Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. История САПР в машиностроении

2. Понятие, цели, задачи, классификация САПР

3. Система автоматизированного проектирования «КОМПАС»

Список использованных источников

Введение

В условиях рыночной экономики и активной конкуренции особую остроту для машиностроительных заводов приобретает проблема регулярного обновления продукции, выпуска новых модификаций уже разработанных изделий с тем, чтобы удовлетворить запросы максимального числа потребителей. Прежде чем выпустить новую конкурентоспособную продукцию, необходимо провести большую работу по сбору, накоплению и оперативной обработке информации. Переработка больших объемов информации в настоящее время невозможна без использования ЭВМ.

Создание новой техники в машиностроении происходит в такой последовательности: на основе анализа выпускаемой продукции проектируется новая, обладающая более высокими эстетическими, эксплуатационными или другими свойствами, затем производятся инженерные расчеты и моделирование, технологическая подготовка производства, изготовление и сбыт изделия. При этом мы получаем замкнутый цикл, так как проектирование нового изделия выполняется на базе анализа рынка и данных об эффективности, надежности и сбыте выпускаемых моделей.

Область применения систем автоматизированного проектирования (САПР) охватывает сегодня самые различные виды деятельности человека -- от расстановки мебели в квартире до проектирования и изготовления интегральных микросхем и современной космической техники. Каждая категория задач технического черчения предъявляет к этим продуктам свои требования, однако наибольшее распространение они получили в машиностроении и архитектуре.

Использование САПР позволяет членам проектных групп одновременно работать над изделием с разных сторон: решать задачи стилевого дизайна, проектирования внешнего вида изделия и параллельной поагрегатной разработки изделия. Новое изделие создается в конструкторском подразделении, которое является центральным звеном компьютеризации предприятия. Одновременно группой специалистов различных профилей, работающих над выпуском нового изделия, выполняются все этапы разработки деталей, узлов и сборок, их технологическая проработка (Concurrent engineering).

Изделие начинают изготавливать еще до того, как будет завершен выпуск всей документации, что приводит к значительному сокращению сроков и повышает качество проектирования. Облегчается автоматизированное управление проектами и предприятием на базе электронного документооборота. Любые изменения в любом элементе изделия незамедлительно становятся доступными как для отдельных конструкторов и технологов, так и для целых отделов и организаций на всех этапах создания изделия -- благодаря использованию единой базы данных. Таким образом, САПР сокращает время и трудозатраты на проектирование изделия.

Для выпуска конкурентоспособной продукции, отвечающей мировым стандартам, необходимо обеспечить использование единой интегрированной базы данных. Интеграция конструкторских и технологических работ, программного обеспечения для документооборота позволяет пользователям управлять всеми типами информации о продукте и проекте -- от изменения заказов до контроля качества и ведения дел по обслуживанию клиентов. Такая организация труда особенно эффективна в условиях многономенклатурного производства и в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к оперативности и качеству функционирования производства.

Недостаточная оснащенность конструкторских и технологических подразделений современными САПР приводит к неполной проработке конструктивных и технологических решений, к материальным и временным потерям на стадии изготовления и во время эксплуатации.

1. История САПР в машиностроении

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 (CAE/CAD/CAM-систем).

Историю САПР 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. Так, теория B-сплайнов была представлена И.Шоенбергом (I.J.Schoenberg) в 1946 г., позднее приведшая к широкому использованию в геометрическом моделировании неравномерных рациональных B-сплайнов (NURBS), предложенных К.Весприллом (K.J.Versprille, 1975 г.). Моделированию кривых и поверхностей любой формы были посвящены работы П.Безье (P.E.Bezier), выполненные на рубеже 60-70-х годов прошлого века.

Проектирование механических изделий заключается прежде всего в конструировании, т.е. в определении геометрических форм тел и их взаимного расположения. Поэтому история автоматизация проектирования в машиностроении связана с историей компьютерной графики. В конце 50-х -- начале 60-х появляются системы с выводом информации на электронно-лучевую трубку, это SAGE (Semi Automatic Ground Environment), которая использовалась в составе системы противовоздушной обороны в военно -воздушных силах США, и электронная чертежная машина (The Electronic Drafting Machine) компании ITEK. Первой графической станцией часто называют станцию Sketchpad с использованием дисплея и светового пера, представленную в 1963 г. И.Сазерлендом. И.Сазерленд в дальнейшем работал в ARPA, возглавив в этом агентстве департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета. Растровые дисплеи стали применяться в 70-е годы.

В 70-е годы в Lockheed создается программа CADAM (Computer-Augmented Drafting and Manufacturing), а в компании Dassault начинается разработка программы трехмерного моделирования, впоследствии ставщей программой CATIA (Computer-Aided Three-Dimensional Interactive Application).

В 1979 г. разрабатывается графический формат IGES (Initial Graphic Exchange Standard).

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 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 том же году повляется первая версия программы CATIA с возможностями 3D моделирования и разработки программ для ЧПУ и Джоном Уокером создается компания Autodesk. В следующем году разработана техника создания 3D моделей с показом или удалением скрытых линий. На рынок вышла система Unigraphics, а компания Autodesk выпускает свой первый CAD-продукт Autocad, пока однопользовательскую версию на языке C 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. К концу 80-х годов стоимость CAD-лицензии существенно снизилась и тем самым были созданы предпосылки для создания CAD/CAM/CAE-систем более широкого применения.

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.

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.

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.

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.

Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются CATIA (компания Dassault Systemes), Unigraphics (Unigraphics Solution, ныне развивается в компании Siemens), Pro/Engineer (PTC). Продукты этих фирм доступны с 1981, 1983 и 1987 г. соответственно. Современная версия CATIA v5 представлена в 1999 г. 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 Семеном 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 принадлежат, 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 Edge (такое имя получила новая система). 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 год появляется 6-я версия Solid Edge на русском языке.

В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила 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 Кредо (НИЦ АСК), Компас (компания Аскон), T-Flex CAD (Топ Системы), и некоторые другие системы.

Система Кредо считается первой отечественной CAD/CAM системой в машиностроении. Она разработана в созданном в 1987 г. Научно-исследовательском центре автоматизированных систем конструирования (НИЦ АСК).

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.

Выпуск первой коммерческой версии системы T-FLEX CAD 2.x (TopCAD) относится к 1992 г.

Системы инженерных расчетов и моделирования в машиностроении появились позже систем моделирования в радиоэлектронике. В 1971 г. П. Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), которой суждено на многие годы быть ведущей компанией в области машиностроительных CAE систем. В частности, компания MSC Software разработала или обладает правами распространения таких известных продуктов САПР, как MSC.Nastran, MSC.Patran, ADAMS и др.

2. Понятие, цели, задачи, классификация САПР

Система автоматизированного проектирования -- автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР (система автоматизации проектных работ). Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре.

САПР - это не системы автоматического проектирования. Понятие “автоматический” подразумевает самостоятельную работу системы без участия человека. В САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово “автоматизированный”, по сравнению со словом “автоматический”, подчёркивает участие человека в процессе.

Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer-aided design), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина “автоматизированное проектирование”. Понятие CAD не является полным эквивалентом САПР, как организационно-технической системы. Термин САПР на английский язык может также переводиться как CAD system, automated design system, CAE system.

В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE (computer-aided engineering) определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM (computer-aided manufacturing). Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (англ. computer-aided technologies).

Цели и задачи САПР

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Основная цель создания САПР -- повышение эффективности труда инженеров, включая:

сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

сокращения сроков проектирования;

сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

автоматизации оформления документации;

информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

использования технологий параллельного проектирования;

унификации проектных решений и процессов проектирования;

повторного использования проектных решений, данных и наработок;

стратегического проектирования;

замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

повышения качества управления проектированием;

применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Классификация САПР

Прошло то время, когда инженеры реализовывали свои идеи с помощью кульмана и карандаша.

Сейчас конструктора и технологи (а также архитекторы, исследователи, программисты и т.д.) повсеместно применяют системы автоматизированного проектирования (или САПР): от самых простых "чертилок" до навороченных программ типа Unigraphics NX.

Все САПР можно условно разделить на 3 категории:

Классификация САПР

1. Легкие (AutoCAD, Компас-График)

2. Средние (Solid Works, Solid Edge, Компас-3D)

3. Тяжелые (CATIA, Pro/ENGINEER, NX)

Рассмотрим виды САПР более подробно.

1. Легкие САПР применяют, в основном, вместо кульмана. Можно сказать, что 2D черчение на компьютере легче, чем за кульманом, ведь программы настроены специальным образом так, чтобы чертить было максимально легко и комфортно. Здесь не нужно следить за качеством графики, все рисует компьютер. Можно без проблем выполнять чертежи любой сложности и размеров (что немаловажно, когда выполняешь сборки формата А1 и А0).

2. Эти САПР используются для 3D моделирования и построения чертежей по 3D моделям. Естественно, увидев 3D модель двигателя вы поймете намного больше, чем по чертежу также как и то, что деталь выполненная станком с ЧПУ по 3D модели будет точнее, чем рабочим по 2D чертежу.

3. Это даже не программы, а целые комплексы программ для крупного предприятия. В одной вы выполняете 3D модель детали (CAD-программа), во второй - рассчитываете ее на прочность (CAE-программа), в третьей - проектируете инструмент для ее изготовления, в четвертой - разрабатываете управляющую программу для станков с ЧПУ (CAM-программа). Ну и стоимость у них соответствующая количеству функций (прибавьте еще пару нулей к сумме, о которой сейчас подумали).

Поэтому для многих компаний по соотношению цена/качество наиболее оптимальной выглядит категория средних САПР, куда входит и программа Компас 3D. база данные информационный вариантный

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:

· тип/разновидность и сложность объекта проектирования

· уровень и комплексность автоматизации проектирования

· характер и количество выпускаемых документов

· количество уровней в структуре технического обеспечения

3. Система автоматизированного проектирования «КОМПАС»

КОМПАС -- система автоматизированного проектирования, разработанная российской компанией «АСКОН» с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС.

Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, соответственно предназначенных для плоского черчения и трёхмерного проектирования.

КОМПАС-График может использоваться как полностью интегрированный в КОМПАС-3D модуль работы с чертежами и эскизами, так и в качестве самостоятельного продукта, полностью закрывающего задачи 2D-проектирования и выпуска документации.

Система ориентирована на поддержку стандартов ЕСКД и СПДС. КОМПАС-График автоматически генерирует ассоциативные виды трёхмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные разрезы, местные виды, виды по стрелке, виды с разрывом). Все они ассоциированы с моделью: изменения в модели приводят к изменению изображения на чертеже.

Стандартные виды автоматически строятся в проекционной связи. Данные в основной надписи чертежа (обозначение, наименование, масса) синхронизируются с данными из трёхмерной модели.

Существует большое количество дополнительных библиотек к системе КОМПАС, автоматизирующих различные специализированные задачи. Например, библиотека стандартных изделий позволяет добавлять уже готовые стандартные детали в трехмерные сборки (крепежные изделия, подшипники, элементы трубопроводов, шпонки, уплотнения), а также графические обозначения стандартных элементов на чертежи (обозначения отверстий), предоставляя возможность задания их параметров.

«Компас» выпускается в нескольких редакциях: «Компас-График», «Компас-СПДС», «Компас-3D», «Компас-3D LT», «Компас-3D Home». «Компас-График» может использоваться и как полностью интегрированный в «Компас-3D» модуль работы с чертежами и эскизами, и в качестве самостоятельного продукта, предоставляющего средства решения задач 2D-проектирования и выпуска документации. «Компас-3D LT» и «Компас-3D Home» предназначены для некоммерческого использования, «Компас-3D» без специализированной лицензии не позволяет открывать файлы, созданные в этих программах. Такая специализированная лицензия предоставляется только учебным заведениям.

Основные компоненты «Компас-3D» -- собственно система трёхмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования «Компас-График» и модуль проектирования спецификаций.

Система «Компас-3D» предназначена для создания трёхмерных ассоциативных моделей отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параметрическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Многочисленные сервисные функции облегчают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания производства.

Ключевой особенностью «Компас-3D» является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами компании «Аскон».

Ниже представлена история версий чертёжных программ компании «АСКОН» (ранее -- Конструкторское бюро машиностроения в Коломне).

В состав КОМПАС-3D V13 включены Система прочностного экспресс- анализа APM FEM и Библиотека Пресс-формы 3D. Наличие таких встроенных приложений сегодня является стандартом для систем автоматизированного проектирования среднего уровня. В системе КОМПАС-3D V13 можно не просто создать трехмерную геометрию, а полностью описать информационную модель изделия, проанализировать ее и подготовить данные для производства (передать в систему проектирования технологических процессов или в систему для разработки управляющих программ ЧПУ).

В новой версии значительно расширены возможности построения пространственных кривых, являющихся каркасом любой поверхностной модели. Добавлены новые команды построения и анализа поверхностей. Эти новации позволяют применить новую методологию проектирования, упростить работу инженера и повысить производительность. Основным выходным документом от конструктора по-прежнему является чертеж. Поэтому в двумерном проектировании появилась возможность получения табличных отчетов по графическим документам и объектам в них, вставкам видов и фрагментов, макроэлементам. Теперь на них можно назначать атрибуты и свойства.

В КОМПАС-3D V14 полномасштабно развернута технология прямого вариационного моделирования VDM для свободного редактирования ранее созданных или импортированных из других CAD-систем 3D-моделей; реализована интеграция строительных приложений КОМПАС-3D с расчетными системами; добавлена возможность создания исполнений для спроектированных или новых изделий.

В КОМПАС-3D V14 серьезное развитие получили технологии, направленные на повышение эффективности 3D-проектирования и расширяющие привычные функции CAD-инструментария. В частности, в новой версии произошло наращивание возможностей работы в 3D и специализированных приложениях. КОМПАС-3D V14 позволяет не просто создавать 3D-геометрию, но и полностью описывать информационную модель изделия, анализировать ее и готовить данные для производства -- передавать в систему проектирования технологических процессов или в систему для разработки управляющих программ ЧПУ. В 3D-модели появились управляющие размеры, при простановке размеров стало возможным указывать поле допуска, а саму модель перестраивать с его учетом -- таким образом, модель в КОМПАС-3D V14 содержит в себе всю необходимую производственную информацию и технические требования.

Для создания исполнений уже спроектированных изделий или новых изделий с разными конфигурациями в КОМПАС-3D V14 реализован функционал, который позволит прорабатывать исполнения и формировать на них комплект документации -- чертежи и групповые спецификации.

С учетом пожеланий пользователей КОМПАС-3D функциональные и визуальные изменения в новой версии системы претерпела стандартная команда «Отверстие». Она сменила всем знакомый значок на панели инструментов, а ее возможности расширились -- теперь создавать отверстия можно как на плоских гранях, так и на кривых поверхностях.

Для удобства оформления чертежей в соответствии с ГОСТ, ОСТ, СТП, DIN, ISO и другими стандартами, КОМПАС-График, интегрированный в состав КОМПАС-3D, получил развитие в сторону повышения автоматизации оформления документации. В новой версии системы штриховка ассоциативно связана с материалом, указанным в 3D-модели, Технические требования передаются из 3D-модели, а управляющие размеры из эскизов и операций автоматически проецируются на виды чертежа.

17 марта 2014 года компания АСКОН представила новую версию своего программного продукта автоматизированного проектирования КОМПАС-3D V15.

Посредством функциональной поддержки методик проектирования КОМПАС-3D v15 обеспечит работу над масштабными проектами всем коллективом и разработку сложных изделий в кратчайшие сроки и с минимальным количеством исправлений.

КОМПАС-3D V15 вышел на более высокий, в функциональном отношении, уровень. Наиболее востребованные в машиностроении приложения - Металлоконструкции, Трубопроводы и Валы и механические передачи.

В приложениях Металлоконструкции и Трубопроводы воплощен инновационный подход при создании трехмерных траекторий. Функция, получившая название 3D-каркас, не уступает по своим возможностям и удобству использования аналогам среди конкурентов.

В приложении "Валы и механические передачи" расширен список проектируемых механизмов. Теперь зубчатые и червячные передачи можно проектировать не только по российским, но и по зарубежным стандартам (AGMA 201.02, ASA B6b, DIN 3972-52, ISO 53:1998, JIS B 1701-1973). Возможность проектировать нестандартные узлы коснулась не только зубчатых передач, но и таких элементов вала, как эвольвентные и прямобочные шлицы.

Список использованных источников

1. САПР в машиностроении. Компас-график, Компас-3D, Вертикаль: учебное пособие / М.М. Донская, Н.А. Солодилова. -- Санкт-Петербург, 2013.

Размещено на Allbest.ru