Применение систем автоматизированного проектирования в машиностроении

ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ И СИСТЕМ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ В
МАШИНОСТРОЕНИИ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
ТЕХНОЛОГИЯ совокупность методов, процессов и материалов,
используемых в какой-либо отрасли деятельности, а
также научное описание способов технического
производства
Информационные технологии (ИТ)широкий класс дисциплин и областей деятельности,
относящихся к технологиям создания, управления и
обработки данных, в том числе с применением
компьютерной техники
ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ИТ:
1) компьютерная обработкаинформации по заданным
алгоритмам;
2) хранение больших объёмов информации на
машинных носителях;
3) передача информации на значительные расстояния в
ограниченное время.
2
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Автоматизированное проектирование
проектирование, при котором отдельные
преобразования описаний объекта и (или) алгоритма
его функционирования, осуществляются
взаимодействием человека и ЭВМ (ГОСТ 22487)
Система автоматизированного
проектирования (САПР)
комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с
необходимыми подразделениями проектной организации или
коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющий
автоматизированное проектирование (ГОСТ 22487)
Виды САПР
1. САПР изделий
2. САПР инженерных расчетов
3. САПР технологических процессов
4. САПР управляющих программ
5. САПР объектов строительства.
6. САПР организационных систем.
3
ЗАДАЧИ И ЦЕЛЬ САПР
ЗАДАЧИ САПР: автоматизация работ на стадиях проектирования и
подготовки производства.
Основная цель САПР — повышение
эффективности труда инженеров, включая:
1) сокращение трудоёмкости проектирования и
планирования;
2) сокращение сроков проектирования;
3) сокращение себестоимости проектирования и
изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
4) повышения качества и технико-экономического
уровня результатов проектирования;
5) сокращения затрат на натурное моделирование и
испытания.
4
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Прое́ кт (от лат. projectus — брошенный вперёд,
выступающий, выдающийся вперёд) — замысел, идея,
образ, воплощённые в форму описания, обоснования,
расчётов, чертежей, раскрывающих сущность замысла и
возможность его практической реализации
5
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
6
Система Автоматизированного Проектирования
САПР (CAD System - Computer Aided Design System) это система, реализующая проектирование, при
котором все проектные решения или их часть получают
в результате вычисления и составления
математических моделей на компьютере.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИТ
7
До изобретения компьютерных
технологий все проектирование новых
изделий велось на бумаге.
Чертежи создавали на бумаге,
копировали на кальку,
размножали.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИТ
8
Инженерные расчеты производились с
помощью арифмометров и
логарифмических линеек
При изготовлении опытных образцов
использовалась ручная наладка
станков
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИТ
9
• проводились натурные испытания
изготовленных опытных
образцов,
• вносились необходимые
изменения в конструкцию,
• корректировались чертежи
С ИЗОБРЕТЕНИЕМ ПК ПОЯВИЛАСЬ ВОЗМОЖНОСТЬ ПЕРЕЙТИ
НА БЕЗБУМАЖНУЮ ТЕХНОЛОГИЮ
РОЛЬ ИТ В МАШИНОСТРОЕНИИ И
МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ
1. Возможность перейти на безбумажную
технологию
2. Существенное сокращение сроков
проектирования
3. Повышение качества проектирования
4. Автоматизация оформления документации
5. Возможность передачи информации (чертеж,
трехмерная модель, ТП, УП) между
автоматизированными рабочими местами
10
ИСТОРИЯ САПР
11
• Идея автоматизировать проектирование зародилась в конце 50-х
годов прошлого века, почти одновременно с появлением
коммерческих компьютеров.
• А уже в начале 60-х ее воплотила компания General Motors в виде
первой интерактивной графической системы подготовки
производства.
• В 1971 г. создатель этой системы доктор Патрик
Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию
Manufacturing and Consulting Services (MCS) и
разработал методики, которые составили основу
большинства современных САПР.
• 25-летний Айвен Сазерленд (Ivan Sutherland)
— пионер компьютерной графики, в 1963 году
создал первый интерактивный графический
пакет «Sketchpad» (Планшет), прообраз
будущих САПР.
• Лауреат премии Тьюринга.
ИСТОРИЯ САПР
12
С помощью светового пера и системы выпадающих меню
пользователь Планшета мог рисовать различные
несложные изображения на аналоговом дисплее,
перемещать их и точно располагать в определенных
позициях экрана, а также хранить.
Вскоре появились и другие CAD-пакеты. В то время они работали на мэйнфреймах и
мини-компьютерах и стоили очень дорого. Лишь крупные предприятия могли позволить
себе идти в ногу со временем и использовать современное оборудование для
выполнения сложных математических расчетов.
Параллельно с развитием CAD-систем бурное развитие получили CAM-системы
автоматизации технологической подготовки производства.
В 1961 г. был создан язык программирования APT (Automatic Programming Tools),
впоследствии этот язык стал основой многих других языков программирования
применительно к оборудованию с числовым программным управлением.
К середине 80-х годов системы САПР для машиностроения обрели форму, которая
существует и сейчас.
Появление микропроцессоров положило начало революционным преобразованиям в
области аппаратного обеспечения — наступила эра персональных компьютеров.
Но для трехмерного моделирования мощности первых ПК не хватало.
ИСТОРИЯ САПР
13
К началу 90-х средняя цена рабочего места значительно снизилась — САПР
становились доступнее.
Но в массовый продукт они превратились лишь тогда, когда компания Autodesk
разработала свой знаменитый пакет AutoCAD стоимостью на тот момент всего 1 тыс.
долл., что было в десятки раз меньше существовавших до этого систем.
Правда, в те времена мощности ПК хватало лишь для двумерных построений — черчения
и создания эскизов. Однако это не помешало новинке иметь огромный успех у
пользователей.
В 80-е годы компьютеры становятся доступными большому количеству крупных и даже
мелких компаний.
Появляется 3D-моделирование.
В начале было только поверхностное моделирование, при котором конструктор
определял изделие семейством поверхностей. Оно получило большое распространение в
инструментальном производстве.
Со временем появилось твердотельное моделирование широко распространенное в
машиностроении, когда конструктор строит модель из твердотельных примитивов. Они
определяются формой, размерами, ориентацией и точкой привязки. Современные
системы позволяют работать с телами и с отдельными поверхностями.
Наиболее бурное развитие САПР происходило в 90-х годах, когда Intel выпустила
процессор Pentium Pro, а Microsoft — систему Windows NT. Тогда на поле вышли новые
игроки «средней весовой категории», которые заполнили нишу между дорогими
продуктами, обладающими множеством функций, и программами типа AutoCAD. В
результате сложилось существующее и поныне деление САПР на три класса: тяжелый,
средний и легкий.
КЛАССИФИКАЦИЯ САПР
14
САПР ПО ОТРАСЛЕВОМУ НАЗНАЧЕНИЮ
В настоящий момент выделяют три основные подгруппы САПР:
1. Машиностроительные САПР (MCAD - Mechanical Computer Aided Design)
2. Архитектурно-строительные САПР (CAD/AEC - Architectural, Engineering, and
Construction)
3. САПР печатных плат (ECAD - Electronic CAD/EDA - Electronic Design Automation)
Компоненты многофункциональных систем САПР традиционно
группируются в три основных блока CAD, САМ, САЕ
 CAD (Computer Aided Designed) – автоматизированное проектирование;
 САМ (Computer Aided Manufacturing) – автоматизированное производство;
 САЕ (Computer Aided Engineering) – автоматизированный ИНЖИНИРИНГ
(инженерные расчеты).
САПР
ПО ЦЕЛЕВОМУ НАЗНАЧЕНИЮ
CAD
(Computer
Aided
Designed)
Предназначены в
основном
для выполнения
графических
работ
CAM
(Computer
Aided
Manufacturing)
CAE
(Computer
Aided
Engineering)
Предназначены
для решения
задач
технологической
подготовки
производства
Предназначены для
инженерных
расчетов, анализа
и проверки
проектных
решений
15
Существует большое количество пакетов САПР разного уровня. Значительное распространение получили
системы, в которых основное внимание сосредоточено на создании "открытых" (т.е. допускающих
расширение) базовых графических модулей CAD, а модули для выполнения расчетных или
технологических задач (соответствующие блокам САМ и САЕ) остаются для разработки пользователям или
организациям, специализированным на соответствующем программировании. Такие дополнительные
модули могут использоваться и самостоятельно, без CAD-систем, что очень часто практикуется в
строительном проектировании. Они сами могут представлять крупные программные комплексы, для
которых разрабатываются свои приложения, позволяющие решать более узкие задачи.
СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ САПР
CAD
(Computer Aided
Designed)
CAM
(Computer Aided
Manufacturing)
PDM
(Product Data
Management)
Система управления
производственной
информацией.
16
CAE
(Computer Aided
Engineering)
CAPP
(Сomputer Aided
Process
Planning)
Средства автоматизации
планирования технологических
процессов применяемые на
стыке систем CAD и CAM.
РЕШАЕМЫЕ ЗАДАЧИ
17
1) автоматизация выпуска конструкторской и технологической документации
(сокращения сроков выпуска документации);
2) подготовка управляющих программ оборудованием с ЧПУ «по электронному
чертежу»;
3) создание объемной модели изделия;
4) определение инерционно-массовых, прочностных и прочих характеристик изделия
(или его части/ей);
5) моделирования всех видов ЧПУ - обработки;
6) конструирование детали с контролем технологичности;
7) конструирование детали с учетом особенностей материала (пластмасса,
металлический лист и т. д.);
8) моделирование работы механизмов;
9) динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и
инструмента;
10) проектирование оснастки с моделированием процессов изготовления (штамповки,
литья, гибки), что исключает брак в оснастке и изготовлении натурных макетов.
ИНЖЕНЕР-КОНСТРУКТОР
18
CAD (АНГЛ. COMPUTER AIDED DESIGN (АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ)
Использует CAD системы
AUTOCAD,
КОМПАС,
T-FLEX, Solid Works,
предназначены для
автоматизации
двумерного и/или
трехмерного
геометрического
проектирования,
создания
конструкторской
документации
в соответствии со
стандартами ЕСКД
Двухмерные и
трехмерные чертежи
деталей
19
Сборки
ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ И
МОДЕЛИРОВАНИЕ
CAE (англ. Computer Aided Engineering
(автоматизированные расчеты и анализ)
Используют системы
автоматизации инженерных
расчётов (CAE)
T-FLEX Анализ
APM WinMachine 2010
ABAQUS
ANSYS
Autodesk Simulation
• Математическое моделирование
Предназначены для автоматизации
инженерных расчётов, анализа и
симуляции физических процессов,
осуществляют динамическое
моделирование, проверку и
оптимизацию изделий
20
ИНЖЕНЕР-ТЕХНОЛОГ
CAPP (англ. Computer Aided Process Planning
(автоматизированное проектирование технологических
процессов)
использует CAPP
системы,
помогающие
автоматизировать
процесс
проектирования
технологических
процессов
ВЕРТИКАЛЬ
ADEM CAPP
21
ПРОГРАММИСТ-ТЕХНОЛОГ
CAM (англ. Computer Aided Manufacturing
(автоматизированная технологическая подготовка
производства)
использует CAM-системы,
предназначенные для
проектирования
обработки изделий на
станках с ЧПУ и выдачи
программ для этих
станков.
• ADEM
• ГЕММА-3D
• SprutCAM
• ESPRIT
• Mastercam
• Модуль ЧПУ. Токарная
обработка
22
СОСТАВ САПР
23
САПР
Комплекс
технических
средств
Программнометодический
комплекс
(обеспечение)
Обслуживающий
персонал
24
КОМПЛЕКС ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
предназначен для обеспечения ввода-вывода, хранения,
2) переработки информации в системе,
3) отображения и выдачи информации в удобной для
проектировщика форме,
4) управления процессами обработки информации при
проектировании.
1)
ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ
КОМПЛЕКС
включает в себя обеспечение:
1) информационное,
2) математическое,
3) лингвистическое,
4) программное
5) методическое,
6) организационное
25
ОБСЛУЖИВАЮЩИЙ ПЕРСОНАЛ
разделяют на
управляющий,
обеспечивающий и
целевой
26
СТРУКТУРА САПР
КОМПОНЕНТ
ПОДСИСТЕМА
САПР
КОМПОНЕНТ
КОМПОНЕНТ
ПОДСИСТЕМА
......
27
СРЕДСТВО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
САПР
28
ВИДЫ ПОДСИСТЕМ САПР
проектирующие - реализуют определенный этап проектирования
или группу связанных проектных задач
обслуживающие - обеспечивают функционирование
проектирующих подсистем , оформление, передачу и вывод данных,
сопровождение программного обеспечения
Каждая подсистема состоит из компонентов, обеспечивающих
функционирование подсистемы
По целевому назначению различают подсистемы (компоненты)
САПР: CAD, CAM, CAE, CAPP, PLM, PDM и т.д.
29
PLM – PRODUCT LIFE CYCLE MANAGEMENT
(УПРАВЛЕНИЕ ЖИЗНЕННЫМ ЦИКЛОМ
ИЗДЕЛИЯ)
T-FLEX PLM
ЛОЦМАН:PLM
ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР
Техническое обеспечение (ТО) — совокупность
связанных и взаимодействующих технических средств
✔ ЭВМ
✔ периферийные устройства
✔ сетевое оборудование
✔ линии связи
✔ измерительные средства
Математическое обеспечение (МО) — совокупность
математических методов, моделей и алгоритмов,
необходимых для выполнения проектных процедур
лингвистическое — совокупность языков,
используемых в САПР для представления
информации о проектируемых объектах,
процессе и средствах проектирования
программное — комплекс всех программ и
эксплуатационной документации к ним в виде
обычных текстовых документов или записанных
на машинных носителях
30
ВИДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР
Информационное обеспечение — совокупность
сведений, необходимых для выполнения
проектирования. Основная часть — базы данных
методическое — описание технологии
функционирования САПР, методов выбора и
применения пользователями технологических
приемов для получения конкретных результатов.
организационное — комплект документов,
устанавливающих правила практического
выполнения автоматизированного проектирования;
ответственность специалистов за определенные
виды работы; правила доступа к базам данных.
31
КЛАССИФИКАЦИЯ CAD, CAM, CAE
32
Традиционно, продукты САПР для машиностроения разделены на три
класса:
 тяжелый
 средний
 легкий
Системы различаются и по цене, и по функциональным возможностям.
САПР Легкий вес
• Эти САПР служат для выполнения почти всех работ с
двумерными чертежами и имеют ограниченный набор
функций по трехмерному моделированию.
• С помощью этих систем выполняются порядка 80% всех
работ по проектированию, хотя имеющиеся ограничения
делают их не всегда довольно удобными.
• предназначены для автоматизации выпуска конструкторской
и технологической документации;
• подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ
«по электронному чертежу»;
• сокращения сроков выпуска документации
• Область их работы - создание чертежей отдельных деталей.
Характерные представители таких САПР - AutoCAD, TFlexCAD 2D, Компас- график
САПР ЛЕГКИЙ ВЕС
AutoCAD
Разработчик: Autodesk
Самая популярная в мире
среда автоматизированного
проектирования, избранная
многими разработчиками
в качестве базовой
графической платформы
для создания
машиностроительных,
архитектурных,
строительных, геодезических
программ и систем
инженерного анализа.
AutoCad - лучшая
2D"чертилка".
33
САПР ЛЕГКИЙ ВЕС
Компас
Разработчик: АСКОН
Страна разработки: Россия
Система КОМПАС-3D позволяет
реализовать классический процесс
трехмерного параметрического
проектирования — от идеи к
ассоциативной объемной модели, от
модели к конструкторской
документации.
Основные компоненты КОМПАС-3D —
собственно система трехмерного
твердотельного моделирования,
универсальная система
автоматизированного проектирования
КОМПАС-График и модуль
проектирования спецификаций. Все
они легки в освоении, имеют
русскоязычные интерфейс и
справочную систему.
34
САПР СРЕДНИЙ ВЕС
35
предназначены для создания объемной модели изделия
определения инерционно-массовых, прочностных и прочих характеристик;
моделирования всех видов ЧПУ-обработки;
отработки внешнего вида по фотореалистичным изображениям;
выпуска конструкторско-технологической документации;
• По своим возможностям они полностью охватывают САПР «легкого веса»
плюс позволяют работать со сборками, и по некоторым параметрам они
уже не уступают тяжелым САПР. А в удобстве работы даже превосходят.
• Обязательным условием является наличие интеграции с CAM
программами.
• Это не просто программы, а программные комплексы, в частности
Autodesk Mechanical Desktop, Intergraph, Solid Edge, T-Flex, Solid Works.
САПР СРЕДНИЙ ВЕС
• ADEM
Разработчик: Группа компаний ADEM
Страна разработки: Россия
ADEM – программное обеспечение для
промышленности и образования
Отечественная интегрированная
CAD/CAM/CAPP система ADEM
предназначена для автоматизации
конструкторско-технологической
подготовки производства.
В состав программного комплекса входят
инструменты для автоматизации:
- проектирования, конструирования и
моделирования изделий
- оформления чертежно-конструкторской
документации в соответствии с
требованиями ЕСКД
- проектирование техпроцессов и
оформления технологической
документации в соответствии с
требованиями ЕСТД
- программирования оборудования с ЧПУ
- управления архивами и проектами.
36
САПР СРЕДНИЙ ВЕС
• T-Flex
• Разработчик: Топ-Системы
Страна разработки: Россия
Топ Системы - разработчик
программного комплекса T-FLEX
CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM.
Компания «Топ Системы»
предлагает полностью
интегрированные программные
решения T-FLEX
CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM для
электронного документооборота
(PDM), системы автоматизации
проектирования (САПР),
подготовки производства и
управленческой деятельности на
предприятии, подготовки
программ для станков с ЧПУ.
37
САПР СРЕДНИЙ ВЕС
Solid Works
Разработчик: SolidWorks Corp.
Страна разработки: США
SolidWorks - мощное средство проектирования,
базирующееся на передовых технологиях
гибридного параметрического моделирования,
интегрированных средствах электронного
документооборота SWR-PDM/Workflow и
широком спектре специализированных
модулей.
Разработчиком SolidWorks является SolidWorks
Corp. (США), независимое подразделение
холдинга Dassault Systemes (Франция) мирового лидера в области
высокотехнологичного программного
обеспечения.
Концептуальные идеи, положенные
разработчиками в основу SolidWorks, и такие
качества, как высокая производительность и
надежность, интуитивно понятный интерфейс,
русификация и поддержка ЕСКД,
предопределяют успех внедрения SolidWorks
на предприятиях отечественной
промышленности.
38
САПР ТЯЖЕЛЫЙ ВЕС
Позволяют конструировать детали с контролем технологичности;
конструировать детали с учетом особенностей материала;
моделировать работу механизмов;
проводить динамический анализ сборки;
проектировать оснастку с моделированием процессов изготовления
Обычно в состав системы входят:
• графические модули
• модули для проведения расчетов
• постпроцессоры для станков с ЧПУ
Примерами «тяжелых» САПР могут служить такие
продукты, как CATIA, CADDS 5, EMS, Pro/ENGINEER.
Эти системы применяются для решения наиболее трудоемких задач:
• моделирования поведения сложных механических систем в реальном
масштабе времени
• оптимизации расчетов с визуализацией результатов
• расчетов температурных полей и теплообмена и т.д.
39
САПР ТЯЖЕЛЫЙ ВЕС
Catia
Разработчик: Dassault Systemes
Страна разработки: Франция
CATIA V5 – CAD/CAM/CAE - система для
описания изделия и его моделирования на
разных этапах жизненного цикла.
Разработана в 1998 году на основе нового
ядра CNEXT, содержащего средства как для
описания геометрии изделия, так и для
описания процессов его создания, с
возможностью сохранять и накапливать
используемые при этом приемы и методы в
виде корпоративных знаний. Идеи PLM
заложены в самой основе системы, что
позволяет исключительно быстро развивать
и наращивать ее функциональность в
желаемом направлении. В этом – ее
основное отличие от программных
продуктов других компаний-разработчиков.
40
САПР ТЯЖЕЛЫЙ ВЕС
Pro/Engineer
Разработчик:
Страна разработки:
Полнофункциональная САПР для разработки
изделий любой сложности.
Благодаря мощным возможностям
автоматизации всех машиностроительных
дисциплин, Pro/ENGINEER является
общепризнанным 3D решением для
моделирования и разработки
конкурентоспособных коммерческих изделий.
Интегрированные CAD/CAM/CAE решения
Pro/ENGINEER позволяют вам проектировать
быстрее, чем когда-либо, максимально
способствуя появлению новых идей и
повышению качества, что в конечном итоге
приводит к созданию выдающихся изделий.
41
СОВРЕМЕННЫЕ САПР КОНСТРУКТОРСКОЙ
ДОКУМЕНТАЦИИ
Название
САПР
Год выпуска, страна, фирма
КОМПАС-3D
1989, Россия, АСКОН
CATIA
1981, Франция,
Dassault Systèmes
1988 г., США, РТС
Creo (до 2010 г.
Pro/ENGINEER)
NX (ранее
Unigraphics)
ADEM САD
T-FLEX CAD
1983, США, Siemens PLM
Software
1990, Россия, Группа
компаний ADEM
1992, Россия, Топ-системы
Autocad
1982, США, Autodesk
Autodesk Inventor
1999, США, Autodesk
42
Актуальная
версия, год
выпуска,
уровень
V16, 2015
средний
V6R2015, 2015
высший
Creo 3.0, 2015
высший
NX 10, 2014
высший
9.05, 2015
средний
14, 2014
средний
2016, 2015
средний
2016, 2015
средний
СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Рекомендуемая литература:
• ГОСТ 34.003-90 “Информационная технология. Комплекс стандартов на
автоматизированные системы. Термины и определения”
• ГОСТ 23501.101-87 “Системы автоматизированного проектирования. Основные
положения”
• ГОСТ 23501.108-85 “Системы автоматизированного проектирования. Классификация и
обозначение”
• Источники информации в сети:
• http://www.cad-cam-cae.ru/
•
http://old.pro-technologies.ru/product/CAD_CAM_CAE_PDM
•
http://xn----8sbyhojpig2b.xn--p1ai/sapr.html
• http://old.ci.ru/inform01_02/p_22-23.htm
• http://life-prog.ru/, http://life-prog.ru/1_10018_ponyatie-sapr.html
• http://www.nslabs.ru/
• http://bourabai.kz/cm/cad.htm
• http://yardim21.narod.ru/his.html
• http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/6/1575
• http://rucadcam.ru/index/sapr_mashinostroenie/0-4
43