50

4.4.Специализированные программные системы

Специализированные программные системы – могут исполь-

зоваться как автономные самостоятельные системы, так и включаться в состав универсальных систем.

Их можно разделить в зависимости от области применения и решаемых задач на следующие три группы:

1). Программы для графического ядра системы

ЯДРО – это библиотека основных математических функций CADсистемы, которая определяет и хранит 3D-формы ожидая команды пользователя. В настоящий момент существуют три типа ядер геометрического моделирования: лицензируемые, частные и доступные в исходном коде.

Унифицированные лицензируемые графические ядра, применяемые более чем в одной САПР:

− Parasolid фирмы EDS Unigraphics

Parasolid – это самое быстрое ядро, доступное для лицензирования, разработано UGS. Parasolid обеспечивает технологию для твердотельного моделирования, обобщенного ячеистого моделирования, интегрированные поверхности свободной формы и листовое моделирование. Они были пионерами прямого моделирования, которое позволяет пользователям интуитивно модифицировать непараметризованые модели, как будто бы они имеют параметры. Последние версии Parasolid сфокусированы на расширении экстермального моделирования в наиболее технически сложных областях.

− ACIS фирмы Intergraph

ACIS это объектно-ориентированная C++ геометрическая библиотека которая состоит из более чем 50 DLL-файлов и включает каркасные структуры, поверхности и твердотельное моделирование. Оно дает разработчикам программ богатый выбор геометрических операций для конструирования и манипулирования сложными моделями а так же полный набор булевых операций. Его математический интерфейс Laws Symbolic и основанная на NURBS деформация позволяют интегрировать поверхностное и твердотельное моделирование. Ядро ACIS осуществляет вывод в формат файлов SAT, который любая поддерживающая ACIS программа может читать напрямую.

51

2). Системы для функционального моделирования

Данные системы используются для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых объектов на различных уровнях их физического представления. Системы отличаются высокой сложностью и стоимостью, охватывают широкий круг задач моделирования технических объектов.

Наиболее распространены системы для моделирования на распределенном уровне, использующие метод конечных элементов (МКЭ). Среди них известны такие универсальные системы, как Nastran, Nisa II, Patran, Ansys и другие, позволяющие выполнять различные виды анализа на распределенном уровне. Специализированные системы МКЭ ориентированы на конкретные виды анализа.

Для моделирования кинематики и динамики механизмов используются пакеты ADAMS, DADS и др. Моделирование технических объектов различной физической природы на сосредоточенном уровне обычно проводят с использованием пакета

SABER.

3). Системы для подготовки управляющих программ

Системы для подготовки управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ, как правило, имеют собственный, достаточно развитый графический редактор, позволяющий на основе чертежа детали создавать ее геометрическую модель, которая затем используется для генерации управляющей программы.

Примеров таких программ для ПЭВМ и рабочих станций достаточно много, к наиболее известным можно отнести следующие: SmartCAM, PEPS, DUCT и др. Часто они специализируются на конкретных видах механообработки или имеют набор специализированных модулей.

52

4.5.Инженерный анализ в машиностроении. CAE-системы

Развитие средств вычислительной техники стимулировало распространение инженерного анализа практически на все этапы проектирования как отдельных деталей, узлов и агрегатов, так и изделий в целом.

При выполнении инженерных расчётов часто используют автоматизированные системы, образующие отдельный класс CAE-систем (NASTRAN, LS DINA, ANSYS, PAM CRASH, PAM SAFE, STRESS LAB, PAM STAMP, PAM FLOW, MOLD FLOW и др.).

Особенности подготовки производства наукоемкой техники, обусловливающие появление и развитие класса программ CAE:

−многообразие физических процессов в наукоемких изделиях,

−субъективность в постановке задач анализа,

−особенности в подходах к идеализации протекающих процессов,

−особенности в выборе методов решения

идр. причины привели к созданию многих специальных методик, алгоритмов и программ, предназначенных для решения задач анализа машиностроительных изделий.

Можно условно выделить четыре основные группы программ анализа:

1). Программные системы проектирования

Первая группа программ – программные системы проектирования, органически объединяющие процессы конструирования и анализа в едином комплексе.

К числу программных систем проектирования относятся системы CATIA, EUCLID, UNIGRAPHICS и др.

Характерные черты:

−При их использовании не возникают трудности с созданием сложной

иматематически точной модели изделия, так как только эти системы

обладают самыми мощными средствами геометрического моделирования.

−Организация обмена между подсистемами конструирования и анализа также незаметна для пользователя – обе подсистемы оперируют с одной базой данных или имеют внутренние форматы данных.

−Состав различных видов анализа ограничен по сравнению с соста-

вом универсальных программ и в основном предназначен для решения таких задач, как:

-структурный анализ,

-линейный статический анализ,

-модальный анализ,

-анализ (продольных) деформаций,

-тепловой анализ,

-анализ устойчивости (электропроводность, линейная конвекция) и др.

53

2). Универсальные программы анализа

Во вторую группу программ входят универсальные программы анализа машиностроительных изделий.

Лидерами в области разработки, поставки и сопровождения этих программ явля-

ются ANSYS, Inc. (США), SAMTECH (Бельгия), MacNeal Schwendler Corporation (MSC) (США). В 1970-е годы одним из ведущих методов компьютерного моделирования стал метод конечно-элементного анализа. Благодаря разработкам этих и многих других фирм, инженерный анализ стал практически повсеместным и постепенно перерос в мощное направление, получившее свое воплощение в системах автоматизированного анализа (САЕ).

Характерные черты:

−В универсальные программы анализа включены собственные средства построения геометрической модели изделия. Однако возможности геометрического моделирования этих пакетов намного слабее

по сравнению с программными системами проектирования, так как с их помощью могут решаться задачи твердотельного моделирования сравнительно простых форм.

−Все универсальные программы анализа имеют стандартные форматы обмена графической информацией с пакетами конструирования. При необходимости геометрическая модель проектируемого изделия может быть предварительно создана на этапе конструирования в CAD-системе.

−Универсальные программы используются при проектировании изделий машиностроения, судостроения, аэрокосмической и электротехнической отраслей для решения таких специфических задач, как:

-нелинейный теплообмен (с переходным или стационарным режимом),

-структурная оптимизация, анализ упругих механизмов,

-усталостные разрушения,

-анализ явлений вязкопластичности и др.

−Многоцелевая направленность этих программ дает возможность применять их для решения даже таких смешанных задач, как:

-анализ прочности при тепловом нагружении,

-влияние магнитных полей на прочность конструкции,

-тепломассоперенос в электромагнитном поле,

-решение задач аэрогидрогазодинамики,

-программы позволяют учитывать разнообразные конструктивные нелинейности, наличие больших деформаций и др.

54

3). Специализированные программы анализа

Третью группу программ составляют многочисленные специализированные программы, выполняющие моделирование отдельных операций, процессов, решающие специфические задачи отдельных технологий.

Ких числу можно отнести:

−пакет MSC.SuperForge (фирма MSC) - предназначен для объемного моделирования процессов штамповки и ковки. Результаты анализа могут быть использованы для проектирования оснастки и технологических процессов.

−признанными лидерами в области моделирования процессов штамповки и ковки также являются американская компания SFTC (система DEFORM), французская компания TRANVALOR (система FORGE) и российская фирма «Квантор-Софт».

В области разработки программных сред инженерного анализа значительные результаты получены российскими фирмами. Приведем примеры пакетов, фирм, выполнивших разработку,

иперечень основных задач, решаемых с их помощью:

−ИСПА (АЛЕКСОФТ) – расчет и анализ на прочность;

−ПОЛИГОН (ЦНИИ материалов) – сстема моделирования литейных, гидродинамических, тепловых и усадочных процессов в SD-постановке;

−РИМАН (ПроПроГруппа) – расчет и анализ напряженно-деформированного состояния конструкций, решение упругих и пластических задач, в том числе штамповки и ударных напряжений;

−АРМ WinMachine (НТЦ АПМ) – комплекс программ для проектирования и расчетов деталей машин, анализа напряженно-деформированного состояния конструкций и их элементов;

−ДИАНА (НИЦ АСК) – анализ конструкций и их элементов;

−GasDinamics Tool (Тульский государственный университет) – моделирование газодинамических процессов и др.

Примеры решаемых задач:

−объемного моделирования процессов штамповки и ковки

−расчет и анализ на прочность

−гидродинамических, тепловых и усадочных процессов в заготовительном производстве

−анализ напряженно-деформированного состояния конструкций,

−решение упругих и пластических задач и анализ ударных напряжений в процессах штамповки;

−проектирования и расчетов деталей машин и механизмов;

−моделирование газодинамических процессов

Недостаток:

К сожалению, некоторые из перечисленных пакетов не имеют стандартных интерфейсов, и их использование в сквозных процессах проектирования проблематично.

4). Программы анализа систем управления

Для исследования динамических процессов, протекающих в системах автоматического регулирования и управления, а также для решения других задач анализа, имитационного моделирования, прогнозирования, анализа случайных процессов широкое применение находят специальные про-

граммные комплексы MATRIX, Matlab Simulink, VisSim, LabView, EASY5,

МВТУ, составляющие четвертую группу программ.

55

4.6.Программно-технические комплексы в производстве

Впроизводственной сфере возрастает значимость следующих факторов:

−технологические базы знаний, являющиеся объединением банков данных и процедур формирования технологических решений, позволяющие учитывать сложившиеся технологические традиции, накапливать инженерный опыт, сохранять особенности индивидуальных стратегий проектирования, должны служить основой для принятия решений;

−интегрирующая информационная среда благодаря коллективному использованию данных и согласованному решению отдельных задач должна обеспечить создание изделий в установленные сроки и с минимальными затратами;

−имитационное моделирование, применяемое при проектировании для оперативной оценки решений, позволяет исключить неоправданные затраты и потери времени, связанные с принятием ошибочных решений.

Методическое и информационное обеспечение системы технологического проектирования, используемое в этом случае, должно адаптироваться к изделиям, как к объекту проектирования, с учетом их функциональных характеристик и параметров, подвергающихся воздействию различных факторов и изменений внешних условий.

Конкретные программно-технические комплексы подготовки производства могут вводиться в эксплуатацию либо в рамках глобального проекта информатизации изделий АКТ на основе отработанной конфигурации системы, либо по отдельным заказам для решения тех или иных локальных конструкторскотехнологических задач. В любом случае программа ввода в эксплуатацию конкретных систем логично распадается на два принципиальных уровня.

1)Системы высокого уровня для сложных изделий и процессов, базирующиеся на рабочих станциях под OS UNIX (Sun Microsystems) и использующие технологию электронного определения изделия. К ним относятся универсальные полномасштабные CAD/CAE/CAM системы, предназначенные для комплексной автоматизации процессов конструирования и технологической подготовки производства и включающие в свой состав широкий набор модулей различного функционального назначения (CADDS5, I-DEAS, Pro/ENGINEER и др.).

2)Системы для изделий и процессов среднего уровня сложности, базирующиеся на персональных компьютерах под MS DOS/Windows или дешевых рабочих станциях. Данные системы могут использоваться как автономные самостоятельные системы, так и включаться в состав полномасштабных CAD/CAE/CAM систем. К таким системам можно отнести специализированные программные комплексы и

CAD/CAM системы среднего уровня. (AutoCAD, T-Flex, TopCAD, Credo, PEPS и др.)

Ввод в эксплуатацию систем 2-го уровня может рассматриваться как наиболее дешевый вариант информатизации предприятия на начальном этапе создания компьютеризированного производства. Для интеграции систем первого и второго уровней в компьютеризированное производство аэрокосмической техники должна быть применена корпоративная информационная система управления деятельностью всего предприятия, включающая систему управления электронными данными проектов PDM.

Комплексное решение задач проектирования целесообразно осуществлять средствами интегрированных систем автоматизированного проектирования и автоматизированных систем технологической подготовки производства, использующих типовые методы и средства для решения задач конструирования и технологической подготовки производства.