектными данными. PDM - системы. Принципы реализации PDM – систем. Уровни интеграции PDM – системы и других компьютерных приложений.Одной из ключевых CALS технологий интеграции данных об изделии является технология PDM (Product data management). PDM технология — это технология управления всеми данными об изделии и информационными процессами жизненного цикла изделия. Для реализации PDM технологии существуют PDM системы. В отличии от АСУП, которой управляют информацией обо всех ресурсах предприятия, PDM системы направлены на управление на предприятии информацией о продукте. PDM системы интегрируют информацию любых форматов и типов, поступающую от различных источников, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде. Часто структура изделия представляется в виде дерева. В PDM системах существуют модули CDO - для подготовки, хранения и сопровождения необходимых документов. В системах PDM как правило имеются специализированные системы управления документами и документооборотом. Наряду с информацией, PDM системы управляют процессом изготовления изделия. PDM управляет процессом разработки изделия, при этом контролируя информацию об изделии-продукте, о состоянии объекта, об утверждении вносимых изменений, осуществляя авторизацию и другие операции, которые влияют на данные об изделии и режим доступа к ним конкретного пользователя. Можно выделить несколько уровней интеграции PDM системы - Использование на предприятии единой модели данных. Это означает, что все компьютерные системы работают с единой, совместно используемой базой данных. - Прямой доступ к БД - все компьютерные системы имеют свои базы данных, но каждая из них имеет возможность читать и писать данные в базе данных другой системы. - Наиболее распространенным уровнем интеграции является использование для организации взаимодействия систем прикладных программных интерфейсов. - Самый простой уровень интеграции - использование файлов для обмена данными между системами. Принципы: 1. В основе хранилища данных лежит какая-либо коммерческая СУБД; 2. Поддержка основных стандартных форматов для обмена данными между системами (STEP \ IGES \ CDM \ DXF); 3. Использование различных платформ; 4. Поддержка графического интерфейса с пользователем; 5. Предоставление доступа к PDM системе через интернет. ПО: Windchill, SmarTeam, Союз-PLM. 8. Состав САПР. Программное обеспечение САПР. Структура ПО.САПР состоит из модулей или подсистем. Проектирующие подсистемы выполняют проектные процедуры. Примеры: подсистемы геометрического трехмерного моделирования, изготовления конструкторской документации, схемы технического анализа. Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения, обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных САПР. Их совокупность часто называют системной средой или оболочкой САПР. Структурирование САПР по различным аспектам обуславливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения: 1. Техническое обеспечение - технические средства для автоматизации проектирования; 2. Математическое обеспечение - математические модели объектов проектирования, методы и алгоритмы выполнения проектных операций и процедур; 3. Программное обеспечение; 4. Информационное обеспечение - БД, PDM системы, содержит сведения, необходимые для выполнения проектирования. 5. Лингвистическое обеспечение - совокупность языков для записи алгоритмов описания исходных данных и результатов. 6. Организационное обеспечение 7. Методическое обеспечение - включает совокупность документов Программное обеспечение САПР – системное и прикладное: Системы 3D моделирования Системы инженерного анализа Системы 2D Системы эргономического анализа Простые приложения Требования к ПО САПР: 1. Адаптивность, приспособленность к функционированию в различных условиях. 2. Гибкость 3. Компактность 4. Мобильность 5. Надежность 6. Реактивность – обеспечение быстрого решения задачи при ориентации на пользователя. 7. Модифицруемость – пополнение программами, расширение возможностей системы. Структура ПО САПР: 1. Общесистемное ПО, к которому относят ОС используемых компьютерах и ВС, сетевое ПО телекоммуникационных услуг; 2. Системные среды - PDM системы (системы управления проектными данными) совместно с СУБД, кроме того инструментальные средства поддержки принятия проектных и управленческих решений; 3. Прикладное ПО - пакеты прикладных программ для выполнения проектных и бизнес процедур. 4. Заказное ПО - программное обеспечение, созданное пользователем. 9. Средства двумерного черчения. Средства двумерного черчения. Двумерные системы. Вариантное проектирование. Принципиальное проектирование. Проектирование методом генерирования. Конструктивная геометрия. С помощью 2D пакетов создается большинство конструкторских чертежей изделий в ортогональных проекциях и электрических схем. Системы двумерного моделирования распознают геометрические формы, определенные точками, кривыми и прямыми только на плоскости. 2D системы не могут генерировать дополнительные виды тех форм, которые уже построены на экране дисплея. Каждый вид компонента можно выполнить как отдельную форму, которая рассматривается системой вне связи с другими изображениями видов. С помощью двумерных систем создается большинство конструкторских чертежей изделий в ортогональных проекциях и электрических схем. Основное назначение 2D САПР — это изготовление чертежей с помощью ЭВМ, оформление конструкторской документации. В зависимости от принципа обработки геометрических элементов различают: вариантные системы; генерирующие системы. Вариантное проектирование. Принципиальное проектирование. Вариантный метод предполагает описание комплексной детали. Для этого из группы геометрически похожих деталей составляется искусственная комплексная деталь, которой присущи геометрические признаки деталей группы. Дополнительно определяется, на базе каких параметров и в каком диапазоне изменения этих параметров можно создавать отдельные варианты группы. В простейшем случае изменяются только размеры, а конструкция отдельных вариантов деталей семейства остается неизменной. Это так называемое принципиальное проектирование. Применение метода предполагает, что уже сделан выбор геометрии для проектируемого изделия. Областями применения являются проектирование отдельных деталей, проектирование комплексных функциональных узлов, проектирование готовых изделий. Метод генерирования. Конструктивная геометрия В основе - использование определенных геометрических элементов, введенных в систему проектирования и поддающихся переработке. Это отрезки, окружности, дуги, плоскости. Описание детали выполняется разложением реальных объектов на элементы, которые могут быть обработаны той или другой системой. Эти элементы по их названиям вызываются из БД, позиционируются и получают размеры. Различают следующие группы элементов: 1) основные (функциональные) - описывается геометрическая форма детали 2) вспомогательные - более подробное описание детали, что позволяет полностью передать геометрическую форму детали 3) технологические - влияют на простановку размеров. ПО: Graphics CAD Professional , Microsoft Design, AutoCAD. 10. Средства трехмерного моделирования. Каркасное моделирование. Поверхностное моделирование. Типы поверхностей. Твердотельное моделирование. Твердотельное моделирование методом конструктивного представления (C-Rep). Твердотельное моделирование методом граничного представления (B-Rep). Гибридное моделирование. Типы поверхностей: Базовые геометрические поверхности - плоские поверхности, которые можно получить, начертив сначала отрезок прямой, а затем применить команду, которая разворачивает в пространстве образ этого отрезка на заданное расстояние; таким же образом можно разворачивать и поверхности. Поверхности вращения, которые создаются вращением плоской грани вокруг определенной оси; Поверхности сопряжений и пересечений; Аналитически описываемые поверхности (каждая такая поверхность определяется одним математическим уравнением с неизвестными X,Y,Z). Эти неизвестные обозначают искомые координаты поверхности. Скульптурные поверхности (поверхности свободных форм или произвольные поверхности). Составные поверхности. Составную поверхность можно полностью определить, покрыв его сеткой четырехугольных кусков, то есть участками, ограниченными параллельными продольными и поперечными линиями на поверхности. Каждый кусок имеет геометрическую форму топологического прямоугольника, который отличается от обычного тем, что его стороны не обязательно являются прямыми и попарно перпендикулярными. Границы кусков представляют собой непрерывные кривые и обеспечивают гладкость поверхности, натянутой на сетку. Внутренняя область каждого куска определяется методом интерполяции. Изображение составной поверхности может быть получено на экране дисплея либо с помощью построения по точкам сплайновых кривых, либо путем создания многогранного каркаса, на который система будет автоматически аппроксимировать натяжение гладкой криволинейной поверхности. Трехмерные системы обеспечивают такую дисциплину работы с тремя координатами, при которой любое изменение одного вида автоматически приводит к соответствующим изменениям на всех остальных видах. Последовательность построения может быть разной. Последовательность построений может быть следующей: сначала строится 3D вид, а затем автоматически генерируются 2D виды. Трехмерное моделирование особенно успешно применяется для создания сложных чертежей, при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов, различных строительных сооружений, в тех приложениях, где необходимо обеспечить адекватные зазоры между компонентами. Методы трехмерного моделирования делятся на 3 вида: 1. Каркасное (проволочное) моделирование; 2. Поверхностное (полигональное) моделирование; 3. Твердотельное (сплошное, объемное) моделирование. Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Это моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, которые заключены между линиями, и невозможности выделить внутреннюю и внешнюю область изображения твердого объемного тела. Однако каркасная модель требует меньше памяти и вполне пригодна для решения задач, относящихся к простым. Поверхностное моделирование определяется в терминах точек, линий и поверхностей. Предполагается, что технические объекты ограничены поверхностями, которые отделяют их от окружающей среды. Преимущества по сравнению с каркасным: 1. способность распознавания и изображения сложных криволинейных граней; 2. изображение грани для получения тоновых изображений; 3. особые построения на поверхности (отверстия); 4. возможность получения качественного изображения; 5. обеспечение более эффективных средств для имитации функционирования роботов. В основе: два основных математических положения: 1. Любую поверхность можно аппроксимировать многогранником, каждая грань которого является простейшим плоским многоугольником; 2. Наряду с плоскими многоугольниками в модели допускаются поверхности второго порядка и аналитически неописываемые поверхности Твердотельная модель описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определяемое ею тело. Твердотельное моделирование является самым совершенным и самым достоверным методом создания копии реального объекта. Преимущества твердотельных моделей: 1. Полное определение объемной формы с возможностью разграничивать внутренний и внешние области объекта, что необходимо для взаимовлияний компонент. 2. Обеспечение автоматического удаления скрытых линий. 3. Автоматическое построение 3D разрезов компонентов 4. Получение тоновых эффектов, манипуляции с источниками света. Методы создания трехмерных твердотельных моделей подразделяются на два класса: 1. Метод конструктивного представления (C-Rep); 2. Метод граничного представления (B-Rep). Метод конструктивного представления (C-Rep) состоит в построении твердотельных моделей из базовых составляющих элементов, называемых твердотельными примитивами и определяемымх формой, размерами, точкой привязки и ориентацией. Типичные примеры: параллелепипеды, сферы. Для построения модели C-REP используются такие операции, как пересечение, объединение и разность. B-rep (метод граничного представления). Описание тела с помощью представления границ или точного аналитического задания граней, ограничивающих тело. Этот метод позволяет создавать точное, а не приближенное представление геометрического твердого тела. B-REPтребует, чтобы пользователь задал контуры или границы объекта, а также эскизы разных видов объекта, указав линии связи между ними, чтобы можно было установить взаимооднозначное соответствие. Ввиду относительного характера преимуществ и недостатков методов c-rep и b-rep были разработаны гибридные системы, которые сочетают в себе оба метода. Гибридное моделирование, реализованное в системах CADDS5, UG/Solid Modeling, Euclid, CATIA позволяет сочетать каркасную, поверхностную и твердотельную геометрию и использовать комбинации жестко размерного моделирования (с явным заданием геометрии) и параметрического моделирования. 11. Системы автоматизированного инженерного анализа (CAE-системы). Основные этапы метода конечных элементов (МКЭ). Состав CAE-систем. Примеры пакетов инженерного анализа.Функции CAE-систем: • Моделирование физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ; • Расчет состояний моделируемых объектов и переходных процессов в них средствами макроуровня; • Имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри. Основными частями программ анализа с помощью МКЭ являются библиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор. Библиотеки конечных элементов содержат их модели – матрицы жесткости. Модели конечных элементов различны для разных задач, разных форм конечных элементов, разных наборов координатных функций. Исходными данными для препроцессора являются геометрическая модель объекта. Основная функция препроцессора – представление исследуемого объекта (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов. Решатель – это программа, которая собирает модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц. Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. Главная сфера использования МКЭ – анализ на прочность и расчет деформации, является одним из наиболее популярных инструментов исследования характеристик инженерных конструкций, подвергаемых различным нагрузкам. МКЭ позволяет конструктору решать задачи расчета сложных деталей путем разбиения их на более мелкие части – конечные элементы. Эти элементы иногда называю дискретными, процесс их выделения- дискретизацией формы детали. В общем случае МКЭ состоит из 4 этапов: 1) Выделение конечных элементов. Это один из наиболее важных этапов МКЭ, т.к. от качества разбиения во многом зависит точность полученных результатов. 2) Нумерация узлов элементов. Порядок нумерации имеет существенное значение, так как влияет на эффективность последовательных вычислений 3) Определение аппроксимирующей функции для каждого элемента (определение функции элемента). Эту процедуру нужно выполнить один раз для типичного элемента области безотносительно к его топологическому положению в ней. В качестве аппроксимирующей функции элементов чаще всего используются полиномы, которые разбираются так, чтобы обеспечить непрерывность искомой функции в узлах и на границах элементов. 4) Объединение конечных элементов в ансамбль. На этом этапе уравнения, относящиеся к отдельным элементам, объединяются в систему алгебраических уравнений. При этом выполняется перенумерация узлов. 5) Решение полученной системы алгебраических уравнений. Реальная конструкция апроксимируется сотнями конечных элементов, и, следовательно, появляются системы уравнений с сотнями и тысячами неизвестных, которые нужно решить. Решение таких систем - главная проблема реализации МКЭ. В связи с большой размерностью и сильной разряженностью матрицы коэффициентов для реализации МКЭ САПР разработаны специальные способы хранения матрицы жесткости, позволяющей уменьшить необходимый для этого объем памяти. Матрицы жесткости используются в каждом методе прочностного расчета, используя конечную элементную сетку. ПО: MSC – MSE/Nastran, ADAMS 12. Эргономика и автоматизированные системы. Взаимодействие человека и машины. Среднестатистический человек, антропометрия. Автоматизированное моделирование процесса взаимодействие человека и машины. Примеры эргономических пакетов и их применение. Эргономика – научная дисциплина, изучающая деятельность человека в условиях искусственной окружающей среды. В центре внимания эргономики оказываются вопросы оформления рабочего места и обеспечение внешних условий работы (температура, освещение, взаимоотношения с коллегами, использование механизмов и инструментов, методы организации труда и производства). Ошибки человека могут приводить к выпуску бракованных изделий и несчастным случаям. Антропометрия – одна из группы научных дисциплин, образующих эргономику, которую можно определить как набор сведений о строении человеческого тела. Люди отличаются друг от друга по росту, силе, весу, телосложению. Поэтому в качестве критерия эргономисты используют данные для особых статистических групп, называемых процентилями. Если сто человек расположить в порядке возрастания какого-либо параметра, то они распределятся от 1 до 100 процентиля. Системы, созданные на основе данных для 50-го процентиля, подойдут для 50% людей. Остальные либо не могут, либо будут испытывать неудобства. Например, при расчете дверной пружины надо брать женщину 2,5% процентиля. Вообще, при проектировании для учета максимально большой части населения берут границы 5 и 95 процентилей. В большинстве случаев нецелесообразно учитывать запросы всего населения, так как в этом случае эффективность конструкции ухудшается при эксплуатации ее большинством людей. Взаимодействие человека и машины. Любого человека, работающего с машиной, можно рассматривать как часть циклической системы управления, в которой оператор получает и обрабатывает информацию, а затем производит адекватные действия. Информация передается оператору с помощью устройства отображения информации через канал вывода. Дисплей – источник информации, призванный помочь оператору в управлении машиной. Обычно в качестве устройства отображения выступают датчики, индикаторы. Информация от дисплея через зрительные и нервные системы пересылается в мозг оператора, где она обрабатывается для принятия решения относительно требуемого воздействия. После этого решение в виде мускульных усилий человека передается элементу управления, образуя таким образом канал передачи решения. Устройство управления – это прибор, который контролирует поведение машины. Такими приборами могут быть рычаги, кнопки. Изменение в поведении машины фиксируется приборами, и снова передается по каналу вывода на устройство отображения информации. Цикл замкнулся. Эффективность цикла управления зависит от внутренних и внешних факторов. Внутренние: скорость устройства отображения информации, надежность канала передачи управления, удобство элемента управления в эксплуатации. Внешние: температура, освещение, шум, вентиляция, физическое самочувствие, взаимоотношения с коллегами. Примеры пакетов: Удовлетворительный анализ бесконечного числа различий в строении человеческого тела и учет всех возможных перемещений можно провести только при помощи автоматизации. В последнее время для этих целей используются средства виртуальной реальности. Одним из удачных пакетов является пакет Sammie, с помощью которого можно построить объемную модель рабочего места, разместить оператора внутри рабочего места, показать модель разными способами, модифицировать модель и получить оценку качества решения. Модель человека может быть основана на любых доступных данных о населении региона. Основные характеристики конструкций: обзор, досягаемость, доступность, рабочая поза. Кроме этого, можно путем наложения регулярной сетки на видимую область модели определить места появления световых бликов. При помощи пакета можно получить зеркальный вид отображения, который видит наблюдатель. Тесты на досягаемость могут потребоваться при проверке расположения точек на конструкции. Sammie позволяет определить доступность рабочего места. Этот пакет использовался в следующих областях: транспорт, управление роботами и определение их размещения, погрузка материалов, производство, оборудование помещений. Современные пакеты: ADAMS(MDI): Adams/driver, Adams/Android/ EDS Unigrafics: - Virtual Mocrup 13. Обзор рынка систем автоматизированного проектирования.AutoCAD – наиболее популярная САПР в мире на данный момент. Она позволяет строить как 3D модели, так и чертежи и так далее. Имеет широкие возможности для применения и отличную поддержку. SolidWorks – популярная среди инженеров САПР. Позволяет совершать узкоспециализированные инженерные задачи, используется для твердотельного моделирования. MicroStation — это программная платформа САПР для 3D проектирования и черчения, разработанная и продаваемая. Используется в архитектурной и инженерной отраслях. Inventor – это программное обеспечение, предоставляющее инструменты профессионального уровня для механического проектирования, документирования и моделирования изделий. Creo — это пакет узконаправленных приложений для автоматизированного проектирования (САПР), поддерживающих проектирование продуктов для отдельных производителей. 3ds Max - профессиональная программа компьютерной 3D-графики для создания 3D-анимации, моделей, игр и изображений. В основном используется в процессе разработки для визуализации готового проекта. Компас-3D – это пакет САПР, разработанная российской компанией для создания чертежей, 3D моделей изделий. Ориентирована на оформление документации в соответствии с российскими и международными стандартами. |