БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Порошковая металлургия, сварка и технология материалов»

Сапр и компьютерное проектирование технологической оснастки

Конспект лекций дисциплины для специальности

1-36 01 06 «Оборудование и технология сварочного производства»

Составил к.т.н., доцент Демченко Е.Б.

2008 г.

Оглавление

1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СРЕДСТВА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ГРАФИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ 3

1.1. Современные технологии проектирования и графического моделирования 3

1.2. Принципы построения систем графического моделирования 6

Двухмерные графические системы 6

Трехмерные системы 8

1.3. Графические стандарты 11

1.4. Графические системы геометрического моделирования 14

Система DUCT 14

Система CATIA 14

Системы фирмы Autodesk 15

Программный пакет Autodesk WorkCenter 17

Система I-DEAS 17

Система Unigraphics 18

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В МЕТАЛЛАХ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 20

2.1. Назначение и методы моделирования процессов, протекающих в металле 20

2.2. Метод конечных элементов для решения дифференциальных и интегральных уравнений 21

2.3. Применение МКЭ 23

Моделирование объемных тел 24

Граничные условия 24

Нелинейные задачи 25

Стационарные и нестационарные задачи 25

3. ПРОЕКТНЫЕ И КОНТРОЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА РАЗРУШЕНИЯ 27

3.1. Закономерности процесса разрушения сварных соединений и принципы построения проектных и контрольных расчетов 27

3.2. Моделирование процесса разрушения сварного соединения при монотонном нагружении 32

3.2.1. Критерии наступления предельного состояния разрушения 32

ЛИТЕРАТУРА 35

1. Компьютерные средства проектирования и графического моделирования

1.1. Современные технологии проектирования и графического моделирования

Определяющие факторы успеха в промышленном производстве:

–уменьшение времени выхода продукции на рынок,

–повышение ее качества,

–снижение стоимости.

Требования к практической реализации – модернизация проектно-технологических и производственных процессов, как в рамках отдельных предприятий, так и в условиях «расширенного предприятия», т.е. всех поставщиков, соисполнителей и участников проектирования и производства продукции.

Наиболее радикальное средство решения задач модернизации – внедрение интегрированных информационных технологий на базе использования современных средств вычислительной техники и сетевых решений, это:

–системы автоматизированного проектирования, инженерного анализа и технологической подготовки (CAD/CAM/CAE),

–системы управления производственной информацией (системы PDM).

Первым, наиболее значительным результатом в области разработки программных средств САПР является создание интерактивных графических редакторов для работы с 2-х и 3-х геометрическими объектами, т.е. систем автоматизированного черчения (САDD – Computer-Aided Design and Drafting). Они работают одинаково: для них определены элементарные геометрические объекты (примитивы), а также процедуры манипулирования с этими объектами (редактирование). Поэтому в таких редакторах реализованы упрощенные представления о процессе проектирования как о процессе создания сложных геометрических объектов путем манипуляции примитивами. Этого недостаточно для работы инженера–технолога, которая полностью ограничивается рамками изготовления технической документации.

Специализация графических редакторов для САПР привела к появлению целого ряда утилит, одни из которых встраивались в ядро редактора (например, утилита образмеривания), а другие предполагалось применять, как независимые сервисные программы (утилита параметрического проектирования и пр.). С появлением ЭВМ стала возможна непосредственная передача информации от компьютеров к элементам производства (например, станки с ЧПУ) при сохранении необходимость изготовления технической документации.

Современное направление развития программных средств САПР – это повышение эффективности твердотельного моделирования, параметризации, ассоциативности и программного интерфейса. Проектирование – это информационная модель производства, а не процесс изготовления технической документации. Задача инженера–технолога – это «переформатирование» описания из форм процесса проектирования, в форму процесса производства.

Первые шаги в организации «единого информационного пространства» были предприняты в 1980-х годах в оборонном комплексе США система CALS (Computer Aided Logistic Support – компьютерная поддержка поставок). Цель – обеспечение оперативного обмена данными между заказчиком, производителем и потребителем вооружений, а также в сокращении бумажного документопотока. В дальнейшем начала активно применятся в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики. В настоящий момент CALS понимается как Continuous Acquisition and Life Cycle Support – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия.

Для унификации способов представления, интерпретации и использования информации применяется стандарт ISO 10303 STEP (Standard for the Exchange of Product). Кроме базовых элементов (интегрированных ресурсов) в его состав входят так называемые прикладные протоколы, определяющие конкретную структуру информационной модели для различных предметных областей (автомобиле- и судостроение, строительство, электроника и т. п.). Стандартный способ представления конструкторско-технологических данных (конфигурация и размеры изделия, изменения, согласования и утверждения) позволяет решать проблему обмена информацией между различными подразделениями предприятия, а также участниками кооперации, оснащенными разнородными системами проектирования.

В рамках технологии CALS развиваются современные технологии управления производственной информацией называемые PDM–системами (Product Data Management). Назначение:

–управляют процессом разработки изделия, контролируя информацию об изделии, осуществляя авторизацию и другие операции, которые влияют на данные об изделии и режимы доступа к ним каждого конкретного пользователя,

–следят за постоянно обновляющимися данными и инженерно-технической информацией,

–интегрируют информацию любых формант и типов, поступающую от различных источников, предоставляя ее пользователям в структурированном виде, привязанном к особенностям современного промышленного производства,

–обобщают широко известные технологии, такие как управление инженерными данными (Engineering Data Management – EDM), документами, информацией об изделии (Product Information Management – PIM), техническими данными (Technical Data Management – TDM), технической информацией (Technical Information Management – ТIM), изображениями и др.

Системы PDM играют роль связующего звена между этапом инженерно-конструкторской подготовки нового изделия и системами MRР (Manufacturing Resource Planning) или, другими словами, разного рода АСУ, решающими задачи автоматизации управления финансами, складским хозяйством, снабжением и сбытом, а также техническим обслуживанием. О важности такого рода систем свидетельствует хотя бы такой факт, что только 25 % рабочего времени персонала компании, начиная от проектировщика и кончая руководителем проекта, тратится на собственно творческую работу, а остальное на поиск информации и стыковку потоков данных, поступающих от разных подразделений. Часто проще заново разработать деталь, чем найти информацию, подготовленную некоторое время назад.

Системы PDM в общей производственной цепочке (рис. 1.1) занимают промежуточное положение между системами MRР и CAD/CAM/CAE – интегрированные САПР:

–CAD (Computer-Aided Design) – общий термин для обозначения всех аспектов проектирования с использованием средств вычислительной техники; охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождений;

–САМ (Computer-Aided Manufacturing) – общий термин для обозначения программных систем подготовки информации для станков с ЧПУ; исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, получаемые из систем CAD;

–САЕ (Computer-Aided Engineering) – общий термин для обозначения информационного обеспечения автоматизированного анализа проекта (прочностные расчеты, кинематика и т.п.) или оптимизации производственных возможностей.

Главное направление развития современных САПР – повышение интеллектуальных функций, т.е. способности «понимать» намерения конструкторов. В простейшем случае в системе запоминается лишь «история» или последовательность шагов, выполняемых проектировщиком. Такие системы удобны при создании библиотек стандартных деталей и элементов, но для более сложных ситуаций требуется более «интеллектуальная» реализации пользовательского интерфейса. Поэтому в САПР начинает все шире использоваться объектная технология, в соответствии с которой САПР не должны работать с файлами, они должны обрабатывать объекты. Это открывает прямой путь эффективной реализации идей С–технологии, т.е. параллельного проектирования и инжиниринга (concurrent design and engineering).

С –технология (конструкторско-технологическое проектирование) – новый интегрированный подход к проектированию, заключающийся в совмещенном проектирование изделия и процессов его изготовления и сопровождения, координируемых с помощью специально создаваемой для этой цели распределенной информационной среды. Она позволяет использовать проектные данные с ранних этапов проектирования, одновременно различными группами специалистов и обеспечивает устранение недостатков последовательного проектирования, в частности, в случае, когда ошибки проекта изделия неожиданно обнаружились на последних стадиях его разработки. Кроме того, появляется возможность легко и быстро вносить изменения в проект таким образом, чтобы изменения не вызывали повторного проектирования созданных деталей и узлов.

Инициативы в области САПР в Германии. Они связаны с проблемой роста несовместимости решений, предлагаемых многочисленными производителями информационной техники, включая и CAD/CAM/САЕ – системы. Решение этих проблем стало настолько насущным, что поставлен вопрос о стандартизации систем CAD/CAM/CAE и информационной техники в целом. Концерн Daimler-Benz выступил с предложением под названием «Инициатива по передовой информационной технике», которое поддержали British Aerospace, FIAT, Renault, SAAB, Volkswagen и многие др. компании. Другой проект под названием CAD2000 объединил компании Audi, BMW, Mercedes-Benz, Porsche, Volkswagen. Эти проекты пытаются решить громадную по сложности проблему поиска стандартных решений, способных удовлетворить множеству прикладных требований от проектирования до изготовления, а также управления информационными данными и библиотеками стандартных компонентов.