История развитие систем автоматизированного проектирования. Опыт внедрения сапр на отечественных предприятиях машиностроительной отрасли
Система автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) представляет комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирование.
Основной областью применения САПР ТП является механообрабатывающее производство различной степени автоматизации. Допускается применение системы для автоматизированной разработки ТП листоштамповки, сварки, сборки и других, а также использование инструментальных средств системы для решения различных прикладных задач (экономические, информационно-поисковые и т.п.).
Главным выходным продуктом САПР ТП является библиотека ТП, которая представляет собой не систематизированный набор файлов ТП. В перспективе будет разработан банк технологических процессов (БТП), т.е., принята ориентация на «безбумажную» технологическую документацию. БТП это совокупность информационных моделей индивидуальных (единичных), типовых и групповых ТП. Информационная модель ТП (ИМТП) это набор специальным образом организованных данных, в котором содержится вся информация о ТП, состав которой определяется соответствующими стандартами. Дополнительно в ИМТП хранится информация, предназначенная для использования самой САПР ТП, а также другими смежными автоматизированными системами технологической подготовки и управления производством.
В САПР ТП обеспечивается автоматическая подготовка текстовых технологических документов в соответствии со стандартами ЕСТД-2 и управляющих программ в формате систем ЧПУ.
САПР ТП обеспечивает повышение производительности труда технологов по разработке ТП и управляющих программ в 3…10 раз, в отдельных случаях до 50 раз.
Состав системы. САПР ТП представляет комплекс средств программного и информационного обеспечения. При разработке системы была принята ориентация на создание инструментальных средств (структурированный набор программных средств) для разработки конкретных САПР ТП. Эти инструментальные средства дают возможность разработки САПР ТП специалистами-предметниками (технологами), не имеющих глубоких знаний в области программирования. Такие возможности предоставляют специально разработанные язык технологических алгоритмов и язык описания данных.
Инструментальные средства САПР ТП представляют собой развитую систему программирования, проблемно ориентированную на технологические САПР, в состав которой входят ряд подсистем:
транслятор с языка технологических алгоритмов;
система подготовки баз данных:
описание данных в диалоговом режиме;
описание данных в пакетном режиме;
транслятор таблиц баз данных;
извлечение таблиц из баз данных;
занесение таблиц в исходную базу данных;
построитель базы знаний, предназначенный для создания и модификации базы знаний;
редактор связей, предназначенный для установки связей (в виде адресов таблиц и столбцов) базы знаний с информационной моделью технологического процесса (ИМТП) и с базой данных;
уравнитель ИМТП, дающий возможность при модификации ИМТП в сторону увеличения использовать ранее спроектированный ТП;
подсистема оперативного просмотра результатов проектирования;
подсистема проверки структуры ТП;
подсистема графического отображения, предназначенная для графического контроля результатов проектирования;
исполняющая система, служащая для реализации алгоритмов базы знаний;
отладчик исполняющей системы (для отладки программ, написанных на языке технологических алгоритмов).
Не исключается возможность использования инструментальных средств в различных смежных прикладных задачах.
Базовый комплект системы состоит из информационного обеспечения базы данных (БД) и базы знаний (БЗ).
2. Автоматизация расчетов режимов резания
Для обработки каждой из поверхностей деталей в случае применения станков с ЧПУ необх рассчитать траектории движения иснтрументов.
Очевидно, что при этом необх обеспечить заданную точность обраб-мых поверхностей с минимальными затратами, учитывая технологические возможности станка и инструмента. Для токарной обработки в общем случае необходимо определить траекторию движения инструмента, его подачу и обороты шпинделя станка.
Затем на 2-м этапе определяются режимы обработки. Поиск производится с целью достижения минимума затрат на обработку поверхности.
Поиск оптимального режима резания:
Для расчета режимов резания предварительно должны быть известны траектории движения инструментов и характеристики качетва поверхности деталей. Поиск оптимальных режимов может осуществлятся при известных математических зависимостях между режимами обработки, действующими силами, качеством и надежностью деталей, и ограничениями в системе станка по прочности его элементов, мощности приводов и диапазонов допустимых подач и оборотов. В противном случае оптимизация по режимам обработки не выполнима и они выбираются на основании рекомендуемых опытных данных, применяя ИПС ЭВМ.
Для поиска оптимальных режимов обработки поверхности наиболее просто использовать методы линейного программирования. Это обусловлено тем, что действующие ограничения и целевая функция путем логарифмирования приводится к линейным зависимостям.
Известно, что оптимизация режимов резания позволяет использовать более производительные режимы по сравнению с нормативными. Применение оптимальных режимов резания позволяет на 5-7%, а в некоторых случаях и больше, повысить производительность труда. В условиях единичного и мелкосерийного производства, как раз характерного для приборостроения, работы по оптимизации режимов резания обычно не проводятся. Экономический эффект, полученный от оптимизации режимов резания при обработке малых партий деталей невелик и чаще всего не может компенсировать затраты на оптимизацию. Поэтому опытный рабочий обычно сам эмпирически подбирает режимы резания, позволяющие добиться максимальной производительности труда, при заданном качестве продукции. В тоже время оптимизация режимов резания, выполненная в САПР ТП, позволяет рабочему уменьшить период настройки станка на оптимальную производительность, что особенно важно при обработке малых партий деталей на дорогостоящем металлорежущем оборудовании с ЧПУ.
Рассмотрим кратко принципы оптимизации режимов резания. Для определения режимов резания необходимо иметь математическую модель процесса обработки, т.е. иметь систему уравнений, в которой связываются V, S и t с параметрами системы СПИД. Впервые такая модель была предложена проф. Г.К. Горанским. Модель представляет собой систему неравенств. Каждое неравенство выражает некоторое ограничение области допустимых режимов резания. Например, ограничения по допустимой скорости резания, по допустимой шероховатости поверхности и так далее.
Автоматизация технологических норм времени
Нормирование технологического процесса состоит в определении величины штучного времени Тш для каждой операции. Ниже приведен алгоритм для одного из распространенных случаев последовательной обработки поверхностей деталей на металлорежущих станках.
Обозначения: tуст, tснят - время на установку и снятие детали на станке; ti - время выполнения i-ого перехода; Тк - время выполнения к-ой операции; Ск - количество поверхностей и элементов деталей, обрабатываемых на к-ой операции; P, S - промежуточные переменные.
Штучного время включает время установки, снятия и время переходов. В алгоритме (рис 2.1) предусмотрена обработка информации для заданной последовательности ТП. Признаком конца вектора С является нулевое значение последней компоненты. Анализ на конец вектора выполняется с помощью 5-ого действия алгоритма. Накопление штучного времени по каждой операции производится с помощью действий 7-11. Переменная Р служит счетчиком количества переходов в операции. Начальное значение Р выбирается из вектора С с помощью действия 6. Штучное время рассчитывается для каждой из операций ТП. Технолог имеет возможность на основании получаемых результатов изменять состав операций с помощью вектора С.
Рис. 2.1. Схема алгоритма расчета штучного времени автоматизация технологический резание 3. Подготовьте исходные данные для разработки ТП МО
Исходная деталь - ступенчатый вал. Материал Сталь 45 ГОСТ 1050-88 Заготовка - поковка Производство - среднесерийное Операция заготовительная Отрезание заготовки нужной длины Оборудование - круглокопировальный автомат 8Г642 Оснастка - тиски Режущий инструмент - резец отрезной Эскиз:
Операция: токарно-подрезная Черновая, чистовая обработка наружных цилиндрических поверхностей с припуском под шлифовку, подрезание торцов, фасок. Режущий инструмент: Резец проходной с механическим креплением пластины из твердого сплава правый 2103-0713 ГОСТ 20872-80 Резец проходной с механическим креплением пластины из твердого сплава левый 2103-0714 ГОСТ 20872-80 Резец проходной с механическим креплением пластины из твердого сплава правый 2103-0713 ГОСТ 20872-80 Резец токарный для проточки угловых канавок с механическим креплением пластины из твердого сплава левый К.01.4528.000-01 Эскиз:
Точить диаметр 54,8 мм на длине 13,5 мм с припуском под шлифовку 0,5 мм. Точить диаметр 55 мм на длине 27 мм с припуском под шлифовку 0,5 мм. Точить диаметр 99 мм на длине 22,5 мм с припуском под шлифовку 0,5 мм. Выполнить проточку длиной 3 мм на глубину 1,5 мм 030 - Операция: сверлильная Сверление сквозного отверстия, снятие фасок. Оборудование: Станок токарно-винторезный 16К20Ф3 Оснастка: Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон 7100-0009 ГОСТ 2675-80 Центр вращающийся А-1-4-НП ЧПУ ГОСТ 8742-75 Режущий инструмент: 6. Сверло диаметром 18 мм. ОСТ 2 И41-14 Резец проходной ц = 45 с механическим креплением пластины из твердого сплава правый 2102-0191 ГОСТ 21151-75 Резец проходной ц = 45 с механическим креплением пластины из твердого сплава левый 2102-0192 ГОСТ 21151-75 Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-2-160-0,05 ГОСТ 166-90 Эскиз:
Произвести сверление сквозног отверстия диаметром 18 мм Нарезание фаски 1,6х45 Нарезание фаски 1,6х45 Операция 040 - сверлильная Сверление трех ступенчатых сквозных отверстий Оборудование: Станок консольный вертикально-фрезерный ВМ-127М Оснастка: Головка делительная УДГ-Д250 Режущий инструмент: 9. Сверло диаметром 9 мм. ОСТ 2 И41-14 Концевая фреза диаметром 14 мм ГОСТ 17026-71 Эскиз:
Произвести сверление сквозных отверстий диаметром 9 мм Произвести сверление глухих отверстий диаметром 15 мм на глубину 7 мм Операция 045 - Слесарная Опиливание заусенцев, притупление острых кромок. Оборудование: верстак слесарный Инструмент: напильник. Операция 050 - Шлифование диаметров 55h6, 36h6 с подшлифовкой торца Ra0,8. Оборудование: круглошлифовальный станок модели 3151. Инструмент: круг шлифовальный. Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-2-160-0,05 ГОСТ 166-90, микрометр. Операция 050 - Моечная Оборудование: машина моечная. Операция 055 - Контрольная Оборудование: стол ОТК.
Литература
1. Ступаченко А.А. САПР технологических операций - Л. Машиностроение - 1988 Криворученко Е.М., Лапицкий Д.И., Гребенюк Г.Г. Автоматизированная система управления обеспечением производственных заказов инструментом и технологической оснасткой. // Научная сессия МИФИ-2006. Сборник научных трудов. В 16 томах. Т.2. Программное обеспечение. Информационные технологии. М.: МИФИ, 2006. 168 с.
В российском производстве в понятие системы автоматизированного проектирования (САПР) принято включать CAD, CAE и CAM, хотя зарубежные проектировщики ассоциируют САПР только с CAD. Как бы то ни было, САПР - это комплекс программ для черчения двумерных и трехмерных объектов, создания конструкторской и технической документации. По созданной модели возможна генерация чертежей изделия и их сопровождение.
САЕ - система автоматизации инженерных расчетов и анализа, САМ - система автоматизированной обработки деталей для станков ЧПУ и производственных линий.
Выбирая САПР для проектной организации или отдела (а выбор действительно широк - более 50 наименований ПО), стоит обратить внимание не только на цену программного пакета, но и на другие важные параметры, например, удобство интерфейса, возможность коллективной работы, объем стандартной библиотеки компонентов и решений, простоту сопряжения с другими пакетами САПР.
Непосредственно в машиностроении применяются специализированные пакеты и различные надстройки более общих и распространенных систем проектирования, таких как Autodesk AutoCAD, ZwCAD, BricsCAD. Рассмотрим некоторые из них.
AutoCAD Mechanical обладает полным набором функционала стандартной системы AutoCAD, но при этом предоставляет дополнительные возможности для проектирования в машиностроительной области. Например, присутствуют дополнительные возможности для создания деталей машин, деталей типа «тело вращения». К услугам проектировщиков обширная библиотека стандартных деталей. Создание отдельных компонентов механизмов может происходить в автоматическом режиме.
Специальная версия AutoCAD Electrical помогает автоматизировать стандартные задачи при проектировании электрических систем управления, благодаря особому набору программных средств и библиотек условных обозначений.
Для тех, кто сосредоточен на разработке механических и электрических систем, разработана специальная версия пакета Autodesk Inventor Series под названием Professional. Позволяет повысить эффективность работы, контроль и упростить документирование.
Еще одна вариация данного пакета программ - это Simulation Suite. Она предназначена для машиностроительного проектирования трехмерных твердотельных изделий. Позволяет оценить работоспособность и прочность проектируемых компонентов еще на стадии чертежа.
Если стоит задача не просто эффективного создания новых изделий, но и современного управления машиностроительным предприятием, то возможно внедрение пакета TechnologiCS, которое разработано специально для машиностроительных заводов. Позволяет структурировать и сопровождать характерные для данных предприятий бизнес-процессы (разработка и модернизация продукции, планирование производства, управление самим производством).
Отечественная система автоматизированного проектирования под названием T-Flex уже хорошо зарекомендовала себя на предприятиях всей территории СНГ. Это профессиональный программный комплекс, в очередную версию которого вошли сразу пять продуктов: непосредственно САПР, PDM-система для технической подготовки производства, T-Flex Технология - для технологической, T-Flex ЧПУ составления программы работы станка по производству конкретной детали, так же в систему интегрирована среда для инженерных расчетов.
Если говорить непосредственно о T-Flex CAD, то ее отличительными особенностями являются широкие возможности для работы как с твердотельными объектами, так и с поверхностями, что значительно повышает эффективность труда инженеров-проектировщиков. Кроме стандартных библиотек объектов и операций пользователь может создавать и использовать свои, что способствует накоплению и применению производственного опыта. Элементы оформления можно наносить в автоматическом режиме, при этом поддерживаются как отечественные (ЕСКД), так и международные стандарты (ISO, DIN, ANSI).
Библиотека стандартных машиностроительных объектов постоянно обновляется вслед за корректировками ГОСТов. Стоит отметить, что она распространяется бесплатно. Дополнительно можно приобрести библиотеки элементов электрических схем или станочных приспособлений.
Спонсор публикации: «КупиПолис» - автострахование и калькулятор каско на сайте.
Основными требованиями к промышленному производству являются сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение ее качества. Выполнить эти требования невозможно без широкого использования методов и систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAD/CAM/CAE-систем).
Историю развития CAD/CAM/CAE-систем в машиностроении часто разделяют на несколько этапов.
На первом этапе (до конца 70-х годов) был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность автоматизированного проектирования сложных промышленных изделий. Возможности систем на первом этапе в значительной мере определялись характеристиками имеющихся в то время графических аппаратных средств. Преимущественно использовались графические терминалы, подключаемые к мэйнфреймам, в качестве которых применялись компьютеры компаний IBM и CDC, или к мини-ЭВМ типа PDP/11. По данным Dataquest, в начале 80-х гг. стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $90000.
На втором этапе (80-е годы) появились и начали использоваться графические рабочие станции компаний Intergraph, Sun Microsystems с архитектурой SPARC или автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX от DEC под управлением ОС Unix. К концу 80-х гг. стоимость CAD-лицензии снизилась примерно до $20000. Тем самым были созданы предпосылки для разработки CAD/CAM/CAE-систем более широкого применения.
На третьем этапе (начиная с 90-х годов) бурное развитие микропроцессоров привело к возможности использования рабочих станций на персональных ЭВМ, что заметно снизило стоимость внедрения САПР на предприятиях. На этом этапе продолжается совершенствование систем и расширение их функциональности. Начиная с 1997 г. рабочие станции на платформе Wintel не уступают Unix-станциям по объемам продаж. Стоимость лицензии снизилась до нескольких тысяч долларов.
Четвертый этап (начиная с конца 90-х годов) характеризуется интеграцией CAD/CAM/CAE-систем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки изделий.
Принято делить CAD/CAM-системы по их функциональным характеристикам на три уровня (верхний, средний и нижний). В 80-е годы и в начале 90-х такое деление основывалось на значительном различии характеристик используемого для САПР вычислительного оборудования. Аппаратной платформой CAD/CAM-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твердотельного, так и поверхностного геометрического моделирования применительно к сборочным узлам из многих деталей. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ, выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах. По мере улучшения характеристик персональных компьютеров удавалось создавать сравнительно недорогие системы с возможностями параметрического и ассоциативного 3D-моделирования. Такие системы стали относить к CAD/CAM-системам среднего уровня. Сегодня деление CAD/CAM-систем на САПР верхнего, среднего и нижнего уровней еще сохраняется, хотя и страдает очевидной нечеткостью.
Проектирование механических изделий заключается прежде всего в конструировании, т.е. в определении геометрических форм тел и их взаимного расположения. Поэтому история автоматизации проектирования в машиностроении связана с историей компьютерной графики и практически началась с создания первой графической станции. Это была станция Sketchpad с использованием дисплея и светового пера, представленная в 1963 г. И. Сазерлендом. Растровые дисплеи стали применяться в 70-е годы. И. Сазерленд в дальнейшем работал в ARPA, возглавляя в этом агентстве департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета
К 1982 г. твердотельное моделирование начинают применять в своих продуктах компании Computervision, IBM, Prime и др., однако методы получения моделей тел сложной формы еще не развиты, отсутствует поверхностное моделирование. В следующем году разработана техника создания 3D моделей с показом или удалением скрытых линий. В 1986 г. компания Autodesk выпускает свой первый CAD-продукт Autocad, пока однопользовательскую версию на языке Cи с поддержкой формата IGES. В 1988 г. создается аппаратура для прототипирования изделий с помощью лазерной стереолитографии по данным, получаемым в MCAD. Также в 1988 г. компания PTC впервые реализует параметризацию моделей.
Развитие компьютерной графики определялось не только возможностями аппаратных средств, но и характеристиками программного обеспечения. Оно должно было быть инвариантным по отношению к используемым аппаратным средствам ввода и вывода графической информации. Поэтому значительное внимание с 70-х годов уделяется вопросам стандартизации графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включает в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования.
В 1977 г. ACM публикует документ Core, описывающий требования к аппаратно-независимым программным средствам. А в начале 1982 г. появляется система Graphical Kernel System (GKS), задающая примитивы, сегменты и преобразования графических данных и ставшая стандартом ISO в 1985 г. В 1987 г. разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D графику.
В 1986 г. утверждается ряд новых стандартов. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS P (Programmer"s Hierarchical Interactive Graphics System) - стандарт ANSI, ставший стандартом ISO в 1989 г. В 1993 году компанией Silicon Graphics предложен стандартOpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время.
В этих системах используются графические форматы для обмена данными, представляющие собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Графический формат (метафайл) обеспечивает возможность запоминать графическую информацию единым образом, передавать ее между различными системами и интерпретировать для вывода на различные устройства. Такими форматами стали CGM - Computer Graphics Metafile, PostScript - Adobe Systems" Language, GEM - GEM Draw File Format и др.
Работы по стандартизации были направлены на расширение функциональности графических языков и систем, включение в них средств описания не только данных чертежей и 3D-моделей, но и других свойств и характеристик изделий.
В области автоматизации проектирования унификация основных операций геометрического моделирования привела к созданию инвариантных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Наибольшее распространение получили два геометрических ядра Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания Spatial Technology). Ядро Parasolid разработано в 1988 г. и в следующем году становится ядром твердотельного моделирования для CAD/CAM Unigraphics, а с 1996 г. – промышленным стандартом.
Параллельно проводились работы по стандартизации описаний геометрических моделей для обмена данными между различными системами на различных этапах жизненного цикла промышленной продукции. В 1980 г. появился формат IGES (Initial Graphics Exchange Specification), ставший на следующий год стандартом ANSI. Фирма Autodesk в своих продуктах стала использовать формат DXF (Autocad Data eXchange Format). В 1984 г. в ISO для целей стандартизации в области промышленной автоматизации создается технический комитет TC184, а внутри него для разработки стандартов обмена данными - подкомитет SC4, где и была разработана группа стандартов ISO 10303 STEP (Standard for Exchange Product Model Data), включая язык Express и прикладные протоколы AP203 и AP214.
Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются CATIA (компания Dassault Systemes), Unigraphics (Unigraphics Solution), Pro/Engineer (PTC). Продукты этих фирм доступны с 1981, 1983 и 1987 гг. соответственно. В 1998 г. в компании Крайслер с помощью CATIA демонстрируется возможность создания исчерпывающей цифровой модели автомобиля (проектирование, имитация сборки и испытаний). К числу САПР верхнего уровня в 90-е годы относились также EUCLID3 (Matra Datavision), I-DEAS (SDRC), CADDS5 (Computervision), но их развитие было прекращено в связи со слиянием компаний.
Так, в 2001 г. происходит слияние компании Unigraphics Solution с SDRC, что означало постепенное прекращение развития I-DEAS и использование удачных решений двух систем I-DEAS и Unigraphics (UG) в новых версиях системы Unigraphics NX.
Еще раньше система CADDS5 была приобретена компанией PTC (Parametric Technology Corp.). Эта компания, штаб-квартира которой расположена в США, основана в 1985 г. бывшим профессором Ленинградского университета Семёном Гейзбергом.
Наиболее известными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются AutoCAD 2000, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Cimatron (Cimatron Ltd.); ADEM (Omega Technology); Mastercam (CNC Software, Inc.); Powermill (DELCAM) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid относятся, в частности, Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); SolidWorks (SolidWorks Corp.); MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp.); Anvil Express (MCS Inc.) и др. Компания PTC в своих продуктах начинает применять разработанное ею в 2000 г. геометрическое ядро Granite One.
В 1992 году корпорация Intergraph, один из ведущих на тот момент производителей CAD-систем для машиностроения, приняла решение о разработке нового программного продукта, целиком построенного на базе платформы Wintel. В результате в конце 1995 года появилась система геометрического моделирования Solid. В 1998 году к Unigraphics перешло все отделение Intergraph, занимающееся САПР для машиностроения. В это же время Solid Edge меняет геометрическое ядро ACIS на ядро Parasolid. В 1999 году появляется 6-я версия Solid Edge на русском языке.
В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года представляет свой первый пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. Система Solidworks вошла в число ведущих систем среднего уровня.
Ряд CAD/CAM-систем среднего и нижнего уровней разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон) и T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие системы.
Компания Аскон основана в 1989 г. В нее вошел коллектив разработчиков, который до этого в Коломенском конструкторском бюро машиностроения проектировал систему Каскад. Первая версия Компас для 2D проектирования на персональных компьютерах появилась в том же 1989 г. В 2000 г. САПР Компас распространена на 3D проектирование. В 2003 г. выпущена 6-я версия Компас и PDM-система Лоцман:PLM.
Автоматизация технологической подготовки производства в системах CAM не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования в системах CAD. Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 г. в США. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением. В СССР Г.К.Горанский создает программы для расчетов режимов резания в первой половине 60-х годов. В.Д.Цветков, Н.М.Капустин, С.П.Митрофанов и др. разрабатывают методы синтеза технологических процессов в 70-е годы.
В системах инженерных расчетов и анализа CAE центральное место занимают программы моделирования полей физических величин, прежде всего это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ).
Метод конечных элементов разработан в 1950 г. специалистами, работающими в областях строительной механики и теории упругости. Сам термин "конечные элементы" был введен в 1960 г. Клафом (R.Clough). В 1963 г. был предложен сравнительно простой способ применения МКЭ для анализа прочности путем минимизации потенциальной энергии. Появились программно-методические комплексы для анализа и моделирования на основе МКЭ.
В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, ставит задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и начал эксплуатироваться. Стоимость разработки, продолжавшейся 5 лет, составила 3-4 млн долларов. Одной из компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation). С 1973 г. MSC (с 1999 г. компания называется MSC.Software Corporation) самостоятельно продолжает развивать пакет MSC.NASTRAN, который стал мировым лидером в своем классе продуктов.
В 1976 г. разработан комплекс DYNA3D (позднее названный LS-DYNA), предназначенный для анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур.
К числу лидеров программ CAE можно отнести также комплекс Ansys. В 2000 г. с помощью средств многоаспектного моделирования, реализованных в Ansys, продемонстрирована возможность совместного моделирования электромагнитных, механических и тепловых процессов при проектировании микроэлектромеханических устройств.
Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams, разработанный и развиваемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 г. Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) - кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.
Для проектирования систем, функционирование которых основано на взаимовлиянии процессов различной физической природы, важное значение имеет возможность многоаспектного моделирования. Теоретические основы многоаспектного моделирования на базе аналогий физических величин рассматривались Г.Ольсоном (1947 г.), В.П.Сигорским (1975 г.) и были реализованы в программах моделирования ПА6 - ПА9, разработанных в МВТУ им. Н.Э.Баумана в 70-80-е годы. Основные положения многоаспектного моделирования позднее были закреплены в стандарте, посвященном языку VHDL-AMS.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Системы счисления
На всех этапах своего эволюционного развития люди стремились механизировать.. история развития вычислительной техники как у нас в стране так и за рубежом привлекает к себе все большее внимание..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Системы счисления
В истории систем счисления выделяют несколько этапов: начальная стадия счета, непозиционные системы счисления, поместные или позиционные системы счисления. Начальная стадия счета характеризуется из
Абак и счеты
Ручной период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, счетные
Логарифмическая линейка
Первым устройством для выполнения умножения был набор деревянных брусков, известных как палочки Непера.
В 17 веке шотландцем Джоном Непером (1550-1617 гг.) были изобретены логарифмы. Для и
Машина Паскаля
Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений, обеспечивающий перенос старшего разряда.
Первая механическ
Арифметическая машина Лейбница
Следующий огромный шаг вперед был сделан Г.Лейбницем, который начал с усовершенствования машины Паскаля, но затем сумел создать устройство, которое выполняло не только сложение и вычитание, но все
Перфокарты Жаккара
Французский ткач и механик Жозеф Жаккар создал первый образец машины, управляемой вводимой в нее информацией. В 1802 г. он построил машину, которая облегчила процесс производства тканей со сложным
Вычислительные машины Бэббиджа (программное управление)
Особое место среди разработок механического этапа развития вычислительной техники занимают работы англичанина Ч. Бэббиджа, с полным основанием считающегося родоначальником и идеологом современной в
Арифмометр Однера
Началом математического машиностроения можно считать изобретение русским инженером В. Однером в 1874 г. арифмометра. Из многочисленных конструкций арифмометров, предложенных изобретателями разных с
Электромеханический период развития вычислительной техники
3.1. Релейные машины
Период электромеханического этапа развития (40-е годы 20 в.) характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управле
Поколения эвм
Первые ЭВМ появились более 60 лет назад. За это время электроника, микроэлектроника и вычислительная техника стали основными составляющими мирового научно-технического прогресса.
Историчес
Четвертое поколение эвм (с 1972 г.)
Четвёртое поколение - это современное поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответ
Поколения ЭВМ и автоматизация вычислительных работ
ЭВМ или компьютер – это комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для решения задач пользователя (рис. 5.1).
Эволюция принципов построения ЭВМ
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление. Наиболее распространенный вариант реализации этого принципа был предложен в 1945 году фон Нейманом. Сущнос
Структуры ЭВМ различных поколений
Структурная схема ЭВМ первого и второго поколений, показанная на рис. 5.3, соответствует принципу программного управления и определяет последовательный характер преобразования данных по неко
Основные характеристики ЭВМ
Эффективное использование вычислительной техники предполагает, что каждый вид вычислений требует применения ЭВМ с определенными характеристиками. Выбирая компьютер для решения своих задач, пользова
Архитектуры ЭВМ и микропроцессоров
В 1966 г. Майкл Флинн предложил классифицировать вычислительные системы по соотношению потоков команд и данных. Эта классификация используется до настоящего времени. В соответствии с классификацией
Джон фон Нейман и Алан Тьюринг
Американский ученый Джон фон Нейман – автор ряда основополагающих идей в области вычислительной техники. Именно с его именем связывают основные архитектурные принципы ЭВМ первых поколений.
Атанасов, Моучли и Эккерт
В конце 30-х годов Джон Атанасов (1903-1995), профессор колледжа штата Айова, после попыток создания аналоговых устройств для осуществления сложных вычислений начал работать над созданием цифрового
ЭВМ, созданные под руководством С.А. Лебедева
Основные работы по созданию универсальных ЭВМ первого и второго поколений выполнялись в СССР по оригинальным проектам отечественных специалистов. Среди основоположников отечественной вычислительной
Машины И.С. Брука и его учеников
Исаак Семенович Брук - один из пионеров отечественной вычислительной техники. Он закончил МВТУ им. Н.Э.Баумана в 1925 г. (в одной группе с ним учился С.А.Лебедев). По окончании учебы работал во Все
ЭВМ, созданные под руководством В.М. Глушкова
Виктор Михайлович Глушков (1923-1982) - выдающийся советский ученый в области кибернетики. В 1948 г. окончил Ростовский-на-Дону университет и был направлен для работы в Свердловский лесотехнический
Исторические модели эвм
7.1. Отечественная ЭВМ «Сетунь»
Для представления информации в компьютерах используется двоичная система, в соответствии с которой единица данных, байт, представляет собой
Первые зарубежные суперЭВМ
Первым разработчиком суперкомпьютеров, производимых во всем мире, является американский специалист Сеймур Крей (1925 – 1996). В своих разработках он использовал принципы RISC-технологии еще до того
Компьютеры фирмы IBM
В развитии вычислительной техники в США и мире главные роли играли и продолжают играть такие компании, как IBM, Hewlett-Packard (HP), CDC (Control Data Corporation), Intel (Integrated Electronics)
Появление персональных компьютеров
Персональный компьютер – это ЭВМ, специально созданная для работы в однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера прямо связано с рождением микрокомпьютера. Очень часто термины «п
Какими должны быть ЭВМ следующих поколений
Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ пятого поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использовани
Сапр в электронике
История САПР в электронике берет свое начало в первой половине 60-х годов прошлого века.
В США первыми программами анализа нелинейных электронных схем были TAP, NET-1, разработанные в 1962
История ИПИ-технологий
Необходимость создания и использования CALS (ИПИ)-технологий была понята в процессе роста сложности проектируемых технических объектов. Работы по CALS были инициированы в оборонной промышленности С
Библиографический список
1. Апокин И.А., Майстров Л.Е. Развитие вычислительных машин. - М.: Наука, 1974. - 399 с.
2. Гутер Р.С., Полунов Ю.Л. От абака до компьютера. – М.: Знание, 1975.
3.
В мире сложно найти инжиниринговые компании, не использующие файлы.dwg для хранения и обмена 2D и 3D данными САПР. Двенадцать миллионов пользователей приложений, основанных на формате dwg, полагаются на знакомую обстановку, реализующую хорошо известные понятия пространства модели и листа, видов, объектов базы данных, блоков, «ручек» для редактирования объектов и командной строки. Эта обстановка легко расширяется и настраивается с помощью сотен сторонних продуктов, помогая пользователям ускорить процесс проектирования и оформить чертежи в соответствии с различными национальными стандартами.
Пользователи и компании могут выбрать различные реализации обстановки dwg — доступные в виде программных продуктов AutoCAD , DraftSight , IntelliCAD и ряда других. Однако, ни один из этих программных пакетов не подходит для проектирования сложных механических изделий — таких как машины и их компоненты — потому что в них отсутствуют важные функции, типичные для современных трехмерных САПР для машиностроения.
Одновременно играть на нескольких инструментах непросто
Другая существенная проблема машиностроительных САПР происходит из того факта, что все эти системы предлагают параметрическое трехмерное моделирование на основе истории построения . Инженерам, много лет работавшим в 2D, очень сложно приспособиться к этому методу трехмерного проектирования. Ведь пользователи систем на основе истории построения оперируют параметрами, которые используются для генерации геометрии. Этот подход в корне отличается от привычного двумерного черчения, где пользователи напрямую манипулируют геометрическими объектами (отрезками, дугами, полилиниями, сплайнами) путем перетаскивания этих объектов и изменения их формы с помощью «ручек».
Сложная методология проектирования — это не единственный недостаток машиностроительных САПР, основанных на истории построения. Еще одна проблема возникает при работе с данными, созданными в других САПР — включая те системы, что больше не поддерживаются — импортированными из этих САПР напрямую или через нейтральные форматы файлов. Дело в том, что история построения не может быть переведена из одного формата в другой, потому что каждая САПР использует собственный уникальный набор функций трехмерного моделирования — с различными параметрами и семантикой.
Для решения проблем сложной методологии проектирования в системах на основе истории построения и невозможности редактирования в этих системах импортированных геометрических моделей, поставщики машиностроительных САПР недавно добавили к своим портфелям программные продукты для «прямого моделирования ». Но это привело к появлению новой проблемы: как задать конструктивную концепцию модели в системах без истории построения? Конструктивная концепция — это набор правил, которые определяют допустимые изменения геометрии модели.
В системах на основе истории построения конструктивная концепция задается самой историей проектирования, отсутствующей в системах прямого моделирования. Поэтому традиционные системы на основе истории построения не могут быть заменены системами прямого моделирования; последние могут лишь дополнить возможности первых.
Три разных продукта с разными пользовательскими интерфейсами, необходимые для конструирования
В результате, большинство ведущих поставщиков САПР для машиностроения сейчас предлагают своим клиентам три различных типа программных продуктов: параметрическую САПР для проектирования в 3D, систему прямого моделирования для работы с импортированной геометрией, и систему двумерного черчения для работы с файлами в формате.dwg стандартным способом. Инжиниринговые компании в результате оказались в незавидном положении, будучи вынужденными покупать лицензии, внедрять, организовывать техническую поддержку и обучать сотрудников работе с тремя различными программными продуктами для проектирования. И если такая дополнительная денежная нагрузка, возможно, не страшна для больших компаний, она определенно не устраивает компании малого и среднего размера, имеющие ограниченные бюджеты на ИТ.
Решение, предлагаемое компанией Bricsys
Есть ли способ остановить нездоровый рост ИТ-расходов на САПР для инжиниринговых компаний? Можно ли напротив сократить эти расходы в несколько раз? Существует ли единый программный продукт для двумерного черчения и трехмерного моделирования в знакомой обстановке dwg? Возможна ли методология проектирования, комбинирующая достоинства систем на основе истории построения и прямого моделирования, но лишенная недостатков каждого из этих подходов?В компании Bricsys мы верим, что решение существует! Более того, мы последовательно его реализуем.
2002
Выпуск BricsCAD , полнофункциональной САПР на основе формата.dwg, полностью совместимой с AutoCAD через набор команд и другие конечно-пользовательские функции. BricsCAD — это также и мощная платформа для сторонних разработчиков, которые могут легко портировать свои приложения, созданные с помощью широкого набора стандарных программных интерфейсов (API). На сегодняшний день сторонними разработчиками на платформу Bricsys портировано несколько сот приложений в области архитектурно-строительного и машиностроительного проектирования, ГИС, обмена данными и других специализированных направлений. Свыше трехсот из них доступны в онлайн-магазине на сайте www.bricsys.com .2011
Трехмерное прямое моделирование в BricsCAD. Наш подход называется вариационным прямым моделированием и использует трехмерные геометрические и размерные ограничения (зависимости) для задания конструктивной концепции любой геометрической модели — как разработанной в BricsCAD, так и импортированной из других САПР. Автоматическое распознавание конструктивной концепции существенно упрощает знакомство пользователей с миром трехмерного проектирования по сравнению с другими 3D САПР.
Вариационное прямое моделирование — простой способ создания и редактирования сложных трехмерных деталей в BricsCAD
2012
Моделирование сборок в BricsCAD. Больше нет необходимости использовать дорогие машиностроительные САПР для сборки сложных изделий из трехмерных частей, включая библиотеку из 30 000 стандартных деталей. С помощью трехмерных геометрических и размерных ограничений (зависимостей) пользователи могут легко позиционировать трехмерные детали и узлы желаемым способом и использовать остающиеся в модели степени свободы для анализа прямой и инверсной кинематики любого механизма, который может создать их воображение.
Моделирование сборок и анализ кинематики проектируемого механизма в BricsCAD
В наших следующих публикациях мы подробно разберем ключевые функции BricsCAD Platinum для машиностроительного проектирования и поделимся нашими планами развития этого продукта.
В настоящее время на российском рынке представлено большое количество CAD/CAMсистем и специализированных приложении для них. Нет проблем и с приобретением таких программ. Но в процессе проектирования, изготовления детали или отработки технологии специалисту необходим универсальный инструмент, с помощью которого он смог бы оперативно решить все возникающие проблемы. Наша задача, познакомить вас с возможностями программного обеспечения и необходимых приложений, которые пригодятся вам для литейного, кузнечно-прессового производства и процессов механообработки, как эффективно использовать это программное обеспечение и быстро получить от него отдачу.
Все программы, о которых мы будем вести разговор, делятся на два вида: программы общего назначения и программы специального назначения. Всем программам для своей работы требуется графическое ядро, роль которого в данном случае выполняет AutoCAD. Почему мы выбрали именноAutoCADв качестве графического ядра? Потому чтоAutoCADдобротно сделанная программа, которая длительное время продается во всем мире (в настоящее время продано более миллиона копий этой программы), она имеет более 4000 приложений для различных областей знаний и в настоящее времяAutoCADявляется стандартом для графических систем, работающих на персональных компьютерах.
Для чего можно использовать AutoCAD? Его можно использовать для выполнения работ по проектированию и конструированию в различных областях машиностроения, строительства, картографии и архитектуры для работы с плоскими чертежами и трехмерными моделями проектов изделий, зданий и даже заводов. КромеAutoCAD, компанияAutodeskпредлагает много специализированных программ общего назначения, которые расширяют возможностиAutoCAD.
Это программа AutoCADDesigner, которая позволяет вам делать компьютерные модели трехмерных параметрических изделий, включая ассоциативность всех размеров, плоских изображений и трехмерных твердотельных компьютерных моделей.
Программа AutoSurfпозволит Вам работать со сложными поверхностями и тонкими оболочками, используя сплайновое моделирование с применением NURBS-математики.
Программа AutodeskMechanicalDesktopподдерживает сквозную параметризацию трехмерных моделей и позволяет Вам проектировать и создавать сложные трехмерные твердотельные и пространственные модели изделий.
Программа AutodeskWorkCenterпредназначена для объединения усилий большого количества людей при работе над большим проектом.
AutoCADи другие программы компанииAutodeskотносятся к программам общего назначения. К этому классу программ относятся и программы компанииIntermech,CimlogicиVibrantGraphics. Программы компанииVibrantGraphics-SoftEngine4 иSoftPoint-- это драйверы, которые предназначены для ускорения работы систем на базеAutoCADв 25 раз.SoftEngineимеет функции мгновенного зумирования и панорамирования без регенерации изображения, позволяют быстро тонировать, разрезать и вращать в реальном масштабе времени тонированные трехмерные объекты и конструкции, а также имеют много других полезных функций. Программное обеспечение компанииIntermechиCimlogicпозволяет очень эффективно и быстро создавать плоские чертежи отдельных деталей, узлов и изделий в целом. В программное обеспечение включены модули для расчета цепных и ременных передач, шкивов и кулачков, пружин, валов, для расчета моментов инерции и других характеристик изделия, включая сложные кинематические расчеты. Программное обеспечение этих фирм имеет модули для работы с пространственными изделиями, выполненными из листовых материалов и программу работы с трехмерными базами стандартных деталей и элементов крепежа. Программа содержит много команд и режимов, которые значительно упрощают процесс черчения и сокращают время изготовления всех видов чертежей.
К программам специального назначения относятся программы компании FlowScience,Rebis,SofDesk,Surfware,GTXи программы, разработанные специалистами "Русская Промышленная Компания" для литейного и кузнечно-прессового производства.
Программное обеспечение компании GTX--GTXRasterCADпредназначено для быстрого и удобного перевода любой документации, в том числе сложных и насыщенных чертежей с бумажного носителя в электронный вид. Программа работает, как приложениеAutoCADи позволяет загрузить отсканированный чертеж непосредственно в средуAutoCAD. Для редактирования изображения могут использоваться специальные интеллектуальные функцииGTXRasterCADили команды из менюAutoCAD. Программы GTX распознают и векторизуют не только чертеж, но и текст, который содержался в поле чертежа. Программа содержит функции для очистки чертежа от "мусора", который появляется в поле чертежа при сканировании старых и некачественных конструкторских документов.
Программное обеспечение компании Rebis предназначено для проектирования заводов и включает программы по проектированию систем трубопроводов, проектированию и расстановке оборудования, проектированию несущих конструкций, модули для проведения поверочных расчетов отдельных элементов и всего проекта в целом.
С помощью программного обеспечения компании SofDesk вы сможете решить все проблемы с автоматизацией проектирования строительных конструкций, расчету основных элементов данного проекта, получению необходимой нормативной документации.
Программа FLOW-3DкомпанииFlowScienceInc. позволит вам моделировать процессы массо - и теплопереноса в трехмерной постановке. В настоящее время данный пакет программ используется при разработке конструкций летательных и морских аппаратов, в автомобилестроении, для проектирования систем охлаждения и вентиляции, для проектирования нефте- и газопроводов, в ракетостроении, при проектировании технологии литейных и металлургических процессов, для литья пластмасс и в других отраслях промышленности.
Программное обеспечение, разработанное специалистами этой компании, используется для проектирования литейной технологии, проектирования пресс-форм для литья металлов и пластмасс, для получения исходной формы заготовки для холодной листовой штамповки при технологических операциях гибки, вытяжки и формовки, для получения оптимальной карты раскроя штампуемых деталей. Для этого используются программы "Технолог", "Конструктор" и "AutoSheet".
Программное обеспечение компании PathraceInc. предназначено для компьютерного моделирования процессов механообработки, проверки качества получаемого изделия и получения управляющей программы для 2...5 координатных станков с ЧПУ. В программе учитываются характеристики используемого пользователем оборудования. ПрограммаEdgeCAMпозволяет Вам, используя компьютерную модель Вашего изделия, пройти все стадии его обработки, покажет места возможных дефектов или несоответствий требованиям к изделию, которое Вы хотите получить, и поможет Вам создать наилучшую управляющую программу для получения данного изделия с гарантированным качеством на Вашем оборудовании.
В связи с тем, что EdgeCAMразрабатывалась специалистами, имеющими большой опыт работы в области механообработки, программа имеет дружественный интерфейс и ориентирована на использование инженерами-технологами, занимающимися разработкой технологии получения деталей обработкой резанием на станках с ЧПУ. ПрограммаEdgeCAMвыполнена по модульному принципу. В ее состав входят "Геометрический Моделлер" - программа для создания пространственной геометрической модели обрабатываемого изделия; программа для визуализации геометрии обрабатываемого объекта, процесса и результатов обработки изделия; программы для проверки и выявления возможных дефектов в процессе компьютерного моделирования обработки изделия; программа-имитатор процесса обработки изделия и постпроцессор, поддерживающий несколько сот стоек для всех основных типов контроллеров станков с ЧПУ. Также, в состав программы входит база данных с материалами заготовок, инструментальными материалами и сортаментом используемого инструмента. В программе реализованы следующие возможности:
Одновременная многоосная обработка -- EdgeCAMподдерживает одновременную обработку трех, четырех и пяти осей координат.
Обработка множества поверхностей - на одной операции может быть обработано неограниченное количество обрезанных и необрезанных поверхностей, что устраняет потребность в отдельных программах ЧПУ для каждой поверхности. Это позволяет выполнить за один шаг черновую или чистовую обработку NURBS-, обрезанныхNURBS- и параметрических поверхностей шаровой или концевой фрезой.
Предупреждение подрезания - это средство множественной обработки поверхностей пакета EdgeCAMпроверяет инструмент по всем сторонам, чтобы избежать подрезания и защитить шейку инструмента.
Графическое моделирование инструмента и его путей - визуализация путей инструмента производится в режиме реального времени по мере их генерации. В дополнение к имеющейся обширной библиотеке инструментов можно создать специальные формы инструментов и шпинделей для отображения их на экране с целью проверки их положения относительно детали, и многое другое...
Использование программы EdgeCAMпозволит Вам, используя компьютерное моделирование процессов механообработки полностью исключить или значительно уменьшить процент брака при изготовлении сложных фасонных изделий, пресс-форм или их элементов, металлических моделей для литья, штампов и их элементов и т.д.