приховати рекламу

Основи САПР системи автоматизованого проектування

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Зміст

1. Огляд САПР

2. Визначення CAD, CAM і CAE

2.1 Автоматизоване проектування (CAD)

2.2 Автоматизоване виробництво (CAM)

2.3 Автоматизоване конструювання (CAE)

Список використаної літератури

1. Огляд САПР

Сучасні підприємства не зможуть вижити у всесвітній конкуренції, якщо не будуть випускати нові продукти кращої якості (quality, Q), більш низької вартості (cost, С) і за менший час (delivery, D). Тому вони прагнуть використовувати oгpoмние можливості пам'яті комп'ютерів, їх висока швидкодія та можливості зручного графічного інтерфейсу для того, щоб автоматизувати і зв'язати один з одним задачі проектування і виробництва, які раніше були вельми утомливими і зовсім не пов'язаними один з одним. Таким чином скорочується час і вартість розробки і випуску продукту. Для цієї мети використовуються технології автоматизованого проектування (compute r - aided desig n - CAD), автоматизованого виробництва (computer - aided m а n ufасturi n g - САМ) і автоматизованої розробки або конструювання (з m рutеr аidеd e n gi n eeri n g - З A Е). Щоб зрозуміти значення систем CAD / З A М / С A Е, ми повинні вивчити різні завдання і операції, які доводиться вирішувати і виконувати в процес е розробки і виробництва продукту. Всі ці завдання, взяті разом, називаються життєвим циклом продукту (product cycle). Приклад життєвого циклу продукту, описаного Зейді, з незначними удосконаленнями наведено на рис. 1.

Прямокутники, намальовані суцільними лініями, представляють два головних процесу, що становлять життєвий цикл продукту: процес розробки і процес виробництва. Процес розробки починається з запитів споживачів, які обслуговуються відділом маркетингу, і закінчується повним описом продукту, що звичайно виконуються у формі малюнка. Процес виробництва починається з технічних вимог і закінчується постачанням готових виробів.

Операції, що відносяться до процесу розробки, можна розділити на аналітичні та синтетичні. Як випливає з рис. 1, первинні операції розробки, такі як визначення необхідності розробки, формулювання технічних вимог, аналіз здійсненності та збір важливої ​​інформації, а також концептуалізація розробки, належать до підпроцес синтезу. Результатом підпроцесу синтезу є концептуальний проект передбачуваного продукту в формі ескізу або топологічного креслення, що відображає зв'язку різних компонентів продукту. У цій частині циклу робляться основні фінансові вкладення, необхідні для реалізації ідеї продукту, а також визначається eгo функціональність. Велика частина інформації, яка породжується і обробляється в рамках підпроцесу синтезу, є якісною, а отже, Heудобной для комп'ютерної обробки.

Рис. 1. Життєвий цикл продукту

Готовий концептуальний проект аналізується і оптимізується це вже під процес аналізу. Перш за все, виробляється аналітична модель, оскільки аналізується саме модель, а не сам проект. Незважаючи на швидке зростання кількості і якості комп'ютерів, що використовуються у конструюванні, в осяжному майбутньому відмовитися від використання абстракції аналітичної моделі ми не зможемо. Аналітична модель виходить, якщо з проекту yдaліть незначні деталі, редукувати розмірності і врахувати наявну симетрію. Редукція розмірностей, наприклад, має на увазі заміну тонкого листа з будь-якого матеріалу на еквівалентну площину з атрибутом товщини або довгого і тонкого ділянки на лінію з певними параметрами, xapaктерізующімі поперечний переріз. Симетричність геометрії тіла і навантаження, прикладеної до нього, дозволяє розглядати в моделі лише частина цього тіла.

Типові приклади аналізу: аналіз напружень, що дозволяє перевірити міцність конструкції, контроль зіткнень, що дозволяє виявити можливість зіткнень рухомих частин, що складають механізм, а також кінематичний аналіз, який показує, що проектоване пристрій буде здійснювати очікувані руху. Якість результатів, які можуть бути отримані в результаті аналізу, безпосередньо пов'язано з якістю обраної аналітичної моделі, яким воно обмежується.

Після завершення проектування і вибору оптимальних параметрів починається етап оцінки проекту. Для цієї мети можуть виготовлятися прототипи.

У конструюванні прототипів все більшої популярності набуває нова технологія, названа швидким Прототипування (rapid prototypi n g). Ця тexнологія дозволяє конструювати прототип знизу вгору, тобто безпосередньо з проекту, оскільки фактично вимагає тільки лише даних про поперечному перерізі конструкції. Якщо оцінка проекту на підставі прототипу показує, що проект не відповідає вимогам, описаний вище процес розробки повторюється знову. Якщо ж 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, процес виробництва починається з планування, яке виконується на підставі отриманих на етапі проектування креслень, а закінчується готовим продуктом. технологічна підготовка виробництва - це операція, що встановлює список технологічних процесів з виготовлення продукту і задає їх Параметри. Одночасно вибирається обладнання, на якому будуть проводитися технологічні операції, такі як отримання деталі потрібної форми з заготовки. У результаті підготовки виробництва складаються план випуску. Списки матеріалів і програми для обладнання. На цьому ж етапі обробляються інші специфічні вимоги, зокрема розглядаються конструкції затискачів і кріплень. Підготовка займає в процесі виробництва приблизно таке ж місце, як підпроцес синтезу в процесі проектування, вимагаючи значного людського досвіду й прийняття якісних рішень. Така характеристика має на увазі складність комп'ютеризації даного етапу. Після завершення технологічної підготовки починається випуск готового продукту і його перевірка на відповідність вимогам. Деталі, успішно проходять контроль якості, збираються разом, проходять тестування функціональності, упаковуються, маркуються і відвантажуються замовникам.

Вище ми описали типовий життєвий цикл продукту. Подивимося тепер, яким чином на етапах цього циклу можуть бути застосовані технології CAD, САМ і САЕ. Як вже говорилося, комп'ютери не можуть широко використовуватися в підпроцес синтезу, оскільки вони не володіють здатністю добре обробляти якісну інформацію. Однак навіть на цьому етапі розробник може, наприклад, за допомогою комерційних баз даних успішно збирати важливу для аналізу здійсненності інформацію, а також користуватися даними з каталогів.

Непросто уявити собі використання комп'ютера і в процесі концептуалізації проекту, тому що комп'ютер поки ще не став потужним засобом для інтелектуальної творчості. На цьому етапі комп'ютер може зробити свій внесок, забезпечуючи ефективність створення різних концептуальних проектів. Корисними можуть виявитися кошти параметричного та геометричного моделювання, а також макропрограми в системах автоматизованої розробки креслень (computer - аidеd drafti n g). Все це типові приклади систем САО. Система геометричного моделювання (geometric modeli n g system) це тривимірний еквівалент системи автоматизованої розробки креслень, тобто програмний пакет, що працює з тривимірними, а не з плоскими об'єктами.

В аналітичній фазі проектування цінність комп'ютерів проявляється по-справжньому. Програмних пакетів для аналізу напружень, контролю зіткнень і кінематичного аналізу існує стільки, що приводити будь-які назви сенсу не має. Ці програмні пакети відносяться до засобів автоматизованого конструювання (САЕ). Головна проблема, пов'язана з їх використанням, полягає в необхідності формування аналітичної моделі. Проблеми не існувало б зовсім, якби аналітична модель автоматично виводилася з концептуального проекту. Однак, як вже зазначалося, аналітична модель не ідентична з концептуальним проектом вона виводиться з нього шляхом виключення несуттєвих 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 вбудованих засобів аналітичного пакета. Аналітичні пакети звичайно тpeбуют, щоб досліджувана структура була представлена ​​у вигляді об'єднання пов'язаних сіток, які поділяють об'єкт на окремі ділянки, зручні для комп'ютерної обробки. Якщо аналітичний пакет може генерувати сітку автоматично, людині залишається задати лише кордони абстрактного об'єкта. В іншому випадку сітка також створюється користувачем або в інтерактивному режимі, або автоматично, але в іншій програмі. Процес створення сітки називається моделюванням методом кінцевих елементів (fi n ite eleme n t modeli n g). Моделювання цим методом включає в себе також завдання граничних умов і зовнішніх навантажень.

Підпроцес аналізу може виконуватися в циклі оптимізації проекту з яких-небудь параметрами. Розроблено безліч алгоритмів пошуку оптимальних рішень, а на їх основі побудовані комерційно доступні програми. Процедура оптимізації може вважатися компонентом системи автоматизованого проектування, але більш природно розглядати цю процедуру окремо.

Фаза оцінки проекту також виграє від використання комп'ютера. Якщо для оцінки проекту потрібен прототип, ми можемо швидко сконструювати eгo по заданому проектом за допомогою програмних пакетів, що генерують код для машини швидкого прототипування. Такі пакети вважаються програмами для автоматизованої підготовки виробництва (САМ). Зрозуміло, форма прототипу повинна бути визначена наперед в наборі вхідних даних. Дані, що визначають форму, виходять в результаті геометричного моделювання.

Швидке прототипування - зручний спосіб конструювання прототипу, проте ще зручніше користуватися віртуальним прототипом, який часто називається «цифровий копією (digital m ос k - uр) і дозволяє одержати настільки ж корисні відомості.

Коли аналітичні засоби для роботи з цифровими копіями стануть достатньо потужними, щоб давати таку ж точні результати, що й еквівалентні експерименти на реальних прототипах, цифрові копії почнуть витіснення звичайних прототипів. Ця тенденція посилюватиметься в міру вдосконалення технологій віртуальної реальності, що дозволяють нам відчувати цифрову копію так само, як реальний прототип. Побудова цифрової копії називається віртуальним прототипування. Віртуальний прототип може бути створений і в спеціалізованій програмі геометричного моделювання.

Остання фаза процесу розробки - підготовка проектної документації. На цьому етапі надзвичайно корисним виявляється використання систем підготовки робочих креслень. Здатність подібних систем працювати з файлами дозволяє систематизувати зберігання і забезпечити зручність пошуку документів.

Комп'ютерні технології використовуються і на стадії виробництва. Процес виробництва включає в себе планування випуску, проектування і придбання нових інструментів, замовлення матеріалів, програмування машин з ЧПУ, контроль якості та упаковку. Комп'ютерні системи, що використовуються в 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). Як зазначалося вище, підготовка виробництва з працею піддається автоматизації, тому повністю автоматичних систем технологічної підготовки в даний момент не існує. Проте існує безліч хороших програмних пакетів, що генерують код для верстатів із числовим програмним управлінням. Верстати цього класу дозволяють отримати деталь потрібної форми за даними, що зберігаються в комп'ютері. Вони аналогічні машин для швидкого прототипування.

До систем автоматизованого виробництва відносять також програмні пакети, що керують рухом роботів при складанні компонентів і переміщенні їх між операціями, а також пакети, що дозволяють програмувати координатно - вимірювальну машину (coordi n ate m еasuri n g machi n e - СММ), що використовується для про перевірки продукту.

Отже, ви отримали уявлення про те, яким чином комп'ютерні технології використовуються в операціях, що становлять життєвий цикл продукту, і які завдання вирішуються за допомогою систем автоматизованого проектування.

2. Визначення CAD, САМ і САЕ

2.1 A автоматизованих проектування (compu ter - aided desig n - CAD)

Являє собою технологію, що складається у використанні комп'ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу та оптимізації проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп'ютерною графікою, так само як і будь-який додаток, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. Іншими словами, безліч засобів CAD простирається від геометричних прогpaмм для роботи з формами до спеціалізованих додатків для аналізу та оптимізації. Між цими крайнощами вміщаються програми для аналізу допусків, розрахунку мас інерційних властивостей, моделювання методом кінцевих елементів і візуалізації результатів аналізу. Сама основна функція CAD - визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурні елементи, електронні схеми, плани будівель тощо), оскільки геометрія визначає всі наступні етапи життєвого циклу продукту. Для цієї мети зазвичай використовуються системи розробки робочих креслень та геометричного моделювання. Ось чому ці системи зазвичай і вважаються системами автоматизованого проектування. Більш того, геометрія, визначена у цих системах, може використовуватися в якості основи для подальших операцій в системах САЕ і САМ. Це одне з найбільш значних переваг CAD, що дозволяє економити час і скорочувати кількість помилок, пов'язаних з необхідністю визначати геометрію конструкції з нуля кожен раз, коли вона потрібна в розрахунках. Можна, отже, стверджувати, що системи автоматизованої розробки робочих креслень і системи геометричного моделювання є найбільш важливими компонентами автоматизованого проектування.

2.2 Автоматизоване виробництво (co m puter - aided m a n ufacturi n g - САМ) - це технологія, яка полягає у використанні комп'ютерних систем для планування, управління та контролю операцій виробництва через прямий або непрямий інтерфейс з виробничими ресурсами підприємства. Одним з найбільш зрілих підходів до автоматизації виробництва є числове програмне управління (ЧПУ, numerical control - NC). ЧПУ полягає у використанні запрограмованих команд для керування верстатом, який може шліфувати, різати, фрезерувати, штампувати, згинати і іншими способами перетворювати заготівлі в готові деталі. У наш час комп'ютери здатні

генерувати великі програми для верстатів з ЧПУ на підставі геометричних параметрів виробів з бази даних САD і додаткових відомостей, що надаються оператором. Дослідження в цій області концентруються на скороченні необхідності втручання оператора.

Ще одна важлива функція систем автоматизованого виробництва - програмування роботів, які можуть працювати на гнучких автоматизованих дільницях, вибираючи і встановлюючи інструменти й оброблювані деталі на верстатах із ЧПК. Роботи можуть також виконувати свої власні завдання, наприклад, займатися зварюванням, складанням і перенесенням обладнання і деталей по цеху.

Планування процесів також поступово автоматизується. План процесів може визначати послідовність операцій з виготовлення пристрою від початку і до кінця на всьому необхідному обладнанні. Хоча повністю автоматизоване планування процесів, як уже зазначалося, практично неможливо, план обробки конкретної деталі цілком може бути сформований автоматично, якщо вже є плани обробки аналогічних деталей. Для цього була розроблена технологія угруповання, що дозволяє об'єднувати поxoжіе деталі в сімейства. Деталі вважаються подібними, якщо вони мають загальні виробничі особливості (гнізда, пази, фаски, 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'єктно-орієнтованого моделювання або розпізнавання елементів.

До того ж, комп'ютер може використовуватися для тoгo, щоб виявляти необхідність замовлення вихідних матеріалів і покупних деталей, а також визначати їх кількість виходячи з графіка виробництва. Називається така діяльність плануванням технічних вимог до матеріалу (material requirements planni n g - MRP). Комп'ютер може також використовуватися для контролю стану верстатів в цеху і відправлення їм відповідних завдань.

2.3 Автоматичне конструювання (computer - aided e n gi n ee r i n g - САЕ) - це технологія, яка полягає у використанні комп'ютерних систем для аналізу геометрії CAD, моделювання і вивчення поведінки продукту для вдосконалення та оптимізації eгo конструкції. Засоби САЕ можуть здійснювати безліч різних варіантів аналізу. Програми для кінематичних pacчетов, наприклад, здатні визначати траєкторії руху і швидкості ланок у механізмах. Програми динамічного аналізу з великими зсувами можуть використовуватися для визначення навантажень і зсувів у складних складових пристроях типу автомобілів. Прогpамми верифікації та аналізу логіки і синхронізації імітують роботу складних електронних кіл.

По всій видимості, з усіх методів комп'ютерного аналізу найбільш широко в конструюванні використовується метод кінцевих елементів (fi n ite ele m e n t method - FЕМ). З eгo допомогою розраховуються напруги, деформації, теплообмін, розподіл магнітного поля, потоки рідин і інші завдання з безперервними середовищами, вирішувати які будь-яким іншим методом виявляється просто непрактично. У методі кінцевих елементів аналітична модель структури є з'єднання елементів, завдяки чому вона розбивається на окремі частини, які вже можуть оброблятися комп'ютером.

Як зазначалося раніше, для використання методу скінченних елементів потрібна абстрактна модель відповідного рівня, а не сама конструкція. Абстрактна модель відрізняється від конструкції тим, що вона формується шляхом виключення несуттєвих деталей і редукування розмірностей. Наприклад, тривимірний об'єкт невеликої товщини може бути представлений у вигляді двовимірної оболонки. Модель створюється або в інтерактивному режимі, або автоматично. Готова абстрактна модель розбивається на кінцеві елементи, що утворюють аналітичну модель. Програмні засоби, що дозволяють конструювати абстрактну модель і розбивати її на кінцеві елементи, називаються пpeпpoцессорамі (p r eprocessors). Проаналізувавши кожен елемент, комп'ютер збирає результати воєдино і представляє їх у візуальному форматі. Наприклад, області з високою напругою можуть бути виділені червоним кольором. Програмні засоби, що забезпечують візуалізацію, називаються пocтпpoцeccoрамі (postprocessors). Існує безліч програмних засобів для оптимізації конструкцій.

Хоча засоби оптимізації можуть бути віднесені до класу САЕ, зазвичай їх pacсматрівают окремо. Ведуться дослідження можливості автоматичного визначення форми конструкції шляхом об'єднання оптимізації та аналізу.

У цих підходах вихідна форма конструкції передбачається простий, як, наприклад, у прямокутного двовимірного об'єкта, що складається з невеликих елементів різної щільності. Потім виконується процедура оптимізації, що дозволяє визначити конкретні значення щільності, дозволяють досягти певної мети з урахуванням обмежень на напруги. Метою часто є мінімізація ваги. Після визначення оптимальних значень щільності розраховується оптимальна форма об'єкта. Вона виходить відкиданням елементів з низькими значеннями щільності.

Чудове гідність методів аналізу та оптимізації конструкцій полягає в тому, що вони дозволяють конструктору побачити поведінку кінцевого продукту і виявити можливі помилки до створення і тестування реальних прототипів, уникнувши певних витрат. Оскільки вартість конструювання на останніх стадіях розробки і виробництва продукту експоненціально зростає, рання оптимізація та удосконалення (можливі тільки завдяки аналітичним засобам САЕ) окуповуються значним зниженням термінів і вартості розробки.

Таким чином, технології CAD, САМ і САЕ полягають в автоматизації і підвищення ефективності конкретних стадій життєвого циклу продукту. Розвиваючись незалежно, ці системи ще не до кінця реалізували потенціал інтеграції проектування і виробництва. Для вирішення цієї проблеми була запропонована нова технологія, що отримала назву комп'ютеризованого інтегрованого виробництва (co m puter - integrated manufacturing - СІМ). CIM намагається поєднати «острівці автоматизації" разом і перетворити їх в безперебійно та ефективно працюючу систему. CIM увазі використання комп'ютерної бази даних для більш ефективного управління всім підприємством, зокрема бухгалтерією, плануванням, доставкою та 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.

Список використаної літератури

1) Кунву Лі. Основи САПР. ПИТЕР, 2004

2) Кондаков А.І. САПР технологічних процесів і виробництв. ACADEMA, 2007

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Програмування, комп'ютери, інформатика і кібернетика | Реферат
62кб. | скачати


Схожі роботи:
Системи автоматизованого проектування
Системи автоматизованого проектування 2
Системи автоматизованого проектування і креслення
Системи автоматизованого проектування Використання креслень за допомогою комп ютера
Стадії проектування систем автоматизованого проектування
Проектування друкованих плат в САПР P-CAD 2000
Проектування засобів обчислювальної техніки в САПР PCAD 2009 схема дешифратора сигналів
Проектування засобів обчислювальної техніки в САПР PCAD 2008 схема управління освітленням з
Проектування засобів обчислювальної техніки в САПР PCAD 2008 схема формувача імпульсів
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru