Обзор систем автоматизации конструкторской подготовки производства
CATIA
Система CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) (рис. 5) разработана фирмой Dassault Systems, S.A. (Франция).
CATIA первоначально разрабатывалась для проектирования в авиационной промышленности, однако, результативность использования, удобство интерфейса и гибкость предлагаемых решений позволили существенно расширить область применения системы.
На сегодняшний день CATIA - одна из самых распространенных САПР высокого уровня (она фактически стала стандартом в мировой аэрокосмической и автомобильной промышленности - 75% рабочих мест САПР в авиационной промышленности и около 50% в автомобильной). В качестве примеров можно привести: Boeing, Chrysler, BMW, Honda, Volvo, FIAT, Peugeot-Citroen, Renault, Daimler-Benz, Motorola и др.
CATIA –это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ), включающая в себя передовой инструментарий трёхмерного моделирования, подсистемы программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства анализа и единую базу данных текстовой и графической информации. Система позволяет эффективно решать все задачи технической подготовки производства - от внешнего (концептуального) проектирования до выпуска чертежей, спецификаций, монтажных схем и управляющих программ для станков с ЧПУ.
Среди приложений системы следует отметить следующие:
машиностроительное проектирование, включающее в себя проектирование деталей и узлов, средства эскизирования, размерный анализ, функциональное аннотирование и назначение допусков поверхностей (формы и расположения);
проектирование прессформ и металлоконструкций;
гибка, штамповка, а также возможность каркасного и поверхностного моделирования (как параметрического так и скульптурного).
Рис. 5. Интерфейс системы CATIA
Кроме того, присутствуют приложения для проведения конечноэлементного структурного анализа (инженерного), конструирование промышленных установок, ЧПУ-обработка, модули проектирования оборудования и систем - электрических, пневмогидравлических, разводки печатных плат.
Твердотельное моделирование в системе CATIA базируется на стандартных принципах. Возможно создание модели из нескольких типов составляющих: базирующихся на скетче (эскизе), базирующихся на поверхностях, разработанных с использованием поверхностного моделирования (параметрического и свободного), стандартных элементах (канавка, отверстие и др.) и элементах производных, таких как скругление, фаска, оболочка и т.д. С точки зрения использования твердотельное моделирование не сильно отличается от большинства систем, если не учитывать более высокого уровня выполнения сложных операций (DressUp). Например скруглений:
Рис. 6. Виды скруглений
Также есть возможность интеллектуального выполнения таких операций над телами и поверхностями, как деформации различного рода, удалений пустот внутри тела, образовавшихся в результате сложных операций, "заливка каверн", масштабирование тел с разными коэффициентами по осям и др.
SolidWorks
Производителем системы является американская корпорация SolidWorks (официальным представителем в России является фирма SolidWorks Russia).
SolidWorks - система гибридного параметрического моделирования предназначена для проектирования деталей и сборок в объеме с возможностью проведения различных видов экспресс-анализа, а также оформления конструкторской документации в соответствии с требованиями ЕСКД. Программное обеспечение выполнено на русском языке, работает на платформе Windows 2000/XP. Выпуск конструкторской документации осуществляется в полном соответствии с требованиями ЕСКД.
Отличительными особенностями SolidWorks являются:
Гибридное параметрическое моделирование: 2D и 3D эскизы, твердые тела (бобышки и отверстия, элементы по сечениям и траектории, скругления, фаски и т.д.), поверхности (сшивка, обрезка, удлинение, скругление, стыковка по 2-й производной), справочная геометрия (плоскости, оси, системы координат); дерево конструирования; работа с конфигурациями; массивы элементов; двунаправленная ассоциативность модели и чертежа; технологии Windows: drag-and-drop, cut-and-paste, контекстные меню, всплывающие подсказки.
Проектирование деталей: единая библиотека физических свойств материалов, текстур и штриховок; моделирование на основе объемных элементов; управление историей построения модели; ручное и автоматическое образмеривание; динамичное внесение изменений в режиме реального времени.
Проектирование сборок: проектирование "снизу вверх" и "сверху вниз", контекстное редактирование, автосопряжения, режим для работы с большими сборками; массивы компонентов, вырезы и отверстия в контексте сборки; объединение и разделение деталей; контекстная замена компонентов, реструктуризация сборок.
Проектирование изделий с учетом специфики изготовления: Листовой материал - построение разверток; моделирование "от детали к развертке" и "от развертки к детали"; вырезы для снятия напряжений; настраиваемые таблицы гибов; Пресс-формы и штампы - анализ уклонов; линии и поверхности разъема; генерация матрицы и пуансона, знаков, ползунов и т.д.; Сварные конструкции - проектирование рамных или ферменных конструкций по набору 2D или 3D эскизов; разделка под сварку, заглушки, косынки и др. элементы.
Библиотека проектирования: конструктивные элементы, стандартные детали (крепеж по ГОСТ), стандартные узлы, элементы листовых деталей и т.п.; мастер отверстий (с цековкой, зенковкой, гладкие, резьбовые).
Экспресс-анализ: массово-инерционные характеристики, имитация работы механизмов, анализ интерференции; контактные взаимодействия, гравитация, пружины, кулачки; MoldflowXpress: анализ проливаемости пресс-форм; COSMOSXpress: определение напряжений, деформаций, расчет коэффициента запаса прочности.
Оформление чертежей по ЕСКД: создание чертежных видов по 3D модели: разрезы, сечения, местные виды и т.п.; автообразмеривание, простановка баз, шероховатостей, допусков на размеры, отклонений формы; нанесение технических требований, создание таблиц, автоматическое заполнение основной надписи.
Трансляция данных: трансляторы IGES, VDAFS, STEP, Parasolid, ACIS, STL, VRML, DXF, DWG, Pro/ENGINEER, CADKEY, Unigraphics, Solid Edge, Inventor, AutoCAD, MDT, IDF, PDF.
Toolbox - библиотеки стандартных изделий (крепеж, подшипники, прокатный сортамент, кулачки, шкивы, шестерни и т.п. по стандартам ГОСТ, ISO, ANSI, BSI, DIN, JIS, CISC, PEM®, SKF®, Torrington®, Truarc®, Unistrut®), автокрепежи, проектировочные расчеты балок и подшипников.
COSMOSWorks Designer - расчет на прочность конструкций в упругой зоне, постановка и решение контактных задач, расчет сборок; преемственность результатов расчетов COSMOSXpress.
MoldWorks - Автоматизированная компоновка пресс-форм в среде SolidWorks.
CAMWorks 3 Axis Mill - 3-осевая фрезерная механообработка
CAMWorks Turning - Токарная механообработка
CAMWorks Wire EDM - Электроэрозионная механообработка
В базовую конфигурацию SolidWorks, входит модуль экспресс-анализа прочности – COSMOSXpress, являющийся "облегчённой" версией пакета COSMOSWorks, и предназначен, в первую очередь, для инженеров-проектировщиков, не обладающих глубокими познаниями в теории конечно-элементного анализа. Тем не менее.
Процесс конструирования в SolidWorks не заканчивается на разработке объемных деталей и сборок. Программа позволяет автоматически создавать чертежи по заданной 3D модели, исключая ошибки проектанта, неизбежно возникающие при начертании проекций изделия вручную. SolidWorks поддерживает чертёжные стандарты GOST, ANSI, ISO, DIN, JIS, GB и BSI.
Рис. 7. Результаты анализа модели в модуле COSMOSXpress
Чертежи SolidWorks обладают двунаправленной ассоциативностью с 3D моделями, благодаря чему размеры модели всегда соответствуют размерам на чертеже. В SolidWorks имеется бесплатный модуль eDrawings, с помощью которого можно создавать, просматривать и выводить на печать электронные чертежи SolidWorks. Благодаря встроенной программе просмотра чертежи eDrawings можно сразу же открыть для просмотра без использования каких-либо заранее установленных на компьютере CAD-систем или других средств просмотра.
T-Flex
Российский программный комплекс T-FLEX, производителем которого является российское АО «Топ системы» г. Москва - набор современных программных средств для решения задач технической подготовки производства любой сложности в различных отраслях промышленности. Комплекс объединяет системы для конструкторского и технологического проектирования, модули подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ и инженерных расчетов. Все программы комплекса функционируют на единой информационной платформе системы технического документооборота и ведения состава изделий.
Для автоматизации конструкторской подготовки производства:
T-FLEX CAD LT - автоматизация черчения;
T-FLEX CAD 2D - автоматизация проектирования;
T-FLEX CAD 3D SE - подготовка чертежей по 3D моделям;
T-FLEX CAD 3D - трехмерное моделирование;
T-FLEX CAD Viewer - бесплатная программа для просмотра и печати 2D чертежей T-FLEX.
T-FLEX Анализ – выполнение различных видов расчетов.
Рис. 8. Главное окно модуля T-Flex 3D
Известное геометрическое ядро Parasolid позволяет пользователям T-FLEX CAD 3D моделировать трехмерные детали и сборочные конструкции любой сложности. T-FLEX CAD 3D имеет встроенный экспресс-анализ прочности конструкции методом конечных элементов, позволяющий задавать нагружения и закрепления, просмотреть результаты расчета, выявить напряженные места конструкции и доработать модель с целью уменьшения материалоемкости и обеспечения равнопрочности.
Рис. 9. Общая структура программного комплекса T-Flex
Отличием T-FLEX CAD от других систем, является наличие двух инструментов проектирования: параметрического для многовариантного проектирования, для новаторских изделий требующих интеллектуальных и трудовых усилий от конструкторского коллектива и непараметрических инструментов эскизирования для оформления чертежей любой сложности.
Создание параметрических моделей с устойчивой топологией в T-FLEX CAD базируется на «трех китах»:
Задание связей между объектами (построениями, операциями, телами).
Переменные параметры объектов.
Параметры объектов заданные выражением.
Создавая параметрические конструкции, проектировщик определяет связи между поверхностями конструкции и задает положение этих поверхностей от базовой поверхности в виде переменных или выражений, содержащих переменные.
Использование обычных переменных и обычных выражений дает возможность закладывать в проект определенные соотношения и автоматически модифицировать чертежи, 3D модели и документацию в зависимости от измененных параметров.
Редактор переменных может использовать текстовые и вещественные переменные, устанавливать зависимости между переменными через математические выражения и функции, в том числе, связанные с базой данных, может описывать логические зависимости.
APM WinMachine
Разработчиком данной системы является научно-технический центр «Автоматизированное проектирование машин» НТЦ АПМ г.Королев.
В состав APM WinMachine входит параметрический чертежно-графический редактор, информационная и графическая база данных, электронный учебник, модули инженерных расчетов, инструменты для расчета напряженно-деформированного состояния (НДС) методом конечных элементов, средства анализа динамического состояния механических конструкций и их устойчивости.
Система APM WinMachine построена по модульному принципу, причем каждый из модулей может работать как в составе системы, так и самостоятельно.
Информация о некоторых модулях приведена ниже:
· APM Graph – плоский чертежно-графический редактор для оформления конструкторской документации, имеющий удобные функции параметрического задания геометрических объектов.
· APM Studio – модуль создания трехмерных поверхностных и твердотельных моделей со встроенным генератором разбивки на конечные элементы.
· APM Mechanical Data – модуль хранения стандартных деталей и узлов, справочных данных по общему машиностроению.
· APM DOCs - модуль хранения, просмотра, поиска и редактирования технической документации.
· APM Structure3D - модуль расчета и проектирования произвольных конструкций, состоящих из пластинчатых, стержневых, а также объемных элементов и их произвольных комбинаций методом конечных элементов.
· APM Joint - модуль расчета и проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций. Позволяет выполнить комплексный расчет всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и соединений деталей вращения.
· APM Trans - модуль проектирования различных типов передач вращения.
· APM Bear - модуль расчета неидеальных подшипников качения, позволяющий провести комплексный анализ опор качения всех известных типов.
· APM Plain - модуль расчета и анализа радиальных и упорных подшипников скольжения, работающих в условиях жидкостного и полужидкостного трения.
· APM Shaft - модуль расчета, анализа и проектирования валов и осей.
· APM Drive - модуль расчета и проектирования привода произвольной структуры, а также планетарных и волновых передач. с автоматической генерацией чертежей как отдельных деталей, так и в сборе, включая корпус.
· APM Spring - модуль расчета и проектирования пружин и других упругих элементов машин.
· APM Cam, APM Slider - модули расчета и проектирования кулачковых механизмов с автоматической генерацией чертежей и рычажных механизмов произвольной структуры.
· APM Beam, APM Truss - модули расчета и проектирования балочных элементов конструкций и плоских ферм методом конечных элементов.
· APM Technology – модуль проектирования технологических процессов.