Tehnik-ast.ru

Электро Техник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Системы автоматизированного проектирования (САПР)

Англоязычный вариант названия – CAD, то есть Computer Aided Design. Изначально разработчики добивались плотного взаимодействия человеческих ресурсов и возможностей электронно-вычислительных машин. Путь достижения этой цели короток – существование платформ не длится и полвека. Условно весь период развития можно разбить на три части:

  • 1970-е годы. В это время появилась уверенность, что проектирование теоретически подвергается компьютеризации. Сфера деятельности машины была невелика, в основном упор делался на возможности автоматического черчения. Такие программы получили название САЧ.
  • 1980-е годы ознаменовались появлением микрокомпьютеров, поэтому все силы уходили на создание систем для них. Также этот период положил начало объемному 3D-моделированию с возможностью передачи данных.
  • 1990-е годы окончили формирование базовых понятий САПРа и устранения ошибок и погрешностей. В частности, было убрано препятствие при передаче файла в одном формате на другую компьютерную систему. Когда производители пришли к единому образцу, применение платформы стало доступнее и популярнее.

С тех пор создатели только совершенствуют модели, укомплектовывают новыми функциями и облегчают работу с ними.

Видео

Видео

Достоинства систем автоматизированного проектирования

Использование САПР в первую очередь значительно упрощает труд инженера-проектировщика. Если раньше специалисты разрабатывали чертежи и документацию от руки, сегодня это выполняется в автоматизированном режиме. Другие преимущества:

ускорение процесса проектирования и конструирования деталей в 1,5-2 раза;

уменьшение затрат на изготовление изделий вплоть до 20%;

удешевление процесса разработки и расходов на эксплуатацию;

меньшие расходы на формирование моделей и проведение тестов;

значительный рост качества и технического уровня результатов работы.

В совокупности перечисленные преимущества делают предприятие более конкурентоспособным за счет увеличения качества выпускаемой продукции вместе с уменьшением себестоимости.

 Пример работы САПР программы SolidWorks

Основные свойства САПР

К основным свойствам систем проектирования, на которые будущие пользователи обращают внимание при выборе, можно отнести следующие [3-5]:

  1. Степень сложности в освоении и наличие всех необходимых функций для решения поставленных задач.
  2. Степень открытости системы для настройки пользовательского интерфейса и подключения дополнительных программных модулей.
  3. Ориентированность на определенный тип графики.
  4. Кроссплатформенность – желательно, чтобы система функционировала на различных аппаратных и программных платформах.
  5. Условия получения доступа – свободный/ платный, в т.ч. цена.
  6. Возможность создания спецификаций и поддержка различных стандартов оформления документации.
  7. Возможность интеграции в единую систему документооборота предприятия в том числе с настройкой языковых функций региона использования и т.д.

На практике, указанных вопросов может быть значительно больше и все они достаточно специфические, а порой и противоречивые. Поэтому в настоящее время некоторые разработчики и дилеры продающие ПО (программное обеспечение) для проектирования задумываются над разработкой экспертных систем, которые позволят достаточно четко определить потребности клиента при выборе рационального программного инструмента для проектирования [6]. Данные экспертные системы должны в интерактивном виде позволить клиенту и поставщику ПО выбрать наиболее рациональный программный продукт для решения производственных задач.

Состав и структура САПР

Это обширная система, которая, не смотря на перевод, не полностью соответствует аббревиатуре CAD. В русскоязычный термин входят три базовых понятия:

  • CAE (Computer-aided engineering) – программа инженерного анализа, осуществляющая расчет данных.
  • CAD (Computer-Aided Design) – этап собственно проектирования и построения схем.
  • CAM (Computer-aided manufacturing) – модуль по управлению результатами деятельности двух предыдущих устройств.

На деле все три технологии взаимодействуют и дают возможности в одной программе осуществлять полный цикл конструирования объектов любой сложности.

Для создания САПРа были привлечены технологии из разных сфер:

  • основы телекоммуникаций;
  • методы вычислительных сетей;
  • широкое математическое обеспечение: от способов вычисления и статистики до элементов искусственного разума;
  • компьютерные технологии для обслуживания популярных операционных систем и основных языков программирования.

Система автоматизированного проектирования САПР – это программа, которая базируется на двух основных подсистемах: проектирование и обслуживание. С помощью первой осуществляется само построение схем, чертежей. Вторая служит для управления первой.

Вот основные составляющие модули:

  • Построение двумерных систем и геометрическое 3D-моделирование.
  • DesPM – Design Process Management – управление процессом конструирования.
  • PDM — Product Data Management – организация и оптимизация заложенных данных.
  • Диалоговый модуль – дает возможность эффективного общения пользователя с программой.
  • Совокупность технических средств – измерительные приборы и инвентарь для построения.
  • Математическая база, включающая в себя алгоритмы решения проблем и функции преображения данных.
  • Информационное обеспечение – энциклопедический набор знаний, к которому имеет доступ пользователь.
  • Языковая надстройка с возможностью перевода текста.
  • Базовая совокупность средств, необходимых при стандартных ситуациях проектирования.

Системный подход к проектированию

Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.

Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.

Читайте так же:
Как работать газовой горелкой

Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

Унификация как принцип разработки САПР

Работа с системами автоматизированного проектирования как на стадии их разработки, так и в период пользования соответствующей инфраструктурой предполагает следование принципу унификации, в соответствии с которым, те или иные решения могут одинаково эффективно и по схожим алгоритмам внедряться в различных отраслях производства. Данный принцип предполагает, что человек, использующий знакомый ему модуль САПР или, к примеру, методику автоматизированного проектирования в одной среде, без труда сможет адаптировать их к специфике применения в иных условиях.

Унификация САПР имеет значение и с точки зрения развития предприятия — разработчика соответствующей системы: чем более универсальными будут модули и подходы, которые данный хозяйствующий субъект предлагает рынку, тем более интенсивным может быть его рост, тем выше конкурентоспособность и готовность новых потребителей к сотрудничеству.

Виды обеспечения САПР

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

  • техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);
  • математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
  • программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;
  • информационное (ИО), состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, которые используются при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
  • лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
  • методическое (МетО), включающее различные методики проектирования; иногда к нему относят также математическое обеспечение;
  • организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые регламентируют работу проектного предприятия.

Англоязычный эквивалент

С 1990 года в нашей стране англоязычный термин CAD нормативно закреплен за определением «автоматизированное проектирование», хотя и не соответствует в полной мере российскому значению САПР. По сути, под понятием CAD понимается применение информационных технологий для поддержки процесса конструирования. Зарубежные CAM системы эквивалентны отечественным автоматизированным системам технологической подготовки производства.

Наиболее полное соответствие прослеживается между определениями САПР и CAE, поскольку включают в себе обе вышеперечисленные системы и представляя собой более широкое понятие.

Интерактивность как принцип разработки САПР

Следующий важнейший принцип создания САПР — интерактивность. Он предполагает прежде всего создание разработчиком соответствующих систем интерфейсов, максимально облегчающих процедуру их задействования человеком, а также осуществления им необходимых коммуникаций с другими пользователями САПР.

Еще один аспект интерактивности — обеспечение в необходимых случаях взаимодействия между различными модулями систем автоматизированного проектирования в рамках формирования производственной инфраструктуры.

Можно отметить, что принцип интерактивности тесно связан с первым — унификацией. Дело в том, что обмен данными в рамках тех или иных интерактивных процедур наиболее эффективным будет при условии необходимой стандартизации взаимодействия между теми или иными субъктами. Это может выражаться в унификации файловых форматов, документов, процедур, языка, инженерных подходов при разработке тех или иных проектов.

Особенно большое значение рассматриваемый принцип играет в САПР, посредством которых осуществляется автоматизированное проектирование информационных систем. Данная сфера применения САПР характеризуется, в частности, высокой степенью потребности пользователей соответствующей инфраструктуры:

— в регулярном, динамичном взаимодействии между собой;

— обеспечении связей между большим количеством модулей САПР;

— осуществлении оптимизации различных интерактивных процедур;

— оперативном формировании отчетности.

Только при условии достаточной интерактивности систем автоматизированного проектирования пользователи вправе рассчитывать на эффективное решение подобных производственных задач.

Основные функции CAD-систем. Характеристики CAD-систем. Параметризация и ассоциативность.

Основные функции CAD-систем. Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относят черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D – получение трехмерных геометрических моделей, метрические расчеты, реалистичную визуализацию, взаимное преобразование 2D и 3D моделей.

Трехмерные модели представляют в виде описания поверхностей, ограничивающих деталь, или указанием элементов пространства, занимаемых телом детали. Модели поверхностей сложной формы получают с помощью разновидностей кинематического метода, к которым относят вытягивание заданного плоского контура по нормали к его плоскости, протягивание контура вдоль произвольной пространственной кривой, вращение контура вокруг заданной оси, натягивание поверхности между несколькими заданными сечениями. В случае построения скульптурных поверхностей, проходящих через заданные точки пространства, применяют модели в форме Безье, а при требованиях высокой гладкости поверхности – модели в форме B-сплайнов. Синтез моделей сборок выполняют применением операций позиционирования и теоретико-множественных операций пересечения, объединения, вычитания к библиотечным элементам и вновь созданным моделям комплектующих деталей. В ряде систем предусмотрено также выполнение операций компоновки и размещения оборудования, проведения соединительных трасс и т.п.

Читайте так же:
Как подключить силовой кабель к щитку

К важным характеристикам CAD-систем относятся параметризация и ассоциативность. Параметризация подразумевает использование геометрических моделей в параметрической форме, т.е. при представлении части или всех параметров объекта не константами, а переменными. Параметрическая модель, находящаяся в базе данных, легко адаптируется к разным конкретным реализациям и потому может использоваться во многих конкретных проектах. При этом появляется возможность включения параметрической модели детали в модель сборочного узла с автоматическим определением размеров детали, диктуемых пространственными ограничениями. Эти ограничения в виде математических зависимостей между частью параметров сборки отражают ассоциативность моделей.

Корректные синтез и редактирование 3D твердотельных моделей изделий возможны с помощью нескольких методов.

Наиболее очевидный метод – задание проектировщиком изделия ограничений и условий, накладываемых на параметры модели и отражающих требования непересечения тел, соосности отверстий, компланарности, перпендикулярности и т.п.

В большинстве современных MCAD используется метод, основанный на использовании дерева построения модели. Деревом построения называют историю моделирования сборки, другими словами, последовательность операций создания модели, упорядоченную по времени их совершения. Согласно этому методу внесение изменений в ту или иную часть модели подразумевает переход в ту вершину дерева, которая соответствует изменяемой части, и после внесения изменений повторное выполнение всех последующих операций синтеза.

Третий способ — синхронное моделирование, основанное на автоматическом определении, благодаря применению экспертных систем, тех ограничений, которые в первом методе задаются пользователем. В результате упрощается работа конструктора, не требуются затраты времени на перестроение дерева модели.

Разновидности САПР. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Комплексные (интегрированные) САПР.

Разновидности САПР.Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например, по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы — ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР.

1. САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностро­ительными САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами.

2. САПР для радиоэлектроники. Их названия — ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы.

3. САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число более специализированных САПР, или выделяемых в ука­занных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких си­стем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР элек­трических машин и т.п.

Геометрические объекты в системе КОМПАС-3D. Использование сетки при работе с графическими документами.

Следующий шаг – создание ячеек сетки и распределение узлов. Когда каждой ячейке сопоставляются узлы, она становится конечным элементом. Построение сетки является важнейшим и сложнейшим этапом моделирования. Для упроще­ния этой задачи практически все системы на сегодняшний день предлагают те или иные функции автоматизации. Наиболее типично использование тетраэдрических элементов для объемных тел и четырехугольных или треугольных эле­ментов для трехмерных поверхностей, оболочек и двухмерных объектов. Многие системы предоставляют пользователям возможность изменять параметры авто­матически формируемых сеток, в частности плотность ячеек. Кроме того, в та­ких системах обычно имеются функции ручного локального редактирования, по­зволяющие уточнить сетку в критических областях. Многие системы связывают сетку с геометрической моделью, так что изменение последней автоматически влечет за собой изменение первой.

От сложности сетки зависит размер глобальной матрицы жесткости, численная сложность задачи и объем требуемых вычислительных ресурсов. Точность реше­ния можно повысить увеличением количества ячеек или использованием функ­ций формы более высоких порядков. Конечные элементы должны удовлетворять определенным требованиям. Во-первых, размерность элементов должна совпа­дать с размерностью области задачи. Для одномерных задач используются одно­мерные элементы, для двумерных — двумерные, и т. д. Во-вторых, конечные эле­менты должны поддерживаться выбранной программой FEA. Другими словами, программа должна уметь рассчитывать вклад конкретного элемента в матрицу жесткости. Все элементы, поддерживаемые пакетом анализа, составляют его биб­лиотеку (element library).Чем больше элементов в библиотеке, тем большее число задач может решать программа.

Обобщенная модель программного обеспечения проектной процедуры в САПР.

Вспомогательная геометрия. Элементы твердотельной геометрической модели.

Создание файла модели. Система координат, плоскости проекций.

Виды обеспечения САПР.

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения:

техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные уст­ройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);

математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для вы­полнения проектирования;

программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

информационное (ИО), состоящее из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД), а также других данных, используемых при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД носит название банка данных (БнД);

лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, язы­ками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

методическое (МетО), включающее различные методики проектирования, иногда к МетО от­носят также математическое обеспечение;

организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкци­ями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия

Преимущества и недостатки использования автоматизированного проектирования

Для того, чтобы профессионально на компьютере рисовать и разрабатывать чертежи требуется курсы по рисованию. САПР относится к автоматизированному проектированию, которое представляет собой творческий процесс проектирования, выполняемый с использованием компьютерной системы. Его программное обеспечение, программа проектирования САПР, широко используется профессионалами в области проектирования, которая требует очень точных технических чертежей. Однако это не похоже на другие программы рисования, где вы можете просто открыть и начать рисовать. Это требует комбинации инструментов и математических уравнений, чтобы начать работу, и для того, чтобы получить точный дизайн. Поскольку освоить программу не так-то просто, люди готовятся стать профессионалами для того, чтобы пользоваться программой. маркетинг в социальных сетях

Читайте так же:
Каким током сваривают алюминий

1. Экономия времени: когда вы используете программное обеспечение для автоматизированного проектирования, оно сэкономит ваше время, и вы сможете создавать лучшие и более эффективные проекты в более короткие сроки.

2. Простота редактирования: когда вы делаете дизайн, вы можете обнаружить необходимость внести изменения. Когда вы используете программное обеспечение для автоматизированного проектирования, вам будет гораздо легче вносить какие-либо изменения, потому что вы можете легко исправить ошибки и изменить чертежи.

3. Снижение процента ошибок: поскольку программное обеспечение САПР использует некоторые из лучших инструментов, процент ошибок, возникших из-за ручного проектирования, значительно снижается.

4. Уменьшение усилий по проектированию: когда речь заходит о количестве усилий, необходимых для проектирования различных моделей, оно значительно сокращается, поскольку программное обеспечение автоматизирует большую часть задачи.

5. Повторное использование кода: поскольку вся задача выполняется с помощью компьютерных инструментов, это устраняет проблему дублирования труда, вы можете копировать различные части кода и дизайна, которые затем могут быть повторно использованы несколько раз снова и снова. 6. Легко поделиться: инструменты САПР облегчают сохранение файлов и хранение их таким образом, чтобы вы могли использовать их снова и снова и отправлять без каких-либо нежелательных проблем.

7. Повышенная точность: нет абсолютно никаких сомнений в том, что та точность, которую предлагает программное обеспечение САПР, никогда не может быть достигнута путем выбора ручных чертежей. У вас есть инструменты для измерения точности, мастерства и уровня точности конструкций.

Работа может быть потеряна из — за внезапной поломки компьютеров

Работа подвержена вирусам

Работа может быть легко “взломана”

Процесс, требующий времени, чтобы знать, как работать или запускать программное обеспечение

Высокая стоимость производства или закупки новых систем

Время и стоимость обучения персонала, который будет работать на нем

Необходимость регулярного обновления программного обеспечения или операционных систем

Нуждается в меньшей занятости из-за CAD/CAM систем

В результате развития других областей техники можно ожидать, что САПР будут продолжать развиваться и в будущем, открывая новые и инновационные методы проектирования и инжиниринга для целого ряда различных отраслей промышленности. Это поможет сделать работу пользователей с CAD-оборудованием более интуитивной и простой, чем они когда-либо думали.

2. Общие сведения о cad/cam/cae-системах

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Cледует отметить, что это деление является достаточно условным, т. к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

CAD-системы (сomputer-aided design — компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования — САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т. д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

Минимальная стоимость комплекса САПР, автоматизирующего все этапы подготовки производства на предприятии, достигается применением систем трех уровней функциональных возможностей и, соответственно, цен. Практический смысл трехуровневой классификации САПР состоит в общей оценке ожидаемого экономического эффекта от внедрения конкретной САПР.

Можно выделить три уровня сложности CAD-систем:

системы нижнего уровня предназначены для автоматизации выпуска конструкторской и технологической документации,

подготовки управляющих программ для 2.5-осевого оборудования с ЧПУ “по электронному чертежу”.

То есть для сокращения сроков выпуска документации, что позволяет сократить время разработки проектов, но не гарантируют проектировщиков от ошибок даже при полном соответствии документации ЕСКД и ЕСТД. Поэтому экономический эффект таких систем зависит от квалификации и размера зарплаты конструктора или технолога и от их навыков использования САПР;

системы среднего уровня позволяют создать объемную модель изделия, по которой контролируется взаимное расположение деталей,определяются инерционно-массовые, прочностные и прочие характеристики,моделируются все виды ЧПУ-обработки, отрабатывается внешний вид по фотореалистичным изображениям и выпускается документация.

Кроме того, обеспечивается управление проектами на базе электронного документооборота.

Экономический эффект состоит в многократном сокращении затрат на доводку опытных образцов изделий в результате исключения ошибок при проектировании; системы высшего уровня, кроме перечисленных функций, дают возможность конструировать детали с контролем технологичности и учетом особенностей материала (пластмасса, металлический лист), моделировать работу механизмов, проводить динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструмента, проектировать оснастку с моделированием процессов изготовления (штамповки, литья, гибки), что исключает брак в оснастке и изготовление натурных макетов, то есть значительно уменьшает затраты и время на подготовку производства изделия.

Читайте так же:
Viper12a как проверить тестером

В свою очередь, CAM-системы (computer-aided manufacturing — компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы — (computer-aided engineering — поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Computer Aided Design (CAD) — системы автоматизированного конструирования;

Computer Aided Manufacturing (CAM) — программы для подготовки производства;

Computer Aided Engineering (CAE) — модули для решения прикладных задач;

Product Data Management (PDM) — системы управления проектами.

CAD (Computer-Aided Design)

проектирование с помощью ЭВМ, применение информационной технологии к элементам процесса проектирования производимых, собираемых и конструируемых продуктов как в области черчения (для создания, изменения, хранения и вывода инженерных и прочих технических чертежей), так и в области моделирования (для генерирования и использования цельных трехмерных моделей)

CAM (Computer-Aided Manufacturing)

производство с помощью ЭВМ, применение информационной технологии к контролю и управлению процессами производства, обычно ограничиваемое контролем таких машинных инструментов, как токарные и фрезерные станки, когда инструмент контролируется непосредственно компьютером

CAE (Computer-Aided Engineering)

разработка с помощью ЭВМ, применение информационной технологии к элементам процесса проектирования и разработки. Включает в себя все типы функциональных систем, напр. анализ теплообмена, структурный, электромагнитный, воздушный и звуковой анализ

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Автоматизированные системы конструкторского и технологического проектирования: новые возможности

Что нужно знать о конструкторско-технологической подготовке производства?
Какие задачи выполняет автоматизация конструкторского и технологического проектирования?
Как и зачем автоматизировать работу конструктора?

При организации производственного процесса необходимо соединить временные, размерные, экономические и информационные связи, а также принять во внимание свойства материалов.

Все это учитывается на этапе конструкторско-технологической подготовки производства.

Конструкторско-технологическая подготовка производства

Разработка технологии изготовления изделия представляет собой элемент конструкторско-технологической подготовки производства (далее — КТПП), которая как проектная процедура должна решать задачи, направленные на обеспечение выпуска нового изделия с определёнными качественными характеристиками и в требуемом количестве (схема 1).

Схема 1
Задачи КТПП для выпуска нового изделия

Разработка технологических процессов содержит ряд этапов.

ЭТАП 1
Выбор исходных заготовок

ЭТАП 2
Выбор технологических баз

ЭТАП 3
Поиск типового технологического процесса

ЭТАП 4
Задание последовательности операций и их нормирование и т. д.

С целью выполнения каждой из проектных процедур исполнитель (конструктор, технолог) использует значительный объем информации, которую можно подразделить на три вида (таблица).

Виды информации, используемой при КТПП

Проектная процедура

Информация

нормативная, общая для всей отрасли

относящаяся к конкретному предприятию

относящаяся к изделию, для которого выполняется КТПП

Разработка конструкторской документации

Справочники свойств материалов; требования Единой системы конструкторской документации (далее — ЕСКД); классификаторы продукции

Каталог конструкторских проектных решений

Технические требования к проектируемому изделию

Разработка технологических процессов и проектирование оснастки

Требования Единой системы технологической документации; каталоги стандартных оборудования и оснастки; нормы времени

Каталоги типовых технологических процессов; каталоги имеющихся оборудования и оснастки

Рабочие чертежи деталей

Каталоги имеющегося оборудования

Технологические процессы изготовления деталей

Каталоги имеющихся складов для хранения заделов

Маршруты прохождения деталей по цехам

Техническое задание на проектирование

Техническое задание на проектирование делится на два вида.

Вид 1
Ориентированное на модификацию ранее созданного проектного решения.
Задача значительно облегчается при заимствовании конструкторских и технологических проектных решений из архива.

Вид 2
Ориентированное на достижение заданных заказчиком свойств (схема 2).

Схема 2
Процесс проектирования

Задачи автоматизации конструкторского и технологического проектирования

Задачами автоматизации конструкторского и технологического проектирования является сокращение времени на подготовку рабочей конструкторской и технологической документации, формирование технологического процесса, генерирование текста управляющей программы для станков с числовым программным управлением (далее — ЧПУ). Разработчики современных компьютерных систем утверждают, что внедрение комплекса программных продуктов CAD/CAM/CAE/PDM-систем позволяет выполнять следующие действия (схема 3).

Схема 3
Внедрение комплекса CAD/CAM/CAE/PDM-систем

Автоматизация конструкторского проектирования

Основными объектами, с которыми оперирует конструктор, являются рабочие чертежи и трехмерные геометрические модели.

Параметры модели могут являться исходными данными для автоматического создания технологии изготовления детали в CAPР-системах, что существенно облегчает труд технолога. Действительно, в области CAD-систем разработчики достигли значительных успехов и сейчас их функциональные возможности не ограничиваются набором задач по образу и подобию кульмана. Современные CAD-системы, такие как T-FLEX-CAD, SPRUT-CAD и др., имеют примерно одинаковые возможности и решают следующие задачи:

Читайте так же:
Как правильно держать молоток

1. Подготовка чертежей деталей

2. Оформление чертежей в соответствии с требованиями ЕСКД

3. Создание трехмерных моделей деталей

4. Пересчёт параметров чертежей однотипных деталей и сборок

5. Отбор из таблиц стандартных элементов и баз данных и назначение необходимых по чертежу детали параметров

6. Оптимизация геометрических параметров

7. Создание собственных параметрических элементов библиотек

8. Подготовка параметрических сборочных чертежей, спецификации и других конструкторских документов, проведение математических расчетов, имитация движения конструкции, анализ прочности на основе метода конечных элементов

Система автоматизации проектных работ САПР или CAD

Computer Aided Design(далее — CAD) — организационно-техническая система, предназначенная для выполнения проектной деятельности с применением вычислительной техники, позволяющая создавать конструкторскую и/или технологическую документацию.

Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Термин «САПР» (система автоматизированного проектирования), применяемый в России, по отношению к промышленным системам имеет более широкое значение, чем термин «CAD» — он включает в себя как CAD, так и элементы CAM (Computer Aided Manufacturing), а иногда и элементы CAE (Computer Aided Engineering).

Компоненты САПР приведены на схеме 4.

Схема 4
Компоненты САПР

Основные классификационные характеристики САПР условно можно разделить на следующие группы:

1. Общие характеристики определяют взаимодействие САПР как единого целого

2. Программные характеристики разделяют системы по отдельным особенностям программных решений

3. Технические характеристики определяют особенности используемых в САПР средств вычислительной техники и периферийного оборудования

4. Эргономические характеристики, оценивающие эффективность взаимодействия пользователя с программно-техническими средствами САПР

Что же касается технологической подготовки производства, то CAM-системы дают возможность:
задать тип и параметры обработки детали;
выбрать соответствующий инструмент;
получить в автоматическом режиме управляющую программу (далее — УП) для станка с ЧПУ;
проверить ее правильность с помощью имитатора обработки.

Возможность режима имитации обработки детали позволяет контролировать перемещение инструмента в ходе выполнения УП и устранить все ошибки и недочеты, что увеличивает точность обработки детали и сокращает время на подготовку УП. Кроме того, на основе параметрических моделей можно незамедлительно получать УП для обработки ряда однотипных деталей.

Для технолога важно составить технологический процесс таким образом, чтобы сократить время обработки детали и увеличить производительность, что актуально для предприятий в условиях современной конкурентной борьбы. Для этого технолог должен просчитать далеко не один вариант обработки детали, подобрать наиболее подходящие параметры инструмента и режимы резания. Например, для операции фрезерования поверхности концевой фрезой на станке с ЧПУ необходимо учесть следующие операции.

Этапы подготовки к фрезерованию поверхности концевой фрезой

1. Выбрать инструмент (диаметр фрезы, материал режущей части, число зубьев) и число стадий обработки (черновая и получистовая)

2. Назначить глубину резания и подачу на зуб

3. Рассчитать скорость и мощность резания

Диаметр фрезы определяют для каждого участка детали исходя из его конфигурации, окончательно принимают наименьший из выбранных диаметров.

Если конфигурация не накладывает ограничения на диаметр фрезы, то выбирают фрезу максимально возможного диаметра. Выбор числа стадий обработки принимают исходя из отношения минимального и максимального припуска к диаметру фрезы и показателя числа стадий обработки.

Показатель числа стадий обработки равен допуску выполняемого размера, умноженному на составляющие показателя числа стадий обработки в зависимости от твердости обрабатываемого материала, отношения вылета фрезы к ее диаметру, отношения ширины фрезерования к диаметру фрезы. Выбор глубины резания зависит от припуска на обработку.

Обработка на черновой стадии

Обработка на черновой стадии может производиться за один, два или три рабочих хода, на получистовой стадии — за один рабочий ход. Подачу на зуб выбирают исходя из обрабатываемого материала, диаметра и числа зубьев фрезы, ширины и глубины фрезерования, а затем корректируют с учетом поправочных коэффициентов:
коэффициента твердости обрабатываемого материала;
коэффициента материала режущей части фрезы;
коэффициента отношения фактического числа зубьев к нормативному;
коэффициента отношения вылета фрезы к ее диаметру.
Полученное значение подачи на зуб для последнего рабочего хода сравнивают с допустимым значением подачи при заданной шероховатости обрабатываемой поверхности.

Окончательная стадия

Окончательно выбирают меньшее значение подачи. Скорость и мощность резания назначают в зависимости от:
обрабатываемого материала;
диаметра и числа зубьев фрезы;
ширины и глубины фрезерования;
выбранного значения подачи.

Полученные табличные значения умножают на поправочные коэффициенты в зависимости от группы обрабатываемого материала, твердости обрабатываемого материала, материала режущей части фрезы, периода стойкости инструмента, отношения фактической ширины фрезерования к нормативной, состояния поверхности заготовки, наличия охлаждения.

По рассчитанному значению скорости резания определяют частоту вращения шпинделя, и по паспорту станка принимают ближайшее значение. С учетом этого значения пересчитывают фактическую скорость резания и фактическую мощность двигателя станка.

Автор: Дмитрий Чернобровкин, эксперт в области автоматизации производства

Убедитесь, что вы подписаны на журнал и вся необходимая информация — под рукой!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector