Основы САПР (CAD,CAM,CAE) - (Кунву Ли)(2004) (Основы САПР (CAD,CAM,CAE) - (Кунву Ли) (2004)), страница 5

Эта технология позволяет оператору ощущать цифровые объекты ы манипулировать ыми так же, как настоящими. Глава 1. Введение в САПР Х.2. Определение СА0, САМ и САЕ Согласно предыдугпему разделу, иетоматизироеаиное проектирование (сотригег-аЫес1 с1еяяп — САП) представляет собой технологию, состоящую в использовании компьютерных систем для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов [591.

Таким образом, лк>бая программа, работающая с компьютерной графикой, так же как и любое приложение, используемое в инженерных расчетах, относится к системам автоматизированного проектирования. Другими словами, множество средств СЛР простираегся от геометрических программ для работы с формами до специачизированных приложений для анализа и оптимизации (166~. Между этими крайностями умещаются программы для анализа допусков, расчета масс-инерционных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов анализа. Самая основная функция САР— определение геометрии конструкции (детали механизма, архитектурные элементы, электронные схемы, планы зданий и т. п.), поскольку геометрия определяет все последующие этапы жианенного цикла продукта.

Для этой цели обычно используются системы разработки рабочих чертежей и геометрического моделирования. Вот почему эти системы обычно и с штаются системами автоматизированного проектирования. Более того, геометрия, определенная в этих системах, может использоваться в качестве основы для дальнейших операций в системах САЕ и САМ. Это одно из наиболее значительных преимушеств САР, позволяющее экономить время и сокращать количество ошибок, связанных с необходимостью определять геометрию конструкции с нуля каждый раз, когда она требуется в расчетах.

Можно, следовательно, утверждать, что системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы геометрического моделирования являются наиболее важными компонентами автоматизированного проектирования. Аетоматизираеапиое производство (сотригег-аи(ес( тапи/и стипль — САМ) — это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для планирования, управления и контроля операций производства через прямой или косвенный интерфейс с производственными ресурсами предприятия. Одним из наиболее зрелых подходов к автоматизации производства является числовое программное управление (ЧПУ, пшпепса1 совью! — ХС).

ЧПУ заключается в использовании запрограммированных команд для управления станком, который может шлифовать, резать, фрезеровать, штамповать, изгибать и иными способами превращать заготовки в готовые детали. В наше время компьютеры способны генерировать большие программы для станков с ЧПУ на основании геометрических параметров изделий из базы данных СЛР и дополнительных сведений, прелоставляемых оператором. Исслелованпя в этой области концентрируются на сокращении необходимости вмешательства оператора. Еще одна важная функция систем автоматизированного произволства — программирование роботов, которые могут работать на гибких автоматизированных участках, выбирая и устанавливая шгструменты и обрабатываемые детали на станках с ЧПУ.

Роботы могут также выполнять свои собственные задачи, например заниматься сваркой, сборкой и переносом оборудования и деталей по цеху. Планирование процессов также постепенно автоматизируется. План процессов может определять последовательность операций по изготовлению устройства от 1.2. Определение СЛО, САМ и САЕ начала и до конца на всем необходимом оборудовании. Хотя гюлностью автоматизированное планирование процессов, как уже отлгечалось, практически невозможно, план обработки конкретной детали вполне может быть сформирован автоматически, если уже имеются планы обработки аналогичных деталей. Для этого была разработана технология группировки, позволякнпая объединять схожие детали в семейства.

Детали считаются подобными, если они имеют об~цие производственные особснносги (гнезда, пазы, фаски, отверстия и т. д.). Для автоматического обнаружения схожести деталей несбходимо, чтобы база данных СЛ1) содержала сведения о таких особенностях. Этз задача осуществляется при помощи объектно-ориентированного моделирования или распознавания элементов (глава 5). Технология группировки описывается в главе 10.

Вдобавок, компьютер может использоваться для топь чтобы выявлять необходимость заказа исходных материалов и гюкупных деталеь1, а также определять их количество исходя пз графика пропзводства. Называется такая деятельность планированием технических требований к материалу (шаГейа! гсг)шгешепсз р1апшпя . - МЕР). Компьютер може~ тэкже использоваться для контроля состояния станков в цехе н отправки нм соответствующих заданий.

Аенюлтглнзироианное конгтрунроопние (сонгрийт-аЫег) елд1неепнд — САЕ) — это технология. состоящая в использовании компьютерных систем для анализа геомезрип СЛ1), моделирования и изучения поведения продукта для усовершенствования н оптимизации его конструкции. Средства СЛЕ могут осуществлять множество различных вариантов анализа. Программы для кинематнческих расчетов, например, способны определять траектории движения н скорости звеньев в механизмах. Г1рограммы динамического анализа с большими смешениями могут использоваться для определения нагрузок и смещений в сложных составных устройствах типа автомобилей. Программы верификации и анализа логики и синхронизации имитируют работу сложных электронных цепей.

По всей видимости, нз всех методов кохщыотерного анализа наиболее широко в копструнровашш используется метод конечных элементов Ятте-е!етепт те. йод — ЕЕЛГ). С его помощью рассчитываются напряжения, деформации, тепло- обмен, распределение магнитного поля, потоки жидкостей и другие задачи с непрерывными средами, решать которые каким-лиГю иным методом оказывается просто непрактично.

В методе конечшях элементов аналитическая модель структуры представляет собой соединение элементов, благодаря чему она разбивается на отдельные части, которые уже могут обрабатываться компьютером. Как отмечалось ранее, для использования метода конечных элементов нужна абстрактная модель гюлходящего уровня, а не сама конструкция. Лбстрактная модель отличается от конструкции тем, что она формируется путем исклншення несущественных деталей и редуцирования размерностей. 1-!апример, трехмерный объект небольшой толщины может бьггь представлен в виде двумерной оболочки [2). Модель создается либо в интерактивном режиме, лиГю автоматически.

Готовая абстрактная модель разбивается на конечные элементы, образующие аналитическую модель. Программные срелства, нозволяющне конструировать абстрактную модель и разбивать ее на конечные элементы, нззывюотся пренроцессорами (ргергосекюгз). Проана.лизнровав каждый элемент, компьютер сооиг рвет результаты воедино н представляет нх в визуальном формате.

Например, Глаза 1. Введение в САПР области с высоким напряжением могут быть выделены красным цветом. Программные средства, обеспечиваю|дне визуализацию, называются постпроцессорсыш (роз~~госехтогз). О методе конечных элементов речь пойдет в главе 8. Существует множество программных средств для оптимизации конструкций. Хотя средства оптимизации могут быть отнесены к классу САЕ, обычно их рассматривают отдельно. Ведутся исследования возможности автоматического опрелеления формы конструкции путем объединения оптимизации и анализа 1181. В этих подходах исходная форма конструкции предполагается простой, как, например, у прямоугольного двумерного объекта, состоящего нз неболывих элементов различной плотности.

Затем выполняется процедура оптимизации, позволяющая определить конкретные значения плотности, позволяющие достичь определенной цели с учетом ограничений на напряжения. Целью часто является минимизация веса. После опрелеления оптимальных значений плотности рассчитывается оптимальная форма объекта. Она получается отбрасыванием элементов с пизкимп значениями плотности. Введение в оптимизацию дается в главе 9. Замечательное достоинство методов анализа и оптимизации конструкций заключается в том, что онн позволяют конструктору увидеть поведение конечного продукта и выявить возможные ошибки ло создания и тестирования реальных прототипов, избежав определенных затрат. Поскольку стоимость конструирования на последних стадиях разработки и производства продукта экспоненциально возрастает, ранняя оптимизация и усовергпенствованпе (возможные только благодаря аналитическим средствам САЕ) окупан>тся значительным снижением сроков и стоимости разработки.

Таким образом, технологии САП, САМ и САЕ заключаются в автоматизации и повышении эффективности конкретных стадий жизненного цикла продукта. развиваясь независимо, эти системы еще не до конца рсализовалп потенциал интеграции проектирования и производства. Для решения атой проблемы была предложена новая технология, получившая название компьхллеризоваяяого интегрдроаанлого и1юизводстаа (сотригег-тгерогег1 тапи~асгигпгй — С1М). С1М пытается соединить аостровки автоматизации» вместе и превратить их в бесперебойно и эффективно работающую систему.