Визначення CAD, САМ і САЕ

Рис. 1.1. Життєвий цикл виробу

Готовий концептуальний проект аналізується і оптимізується це підпроцес аналізу. Перш за все виробляється аналітична модель, оскільки аналізується саме модель, а не проект. Не дивлячись на швидке зростання кількості і якості комп’ютерів, використовуваних в конструюванні, у майбутньому відмовлятися від використання абстракції аналітичної моделі не доцільно. Аналітичне моделювання відбувається, якщо з проекту видалити несуттєві елементи, редукувати розмірності і врахувати наявну симетрію. Для прикладу, редукція розмірностей це заміна тонкого листа з будь-якого матеріалу на еквівалентну площину з атрибутом товщини, або довгої і тонкої ділянки на лінію з певними параметрами, що характеризують поперечний розріз. Симетричність геометрії тіла і навантаження, прикладені до нього, дозволяє розглядати в моделі лише певну її частину.

Типові приклади аналізу: аналіз напруження, що дозволяє перевірити міцність конструкції, контроль зіткнень, що виявляє можливість зіткнень рухомих частин, складових механізмів, а також кінематичний аналіз, що показує, як проектований пристрій здійснюватиме очікувані рухи. Якість результатів, які можуть бути одержані при аналізі, безпосередньо пов’язані з якістю вибраної аналітичної моделі, якою вони обмежуються.

Після завершення проектування і вибору оптимальних параметрів починається етап оцінки проекту. Для цієї мети можуть виготовлятися прототипи. У конструюванні прототипів великої популярності набуває нова технологія швидкого прототипування (rapid prototyping). Ця технологія дозволяє конструювати прототип від низу до верху, тобто безпосередньо з проекту, оскільки фактично вимагаються тільки дані про поперечний перетин конструкції. Якщо оцінка проекту на підставі прототипу показує, що проект не задовольняє вимогам, розглянутий процес розробки повторюється знову. Якщо результат оцінки проекту виявляється задовільним, починається підготовка проектної документації. До неї відносяться креслення, звіти і списки матеріалів. Креслення зазвичай копіюються, а копії передаються на виробництво.

Як видно з рис. 1.1, процес виробництва починається з планування, яке виконується на підставі одержаних на етапі проектування креслень, а закінчується готовим продуктом (виробом).

Технологічна підготовка виробництваце операція, що встановлює список технологічних процесів по виготовленню продукту із заданими параметри. Одночасно вибирається устаткування, на якому проводитимуться технологічні операції, такі як отримання деталі потрібної форми із заготівки. В результаті підготовки виробництва складаються плани випуску, списки матеріалів і програми для устаткування. На цьому ж етапі обробляються інші специфічні вимоги, зокрема розглядаються конструкції затискачів і кріплень. У процесі виробництва підготовка займає таке ж місце, як синтез у процесі проектування, вимагаючи при цьому значного людського досвіду і ухвалення якісних рішень. У цьому випадку вимагається значної комп’ютеризації даного етапу. Після завершення технологічної підготовки починається випуск готового продукту і його перевірка на відповідність вимогам. Якісні елементи виробу, що успішно пройшли контроль, збираються разом, проходять тестування функціональності, упаковуються, маркуються і відвантажуються замовникам. Розглянемо, як для описаного вище типового життєвого циклу виробу можуть бути застосовані технології CAD, САМ і САЕ. Комп’ютери не можуть широко використовуватися у підпроцесі синтезу, оскільки вони не володіють здатністю якісно обробляти інформацію. Проте навіть на цьому етапі розробник може, за допомогою комерційних баз даних успішно збирати важливу для аналізу інформацію, а також користуватися даними з каталогів.

Але використання комп’ютерів у процесі концептуалізації проекту, не має широкого застосування, тому що комп’ютер ще не став засобом для інтелектуальної творчості. На цьому етапі комп’ютери можуть застосовуватися для забезпечення ефективності створення різних концептуальних проектів. Для цього також можна застосовувати засоби параметричного і геометричного моделювання, а також макропрограми в системах автоматизованої розробки креслень (computeraided drafting або САD).

Система геометричного моделювання (geometric modeling system) це тривимірний еквівалент системи автоматизованої розробки креслень, тобто програмний пакет, що працює з тривимірними об’єктами.

У аналітичній фазі проектування комп’ютери здобули широкого застосування. Програмних пакетів для аналізу напружень, контролю зіткнень і кінематичного аналізу існує дуже багато. Ці програмні пакети відносяться до засобів автоматизованого конструювання (САЕ). Головна проблема, пов’язана з їх використанням полягає в необхідності формування аналітичної моделі. Проте, аналітична модель не ідентична концептуальному проекту вона виводиться з нього шляхом виключення неістотних деталей і редукції розмірностей. Необхідний рівень абстракції залежить від типу аналізу і бажаної точності рішення. Отже, автоматизувати процес абстрагування досить складно, тому аналітичну модель часто створюють окремо.

Зазвичай абстрактна модель проекту створюється в системі розробки робочих креслень або в системі геометричного моделювання, а іноді за допомогою засобів аналітичного пакету. Аналітичні пакети потребують, щоб досліджувана структура була представлена у вигляді об’єднання окремих ланок (сіток), що розділяють об’єкт на окремі ділянки, зручні для комп’ютерної обробки. Якщо аналітичний пакет може генерувати сітку автоматично, конструктору залишається задати тільки межі абстрактного об’єкту.

Процес створення сітки називається моделюванням методом кінцевих елементів (finiteelement modeling). Моделювання цим методом включає також завдання граничних умов і зовнішніх навантажень.

Підпроцес аналізу може виконуватися у поєднанні з оптимізацією проекту за відповідними параметрами, застосовуючи алгоритми пошуку оптимальних рішень. Процес оптимізації може входити до загальної системи автоматизованого проектування, але доцільно здійснювати оптимізацію окремо.

Фаза оцінки проекту потребує виготовлення прототипу, який можна сконструювати за допомогою програмних пакетів швидкого прототипування. Такі пакети вважаються програмами для автоматизованої підготовки виробництва (САМ). Дані, що визначають форму прототипу, виходять у результаті геометричного моделювання. Швидке прототипування зручний спосіб конструювання прототипу, проте у сучасних умовах за допомогою відповідних програмних засобів зручніше користуватися віртуальним прототипом, який часто називається «цифровою копією» (digital mockup), що дає змогу одержати такі ж дані, що і реальний прототип.

Побудова цифрової копії називається віртуальним прототипуванням. Віртуальний прототипможе бути створений у спеціалізованій програмі геометричного моделювання.

Остання фаза процесу розробки підготовка проектної документації. На цьому етапі надзвичайно корисним виявляється використання систем підготовки робочих креслень.

Процес виробництвавключає планування випуску, проектування і придбання нових інструментів, замовлення матеріалів, програмування машин з ЧПУ, контроль якості і упаковування. Комп’ютерні системи, які використовуються у цих операціях, можуть бути класифіковані як системи автоматизованого виробництва. Наприклад, програма автоматизованої технологічної підготовки (computer aided process planning САРР) використовується на етапі підготовки виробництва і відноситься до систем автоматизованого виробництва (САМ). Процес підготовки виробництва складно автоматизувати, тому повністю автоматичних систем технологічної підготовки не існує. Проте існують програмні пакети, що генерують код для верстатів з числовим програмним управлінням. Верстати цього класу дозволяють одержати деталь потрібної форми за даними, які надходять з ЕОМ. До систем автоматизованого виробництва відносять також програмні пакети, керування рухом роботів при збірці компонентів і переміщенні їх між операціями, а також пакети, що дозволяють програмувати координатновимірювальну машину (coordinate measuring machine СММ).

Автоматизоване проектування(computer aided design CAD) є технологією суть якої полягає у використанні комп’ютерних систем для полегшення створення, змін, аналізу і оптимізації проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп’ютерною графікою, так само як і будь який додаток використовуваний в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. До складу засобів CAD відносять геометричні програми для роботи з формами, а також спеціалізовані додатки для аналізу і оптимізації. До цих засобів також відносять програми для аналізу допусків, розрахунку масо-інерційних властивостей, моделювання методом кінцевих елементів і візуалізації результатів аналізу. Найголовніша функція CAD визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурні елементи, електронні схеми, плани будівель і т. п.), оскільки геометрія визначає всі подальші етапи життєвого циклу виробу. Для цієї мети зазвичай використовуються системи розробки робочих креслень і геометричного моделювання. Тому ці системи вважаються системами автоматизованого проектування. Крім того, геометричні параметри, які визначені у цих системах можуть використовуватися як основа для подальших операцій в системах САЕ і САМ. До переваг засобів CAD відносять: економія часу, скорочення кількості помилок пов’язаних з необхідністю визначати геометрію конструкції. Таким чином, системи автоматизованої розробки робочих креслень і системи геометричного моделювання є найбільш важливими компонентами автоматизованого проектування.

Автоматизоване виробництво (computer aided manufacturing САМ) це технологія, що полягає у використанні комп’ютерних систем для планування, управління і контролю операцій виробництва через прямий або непрямий інтерфейс з виробничими ресурсами підприємства. Одним з найбільш широко застосовуваних підходів до автоматизації виробництва є числове програмне управління (ЧПУ, numerical control NC). ЧПУ полягає у використанні запрограмованих команд для управління верстатом, який може шліфувати, різати, фрезерувати, штампувати, згинати та іншими способами перетворювати заготовки на готові деталі. У наш час комп’ютери здатні генерувати великі програми для верстатів з ЧПУ на підставі геометричних параметрів виробів з бази даних CAD і додаткових відомостей, що надаються оператором. Напрям розвитку у цій галузі полягає у скороченні необхідності втручання оператора.

Ще одна важлива функція систем автоматизованого виробництва - програмування роботів, які можуть працювати на гнучких автоматизованих ділянках, вибираючи і встановлюючи інструмент проводячи обробку на верстатах з ЧПУ. Роботи можуть виконувати власні завдання, наприклад зварювання, збірка і перенесення устаткування і деталей по цеху.

Планування процесів може визначати послідовність операцій по виготовленню пристрою від початку і до кінця на всьому необхідному устаткуванні. Хоча повністю автоматизоване планування процесів практично неможливе, але план обробки конкретної деталі цілком може бути сформований автоматично, якщо вже є плани обробки аналогічних деталей. Для цього була розроблена технологія групування, що дозволяє об’єднувати схожі деталі в сімейства. Деталі вважаються подібними, якщо вони мають загальні виробничі особливості (вузли, пази, отвори і т. д.). Для автоматичного виявлення схожості деталей необхідно, щоб база даних CAD містила відомості про такі особливості. Це завдання здійснюється за допомогою об’єктноорієнтованого моделювання або розпізнавання елементів.

Автоматизоване конструювання(computeraided engineering

САЕ) полягає у використанні комп’ютерних систем для аналізу геометрії CAD, моделювання і вивчення поведінки виробу для удосконалення і оптимізації його конструкції. Засоби САЕ можуть здійснювати багато різних варіантів аналізу. Програми для кінематичних розрахунків, здатні визначати траєкторії руху і швидкості ланок в механізмах. Програми динамічного аналізу можуть використовуватися для визначення навантажень і зсувів в складних пристроях типу автомобілів. Програми верифікації і аналізу логіки і синхронізації імітують роботу складних електронних ланцюгів. Зі всіх методів комп’ютерного аналізу найширше в конструюванні використовується метод кінцевих елементів (finiteelement method FEM). З його допомогою розраховуються напруженість, деформації, теплообмін, розподіл магнітного поля, потоки рідин та інші завдання з безперервними середовищами, вирішувати які будь-яким іншим методом є непрактично. У методі кінцевих елементів аналітична модель структури є з’єднанням елементів, завдяки чому вона розбивається на окремі частини, які вже можуть оброблятися комп’ютером.

Крім згаданих вище засобів існує багато програмних засобів для оптимізації конструкцій. Хоча засоби оптимізації можуть бути віднесені до класу САЕ, зазвичай їх розглядають окремо. У цих підходах початкова форма конструкції передбачається простою, як, наприклад, у прямокутного двовимірного об’єкту, що складається з невеликих елементів різної щільності. Потім виконується процедура оптимізації, що дозволяє визначити конкретні значення щільності та досягти певної мети з урахуванням обмежень на напруженість. Після визначення оптимальних значень щільності розраховується оптимальна форма об’єкту.

Перевагами методів аналізу і оптимізації конструкцій є те, що вони дозволяють конструктору побачити поведінку кінцевого виробу і виявити можливі помилки до створення і тестування реальних прототипів, уникнувши певних витрат. Оскільки вартість конструювання на останніх стадіях розробки і виробництва продукту є значною, а це призводить до скорочення термінів і вартості розробки.

Таким чином, технології CAD, САМ і САЕ полягають в автоматизації і підвищенні ефективності конкретних стадій життєвого циклу виробу. Розвиваючись незалежно, ці системи потребують інтеграції процесів проектування і виробництва. Для вирішення цієї проблеми була запропонована нова технологія, що одержала назву комп’ютерно інтегрованого виробництва (computer integrated manufacturing CIM).

Технологія CIMпередбачає використання комп’ютерної бази даних для ефективнішого управління всім підприємством, зокрема бухгалтерією, плануванням, доставкою і іншими завданнями, а не тільки проектуванням і виробництвом, які охоплювалися системами CAD, САМ і САЕ. CIM часто називають філософією бізнесу, а не комп’ютерною системою.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Основні поняття процесу проектування	\|	Структура САПР

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.02 сек.