Промышленные системы автоматизированного проектирования

Методические материалы по изучению курса «Разработка САПР» для студентов специальности САПР

Екатеринбург - 1998

УДК. 681.31

Составитель А.А. Петунин

Научный редактор доцент Е.И. Кац.

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Методические материалы по изучению курса «Разработка САПР» для студентов специальности САПР

/А.А.Петунин

Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1998. 37 с.

Учебное пособие содержит материалы для подготовки к экзамену и выполнения лабораторной работы по 1-ой части курса «Разработка САПР»

Подготовлено кафедрой «Прикладная геометрия и автоматизация проектирования».

©Уральский государственный технический университет, 1998

ПРОМЫШЛЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Составители Петунин Александр Александрович

Редактор И.В. Коршунова

Подписано в печать Бумага типографская Уч.-изд. л.

Плоская печать Заказ

Формат 60х84 1/16 Усл.п.л.1 Цена «С»

Издательство УГТУ

620002, Екатеринбург, Мира, 19

1. Общие вопросы создания САПР.

Принципы создания сапр.

В технической литературе по САПР времен “перестройки” обычно выделяют 4 принципа создания САПР: принцип системного единства, принцип совместимости, принцип типизации и принцип развития.

Принцип системного единства обеспечивает целостность системы и иерархичность проектирования отдельных элементов и всего объекта проектирования.

Принцип совместимости обеспечивает совместное функционирование составных частей САПР и сохраняет открытую систему в целом.

Принцип типизации ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизации подлежат элементы, имеющие перспективу многократного применения.

Принцип развития обеспечивает пополнение, совершенствование и обновление составных частей САПР, а также взаимодействие и расширение взаимосвязи с другими автоматизированными системами различного функционального назначения.

Эти принципы определяют и основные особенности САПР, о которых мы сейчас немножко поподробней поговорим.

Во-первых, САПР - это иерархическая система. Она реализует комплексный подход к автоматизации всех уровней проектирования. Блочно-иерархический подход, который обычно используется при проектировании новых изделий, должен быть сохранен и при создании САПР. Иерархия уровней проектирования отражается в структуре программного обеспечения САПР в виде иерархии подсистем. Следует особо подчеркнуть необходимость обеспечения комплексного характера САПР, так как автоматизация на одном из уровней проектирования при сохранении старых форм проектирования на соседних уровнях оказывается значительно менее эффективной, чем автоматизация всех уровней.

Во-вторых, САПР должна быть совокупностью информационно согласованных модулей. Передача данных от одной программы к другой должна осуществляться без участия человека. Можно заметить, что современные программные системы различного назначения имеют довольно развитую систему экспорта-импорта данных, позволяющую передавать и воспринимать файлы различных форматов. Опыт внедрения САПР в различных отраслях промышленности показал, что если человеку приходится “вручную” перерабатывать информацию, полученную от одной подсистемы для ввода ее в другую, то такие САПР являются малоэффективными. Это отнюдь не означает, что функция человека в САПР должна быть минимизирована. Наоборот, САПР обычно занимается решением сложных, плохоформализуемых задач, которые предполагают активное использование интерактивных методов проектирования.

Этот факт характеризует третью особенность САПР как человеко-машинной системы. Несмотря на удивительные способности компьютера решать многие сложные задачи, в том числе, и задачи САПР, человек часто по своим эвристическим способностям превосходит самые изощренные системы искусственного интеллекта, поэтому чисто автоматическое проектирование, о котором мы говорили раньше, на практике встречается очень редко. В качестве иллюстрации этого тезиса рассмотрим всем известную систему AUTOCAD американской фирмы AUTODESK Ltd. для автоматизированного проектирования чертежной документации на персональных компьютерах. Эта чисто интерактивная среда проектирования чертежей пользуется большой популярностью у конструкторов, хотя по своей сути представляет собой просто хорошо “автоматизированный кульман”. В “Автокаде” можно реализовать и автоматический метод проектирования, если написать, например, программу формирования какого-либо чертежа на встроенном языке AUTOLISP, однако, эта программа, естественно, не будет универсальной и позволит проектировать только чертежи для одного типа деталей.

Еще одна особенность САПР связана с необходимостью обеспечения в системе свойства открытости, т.е. свойства удобства включения новых методов и средств. Это свойство, естественно, желательно для любого программного продукта, но для САПР просто необходимо, поскольку, как правило, САПР-овские системы делаются долго и достаточно сложны, что исключает возможность быстрой замены на другую систему (“жалко выбрасывать” целиком, проще что-нибудь добавить или модифицировать).

При разработке САПР следует также помнить, что, несмотря на специализированность системы, в ней надо максимально использовать унифицированные модули. Ясно, что требования универсальности и эффективности взаимно противоречивы: высокоэффективной может быть только специализированная система. Вместе с тем, использование унифицированных модулей расширяет возможности САПР и снижает время на ее разработку, что в условиях “рынка” может явиться определяющим фактором. Известны множество случаев, когда фирмы, сделав свои системы на несколько месяцев раньше своих конкурентов, завоевывали рынок, несмотря на значительно худшее качество своих программных продуктов.

Вообще, умение разрешать различного рода противоречия и находить “золотою середину” - это главное достоинство для разработчика САПР. Естественно, что высокая квалификация как инженера и программиста тоже не помешает, но без глубокого понимания диалектики хороший САПР сделать нельзя. В этом также заключается, на наш взгляд, один из главных принципов создания САПР.

1 Следующая >< Предыдущая2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 Следующая >< Предыдущая3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Промышленные сапр.

Cad/cam /cae системы.

В данном разделе мы познакомимся с наиболее известными зарубежными и отечественными системами автоматизированного проектирования, широко применяющимися в промышленном производстве.

Прежде всего, приведем еще несколько “англоязычных” терминов.

CAD (Computer-Aided Design) - дословно переводится как “проектирование с помощью компьютера”, фактически этот термин означает системы геометрического моделирования и САПР чертежно-конструкторских работ.

CAM (Computer-Aided Manufacturing) - можно перевести как “производство с помощью компьютера”. Общепринятое значение этого термина в настоящее время - САПР технологической подготовки производства.

CAE (Computer-Aided Engineering) - означает компьютерные системы инженерного анализа.

Ведущие мировые производители программного обеспечения для автоматизации проектирования, как правило, поставляют на рынок интегрированные универсальные системы , удовлетворяющие требованиям проектирования и изготовления изделий в различных отраслях промышленности. Эти системы содержат в себе возможности автоматизации всех трех аспектов и называются поэтому CAD/CAM/CAE системами. Прежде чем перейти к рассмотрению лидеров мирового САПР-овского бизнеса, приведем примеры некоторых специализированных систем автоматизации проектирования конструкторско-технологического назначения.

Типичным примером “чисто” CAD - системы является всем известный AUTOCAD (Autodesk, Ltd.., США). Последние версии этой системы позволяют причислить ее к системам трехмерного моделирования, но для большинства российских пользователей, Autocad остается 2D - системой для машиностроительного черчения.

Из отечественных CAD-cистем , не претендующих на автоматизацию технологической подготовкой производства, мы бы отметили разработку АО “Топ-системы” (г.Москва), которая раньше называлась Top-CAD, а сейчас получила название T-Flex CAD. Отличительной особенностью этой системы является, на наш взгляд, очень удачная реализация идеи параметризации объектов. В Top-CADe все параметризировано. Это факт позволяет очень эффективно производить модификацию чертежей и сократить время проектирование новых. Известно, что в системе Autocad тоже есть возможности параметрического программирования, но они не являются органичными для системы и представляют собой некоторые “надстройки” над системой. Кстати, о надстройках.

Широкое внедрение в России имеет система КАДМЕХ (CADMECH) (разработчик -фирма ИНТЕРМЕХ(INTERMECH), г.Минск). Это, как и T-Flex CAD, в основном, система для автоматизации машиностроительного черчения. Однако, работает она в среде Autocad и независимо функционировать не может.

Среди недорогих CAM-систем, имеющих некоторое распространение и в России, в качестве примера можно привести систему PEPS английской фирмы CAMTEK. Как и практически все САПР такого рода, PEPS обеспечивает автоматизацию подготовки управляющих программ для широкого класса станков с ЧПУ, включая токарные, фрезерные, сверлильные, электроэрозионные, прессы с ЧПУ, машины термической резки листовых материалов и т.д. Геометрию обрабатываемых деталей она может принимать из других широко распространенных CAD-систем через стандартные форматы файлов (например, через тот же “автокадовский” DXF-формат).

Следует отметить, что большинство уважающих себя CAM - систем имеют собственную несложную CAD-подсистему для описания геометрии деталей.

Отечественным аналогом PEPSa является система TURBO TIGRAS (дистрибьютер - АО “КАМЕЯ”, г.Москва).

Системы инженерного анализа (CAE-cистемы) включают в себя решение следующих основных задач:

- прочностной анализ (все виды расчетов на прочность конструкций методом конечных элементов) ;

- теплофизические расчеты ;

- пластический анализ (анализ пластической деформации и оценка технологичности изготовления деталей методом литья под давлением) ;

- механический анализ(моделирование и прогнозирование поведения и движения механических систем) .

Примером полнофункциональной CAE-системы является система ANSYS американской фирмы Swanson Analysis Systems. Отечественные аналоги нам не известны. Ряд организаций ведут работы по отдельным проблемам инженерного анализа, однако, еще раз повторимся, полномасштабные полнофункциональные коммерческие версии российских CAE-систем нам не известны.

Перейдем теперь к обзору интегрированных CAD/CAM/CAE систем.

Отметим, на наш взгляд, основные особенности лучших современных CAD/CAM/CAE- систем, являющихся признанными мировыми лидерами .

1.На этапе проектирования (геометрического моделирования) обеспечивают:

- твердотельное, поверхностное и каркасное 3-х мерное моделирование ;

· черчение;

· моделирование «больших» сборок;

- фотореалистическое отображение;

- конструирование и раскрой из листовых материалов;

- поддержку промышленных графических стандартов типа IGES, DXF,VDA, STEP и т.д. ;

- поддержку вывода документации во всех основных чертежных стандартах- ANSY, ISO, DIN, ЕСКД и т.д.

- прямые интерфейсы с другими CAD/CAM/CAE системами.

2. СAM- подсистемы обеспечивают:

- эффективную подготовку управляющих программ для фрезерной обработки от 2,5 до 5 координат, всех видов токарной, электроэрозионной, а также для газорежущих, плазморежущих, лазерных машин и прессов с ЧПУ;

- быстрое генерирование постпроцессоров для различных систем ЧПУ и контроллеров;

3. CAE-подсистемы являются полномасштабными (т.е. полностью решающими весь спектр задач без каких-либо ограничений) и обеспечивают все виды инженерного анализа.

4. Полные версии систем функционируют на основных типах рабочих станций (т.е. на UNIX- платформах). Для платформ MS WINDOWS 95 и WINDOWS NT существуют ограниченные версии систем.

Законодателями мод в разработке CAD/CAM/CAE систем являются, разумеется, американцы и ,как ни странно, французы.

США являются автором 3 крупных интегрированных CAD/CAM/CAE систем, а именно:

- системы CADDS5 (разработчик фирма ComputerVision(CV));

- системы UNIGRAPHICS (разработчик фирма Electronic Data System(EDS));

- системы Pro/Engineer (разработчик фирма Parametric Technology Company(PTC),

Франция - 2-х:

- системы CATIA (разработчик фирма Dassault Systemes);

- системы EUCLID (разработчик фирма Matra Datavision);

Собственно говоря поставщиком (или, как сейчас говорят, “эксклюзивным дистрибьютером”) системы CATIA является компьютерный гигант - фирма IBM, так что эту систему тоже можно считать американской.

Говоря о CAD/CAM/CAE системах, покупаемых в России и в Уральском регионе нельзя не сказать еще о двух западных разработках: о системе CIMATRON одноименной израильской фирмы и системе DUCT английской фирмы DELCAM;

В Екатеринбурге имеется дочернее предприятие фирмы DELCAM (оно называется DELCAM-URAL), а представительство фирмы BEE PITRRON, которая является дистрибьютером системы СIMATRON, расположено непосредственно в УГТУ-УПИ.

Об особенностях вышеназванных систем мы поговорим ниже.

1 2 3 Следующая >< Предыдущая4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3 4 Следующая >< Предыдущая5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Жизненный цикл изделия.

При традиционных технологиях выполнения сложных проектов объемы выпускаемых бумажных документов настолько велики, что только поиск необходимой информации для выполнения требуемой процедуры становится проблемой, на решение которой может уходить время, сопоставимое с временем выполнения самой процедуры.

С учетом этого стоимость бумажной документации и затраты на работу с ней составляют существенную часть стоимости как самого изделия, так и его эксплуатации. Кроме того, всегда существует проблема актуальности обрабатываемой информации, которая заключается в том, что пользователи работают с уже устаревшими или измененными данными, не имея возможности определить их текущий статус.

Как следствие этих проблем, перед предприятием встает задача иметь в наличии полную модель изделия в электронном виде, которая содержала бы всю информацию, необходимую для процессов его проектирования, производства или эксплуатации.

Электронная модель должна интегрировать в себе информацию об изделии во всех его аспектах, при этом важным моментом является доступность определенных частей информации, содержащейся в модели, всем подразделениям и службам предприятия через интерфейсы к их специальным системам.

Сложность и объем хранимой в модели информации и продолжительность жизненного цикла можно проиллюстрировать следующим примером. В рамках внедрения CALS-технологий на кораблестроительных верфях Vickers Shipbuilding and Engineering Ltd (Великобретания) создается и будет использоваться для каждой атомной подводной лодки, выпускаемой верфью, ее Полное Электронное Определение, включающее информацию обо всех отдельных деталях и комплектующих общим числом около одного миллиона единиц. Это требует внесения в информационную модель около шестидесяти миллионов различных атрибутов и их поддержки для использования в течение жизненного цикла атомной подлодки, который складывается из 15-летнего цикла разработки и 30-летнего периода эксплуатации. EPD позволит оперативно получать по любой конкретной лодке информацию о характеристиках любой системы, узла или отдельной детали. Например, для планирования профилактических и ремонтных работ можно формировать спецификации оборудования, подлежащей плановой замене в связи с истечением срока эксплуатации и отражать эти изменения в информационной модели, или моделировать на компьютере нештатные ситуации, связанные с нарушениями конструкций корпуса, систем жизнеобеспечения, трубопроводов, электрических сетей и т.д. и определять действия персонала, необходимые в таких ситуациях.

Таким образом, являясь концептуальной основой CALS-технологий, EPD обеспечивает конечного пользователя новыми возможностями по организации обслуживания, ремонта и утилизации сложных изделий.

1 2 3 4 5 6 Следующая >< Предыдущая7 8 9 10 11 12 13 14

1 2 3 4 5 6 7 Следующая >< Предыдущая8 9 10 11 12 13 14

Заключение.

Потребности современного производства диктуют необходимость глобального использования информационных компьютерных технологий на всех этапах жизненного цикла изделия: от предпроектных исследований до утилизации изделия. Основу информационных технологий в проектировании и производстве сложных объектов и изделий составляют сегодня полномасштабные полнофункциональные промышленные САПР (CAD/CAM/CAE - системы). Активное использование во всем мире “легких” и “средних“ САПР на персональных компьютерах для подготовки чертежной документации и управляющих программ для станков с ЧПУ и сближение возможностей персональных компьютеров и “рабочих станций” в автоматизации проектирования подготовило две тенденции в разработке и использовании САПР, которые наблюдаются в последнее время:

· применение полномасштабных САПР в различных отраслях промышленности для проектирования и производства изделий различной сложности;

· интеграция САПР с другими информационными технологиями.

Эти тенденции позволяют говорить, что уже в самом ближайшем будущем эффективность производства будет во многом определяться эффективностью использования на предприятиях промышленных САПР.

Литература.

1. В.П.Корячко.,В.М.Курейчик,И.П.Норенков.Теоретические основы САПР: учебник для вузов.-М.:Энергоатомиздат,1987.

2. Разработка САПР.В 10-ти кн.Под редакцией А.В.Петрова.-М.:Высш. шк.,1990.

3. «Графика и САПР», NN 1-4,1998.

4. Б.Хокс. Автоматизированное проектирование и производство.-М.:Мир,1991.

5. Гамберг В.Я., Кротов В.И., Петунин А.А. Система автоматизированного проектирования раскроя материалов и автоматизация раскроя металлопроката на базе машин с ЧПУ для термической резки металла.- “ТИТАН”, ВИЛС,1993,N2.

6. Материалы 4-го всероссийского семинара: “Современные системы автоматизации конструкторского и технологического проектирования”. М.:Изд. МАИ,1995.

7. “КомпьютерМен”, N6. 1996. -Екатеринбург: изд.”Комсомольская Правда-Урал”.

8. «Компьютер Пресс», NN“1-12,1997 - ISSN 0868-6157.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 < Предыдущая14