 |
Ными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений.
|
|
|
|
В состав машиностроительных САЕ-систем прежде всего включают программы для выполнения следующих процедур:
˗ моделирование полей физических величин, в том числе анализ проч-
ности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ;
˗ расчёт состояний моделируемых объектов и переходных процессов в них средствами макроуровня.
Основными частями программ анализа с помощью МКЭ являются биб-
лиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор.
Библиотеки конечных элементов содержат их модели – матрицы жёстко-
сти. Очевидно, что модели конечных элементов будут различными для разных
задач (анализ упругих или пластических деформаций, моделирование полей
температур, электрических потенциалов и т. п.), разных форм конечных эле-
ментов (например, в двумерном случае – треугольные или четырёхугольные
элементы), разных наборов координатных функций.
Исходные данные для препроцессора – геометрическая модель объекта,
чаще всего получаемая из подсистемы конструирования. Основная функция препроцессора – представление исследуемой среды (детали) в сеточном виде,
т. е. в виде множества конечных элементов.
Решатель – программа, которая ассемблирует (собирает) модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и решает
эту систему одним из методов разреженных матриц.
Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной
для пользователя форме. В машиностроительных САПР это графическая форма. Пользователь может видеть исходную (до нагружения) и деформированную
формы детали, поля напряжений, температур, потенциалов и т. п. в виде цветных изображений, в которых палитра цветов или интенсивность свечения характеризуют значения фазовой переменной.
|
|
|
Программно-методические комплексы одного уровня по своим функцио-
нальным возможностям приблизительно равноценны, новые достижения, по-
явившиеся в одном из ПМК, в скором времени реализуются в новых версиях
других комплексов. Поэтому для первого знакомства с возможностями ПО машиностроительных САПР достаточно рассмотреть характеристики одного из
комплексов. Рассмотрим структуру ПО САПР и его функциональные воз-
можности на примере комплекса программ Pro/Engineer.
Комплекс насчитывает несколько десятков программ (модулей), которые
подразделены на группы программ конструкторского проектирования механи-
ческих объектов, промышленного дизайна, функционального моделирования,
технологического проектирования, обмена данными.
Базовые модули конструкторского проектирования предназначены для
твердотельного и поверхностного моделирования, синтеза конструкций из базовых элементов формы, поддержки параметризации и ассоциативности, проекционного черчения и разработки чертежей с простановкой размеров и допусков. Пользователь может пополнять библиотеку БЭФ оригинальными моделями. Синтез трёхмерных моделей сложной формы возможен вытягиванием плоского контура по нормали к его плоскости, его протягиванием вдоль произвольной пространственной кривой, вращением контура вокруг заданной оси, натягиванием между несколькими заданными сечениями. Синтез сборок выполняется вызовом или ссылкой на библиотечные элементы, их модификацией, разработкой новых деталей. Детали сборки можно нужным образом ориентировать в пространстве. Далее следует ввести ассоциативные (сопрягающие) связи.
Дополнительные модули конструкторского проектирования имеют более
конкретную, но узкую специализацию. Примерами таких модулей могут служить
|
|
|
модули конструирования панелей из композиционных материалов, разработки штампов и литейных пресс-форм, трубопроводных систем, сварных конструкций, разводки электрических кабелей и жгутов.
Модули функционального моделирования используют как препроцессоры
и постпроцессоры в программах конечно-элементного анализа (нанесение сетки
конечных элементов, визуализация результатов анализа), для анализа теплового
состояния конструкций, оценки виброустойчивости и др.
Основные модули технологического проектирования служат для модели-
рования технологических процессов фрезерной, токарной, электроэрозионной
обработки и для разработки постпроцессоров для систем управления оборудо-
ванием с ЧПУ.
Модули обмена данными (конверторы форматов данных) должны обеспе-
чивать возможности импорта и экспорта данных в другие CAE/CAD/CAM-
системы.
В САПР крупных предприятий обычно используют программы разных
уровней. Связано это с тем, что более 80% всех процедур конструирования
можно выполнить на CAD-системах нижнего и среднего уровней, кроме того,
«тяжёлые» системы дороги. Поэтому предприятие приобретает лишь ограниченное число экземпляров (лицензий) программы верхнего уровня, а большинство клиентских рабочих мест обеспечивается экземплярами программ нижнего или среднего уровней. При этом возникает проблема обмена информацией между разнотипными CAD-системами. Она решается путём использования языков и форматов, принятых в CALS-технологиях, хотя для неискажённой передачи геометрических данных с помощью промежуточных унифицированных языков приходится преодолевать определённые трудности.
Примеры программ. К числу мировых лидеров в области CAD/CAM/CAE-систем верхнего уровня относятся системы Unigraphics (компания EDS), CATIA (Dessault Systemes), Pro/Engineer (PTC). Продолжают использоваться также системы I-DEAS (EDS), CADDS5 (РТС) и EUCLID3 (Matra Datavision).
Система Unigraphics – универсальная система геометрического моделиро-
вания и конструкторско-технологического проектирования, в том числе разра-
ботки больших сборок, прочностных расчётов и подготовки конструкторской
документации. Система многомодульная. В конструкторской части (подсистема
CAD) имеются средства для твердотельного конструирования, геометрического
|
|
|
моделирования на основе сплайновых моделей поверхностей, создания чертежей
по 3D-модели, проектирования сборок (в том числе с сотнями и тысячами компонентов) с учётом ассоциативности, анализа допусков и др. В технологической части (подсистема САМ) предусмотрены разработка управляющих программ для
токарной и электроэрозионной обработки, синтез и анализ траекторий инструмента при фрезерной трёх- и пяти координатной обработке, при проектировании
пресс-форм, штампов и др. Для инженерного анализа (подсистема САЕ) в систему включены модули прочностного анализа с использованием МКЭ с соответствующими пре- и постпроцессорами, кинематического и динамического анализа механизмов с определением сил, скоростей и ускорений, анализа литьевых
процессов пластических масс.
Другая система верхнего уровня позволяет заказчику генерировать
собственный вариант САПР сквозного проектирования – от создания концепции изделия до технологической поддержки производства и планирования про-
изводственных ресурсов. В системе реализовано поверхностное и твёрдотельное 3D-моделирование и оптимизация характеристик изделий. Возможны фотореалистичная визуализация, восстановление математической модели из мате-
риального макета. Система масштабируема. Предлагаются типовые конфигурации, в том числе варианты для полнофункционального сквозного проектирования сложных изделий и проектирования комплектующих на небольших и средних предприятиях.
Аналогичные возможности реализованы и в других «тяжёлых» САПР.
Значительно дешевле обходится приобретение САПР среднего уровня. В
России получили распространение системы компаний Autodesk, Solid Works
Corporation, Beantly, Топ Системы, Аскон, Интермех, Вее-Pitron и некоторых
других. Все эти системы ориентированы в первую очередь на платформу
Wintel, как правило, имеют подсистемы конструкторско-чертёжную 2D, твёр-
дотельного 3D-моделирования, технологического проектирования, управления
проектными данными, ряд подсистем инженерного анализа и расчёта отдельных видов машиностроительных изделий, а также библиотеки типовых конструктивных решений.
|
|
|
Программа Dynamic Designer Motion имеет связи с группой программ ко-
нечно-элементного анализа Cosmos. Например, программу Cosmos/DesignSTAR
можно использовать как автономно, так и в связке с программами Inventor и
Solid Edge, а программу Cosmos/Works - с программой SolidWorks. С помощью
этих программ проводят анализ деформированного состояния деталей, стацио-
нарных и нестационарных тепловых процессов, динамики жидкостей и газов,
низкочастотных электромагнитных полей, определяют собственные частоты
колебания конструкций.
Среди САПР среднего уровня, наряду с продуктами зарубежных фирм, не-
плохо зарекомендовали себя системы отечественных разработчиков – это, преж-
де всего, системы Компас (компания Аскон) и T-Flex CAD (Топ Системы).
В системе Компас для трёхмерного твердотельного моделирования ис-
пользуется оригинальное графическое ядро. Синтез конструкций выполняется с
помощью булевых операций над объёмными примитивами, модели деталей
формируются путём выдавливания или вращения контуров, построением по за-
данным сечениям. Возможно задание зависимостей между параметрами кон-
струкции, расчёт масс инерционных характеристик. Разработка проектно-
конструкторской документации, в том числе различных спецификаций, выполняется подсистемой Компас-График. Имеются библиотеки с данными о типовых деталях и графическими изображениями, а также программы специального назначения (проектирование тел вращения, пружин, металлоконструкций, трубопроводной арматуры, штамповой оснастки, выбора подшипников качения, раскроя листового материала и др.). Проектирование технологических процессов выполняется с помощью подсистемы Компас-Автопроект, программирование объёмной обработки на станках с ЧПУ – с помощью подсистемы ГЕММА-3D.
Ряд необходимых функций управления проектными данными возложено на подсистему Компас-Менеджер.
Подсистема трёхмерного твердотельного моделирования T-Flex CAD 3D в
САПР T-Flex CAD построена на базе ядра Parasolid. Реализована двунаправлен-
ная ассоциативность, т. е. изменение параметров чертежа автоматически вызы-
вает изменение параметров модели и наоборот. При проектировании сборок из-
менение размеров или положения одной детали ведёт к корректировке положе-
ния других. Модель 3D может быть получена непосредственно по имеющемуся
чертежу, или с помощью булевых операций, или путём выталкивания, протяги-
вания, вращения профиля, и т. п. Предусмотрен расчёт массинерционных пара-
метров. В то же время можно по видам и разрезам трёхмерной модели получить
|
|
|
чертёж, для чего используется подсистема T-Flex CAD 3D SE. Для параметриче-
ского проектирования и оформления конструкторско-технологической докумен-
тации служит подсистема T-Flex CAD 2D, для управления проектами и докумен-
тооборотом - подсистема T-Flex DOCs. В подсистеме технологического проекти-
рования T-Flex/ТехноПро выполняются синтез технологических процессов, рас-
чёт технологических размеров, выбор режущего и вспомогательного инструмента, формирование технологической документации, в том числе операционных и
маршрутных технологических карт, ведомостей оснастки и материалов, карт
контроля.
|
|
|
