Министерство образования и науки РФ

ВЯЗЕМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Дисциплина «Системы автоматизированного проектирования и черчения »

г. Вязьма

Введение

Любое промышленное изделие (например, автомобиль, подшипник, рельс и т.д.) имеет два вида существования: внутри предприятия (от проектирования до изготовления) и вне его (с момента реализации и до истечения срока эксплуатации в конкретных условиях). Очевидно, что прежде чем изготовить некий материальный объект (тот же автомобиль, подшипник, рельс т. д.), проектировщик (конструктор) должен наглядно изобразить этот объект, который предметно еще не существует, а является пока лишь продуктом его интеллектуальной деятельности. Другими словами, проектно-конструкторский процесс определяет будущее изделие, необходимость появления которого обусловлена объективными предпосылками. Техническое творчество тесно связано и с наукой, и с производством. Конструктор обязан знать и использовать данные основных физических, математических и других научных дисциплин, должен учитывать возможности современного производства. Кроме того, техническое творчество в функционально-эстетическом плане связано с искусством, так как конструктор обязан обеспечить своему изделию современный дизайн.

Проектно-конструкторскую деятельность в самом общем виде можно условно разделить:

• на проектирование — творческое предопределение будущего технического устройства или технологического метода, при котором расчетами, эскизами или экспериментально делается предварительная проработка;

• результат — обоснование для последующего конструирования устройства пли разработки метода;

• конструирование — определение посредством изображения замысла технического устройства;

• результат — получение чертежей нового изделия или нового
  технологического процесса.

Конструирование, в свою очередь, разделяется на два вида деятельности: эскизное проектирование и оформление. При эскизном проектировании (как правило, с использованием прототипов) определяется принцип действия разрабатываемого изделия, а при оформлении выполняется полный комплект документации для его изготовления.

Аббревиатура — Системы Автоматизированного Проектирования - впервые была использована основоположником этого научного направления Айвеном Сазсрлендом (Массачусетский технологический институт). САПР охватывают весь спектр проблем, связанных с проектной деятельностью (графических, аналитических, экономических, эргономических, эстетических...).

Очевидно, что в условиях жесткой конкуренции коллектив любого предприятия заинтересован в сокращении сроков от идеи до запуска в производство новых изделий, в оптимизации производственных процессов, в потребительских качествах выпускаемых изделий (надежности, безопасности, эстетичности) и, наконец, в их реализации. Первый этап от идеи до запуска в производство» — самый трудоемкий, так как здесь, кроме воплощения идеи в доступную для всех форму информации, необходимо предусмотреть и технологичность, и надежность, и безопасность. Только использование САПР позволяет в значительной мере сократить продолжительность этого этапа, потому что к возможностям САПР относятся:

• более быстрое выполнение чертежей.

Конструктор, использующий САПР, может выполнять чертежи в среднем в три раза быстрее, чем работая за кульманом. Такая работа ускоряет процесс проектирования в целом, позволяет в более сжатые сроки выпускать продукцию и быстрее реагировать на рыночную конъюнктуру;

• повышение точности выполнения чертежей.

Точность чертежа, выполненного вручную, определяется остротой зрения конструктора и толщиной грифеля карандаша. На чертеже, построенном с помощью программных средств, место любой точки определено точно, а для более детального просмотра элементов чертежа имеется средство, позволяющее увеличить любую часть данного чертежа. Кроме этого САПР обеспечивает конструктора еще многими специальными средствами, недоступными при ручном черчении;

• повышение качества выполнения чертежей.

Качество изображения на обычном чертеже полностью зависит от мастерства конструктора, тогда как печатающие устройства вычерчивают высококачественные линии и тексты независимо от индивидуальных способностей человека. Кроме того, большинство сделанных вручную чертежей имеют неряшливый вид из-за частого стирания линии. Программные средства любой САПР позволяют быстро стереть лишние линии без каких-либо последствий для конечного чертежа;

• возможность многократного использования чертежа.

Построение изображения всего чертежа или его части можно сохранить для дальнейшей работы. Обычно это полезно тогда, когда в состав чертежа входят составляющие, имеющие одинаковую форму. Сохраненный чертеж может быть использован для последующего проектирования;

• ускорение расчетов и анализа при проектировании.

В настоящее время существует большое разнообразие программного обеспечения, которое позволяет выполнять практически все проектные расчеты;

• высокий уровень проектирования.

Мощные средства компьютерного моделирования (например, метод конечных элементов) позволяют проектировать нестандартные геометрические модели, которые можно быстро модифицировать и оптимизировать, что позволяет снизить общие затраты до такой степени, которая раньше была недостижима из-за больших затрат времени;

• сокращение затрат на усовершенствование.

Средства имитации и анализа, включенные в САПР, позволяют резко сократить затраты времен» и средств па исследования и усовершенствование прототипов, которые являются дорогостоящими этапами процесса проектирования;

• интеграция проектирования с другими видами деятельности.
  Интегрированная вычислительная сеть с высококачественными средствами
  коммуникации обеспечивает САПР более тесное взаимодействие с другими
  инженерными подразделениями.

Конструктор должен досконально знать правила оформления чертежно-графической документации (ГОСТы ЕСКД), свободно владеть программными средствами, необходимыми для работы, и иметь представление о составе и возможностях своего автоматизированного рабочего места (АРМ).

В настоящее время уже получили достаточно широкое распространение так называемые системы проектирования «высокого уровня», такие как Pro/ENGINEER (США), EUCLID QUANUM (Франция), к ним также следует отнести и T-FLEX CAD, СПРУТ (Россия). К системам «среднего уровня» можно отнести Mechanical Desktop (фирма Autodesk), SolidWorks 96 (фирма SolidWorks) и др. Наконец, системы «низкого уровня» — AutoCAD, MiniCAD (США), КОМПАС (фирма АСКОН, Россия). Необходимо отметить, что приведенная градация названных систем весьма условна.

Строго говоря, системы низкого уровня к САПР никакого отношения не имеют. Это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, совместно с компьютером и монитором представляют собой «электронный кульман», то есть хороший инструмент для выполнения конструкторской документации.

Процесс проектирования можно разделить на ряд этапов или видов деятельности, причем порядок их описания не имеет значения, поскольку на практике постоянно происходит переход от одного вида деятельности к другому без очевидных приоритетов. В основном можно выделить следующие виды деятельности:

• создание — возможность выполнять проекционные чертежи новых изделий, которые пока не существуют;

• редактирование — возможность вносить изменения в разрабатываемые чертежи изделия по мере их возникновения;

• расчеты — на уровне типовых расчетов деталей машин;

• выбор — принятие решения, по какому пути направить разработку проекта в ущерб другим вариантам на основе технических данных (например, чертежей прототипов изделий, расчетов и т.п.);

• поиск — работа с архивами (сюда входит поиск уже существующих решений, ознакомление с историей видоизменения изделия...), причем круг выбора и поиска, как правило, ограничен прототипами конкретной отрасли.

Издавна чертеж выполняется с использованием чертежных инструментов (линейки, треугольника, циркуля и т.п.) на планшете (столе, чертежной доске). Точность выполнения чертежа зависит от квалификации конструктора и остроты его зрения. Постепенно появляются всевозможные приспособления для облегчения труда конструктора. Одно из них — кульман: чертежная доска с регулировкой наклона, снабженная пантографом, позволяющим перемещать плоскопараллельно две взаимно перпендикулярные линейки. В этом случае точность чертежа зависит еще и от настройки кульмана. Методика же выполнения графического документа в том и другом случае одинакова. Эта же методика применима и при использовании компьютера, который обеспечивает кроме точности построений еще и трудно перечислимые производственные удобства. Недаром компьютер, снабженный каким-либо графическим редактором, называют «электронным кульманом».

1. Системы AutoCAD

1.1 Назначение системы AutoCAD

Одна из самых популярных графических систем автоматизированного проектирования — AutoCAD. В зависимости от квалификации пользователя, AutoCAD может эффективно использоваться для решения широкого круга задач: черчения, конструирования, дизайнерских работ, создания мульт- и слайд-фильмов и т.д.

Несмотря на большое количество команд (их в последней версии более 300), AutoCAD обладает удобным для пользователя интерфейсом и эффективной системой ведения диалога с пользователем.

AutoCAD представляет собой систему, позволяющую автоматизировать чертежно-графические работы. В графическом пакете AutoCAD есть все, что необходимо конструктору для создания чертежа. Инструментам ручного черчения в автоматизированной среде соответствуют графические примитивы (точка, отрезок, окружность и др.), команды их редактирования (стирание, перенос, копирование и т. п.), команды установки свойств примитива (задание толщины, типа и цвета графических объектов). Для выбора листа нужного формата и масштаба чертежа в системе есть соответствующие команды настройки чертежа. Для нанесения размера конструктору необходимо лишь задать место его расположения на чертеже. Размерная и выносная линии, а также стрелки и надписи выполняются автоматически, а в последних версиях AutoCAD есть режим полной автоматизации простановки размеров.

В автоматизированной среде конструктору нет необходимости напрягать зрение при выполнении отдельных мелких частей чертежа, так как ему предоставляются средства управления изображением на экране. Соответствующие команды AutoCAD позволяют увеличивать изображение чертежа на экране или уменьшать его при необходимости (аналогично просмотру изображения через линзу), а также перемещать границы видимой на экране части чертежа без изменения масштаба изображения.

Система предоставляет конструктору возможность объединять графические объекты в единый блок, который хранится под определенным именем и при необходимости вставляется в любой чертеж, что избавляет конструктора от вычерчивания одних и тех же часто повторяющихся элементов чертежа. Проектировщик также может создавать изображения отдельных элементов чертежа или отдельных деталей сборки на различных слоях. Это позволяет контролировать совместимость деталей при компоновке. Включая или выключая слои, можно вводить или выводить детали из общей компоновки, создавая тем самым удобство в подборе различных вариантов конструкции изделия. Слои полезно использовать даже в простых чертежах, размещая на каждом отдельном слое заготовку чертежа, обводку, размеры, надписи, осевые линии для последующей возможности быстрого выбора группы объектов и их редактирования.

Разработчики системы, ориентируясь на самый широкий круг пользователей, заложили в пакет богатые возможности настройки AutoCAD на любую предметную область. Опытные пользователи могут настраивать панели инструментов и создавать новые, разрабатывать слайд фильмы с помощью пакетных файлов, вводить новые типы линий и образцы штриховки, образовывать новые меню. Встроенный в систему AutoCAD язык программирования AutoLISP позволяет описывать часто встречающиеся объекты в параметрической форме. Вызывая такой объект, конструктор может изменять его размеры, а значит, и геометрическую форму, обеспечивая тем самым многовариантность графического изображения. Помимо создания двухмерных чертежей, система AutoCAD позволяет моделировать трехмерные объекты и придавать трехмерным чертежам фотографическую реальность.

AutoCAD — не замкнутая система. Из нее можно экспортировать файлы чертежей в иные форматы для использования другими пакетами (например, КОМПАС-ГРАФИК, CorelDraw). В свою очередь, файлы других форматов также можно импортировать в AutoCAD. Допустимо импортировать растровое изображение, не меняя при этом форматы файлов. Начиная с версии 14, в AutoCAD включено множество средств, позволяющих сделать чертеж достоянием Интернета.