Автоматизированное проектирование средств и систем управления Введение

Знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому специалисту-разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом.

САПР создаются в проектных, конструкторских, технологических организациях в целях:

– повышения качества и технико-экономического уровня проекти­руемой и выпускаемой продукции;

– повышения эффективности и надежности объектов проектирова­ния, уменьшения затрат на их создание и эксплуатацию;

– сокращения сроков, уменьшения трудоемкости проектирования и повышения качества проектной документации.

Достижение целей создания САПР обеспечивается путем:

– совершенствования систематизации и унификации процессов проектирования на основе применения математических методов и средств вычислительной техники;

– комплексной автоматизации проектных работ в проектной орга­низации с необходимой перестройкой ее структуры и кадрового состава;

– повышения качества управления проектированием;

– применения эффективных математических моделей проектируе­мых объектов, комплектующих изделий и материалов;

– использования методов многовариантного проектирования и оп­тимизации;

– автоматизации трудоемких и рутинных проектных работ;

– замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием.

Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из-за больших материальных и временных затрат на проектиро­вание, так и из-за невысокого качества проектов.

К настоящему времени создано большое число программно­методических комплексов для САПР с различными степенью специа­лизации и прикладной ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки магистров разных специальностей; магистр, не владеющий знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться полноценным спе­циалистом.

1. Инструментальные средства проектирования

1. Системы проектирования

Весь спектр проблем, связанных с проектной деятельностью (графических, аналитических, экономических, эргономических, эстетических и др.), реша­ется в настоящее время с использованием эффективных компьютерных тех­нологий и систем автоматизированного проектирования (САПР).

Использование САПР позволяет в значительной мере сократить продол­жительность проектирования, обеспечивая [1]:

• быстрое выполнение чертежей;

• высокую точность и качество выполнения чертежей, т.е. на чертеже,

пост­роенном с помощью программных средств, любая точка определена точно, а для более детального просмотра элементов чертежа можно увеличить любую его часть. Кроме того, в САПР имеются различные специальные средства вы­полнения чертежей, например, программные средства любой САПР, позволя­ют быстро стереть лишние линии без каких-либо последствий для конечного чертежа;

• возможность многократного использования чертежа, т.е. построение

всего чертежа или его части можно сохранить и использовать для последующего проектирования;

• ускорение расчетов и анализа, требуемых при проектировании.

Существу­ющее разнообразное программное обеспечение позволяет выполнять практи­чески все проектные расчеты;

• сокращение затрат на исследование и усовершенствование прототи-

пов объектов. Средства имитации и анализа, включенные в САПР, позволяют рез­ко снизить затраты времени и средств на эти дорогостоящие этапы процесса проектирования;

– интеграцию проектирования с другими видами деятельности. Интегриро­ванная вычислительная сеть с высококачественными средствами коммуника­ции обеспечивает САПР более тесное взаимодействие с другими инженерны­ми подразделениями.

Конструктор должен досконально знать правила оформления чертежно­графической документации (ЕСКД), свободно владеть программными сред­ствами, необходимыми для работы, и иметь представление о составе и воз­можностях своего автоматизированного рабочего места (АРМ).

Различают системы проектирования трех уровней: высокого, среднего и низкого.

Системы высокого и среднего уровней, в значительной мере схожие между собой, называют трехмерными. Проектирование в них происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологи­ческих библиотек и использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Кроме того, эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабо­чих органов изделия (например, манипуляторов робота), а также отслежива­ют траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологи­ческого процесса изготовления спроектированного изделия. Все это делает трехмерное моделирование неотъемлемой частью совместной работы САПР/ АСТПП. К системам высокого уровня относятся Pro/ENGINEER (США), EUCLID QUANUM (Франция), T-FLEX CAD, СПРУТ (Россия); к системам среднего уровня Mechanical Desktop (фирмы Autodesk), Solid Works 96 (фирмы Solid Works) и др.

Системы низкого уровня – это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ. Совместно с компьютером и монитором они представляют собой «электронный кульман», т. е. хороший инструмент для выполнения конструкторской документации. Системы низко­го уровня называют двухмерными. К ним относятся AutoCAD, MiniCAD, Microsoft Visio (США), КОМПАС (фирмы АСКОН, Россия), ElectriCS (ООО РОЗМЫСЕЛ, Россия), EPLAN (Германия).

Системы двухмерного проектирования распознают геометрические фор­мы, определяемые точками, прямыми или кривыми линиями, только на плос­кости. Каждый вид некоторого объекта (главный, сверху и т.д.) такая система может выполнить лишь как отдельную фигуру, рассматриваемую вне связи с любыми другими видами.

Двухмерные (проекционные) системы более примитивны, чем трехмер­ные, однако они довольно широко распространены, и их сравнительно не­большая стоимость является существенным фактором при выборе системы проектирования. С помощью двухмерных систем создается большинство кон­структорских документов. Все команды любой двухмерной системы (или гра­фического редактора) подразделяются на три вида: команды черчения; ко­манды редактирования; команды нанесения размеров, условных обозначений и текста (оформления чертежа).