[elib.tsogu.ru]_kompjuternye-tekhnologii...83-a5 (2)

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Учебное пособие

Тюмень

ТюмГНГУ

2013

УДК 004.78:621.9.001.63(075.8) ББК 34.4Я73

С 36

Авторы:

А. А. Силич, А. И. Стариков, И. В. Соловьев, Ю. И. Некрасов

Рецензенты:

доктор технических наук, профессор Е. В. Артамонов; генеральный директор ОАО «Тюменьстанкосервис» В. А. Аверин

СиличА. А.

С 36 Компьютерные технологии в машиностроении : учебное пособие / А. А. Силич, А. И. Стариков, И. В. Соловьев и др. – Тюмень :

ТюмГНГУ, 2013. – 144 с. ISBN 978-5-9961-0765-0

В учебном пособии изложены основные положения автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства, базирующейся на современных информационных технологиях. Рассмотрена структура и составляющие систем автоматизации управления жизненным циклом изделия с ориентацией на потребности инженера-технолога и инженера-конструктора. Пособие знакомит со структурой и принципами построения справочнонормативной информации при конструкторско-технологической подготовке производства с использованием современных систем автоматизированного проектирования.

Предназначено для студентов технических вузов, также может быть полезно для ИТР, занимающихся технологическим и техническим проектированием.

УДК 004.78:621.9.001.63(075.8) ББК 34.4Я73

2

1.5.Создание ассоциативных связей в документах проекта………25

1.6.Системы анимации и визуализации…………………………… 26

3.6.1.Моделирование обработки металлов давлением…......... 85

4.КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБЕСПЕЧЕНИИ КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЯ……………………………………………………. 90

4.2.Подход к построению СМК………………………………… 91

4.3.Организация информационного обеспечения СМК………. 94

4.4.Требования к производству и обслуживанию продукции как процессам СМК…………………………………………. 97

4.5.Информационно-управляющая структура автоматизированного производства как элемент СМК………………...… 98

4.6.Контрольно-измерительные машины…………………........ 101

3

ВВЕДЕНИЕ

Первые системы, автоматизирующие выполнение графических работ, появились в 60–70–х гг. ХХ в. с созданием средств для изображения линий, окружностей и кривых на экране монитора с помощью макрокоманд и интерфейсов прикладного программирования. В 1971 году в компании General Motors была разработана интерактивная графическая система, ускоряющая подготовку производства. Её создатель – доктор Патрик Хэнретти – основал компанию

Manufacturing and Consulting Services (MCS), оказавшую большое влияние на развитие этой отрасли. По мнению аналитиков, идеи, предложенные этой компанией, послужили основой для разработки современных САПР.

Вконце 70-х годов стали появляться первые программы твердотельного моделирования, которые использовали базовые геометрические объекты, такие как сферы, параллелепипеды, цилиндры и др., их комбинации и булевые операции. В 1977 году в Dassault начались разработки трехмерной, интерактивной программы предшественницы CATIA. Главным достижением новых разработок было использование третьего измерения для устранения возможных ошибок, возникающих в двухмерном черчении.

Дальнейшее развитие САПР получили в 80-х годах ХХ века, когда широко стал использоваться персональный компьютер. В это время появились программы для станков с ЧПУ, позволяющие частично автоматизировать процесс производства и пакеты программ, предназначенные для инженерного анализа сложных конструкций.

В1982 году была основана компания Autodeck, которая занялась разработкой графических пакетов AutoCAD для персональных компьютеров,

ауже в 1987 году было продано 100 тысяч копий этих пакетов. Сейчас число проданных копий пакетов компании Autodeck превысило 5 миллионов.

В1987 году компания 3D Sustems (США) выпустила первые стереоли-

тографические машины (Stereo Litographics Apparatus – SLA), позволившие автоматизировать выпуск по чертежам сложных трехмерных объектов, полученных в результате избирательного отверждения поверхностного слоя фотополимера при освещении ультрафиолетовым светом. Стереолитография позволяет получить по чертежу образец, имеющий точность порядка десятых долей миллиметра.

К началу 90-х годов ХХ века средняя цена рабочего места САПР снизилась до 20 тыс. долларов, и САПР стали доступнее. В 1993 году было выпущено новое программное обеспечение САПР CATIA, позволяющее выполнять трехмерное проектирование изделий, создавать их фотореалистичные изображения, выполнять анализ деталей или сборок. В 1996 году компания UGS PLM Software (Unigraphics) выпустила пакеты, позволяющие контролировать взаимодействие деталей в сборочном узле.

Первые САПР, разработанные в СССР, работали на машинах ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ и т.п. В 1986 году в Коломенском бюро машиностроения была создана САПР «Каскад» для компьютера СМ ЭВМ. В основу пакета было поло-

жено графическое ядро GKS (Graphical Kernel System). В 1987 году

5

в ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского разработали систему «Базовое программноинформационное обеспечение автоматизированных систем конструирования» (БПИО АСК) для оборонной промышленности, реализованную на ЕС

ЭВМ и отечественных ЭВМ – аналогах серии VAX.

В это же время в Ижевске для плоской механообработки была создана программа «Катран», которая впоследствии была преобразована в ADEM.

В1989 году сотрудники Коломенского бюро машиностроения основали компанию «АСКОН» и выпустили САПР «Компас» для ПК на базе собственного ядра. В 1992 году фирма «Топ Системы» разработала программный пакет TopCAD. Впоследствии он был переименован в T-Flex CAD.

Конкуренция 90-х годов ХХ века способствовала совершенствованию программных продуктов, увеличению их функциональных возможностей и производительности, широкому внедрению средств коллективной работы над проектом конструкторов, технологов, экономистов и работников других служб. Были разработаны новые технологии, которые полностью изменили методологический подход к процессу проектирования. Основополагающей частью САПР стало использование объемных моделей в качестве основных объектов проектирования.

Параметрические сборочные чертежи, ассоциативные связи обеспечили автоматическое получение рабочих чертежей отдельных деталей при изменении габаритов узла. Программы инженерных расчетов позволили конструктору, не имеющему профессиональной подготовки по таким дисциплинам, как математика, детали машин, сопротивление материалов, теория пластичности, теплофизика, производить анализ поведения разрабатываемой конструкции в различных условиях и получать наилучшее решение по отношению к заданным критериям.

На заводах и в проектных организациях создают единое информационное пространство, в котором САПР взаимодействует с системами управления информационными потоками и системами управления предприятием (ERP). Широкое распространение Интернета способствовало развитию средств, обеспечивающих взаимодействие через него пользователей САПР, привело к созданию онлайновых библиотек типовых деталей.

Машиностроение входит в число отраслей промышленности, наиболее сильно подверженных влиянию процесса глобализации. Известные всему миру производители машин создают свои филиалы на разных континентах.

Вусловиях жесткой конкуренции заводы стремятся постоянно совершенствовать свою продукцию, чтобы снизить ее себестоимость и определить конкурентов по качеству выпускаемых изделий. Применение САПР в машиностроении, как и в других отраслях промышленности, позволило уйти от бумажного проектирования, сократило сроки подготовки нового производства.

1. САПР КОНСТРУКТОРА ЧЕРТЕЖЕЙ

На многих предприятиях автоматизация конструкторской подготовки производства началась достаточно давно, и конструкторы в этом отношении — одни из наиболее передовых участников процесса. Проектноконструкторская проработка представляет собой важную часть жизненного цикла будущего изделия: принятые уже на этом этапе решения во многом

6

определяют эффективность производства, сбыта и эксплуатации. В процессе конструкторской проработки формируется состав изделия, а закладываемая конструктором информация о применяемых материалах, сортаменте, назначаемых допусках и отклонениях впоследствии оказывает существенное влияние на технологичность конструкции, сроки производства и стоимость продукции.

Взависимости от решаемых задач конструкторскими подразделениями могут применяться системы различного уровня, но для многих российских предприятий выполнение проектно-конструкторских работ средствами ка- кой-либо обособленной системы автоматизированного проектирования (САПР) оказывается либо невозможным, в силу очень широкого спектра задач, либо недоступным, из-за высокой стоимости многофункциональных программных средств.

1.1.Отечественные CAD системы

Внастоящее время на предприятиях и в компаниях широко распространились САПР различного уровня и разных производителей, как отечественных, так и зарубежных. Остановимся кратко на характеристике тех САПР, которые нашли наибольшее распространение на отечественных машиностроительных предприятиях.

ADEM — САПР для конструкторско-технологической подготовки машиностроительных и металлообрабатывающих предприятий и программирования оборудования с ЧПУ.

AutomatiCS 2011 — многопользовательская САПР, предназначенная для автоматизации проектирования, реконструкции и эксплуатации систем контроля

иуправления(КИПиА, АСУТП), учетаэнергии, цепейвторичнойкоммутации. K3 — система твердотельного пространственного моделирования, раз-

работанная нижегородскими учёными.

MechaniCS — приложение к AutoCAD или Autodesk Inventor, предна-

значенное для оформления чертежей в соответствии с ЕСКД и др. Mineframe — САПР для автоматизированного планирования, проекти-

рования и сопровождения горных работ.

Model Studio CS — первая российская линейка программных продуктов для трехмерного проектирования промышленных объектов. Каждый программный продукт линейки позволяет выполнять компоновочную задачу, автоматически выполняет расчеты, генерирует спецификации и чертежи.

nanoCAD — первая отечественная САПР-платформа для вертикальных приложений.

SprutCAM — профессиональное решение для разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. На сегодняшний день это единственная российская разработка и одна из немногих среди зарубежных, поддерживающая, в том числе, разработку УП для многокоординатного токарнофрезерного оборудования.

7

T-FLEX CAD — САПР (3D и 2D) для машиностроения. Разработчик — компания Топ-Системы. Первая в мире САПР с геометрической параметризацией.

ИДЕаЛ-А — бесплатная программная оболочка для AutoCAD, предназначена для быстрого трёхмерного моделирования деталей и автоматизации получения чертежей. Разработчик — компания «Инженерное Дело».

КОМПАС — распространённая САПР компании АСКОН в вариантах для двухмерного и трехмерного проектирования.

САПР «Сударушка» — CAD/CAM/CAE система. Является развитием системы ГЕМОС (геометрическое моделирование обводов самолета), разработанной специалистами российской авиапромышленности в ОКБ им. А. С. Яковлева в 1989—1994 гг.

СПРУТ — интегрированная метаинструментальная языковая среда «СПРУТ» (Система Проектирования Универсальных Технологий). Среда для создания сквозных САПР по принципу RAD-технологии (RAPID APPLICATION DEVELOPMENT TOOLS).

1.2. Выполнение графических работ

Львиную долю времени, затрачиваемого конструктором на проектирование, составляет оформление различного рода документации, будь-то чертежи, спецификации или различные ведомости. В связи с этим остро стоит вопрос о сокращении времени на оформление конструкторской документации и для этого предназначены системы автоматизированного проектирования (САПР).

Для создания конструкторской документации компании производители САПР предлагают системы, которые позволяют охватить все уровни автоматизации конструкторских работ различных подразделений предприятия:

автоматизация черчения;

автоматизация проектирования;

трехмерное моделирование.

Предлагаемые системы позволяют очень гибко подходить к оснащению

рабочих мест для решения производственных задач, учитывая специфику работ на каждом рабочем месте.

Для автоматизации черчения, т.е. быстрого создания чертежной документации в полном соответствии с ЕСКД и международными стандартами предлагаются системы как отечественные, так и адаптированные под отечественного потребителя импортные CAD системы. CAD системы предлагаются для конструкторских подразделений, где необходимо выпускать много разных чертежей за определенный срок, при проектировании уникальных изделий, а так же в тех случаях, в которых очень мала степень повторяемости изделий, нет унификации.

Такие CAD системы содержат достаточный набор функций для формирования чертежей любой сложности. Разработанные с учетом последних достижений в области САПР функции эскизирования позволяют быстро, удобно и качественно создавать непараметрические чертежи.

8

Все графические САПР позволяют создавать отрезки (произвольный, параллельный, перпендикулярный, касательный и т.п.), различные варианты дуг (через три точки, через две точки с заданием радиуса, с центром в точке, касательная и т.п.), полные окружности, автоматически наносить осевые линии, автоматически строить фаски и скругления и другие элементы.

При создании новых элементов используются объектные привязки и динамические подсказки, которые делают процесс создания чертежа простым и удобным. Пользователь может воспользоваться следующими объектными привязками: горизонталь или вертикаль по отношению к точке другого элемента, привязка к середине линии и пересечению линий, принадлежность линии и линии построения, автоматическое определение перпендикуляра к линии, привязка к центру дуги или окружности, автоматическое определение касания к дуге или окружности, привязка к углам и другие.

При построении дуг автоматически фиксируются углы 90, 180, 270 градусов, а также совпадение центра дуги с курсоромпо горизонтали и вертикали.

CAD системы автоматически отслеживают совпадение двух объектных привязок, например: вертикаль-горизонталь, перпендикуляр-горизонталь и т.д. Любая объектная привязка может быть зафиксирована с помощью функциональных клавиш, и курсор будет двигаться в соответствии с выбранной объектной привязкой.

CAD системы содержат наборы удобных средств для создания качественной конструкторской документации:

всевозможные типы линий: основные, тонкие, штриховые, штрихпунктирные, двойные и т.п. Линии могут иметь различную толщину и цвет. Существует возможность создания пользовательских типов линий.

ассоциативные штриховки, заливки, штриховки по образцу. Существует возможность создания своих типов штриховок. Функция автоматического поиска замкнутого контура значительно упрощает процесс задания контуров штриховки. Данная функция автоматически объединяет замкнутые контуры при их выборе по общим ребрам и автоматически отслеживает внутренние замкнутые области (острова). В результате работы формируется ассоциативный контур штриховки, который будет изменяться при изменении положения линий изображения, к которым он привязывается;

любые типы размеров: линейные, размеры на окружности, угловые размеры. Полное соответствие ЕСКД и международным стандартам. Автоматический расчет предельных отклонений по номиналу размера и полю допуска. Поддержка «двойных» размеров (мм/дюймы). Возможность быстрого изменения стандарта оформления.

допуски формы и расположения поверхностей, шероховатости, надписи, тексты. Значения шероховатостей можно выбирать из таблиц стандартных значений. Значения допусков формы и расположения поверхностей могут автоматически рассчитываться в зависимости от размера и точности.

Наиболее часто используемые способы простановки элементов оформления осуществляются за минимально возможное количество действий пользователя. При создании элементов в CAD системах работает механизм дина-

9

мических подсказок, помогающий пользователю задавать привязку элементов оформления, выделяя только те элементы, которые доступны для выбора на данном шаге.

CAD системы содержат функции копирования элементов: копирование, симметрия, линейный массив, радиальный массив. При копировании можно задать масштаб и угол поворота для копируемых элементов.

При создании радиальных и линейных массивов существует возможность задания переменного количества копий изображений. Линейный массив может создаваться сразу в нескольких направлениях: по рядам и столбцам.

Новые возможности копирования элементов позволяют пользователям создавать обобщенные чертежи с переменным количеством тех или иных элементов. CAD системы содержат специальные конструкторские элементы оформления: нанесение основной надписи, создание технических требований, создание обозначения шероховатости, автоматический подбор формата чертежа и другие.

Так же существует возможность вводить текстовую информацию непосредственно на поле чертежа в реальном режиме отображения. Текстовый редактор поддерживает форматирование абзацев текста (выравнивание, отступы, интервалы и т.д.), различное выделение слов, использование разных шрифтов, размеров, стилей, цветов для фрагментов одного текста. В текст можно вставлять индексы, дроби, элементы оформления чертежа, фрагменты. Большинство CAD систем позволяет создавать как графические, так и текстовые документы. Для автоматизации ввода часто повторяющих текстовых строк существуют текстовые шаблоны.

Современные CAD системы позволяют использовать для создания сборочных чертежей все многообразие параметрических элементов библиотек, созданных в CAD системе как внутренних, так и внешних.

Для автоматизации проектирования и, в первую очередь, для параметрического проектирования и оформления конструкторско-технологической документации в полном соответствии с ЕСКД и международными стандартами предлагаются CAD системы для конструкторских подразделений, где необходимо выпускать много однотипных чертежей, при проектировании типовых конструкций, где достаточно высока степень повторяемости и многие детали унифицированы. Системы достаточно эффективно применяются для вариантного проектирования, создания параметрических сборочных конструкций и для создания и оформления чертежной документации.

Все что требуется от конструктора для создания параметрического чертежа – знание предметной области и навыки работы с CAD системами. Все параметры чертежа могут быть выражены с помощью переменных, рассчитаны с помощью формул, выбраны из баз данных.

Полностью параметрические CAD системы, в основе которых лежит параметрическое ядро, основаны на принципиально новом подходе к созданию САПР и к созданию параметрических моделей. Сначала чертеж строится в тонких линиях, а затем обводится основными линиями. Выполняя построения с помощью вспомогательных линий (линий построения), конструктор

10