САПР (ID:132149)

Вступ Система автоматизованого проектування – автоматизована система, що реалізує інформаційну технологію виконання функцій проектування [1], являє собою організаційно-технічну систему, призначену для автоматизації процесу проектування, що складається з персоналу і комплексу технічних, програмних та інших засобів автоматизації його діяльності. [2] [3] Також для позначення подібних систем широко використовується абревіатура САПР. Цілі створення і завдання: У рамках життєвого циклу промислових виробів САПР вирішує завдання автоматизації робіт на стадіях проектування і підготовки виробництва. Основна мета створення САПР – підвищення ефективності праці інженерів, включаючи : • скорочення трудомісткості проектування і планування; • скорочення термінів проектування; • скорочення собівартості проектування і виготовлення, зменшення витрат на експлуатацію; • підвищення якості і техніко-економічного рівня результатів проектування; • скорочення витрат на натурне моделювання та випробування. Досягнення цих цілей забезпечується шляхом: • автоматизації оформлення документації; • інформаційної підтримки та автоматизації процесу прийняття рішень; • використання технологій паралельного проектування; • уніфікації проектних рішень і процесів проектування; • повторного використання проектних рішень, даних і напрацювань; • стратегічного проектування; • заміни натурних випробувань та макетування математичним моделюванням; • підвищення якості управління проектуванням. Років 10 тому в будь-якій проектній організації за результатами закінчення кожної з перерахованих вище стадій роботи випускався звіт і відповідна проектна документація. Сьогодні деякі з цих стадій можуть взагалі бути опущені або, як уже зазначалося, при використанні технології паралельного проектування виконуватися паралельно. Крім того,слід визнати що в даний час на багатьох підприємствах і в організаціях відсутня жорстка регламентація з оформлення технічної документації. 1 САПР в сучасній промисловості На даний момент існує кілька класифікаційних підгруп, з них три основних: машинобудівні САПР ( MCAD - Mechanical Computer Aided Design ), архітектурно – будівельні САПР (CAD/AEC - Architectural, Engineering, and Construction), САПР друкованих плат ( ECAD - Electronic CAD / EDA - Electronic Design Automation). Найбільш розвиненим серед них є ринок MCAD, у порівнянні з яким сектори ECAD і CAD / AEC досить статичні і розвиваються слабо.Розглянемо процес розвитку автоматизованого проектування в машинобудуванні. Сучасний ринок машинобудування висуває все більш жорсткі вимоги до строків і вартості проектних робіт. Проведення конструкторських робіт, націлених на створення якісної, конкурентоспроможної продукції, пов'язане з підготовкою точних математичних моделей вузлів і агрегатів, а також з виконанням величезного обсягу математичних розрахунків, необхідних для інженерного аналізу конструкцій. Основний шлях підвищення конкурентоспроможності підприємства пов'язаний з різким скороченням термінів створення моделей і прискоренням розрахунків математичних параметрів на всіх етапах розробки продукції. Таким чином, застосування високопродуктивних систем автоматизованого проектування, технологічної підготовки виробництва та інженерного аналізу ( CAE/CAD/CAM – систем) стало ключовим елементом бізнесу підприємства, що працює на сучасному ринку машинобудування. САПР на базі підсистеми машинної графіки і геометричного моделювання ( власне CAD – Computer Aided Design ) вирішують завдання , в яких основною процедурою проектування є створення геометричної моделі, оскільки будь-які предмети описуються в першу чергу геометричними параметрами. САПР системи технологічної підготовки виробництва ( CAM - Сomputer Aided Manufacturing) здійснюють проектування технологічних процесів, синтезу програм для обладнання з ЧПУ, моделювання механічної обробки і т.п. відповідно до створеної геометричною моделлю . САПР системи інженерного аналізу ( CAE – Computer Aided Engineering ) дозволяють аналізувати , моделювати або оптимізувати механічні, температурні, магнітні та інші фізичні характеристики розроблюваних моделей, проводити симуляцію різних умов і навантажень на деталі. Як правило, ці пакети працюють, використовуючи метод кінцевих елементів, коли загальна модель виробу ділиться на безліч геометричних примітивів, наприклад тетраедрів. Основними модулями програм аналізу є препроцесор, вирішувач і постпроцесор. Вихідні дані для препроцесора – геометрична модель об’єкта– найчастіше отримують з підсистеми конструювання ( CAD). Основна функція препроцесора – представлення досліджуваної середовища ( деталі) в сітковому вигляді , тобто у вигляді безлічі кінцевих елементів. Вирішувач – програма, яка перетворює моделі окремих кінцевих елементів в загальну систему алгебраїчних рівнянь і розраховує цю систему одним з методів розріджених матриць. Постпроцесор служить для візуалізації результатів рішення в зручній для користувача формі. У машинобудівних САПР це форма – графічна . Конструктор може аналізувати поля напруг, температур, потенціалів і т.п. у вигляді кольорових зображень, де колір окремих ділянок характеризує значення аналізованих параметрів. У 1977 р. ACM представила документ Core, який описував вимоги до апаратно–незалежним програмним засобам. У 1982 р. з’явилася система Graphical Kernel System ( GKS ), прийнята в якості стандарту в 1985 г , а вже в 1987 р. був розроблений варіант GKS – 3D з орієнтацією на 3D – графіку. Паралельно з розвитком CAD–систем бурхливий розвиток отримали CAM – системи автоматизації технологічної підготовки виробництва. У 1961 р. була створена мова програмування APT ( Automatic Programming Tools ), згодом ця мова стала основою багатьох інших мов програмування стосовно до обладнання з числовим програмним управлінням. Паралельно з роботами , що проводилися в США , в СРСР Г.К. Горанской створив перші програми для розрахунків режимів різання .Розроблений до 1950 метод кінцевих елементів послужив поштовхом до розвитку систем інженерного аналізу CAE . У 1963 р. був запропонований спосіб застосування методу скінченних елементів для аналізу міцності конструкції шляхом мінімізації потенційної енергії. У 1965 р. NASA для підтримки проектів, пов’язаних з космічними дослідженнями, поставила завдання розробки звичайно – елементного програмного пакета. До 1970 р. такий пакет під назвою NASTRAN ( NAsa STRuctural ANalysis) був створений і введений в експлуатацію. Вартість розробки , яка тривала 5 років , склала $ 4 млн. Серед компаній , що брали участь в розробці , була MSC ( MacNeal Schwendler Corporation ) , яка з 1973 р. почала самостійно розвивати пакет MSC.NASTRAN , що згодом став світовим лідером у своєму класі продуктів. З 1999 р. компанія MSC називається MSC.Software Corporation . У 1976 р. був розроблений програмний комплекс аналізу ударно – контактних взаємодій деформівних структур DYNA – 3D ( пізніше названий LS – DYNA ) . Світовим лідером серед програм аналізу на макрорівні вважається комплекс Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), розроблений і вдосконалюється компанією Mechanical Dynamics Inc . ( MDI ) . Компанія створена в 1977 р. Основне призначення комплексу Adams – кінематичний і динамічний аналіз механічних систем з автоматичним формуванням і вирішенням рівнянь руху. Починаючи з кінця 90 – х років характеризується інтеграцією CAD/CAM / CAE – систем з системами управління проектними даними PDM і з іншими засобами інформаційної підтримки виробів. На цьому етапі багато підприємств вже пройшли перший етап автоматизації . В основу процесів проектування і виробництва була покладена геометрична модель виробу, яка застосовувалася на всіх етапах підготовки виробництва. При такій формі організації виробництва починають ефективно функціонувати наскрізні процеси, що опираються на геометрію моделі . У першу чергу це підготовка виробництва за допомогою CAM – систем. Складність геометрії сучасних виробів неухильно зростає, і виготовлення їх без геометричної моделі практично неможливо. Максимальна ефективність від впровадження САПР досягається тоді, коли система включає в себе не тільки конструкторське, а й технологічне проектування. Складність управління проектними даними, необхідність підтримки їх повноти, достовірності та цілісності, необхідність управління паралельної розробкою привели в 80– і роки до створення систем управління проектними даними PDM ( Product Data Management ) . На початку 80 – х років компанія CDC розробила першу PDM – систему під назвою EDL . У 90 -х роках активно розроблялися продукти PDM для САПР в машинобудуванні. Однією з перших розвинених PDM – систем була система Optegra компанії Computervision . У цей же період компанія Unigraphics Solutions ( UGS ) спільно з Kodak розробила PDM – систему iMAN . У 1998 р. компанія PTC вийшла на ринок PDM – систем, купивши компанію Computervision та її Internet – орієнтовану PDM – технологію Windchill. В останні роки відбувався швидкий розвиток PDM – систем : з’явилися ENOVIA і Smarteam від Dassault Systemes, Teamcenter від UGS та інші. Серед російських систем PDM найбільш відомими є Лоцман: PLM компанії Аскон , PDM STEP Suite , розроблена під НВО " Прикладна логістика" , Party Plus компанії Лоція – Софт і т.д. Отже, термін САПР (система автоматизації проектування ) має на увазі комплексний підхід до розробки вироби і включає сукупність систем CAD / CAM/ CAE . Розвиток систем геометричного моделювання, аналізу і розрахунку характеристик виробу супроводжується інтеграцією в рамках підприємств. Світовий ринок відокремлених CAD/CAM рішень уже насичений, системи близькі за функціональністю, і темпи зростання цього сегмента ринку.