Учебное пособие 761

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ по самостоятельной работе по направлениям 11.03.03 «Конструирование и

технология электронных средств» (профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») и 12.03.01 «Приборостроение»

(профиль «Приборостроение») всех форм обучения

Воронеж 2021

УДК 621.3.049.7.002 (075) ББК 38.54

Составители:

канд. техн. наук А. В. Турецкий, канд. техн. наук Н. В. Ципина.

Конструкторско-технологические системы: методические указания по самостоятельной работе по направлениям 11.03.03 «Конструирование и технология электронных средств» (профиль «Проектирование и технология радиоэлектронных средств») и 12.03.01 «Приборостроение» (профиль «Приборостроение») всех форм обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; cост.: А. В. Турецкий, Н. В. Ципина. – Воронеж: Издво ВГТУ, 2021. – 23 с.

В методических указаниях содержатся теоретические сведения, необходимые для организации самостоятельного изучения дисциплины «Конструк- торско-технологические системы».

Предназначены для проведения самостоятельной работы студентов всех форм обучения.

Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в файле SRS KTS.pdf.

Библиогр. 6 назв.

УДК 621.3.049.7.002 (075) ББК 38.54

Рецензент – О. Ю. Макаров, д-р техн. наук, проф. кафедры конструирования и производства радиоаппаратуры ВГТУ

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Цель изучения дисциплины – получение студентами знаний о современных методах создании конструкции радиоэлектронных средств на основе применения 3D моделирования.

Для достижения цели ставятся задачи:

теоретическое изучение возможностей современных CAD/CAM/CAE систем;

изучение приемов 3D моделирования в современных САПР;

приобретение навыков проектирования РЭС с применением современных САПР.

2. ТЕМЫ, ПОДЛЕЖАЩИЕ ОСВОЕНИЮ

1.Введение.

2.Возможности CAD/CAM/CAE/PDM/CALS систем.

3.Развитие современных систем 3 D моделирования.

4.Развитие аддитивных технологий в создании РЭС.

5.Современные САПР в создании РЭС.

6.Общие сведения о системе Компас 3D.

7.Моделирование деталей в Компас 3D.

8.Создание сборок в Компас 3D.

9.Редактирование сборок.

10.Создание КД в Компас 3D.

11.Редактирование КД.

12.Преобразование моделей для выполнения на 3D принтерах.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ОСВОЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ

Система университетского образования предполагает рациональное сочетание таких видов учебной деятельности, как лекции, практические занятия, самостоятельная работа студентов, а также контроль полученных знаний.

1. Лекция представляет собой систематическое, последовательное изложение учебного материала. Это – одна из важнейших форм учебного процесса и один из основных методов преподавания в вузе. На лекциях от студента требуется не просто внимание, но и самостоятельное оформление конспекта. Качественный конспект должен легко восприниматься зрительно, в эго тексте следует соблюдать абзацы, выделять заголовки, пронумеровать формулы, подчеркнуть термины. В качестве ценного совета рекомендуется записывать не каждое слово лектора (иначе можно потерять мысль и начать писать автомати-

3

чески, не вникая в смысл), а постараться понять основную мысль лектора, а затем записать, используя понятные сокращения.

2.Практические занятия позволяют научиться применять теоретические знания, полученные на лекции при решении конкретных задач. Чтобы наиболее рационально и полно использовать все возможности практических занятий для подготовки к ним необходимо: следует разобрать лекцию по соответствующей теме, ознакомится с соответствующим разделом учебника, проработать дополнительную литературу и источники, решить задачи и выполнить другие письменные задания.

3.Самостоятельная работа студентов способствует глубокому усвоения учебного материала и развитию навыков самообразования. Самостоятельная работа предполагает следующие составляющие:

работа с текстами: учебниками, справочниками, дополнительной литературой, а также проработка конспектов лекций;

выполнение домашних заданий и подготовка к лабораторным работам;

работа над темами для самостоятельного изучения;

участие в работе студенческих научных конференций, олимпиад;

подготовка к зачету и выполнение курсовой работы.

Кроме базовых учебников рекомендуется самостоятельно использовать

имеющиеся в библиотеке учебно-методические пособия. Независимо от вида учебника, работа с ним должна происходить в течение всего семестра. Эффективнее работать с учебником не после, а перед лекцией.

При ознакомлении с каким-либо разделом рекомендуется прочитать его целиком, стараясь уловить общую логику изложения темы. При повторном чтении хорошо акцентировать внимание на ключевых вопросах и основных формулах. Можно составить их краткий конспект.

Степень усвоения материала проверяется следующими видами контроля:

1)текущий (опрос, проверка расчетов на практических работах, отчет лабораторных работ);

2)промежуточный (курсовая работа, зачет с оценкой).

Экзамен – форма проверки знаний и навыков, полученных на лекцион-

ных и практических занятиях. Сдача всех экзаменов, предусмотренных учебным планом на данный семестр, является обязательным условием для допуска к экзаменационной сессии.

Для успешной сдачи экзамена необходимо выполнить следующие рекомендации – готовиться к экзамену следует систематически, в течение всего семестра. Интенсивная подготовка должна начаться не позднее, чем за месяцполтора до экзамена. Данные перед экзаменом три-четыре дня эффективнее всего использовать для повторения.

4

4. ПРОГРАММА КУРСА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

4.1.Методические указания к теме 2

CAD (Computer Aided Design) - система автоматизированного проектирования (САПР) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Современные системы автоматизированного проектирования обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчётов и анализа CAE (Computer-aided engineering). Данные из CAD-систем передаются в CAM (Computer-aided manufacturing) — система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем).

Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» — он включает в себя CAD, CAM и CAE.

CAE (Computer-aided engineering) — общее название для программ или программных пакетов, предназначенных для инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений, таких как: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др. Позволяют при помощи расчетных методов оценить, как поведет себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.

Современные системы автоматизации инженерных расчётов (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).

CAM (Computer-aided manufacturing) — подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с ЧПУ (2- осевые лазерные станки), (3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и то- карно-фрезерной обработки; ювелирная и объемная гравировка).

5

PDM.

Следует отметить, что как правило, большинство программновычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM,

CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.

PDM (Product Data Management) — система управления данными об изделии — организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). PDM-системы являются неотъемлемой частью PLM-систем.

В PDM-системах обобщены такие технологии, как:

управление инженерными данными (engineering data management —

EDM);

управление документами;

управление информацией об изделии (product information management —

PIM);

управление техническими данными (technical data management — TDM);

управление технической информацией (technical information management

— TIM);

управление изображениями и манипулирование информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.

Базовые функциональные возможности PDM-систем охватывают следу-

ющие основные направления:

управление хранением данных и документами;

управление потоками работ и процессами;

управление структурой продукта;

автоматизация генерации выборок и отчетов;

механизм авторизации.

Спомощью PDM-систем осуществляется отслеживание больших массивов данных и инженерно-технической информации, необходимых на этапах проектирования, производства или строительства, а также поддержка эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий. Такие данные, относящиеся к одному изделию и организованные PDM-системой, называются цифровым макетом. PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства). PDM-системы работают не только с текстовыми документами, но и

сгеометрическими моделями и данными, необходимыми для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др, причём доступ к таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы.

Спомощью PDM-систем можно создавать отчеты о конфигурации выпускаемых систем, маршрутах прохождения изделий, частях или деталях, а

6

также составлять списки материалов. Все эти документы при необходимости могут отображаться на экране монитора производственной или конструкторской системы из одной и той же БД. Одной из целей PDM-систем и является обеспечение возможности групповой работы над проектом, то есть, просмотра в реальном времени и совместного использования фрагментов общих информационных ресурсов предприятия.

PLM (Product Lifecycle Management) — технология управления жизнен-

ным циклом изделий. Организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). Информация об объекте, содержащаяся в PLM-cистеме является цифровым макетом этого объекта.

CALS-технологии (Continuous Acquisition and Lifecycle Support — непре-

рывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла изделий), или ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) — подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия.

За счет непрерывной информационной поддержки обеспечиваются единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала. Информационная поддержка реализуется в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными.

Применение CALS-технологий позволяет существенно сократить объёмы проектных работ, так как описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. Предполагается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологий CALS.

Развитие CALS-технологий должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, в которых процесс создания спецификаций с информацией для программно-управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределён во времени и пространстве между многими организационно-автономными проектными студиями. Среди достижений CALS-технологий — лёгкость распространения пе-

7

редовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках и др.

Построение открытых распределённых автоматизированных систем для проектирования и управления в промышленности составляет основу современных CALS-технологий. Главная проблема их построения — обеспечение единообразного описания и интерпретации данных, независимо от места и времени их получения в общей системе, имеющей масштабы вплоть до глобальных. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки её представления должны быть стандартизированными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделённых во времени и пространстве и использующих разные CAD/CAM/CAEсистемы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация — адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства. Кроме того, упрощается эксплуатация систем.

Для обеспечения информационной интеграции CALS использует стандарты IGES и STEP в качестве форматов данных. В CALS входят также стандарты электронного обмена данными, электронной технической документации и руководства для усовершенствования процессов.

Вопросы для самопроверки.

1.Что называют CALS-технологиями?

2.Что положено в основу CALS-технологий?

3.Что предусмотрено в CALS-системах?

4.Какие возможности дает применение CALS-технологий?

5.Поясните структурную схему проблематики CALS-технологий.

6.Как понимается "виртуальное производство"?

7.Что понимают под информационной интеграцией CALS-систем?

8.Какие направления научно-технического прогресса способствуют интенсивному развитию CALS-технологии?

9.В чем заключается вторая часть определения CALS — «поддержка жизненного цикла»?

10.Что является целью применения CALS-технологий как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания производства и пользования продуктом?

11.Что объединяет в себе стратегия CALS?

12.Как решаются вопросы защиты информации в CALS-технологии?

13.Как используются технологии беспроводной связи?

14.Что включают в себя CAN-технологии?

15.В каких направлениях проводятся работы по использованию и развитию CAN-технологий?

8

16. Перечислите основные понятия STEP-технологии.

4.2.Методические указания к теме 3

Трехмерные системы обеспечивают такую дисциплину работы с тремя координатами, при которой любое изменение одного вида автоматически приводит к соответствующим изменениям на всех остальных видах.

Последовательность построения может быть разной. Последовательность построений может быть следующей: сначала строится 3D вид, а затем автоматически генерируются 2D виды. Некоторые системы способны преобразовывать сборочные чертежи механизма ортогональной проекции в 3d вид этого изделия в разобранном состоянии.

Трехмерное моделирование особенно успешно применяется для создания сложных чертежей, при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов, различных строительных сооружений, в тех приложениях, где необходимо обеспечить адекватные зазоры между компонентами.

Возможность генерировать траектории движения инструмента и имитация функционирования роботов делает 3D моделирование неотъемлемой частью интеграции САПР/АСТПП. В некоторых системах 3D имеются средства автоматического анализа физических характеристик, таких как вес, моменты инерции и средства решения геометрических проблем сложных сопряжений и интерпретации. Поскольку в 3D системах существует автоматическая связь между данными различных геометрических видов изображения, 3D моделирование полезно в тех приложениях, где требуется многократное редактирование 3D образа на всех этапах процесса проектирования.

Методы трехмерного моделирования делятся на 3 вида:

1)каркасное (проволочное) моделирование;

2)поверхностное (полигональное) моделирование;

3)твердотельное (сплошное, объемное) моделирование.

дач твердотельного моделирования электронных средств?

2.Каковы перспективы применения 3D систем?

3.Каковы особенности взаимодействия электронных и механических САПР?

4.Что представляет собой пакет Altium Designer?

5.Что представляет собой пакет AutoCAD?

9

4.3.Методические указания к теме 4

Аддитивное производство (Additive Manufacturing, AM) - новаторская технологическая концепция, активно разрабатываемая во всех высокоразвитых странах со второй половины ХХ века.

Принцип заключается в том, что изделие создается при помощи послойного добавления материала различными способами, например, наплавляя или напыляя порошок, жидкий полимер, композитный материал.

Данная концепция призвана дополнить традиционные методы производства, основанные на удалении первичного материала (например, фрезерование или точение).

Технология позволяет получать микронные внутренние полости различной конфигурации (цилиндрические, конические, спиральные каналы, ячейки и пр.), которые являются недоступными для традиционных способов изготовления изделий.

Аддитивное производство – перспективная технология изготовления изделий единичного и мелкосерийного производства во многих отраслях промышленности (машиностроение, авиационная и космическая отрасли, медицина и пр.). Использование данной технологии позволяет изготовлять детали с внутренними криволинейными отверстиями, недоступными изготовлениями другими методами обработки. Прямое производство с САПР и отсутствие множества переходов и переустановок детали на станке, как при традиционных методах изготовления, позволяет получить микронную точность изделия.

Вопросы для самопроверки

1.Что называют аддитивными технологиями?

2.Какие способы формообразования применяют при аддитивных технологиях?

3.Особенности 3D моделирования деталей при изготовлении на 3 D принтерах.

4.Перспективы использования аддитивных технологий.

5.Достоинства и недостатки аддитивных технологий.

4.4.Методические указания к теме 5

Экспертной системой называют вычислительную систему использования знаний эксперта и процедур логического вывода для решения проблем, которые требуют проведения экспертизы и позволяют дать объяснение полученным результатам.

ЭС обладает способностями к накоплению знаний, выдаче рекомендаций и объяснению полученных результатов, возможностями модификации правил, подсказки пропущенных экспертом условий, управления целью или данными. ЭС отличают следующие характеристики:

10