Применение современных инструментов проектирования

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ
ИНСТРУМЕНТОВ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
 Назначение и актуальность современных методов проектирования.
 Как инженер влияет на эффективность процессов
 Программные продукты для разработки машин и их элементов.
 Обзор программных средств используемых в машиностроении с
указанием преимуществ и недостатков.
 От 3D-модели до готового изделия.
 Ограничения применения современных методов проектирования.
 Причины медленного внедрения современных инструментов.
Козубский Андрей
Плотников Леонид
Назначение и актуальность
современных методов проектирования
• Снизить человеческий фактор при рутинных и
•
•
•
•
•
•
•
•
простейших операторских операциях
Высвободить время на проектирование исключая
рутинную работу
Увеличить точность и скорость расчетов
Обеспечить моделирование процессов
Уменьшить время цикла проектирования продукта
Увеличить скорость модульного проектирования
Параллельное проектирования сверху вниз
Облегчить удаленное проектирование и
сопровождение проектов
Создать современные рекламные материалы
Как инженер-конструктор влияет на
эффективность современных систем
• Инициировать создание регламента по использованию
•
•
•
•
•
•
•
САПР
Своевременное фиксирование слабых мест САПР
Поиск систем альтернативных инструментов для решения
задач
Создание алгоритма взаимодействие между сотрудниками
при работе с САПР
Самостоятельное повышение квалификации в САПР
системах и разработка ТЗ на обучение
Разработка идеологии применения САПР
Аргументировать предложения касающиеся улучшения
условий работы САПР.
Находить единомышленников и коллективно начинать
использовать предлагаемые изменения.
Как Ваш начальник влияет на
эффективность современных систем
• Организует выбор САПРа, и аргументацию к
•
•
•
•
•
•
приобретению
Создает условия для обучения, привлекает
«учителей»
Поощряет генерирование идей и их внедрение
Следить за соблюдения регламентов
Адекватно оценивать трудоемкость работы
Повышать свою квалификацию в вопросах САПР
Депремировать САБОТАЖНИКОВ
Программные продукты для разработки машин и
их элементов
 CAD – Computer Aided Design – автоматизированное
конструирование;
 CAE – Computer Aided Engineering – автоматизированное
исследование;
 CAM – Computer Aided Manufacturing –
автоматизированная технологическая подготовка
производства;
 PDM – Product Data Management – автоматизированное
ведение корпоративного проекта;
 PLM – Product Live-Cycle Management –
автоматизированное управление жизненным циклом
изделия.
CAD-системы: назначение
CAD-системы предназначены для решения конструкторских задач и
оформления конструкторской документации (более привычно они
именуются системами автоматизированного проектирования САПР).
Как правило, в современные CAD-системы входят модули
моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и
оформления чертежей и текстовой конструкторской документации
(спецификаций, ведомостей и т.д.). К CAD-системам относятся:
 Компас.
 AutoCAD.
 SolidWorks.
 Pro/ENGINEER.
 Unigraphics и другие.
Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею
сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных
изделий, а также технологию параллельного проектирования.
CAD-системы: параллельное проектирование
Технология параллельного проектирования является развитием 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.
Принципиальным отличием параллельного проектирования от
сквозного проектирования является то, что информация не просто
поступает на все последующие этапы проектирования, а, поскольку все
этапы начинают выполняться одновременно, информация поступает
как на все предыдущие, так и на все последующие этапы
проектирования.
Выигрыш параллельного проектирования в качестве всего проекта,
т.к. на конкретном этапе проектирования учитываются критерии с
других этапов.
В состав программ для параллельного проектирования обычно
входят:
 Среда управления проектированием;
 Система управления данными проекта;
 Система поддержки принятия решений.
CAE-системы: назначение
Используются при анализе процессов и состоянии машин и их
деталей:
 Статический и динамический прочностной анализ;
 Расчет теплового состояния;
 Расчет гидрогазодинамических процессов;
 Анализ кинематики механизмов;
 Расчет акустических характеристик и др.
В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия,
созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами
инженерного анализа. Примеры программ группы CAE:
 ANSYS,
 COSMOS,
 Pro/Engineer,
 NASTRAN,
 ABAQUS,
 FlowVision,
 ADAMS,
 EFD lab и другие.
Общие элементы CAE-систем
 Использование ряда физических моделей:
- геометрическая модель объекта исследования –
тела или пространства вокруг него;
- модель материала или рабочей среды;
- модель процесса;
- модель воздействий на объект (граничные
условия) и др.
 Дискретизация сплошного объекта (тела, пространства):
- задать форму и размеры дискретных элементов;
- задать правила взаимосвязи дискретных
элементов;
- задать правила «передачи» исследуемого
параметра через дискретные элементы.
 Наличие математического ядра – «решателя».
Численные методы математического ядра
(решателя)
 Метод конечных элементов (МКЭ).
 Метод конечных разностей;
 Метод граничных элементов и др.
МКЭ применяется в разных отраслях промышленности и
науки: прочностные, акустические и тепловые расчеты – в
архитектуре; прочностные, тепловые и гидродинамические
расчеты – в машиностроении и др.
CAE-системы в работе
инженера-конструктора
Комплексное моделирование поведения машин и их
деталей.
Моделирование позволяет:
- проанализировать поведение машины до ее
изготовления;
- сократить объемы дорогостоящих стендовых
испытаний или полностью отказаться от них;
- повысить надежность и долговечность элементов
машин (за счет определения «опасных» мест
конструкции).
Использование программных продуктов в
машиностроение
На всех стадиях процесса разработки изделия необходимо, чтобы знания
и опыт разработчиков продукции, накопленные за долгие годы работ,
тесно переплетались с использованием методов математического
моделирования при прогнозировании и оптимизации различных
конструктивных элементов изделия, и с испытаниями прототипов.
Методы математического моделирования в этом случае
подтверждаются и корректируются накопленными инженерными
знаниями и опытом с одной
стороны и испытаниями прототипов
с другой стороны, а сами в свою
Очередь дают возможность
пополнять знания и опыт новыми
нетривиальными решениями и
ведут процесс разработки по
оптимальному пути, экономя время
и материал на создании
нежизнеспособных прототипов.
Процесс разработки изделия
Типичный CAE – ориентированный процесс разработки изделия
отличается от традиционного процесса проектирования (рис.)
Рис. Различие между традиционной и CAE – управляемой разработкой
изделия
Определение CALS-технологии
 CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) –
непрерывная информационная поддержка жизненного цикла
(ЖЦ) изделия или продукта. Это стратегия повышения
эффективности, производительности и рентабельности
процессов хозяйственной деятельности предприятий за счет
внедрения современных методов информационного
взаимодействия участников ЖЦ продукта.
 Жизненный цикл продукта – это совокупность процессов,
выполняемых от момента выявления потребностей общества в
определенной продукции до момента удовлетворения этих
потребностей и утилизации продукта (далее рассмотрим его
более подробно).
Основная идея заключается в создании электронного описания
и сопровождения изделия на всех этапах его жизненного цикла.
Электронное описание должно соответствовать принятым
отечественным и международным стандартам в данной
предметной области. Это технология информационного
сопровождения создания изделия.
Основа, цель и предмет CALS
Целью применения CALS-технологий, как инструмента организации и
информационной поддержки всех участников создания, производства и
пользования продуктом, является повышение эффективности их
деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки
продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в
процессах производства и эксплуатации, повышения уровня сервиса в
процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.
Предметом CALS являются технологии информационной интеграции,
то есть совместного использования и обмена информацией об изделии
(продукте), среде и процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла
продукта.
Основой CALS является использование комплекса единых
информационных моделей, стандартизация способов доступа к
информации и ее корректной интерпретации, обеспечение
безопасности информации, юридические вопросы совместного
использования информации (в том числе интеллектуальной
собственности), использование на различных этапах ЖЦ
автоматизированных программных систем (CAD/CAM/CAE, PDM и др.),
позволяющих производить и обмениваться информацией в формате
CALS.
Схема работы современного инженераконструктора
1. Создание проекта в базе данных PDM-системы.
2. Построение твердотельной геометрической модели
детали с помощью CAD- системы.
3. Расчет ее в CAE-системе (с возможным
последующим изменением конструкции детали в
CAD-системе).
4. Передача сконструированной детали в CAM-систему
для организации разработки технологических
процессов (сборочные операции, разработка
программы для станков с ЧПУ).
От заказа до 3D-модели и до готового изделия
Причины медленного внедрения
современных инструментов.
• Непонимание руководства целей и результатов
•
•
•
•
•
•
внедрения
Недостаток финансовых возможностей
Отсутствие двигателя внедрения \ Слабая команда
внедренцев
Высокий средний возраст в коллективе
Неправильная система мотивации
Низкая квалификация сотрудников
Желание получить готовые продукт без
дополнительных усилий
Задание 1
Необходимо разработать блок схему
иллюстрирующую процедуру от появления идей
нового проекта до готового изделия на заводе, через
призму современных инструментов проектирования.
Разбиваемся на команды по 3 человека.
Строим свою структуру.
• 5 минут индивидуально
• 15 минут коллективно в том числе оформление на листах А1.
• 5 минут на ознакомление с работой другой команды,
устранение неточностей, критика.
• 10 минут на разработку единого решения.
• 5 минут на доклад решения
Задание 2
Вы назначены руководителем проекта и ответственным
за эффективное использование PDM в новом проекте.
Команда состоит из 30 инженеров, из которых один
руководитель проекта и два ведущих групп.
Определите основные правила работы по
взаимодействию и работе специалистов в новой
среде. Срок проекта один год.
Индивидуально. 15 минут. Результат фиксировать.
По 1 минуте доклад.