Cae системы предназначены. Инженерные пакеты САЕ (computer aided engineering). Расчёты и анализ

В данной статье я бы хотел поделится своим опытом работы с одной малоизвестной коммерческой CAE программой.

Имя этой программе GiD , и перед тем, как перейти к описанию, хотелось бы коротко рассказать о том, как я пришел к ее использованию.

Пролог

Я являюсь студентом одного из технических факультетов, одного из сибирских ВУЗов. За ненадобностью (и просто от греха подальше) конкретизировать не стану. На факультете студентам некоторых кафедр преподается курс вычислительной механики. Разумеется, при качественном изучении подобной дисциплины, никак нельзя обойтись без соответствующего программного обеспечения, и таковое на кафедре имелось. Более того, оно на этой же кафедре было разработано, успешно выполняло свои функции (на протяжении многих лет) и на момент создания было, вполне актуальным.

Если конкретнее, то это был комплект из программы создания конечно-элементных сеток и пре/постпроцессинга (Pascal с использованием DOS графики), расчетной программы, базирующейся на методе конечных элементов (fortran 75) и оптимизатора сеток (тоже fortran). Взаимодействие между этими программами осуществлялось с помощью вооруженного знаниями и командной строкой студента.

Процесс создания сеток был не вполне удобным и очень трудоемким, как вообще-то и весь остальной процесс решения задач, с помощью этого программного комплекса. На фоне постоянно растущего многообразия различных современных CAE систем, комплекс этот стал выглядеть устаревшим, и возник вопрос о его замене. Начались поиски…

Сами поиски подробно описывать не стану, речь не об этом. Замечу лишь, что такой комбайн как ANSYS для этих целей не подходил (тем более для него на факультете был выделен аж целый один отдельный курс лекций). Среди многочисленных open source проектов тоже не было очевидного претендента, удовлетворяющего нашим требованиям. В конце концов, прислушавшись к совету своего научного руководителя, я начал присматриваться к GiD.

Персональный пре/постпроцессор

В итоге выяснилось, что этот комплекс представляет из себя:

графический препроцессор с довольно мощным аппаратом геометрического моделирования, дискретизации геометрических моделей и неплохими возможностями импорта геометрии и сеток из других CAE/CAD программ
неплохой и довольно простой графический постпроцессор, позволяющий анализировать результаты проделанных вычислений

Несколько скриншотов

Сразу отмечу одну из особенностей GiD, которая впоследствии и подтолкнула использовать ее для описанных во введении целей. В комплекте с GiD не поставляется ни одной расчетной программы, решающей те или иные задачи, зато имеется возможность использовать для этих целей любую стороннюю программу . Правильнее было бы назвать это не особенностью, а основной идеей.

Таким образом рассматриваемая программа представляет из себя универсальный пре/постпроцессор, который можно использовать для решения самых разнообразных задач.

Скорее всего, это не единственная программа, выполняющая такие функции, и я буду премного благодарен тем, кто приведет примеры. Но так уж вышло, что далее работать я стал именно с ней. Тем более демо-версия не накладывала никаких ограничений на срок работы с программой и на ее функциональность, кроме ограничения на количество используемых в сетке узлов (не более 1010 узлов). То есть для обучающих целей она могла использоваться, вообще говоря, бесплатно .

Цена продукта, кстати говоря, тоже весьма приемлема (только не нужно воспринимать эту информацию как рекламу). Вдобавок ко всему, разработчики предоставляют версии для различных платформ, что было очень удобно, так как я использую Ubuntu, а на машинах факультета стоят либо XP либо семерка.

Мы решили заменить устаревший пре/постпроцессор используемого нами программного комплекса GiD-ом, оставив ту же расчетную программу.

Как это работает?

Для того чтобы организовать связь между пре/пострпоцессорм GiD и некоторым решателем (уж простите, если кому режет слух, но в моем словарном запасе нет русского аналога слову solver ), используются гибкие и довольно простые механизмы, о которых я вкратце, на примерах расскажу.

Итак, мы имеем:

собственную расчетную программу расчета НДС пластин на базе МКЭ
коммерческий пре/постпроцессор

А необходимо нам сообразить из этого рабочую, простую и удобную CAE систему, пригодную для тех или иных целей (в моем случае обучение работе с подобными системами)

Подробные инструкции к этому процессу, как и руководство по работе в пре/постпроцессоре, подробно описано в мануалах, от разработчиков. На офсайте продукта вообще можно найти много доступной и полезной информации, от FAQ до материалов конференций, посвященных работе с GiD.А благодаря стараниям некой

Irene Grigorieva from University of Kemerovo

пользовательский мануал доступен на русском языке (хотя, на мой взгляд, это могли сделать и сами разработчики).

Я же затрону лишь основные аспекты.

Система шаблоннов

GiD осуществляет взаимодействие между своим препроцессором и решателем путем обмена файлами данных (ANSI типа). Если вы хотите использовать ее для работы с программой, которая в качестве входных данных для своих расчетов использует какие-либо не форматированные (или с закрытым форматом) файлы, то, скорее всего, у вас ничего не выйдет. Хотя возможно появится, а может быть уже появилось, какой-нибудь модуль/дополнение.

Для того чтобы передать информацию, о построенной (или импортированной) в препроцессоре модели во входной файл решателя, используется система шаблонов . Шаблон представляет из себя файл с расширением.bas, написанный, в соответствии с придуманными разработчиками правилами, который указывает препроцессору в каком виде нужно записать данные о сетке в файл.

Шаблон состоит из набора любых символов, в котором все символы, кроме ключевых слов, следующих за символом «* », GiD воспринимает, как простой текст, и в том же виде передает во входной файл.

Ниже в качестве пояснения представлено несколько примеров «шаблон – результат»

Пример 1. Вывод общего числа элементов и узлов сетки

myproblem.bas
Myprogram datafile NumberOfNode = *NPoin NumberOfElements = *NElems

projectname.dat
Myprogram datafile NumberOfNode = 12 NumberOfElements = 10

Пример 2. Список элементов

myproblem.bas
ElemsList Elem Node1 Node2 Node3 Material Elemtype *Loop elems *ElemsNum *ElemsConec *ElemsMat *ElemsTypeName *End elems

projectname.dat
ElemsList Elem /Node1 Node2 Node3 / Material 1 / 1 2 12 / 1 2 / 2 11 12 / 2 3 / 2 3 11 / 2 4 / 3 10 11 / 2 5 / 3 4 10 / 2 6 / 4 9 10 / 1 7 / 4 5 9 / 1 8 / 5 8 9 / 1 9 / 5 6 8 / 2 10 / 6 7 8 / 2

Пример 3. Создание переменных. Форматированный вывод.

myproblem.bas
*Set var pi= 3.1415926535897 *Set var circlelength *Set var radius=15 *format(IRadius=15, CircleLength=%5.3f) *operation(2*radius*pi)

projectname.dat
Radius=15, CircleLength=94.245

Думаю для наглядного объяснения, этих примеров должно хватить. На мой взгляд, все просто, и не требует от пользователя знания какого-либо языка программирования. Для того чтобы освоить основной набор лексем, используемых в шаблоне, хватит и нескольких часов.

В наборе этом присутствуют и стандартные циклы, и условия, и циклы по элементам, и messаge-box-ы, для уведомлениях об ошибках, и еще много чего. Если же стандартного набора не хватит, ввиду сложного формата входного файла, или необходимости реализации каких-то хитрых функций, то в шаблоне можно использовать процедуры, написанные на языке Tcl (как из идущей в комплекте библиотеки, так и написанные пользователем). Интерпретатор Tcl идет в комплекте, так что о его установке беспокоиться не придется.

Проблематика конкретной задачи

С сетками и шаблонами все понятно. Но для решения конкретной задачи этого мало, ведь у каждой задачи своя проблематика, а отсюда наличие различных типов (и способов их описания) материалов, граничных условий и прочих особенностей.

Для того чтобы можно было оперировать этим набором данных, опять таки нужно создавать текстовые файлы с соответствующими расширениями.

.cnd - для описания используемых вами граничных условии
.mat - для описания материалов, и третий
.prb - для прочих параметров.

С созданием этих файлов все еще проще чем с шаблонами. Вот пример файла в котором описывается два граничных условия(нагрузка в узле, и начальное перемещение узла)

myproblem.cnd
CONDITION: Point-Move CONDTYPE: over points CONDMESHTYPE: over nodes QUESTION: X-Move VALUE: 0 QUESTION: Y-Move VALUE: 0 HELP:перемещение{см} END CONDITION CONDITION: Point-Force-Load CONDTYPE: over points CONDMESHTYPE: over nodes QUESTION: X-Force VALUE: 0.0 QUESTION: Y-Force VALUE: 0.0 HELP: Нагрузка{см} END CONDITION

После создания всех указанных выше файлов, нужно «сложить» их в папку с любым угодным вам именем (которое впоследствии будет использоваться в интерфейсе программы, в качестве идентификатора вашей задачи) и «расширением» .gid . Папку эту нужно поместить одну из подкаталогов программы GiD, при следующем запуске ваш тип задачи будет доступен для работы.

Проекты хранятся в папках с тем же «расширением» .gid . Туда же помещаются полученные с помощью шаблонов файлы данных, а так же дублируются файлы с граничными условиями и материалами (для возможности менять их применительно только к одному проекту). Шаблонов может быть сколь угодно много, и каждому из них будет соответствовать свой файл данных.

Готово! Как заводить?

Когда модель построена, сетка сгенерирована, граничные условия заданы – нужно запустить решатель. Чтобы это можно было сделать непосредственно из препроцессора, нужно написать простенький скрипт. При нажатии кнопки “Caclulate” в GiD, программа просто запустит этот скрипт с тремя параметрами (имя проекта, путь к папке проекта, путь к папке с определением типа задачи). В скрипте можете реализовать все, что вам не хватало, на CMD в Windows или на bash/sh в Linux.

А что же с постпроцессором?

С постпроцессором, к сожалению, все не так гибко. Он требует от расчетной программы, вывода данных в файлы, в угодном ему формате. Более удобной системы пока не придумали.

В моем случае эта проблема была решена созданием «конвертера», который, на основе выходных файлов нашей расчетной программы, создавал файлы, необходимые постпроцессору. Формат этих файлов подробно описан в мануалах, и создание такого «конвертера» не составит труда, при наличии минимальных навыков работы с файлами в любом языке программирования.

Подведение итогов

GiD может оказаться полезен тем, кто ищет простой и удобный пре/постпроцессор для решения самых разнообразных задач, но при этом не хочет обзаводиться такими гигантами как ANSYS (даже самый базовых комплект которого включает в себя много, порой лишних и ненужных инженерам/исследователям функций, за которые, хочешь не хочешь придётся платить).

Так же эта программа может стать выходом для тех, кто не может найти CAE, умеющую делать то, что им нужно, но при этом имеет собственный решатель (либо планирует его создать).

Надеюсь данный материал будет кому-то полезен.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ИНАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(национальный исследовательский университет)

Филиал БОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Усть-Катаве

Кафедра «Машиноведение»

Специальность 151900 - Технология машиностроения

Реферат

«Особенности CAD/CAM/САЕ -систем»

по дисциплине «Основы технологии машиностроения»

Руководитель:

Сергеев С.В.

Выполнил:

Кузин С. С.

Усть-Катав 2015

Введение

1. Назначение систем моделирования

2. История развития

3. Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем

4. Выгоды от применения

Заключение

Библиографический список

Введение

Сегодня под словом «САПР» понимается гораздо большее, нежели просто программно-аппаратный комплекс для выполнения проектных работ с использованием компьютеров и зачастую этот термин используется, прежде всего, как удобная аббревиатура для обозначения большого класса систем автоматизации. Это связано с тем, что за последние 10-15 лет такие системы прошли большой путь развития от «электронных кульманов» первого поколения, предназначенных в основном для машинной подготовки проектной документации, до современных систем, автоматизирующих практически все процессы, связанные с проектированием и изготовлением новых изделий, будь то деталь, узел машины или целый автомобиль, самолет или здание.

Разумеется, чем сложнее разрабатываемое изделие, тем более сложной и многофункциональной должна быть САПР. Системы проектирования в масштабах предприятия за рубежом принято определять как CAD /CAM /САЕ - системы, функции автоматизированного проектирования распределяются в них следующим образом модули CAD - для геометрического моделирования и машинной графики, модули подсистемы САМ - для технологической подготовки производства, а модули СAЕ - для инженерных расчетов и анализа с целью проверки проектных решений. Таким образом, современная система CAD/CAM/CAE способна обеспечить автоматизированную поддержку работ инженеров и специалистов на всех стадиях цикла проектирования и изготовления новой продукции.

В основу каждой САПРзаложена определенная математическая модель, формализующая описание и функционирование проектируемых изделий, и процессы их изготовления. И природа изделий, производственные процессы накладывают свою специфику на методы - их математического моделирования. В конечном счете, эта специфика приводит к существенному различию, систем проектирования и условия их использований.

1 . Назначение

CAD-системы предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

В свою очередь, CAM -системы предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM -системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM - системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD -системе.

САЕ -системы представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ -системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD -системе. CAE -системы еще называют системами инженерного анализа.

Существует некоммерческая отраслевая организация CAD Society занимающаяся вопросами популяризации CAD/CAM/CAE -систем в мире.

2 . История развития

Историю развития рынка CAD/CAM/CAE -систем можно достаточно условно разбить на три основных этапа, каждый из которых длился, примерно, по 10 лет.

Первый этап начался в 70-е гг. В ходе его был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность проектирования сложных промышленных изделий. Во время второго этапа (80-е гг.) появились и начали быстро распространяться CAD/CAM/CAE -системы массового применения. Третий этап развития рынка (с 90-х гг. до настоящего времени) характеризуется совершенствованием функциональности CAD/CAM/CAE -систем и их дальнейшим распространением в высокотехнологичных производствах (где они лучше всего продемонстрировали свою эффективность).

На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE - систем работали на графических терминалах, присоединенных к мэйнфреймам производства компаний IBM и Control Data , или же мини-ЭВМ PDP/11 (от Digital Equipment Corporation ) и Nova (производства Data General ). Большинство таких систем предлагали фирмы, продававшие одновременно аппаратные и программные средства (в те годы лидерами рассматриваемого рынка были компании Applicon , Auto-Trol Technology , Calma , Computervision и Intergraph ). У мэйнфреймов того времени был ряд существенных недостатков. Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно. Но в то время пользователям CAD/CAM/CAE -систем ничего, кроме громоздких компьютерных систем с разделением ресурсов (по устанавливаемым приоритетам), предложить было нечего, т.к. микропроцессоры были еще весьма несовершенными. По данным Dataquest , в начале 80-х гг. стоимость одной лицензии CAD -системы доходила до $90000.

Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоев микросхем сделало возможным появление схем высокой степени интеграции (на базе которых и были созданы современные высокопроизводительные компьютерные системы). В течение 80-х гг. был осуществлен постепенный перевод CAD -систем с мэйнфреймов на персональные компьютеры (ПК). В то время ПК работали быстрее, чем многозадачные системы, и были дешевле. По данным Dataquest , к концу 80-х гг. стоимость CAD -лицензии снизилась, примерно, до $20000.

Cледует сказать, что в начале 80-х гг. произошло расслоение рынка CAD-систем на специализированные секторы. Электрический и механический сегменты CAD-систем разделились на отрасли ECAD и MCAD. Разошлись по двум различным направлениям и производители рабочих станций для CAD-систем, созданных на базе ПК:

ѕ часть производителей сориентировалась на архитектуру IBM PC на базе микропроцессоров Intel х86 ;

ѕ другие производители предпочли ориентацию на архитектуру Motorola (ПК ее производства работали под управлением ОС Unix от AT&T , ОС Macintosh от Apple и Domain OS от Apollo ).

Производительность CAD -систем на ПК в то время была ограничена 16-разрядной адресацией микропроцессоров Intel и MS DOS . Вследствие этого, пользователи, создающие сложные твердотельные модели и конструкции, предпочитали использовать графические рабочие станции под ОС Unix с 32-разрядной адресацией и виртуальной памятью, позволяющей запускать ресурсоемкие приложения.

К середине 80-х гг. возможности архитектуры Motorola были полностью исчерпаны. На основе передовой концепции архитектуры микропроцессоров с усеченным набором команд (Reduced Instruction Set Computing - RISC ) были разработаны новые чипы для рабочих станций под ОС Unix (например, Sun SPARC ). Архитектура RISC позволила существенно повысить производительность CAD -систем.

С середины 90-х гг. развитие микротехнологий позволило компании Intel удешевить производство своих транзисторов, повысив их производительность. Вследствие этого появилась возможность для успешного соревнования рабочих станций на базе ПК с RISC/Unix -станциями. Системы RISC/Unix были широко распространены во 2-й половине 90-х гг., и их позиции все еще сильны в сегменте проектирования интегральных схем. Зато сейчас ОС MS Windows практически полностью доминирует в областях проектирования конструкций и механического инжиниринга, проектирования печатных плат и др. По данным Dataquest и IDC , начиная с 1997 г. рабочие станции на платформе Windows NT/Intel (Wintel ) начали обгонять Unix -станции по объемам продаж. За прошедшие с начала появления CAD/CAM/CAE -систем годы стоимость лицензии на них снизилась до нескольких тысяч долларов (например, $6000 у Pro/Engineer ).

3 . Общая классификация CAD/CAM/CAE -с истем

За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE -систем сложилась их общепринятая международная классификация:

ѕ Чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор).

ѕ Системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления.

ѕ Системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD ). EPD это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. При применении EPD -концепции предполагается замещение компонентно-центрического последовательного проектирования сложного изделия на изделие-центрический процесс, выполняемый проектно-производственными командами, работающими коллективно. Вследствие разработки EPD -концепции и появились основания для превращения автономных CAD -, CAM - и CAE -систем в интегрированные CAD/CAM/CAE -системы.

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE -систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Cледует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются Pro/Engineer , Unigraphics , CATIA , EUCLID , I-DEAS (все они имеют расчетную часть CAE ).

В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра (Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology ). Наиболее известными CAD/CAM -системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются: ADEM (Omega Technology ); Cimatron (Cimatron Ltd .); Mastercam (CNC Software , Inc .); AutoCAD 2000 , Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc .); Powermill (DELCAM ); CADdy++ Mechanical Design (Ziegler Informatics GmbH ); семейство продуктов Bravo (Unigraphics Solutions ), IronCad (VDS ) и др. К числу CAD/CAM -систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc .); CADKEY 99 (CADKEY Corp.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp .); SolidWorks (SolidWorks Corp .); Anvil Express (MCS Inc .), Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions ); IronCAD (VDS ) и др.

CAD -системы нижнего уровня (например, AutCAD LT , Medusa , TrueCAD , КОМПАС, БАЗИС и др.) применяются только при автоматизации чертежных работ.

4 . Выгоды от применения

CAD/CAM/CAE -системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE -систем. За последние годы CAD/CAM/CAE -системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE -системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

Например, широко известен проект разработки компанией Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45 при помощи современных CAD/CAM/CAE -систем. Результаты выполнения проекта просто впечатляют. Ранее компания Shorts использовала в проектно-конструкторских работах проволочное моделирование деталей. В создаваемых Shorts Brothers фюзеляжах самолетов обычно насчитывалось до 9500 структурных деталей. Подобные проекты могли потребовать более 440000 человеко-дней (до 4-х лет для завершения проекта).

Фюзеляж Learjet 45 оказался не только наиболее сложным среди существующих, но и был разработан в значительно меньшие сроки (на 40%), чем его предшественники. Кроме того, примерно в 10 раз было улучшено качество деталей и самой сборки фюзеляжа, а общее число деталей сокращено на 60% (при снижении объема основных переделок на 90% по сравнению с предыдущими проектами). В целом, компания Shorts смогла уменьшить число компонентов с 9500 до 3700 (на 60%). Полное время на проектирование и технологическую подготовку производства было сокращено до 125000 человеко-дней. Общее время разработки и технологической подготовки производства до 60000 человеко-дней, а весь цикл разработки типового фюзеляжа сократился с 4-х лет до 1,5-2 лет.

Отсюда следуют преимущества от применения CAD/CAM/CAE -систем:

ѕ Совершенствование методов проектирования, в частности, использование методов многовариантного проектирования и оптимизации для поиска эффективных вариантов и принятия решений.

ѕ Повышение доли творческого труда инженера-проектировщика.

ѕ Повышение качества проектной документации.

ѕ Совершенствование управления процессом разработки проектов.

ѕ Частичная замена натурных экспериментов и макетирования моделированием на ЭВМ.

ѕ Уменьшение объёма испытаний и доводки опытных образцов в результате повышения уровня достоверности проектных решений и, следовательно, снижение временных затрат.

система автоматизированное проектирование

Заключение

Потребности современного производства диктуют необходимость глобального использования информационных компьютерных технологий на всех этапах жизненного цикла изделия: от предпроектных исследований до утилизации изделия. Основу информационных технологий в проектировании и производстве сложных объектов и изделий составляют сегодня полномасштабные полнофункциональные промышленные САПР (CAD/CAM/CAE - системы). Активное использование во всем мире «легких» и «средних» САПР на персональных компьютерах для подготовки чертежной документации и управляющих программ для станков с ЧПУ и сближение возможностей персональных компьютеров и «рабочих станций» в автоматизации проектирования подготовило две тенденции в разработке и использовании САПР, которые наблюдаются в последнее время:

ѕ применение полномасштабных САПР в различных отраслях промышленности для проектирования и производства изделий различной сложности;

ѕ интеграция САПР с другими информационными технологиями.

Эти тенденции позволяют говорить, что уже в самом ближайшем будущем эффективность производства будет во многом определяться эффективностью использования на предприятиях промышленных САПР.

Библиографический список

1. Кунву Ли. Основы САПР. - СПб.: Питер, 2004.

2. Б. Хокс. Автоматизированное проектирование и производство. - М.: Мир, 1991.

3. «Компьютер Пресс», NN «1-12,1997 - ISSN 0868-6157.

4. В. Клишин, В. Климов, М. Пирогова. Интегрированные технологии Computervision. Открытые системы, # 2, 1997. с. 37-42.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

История развития рынка CAD/CAM/CAE-систем. Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоев микросхем. Проект разработки компанией Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45, преимущества от применения программ.

контрольная работа , добавлен 14.04.2014

AutoCAD как одна из самых популярных графических систем автоматизированного проектирования, круг выполняемых ею задач и функций. Технология автоматизированного проектирования и методика создания чертежей в системе AutoCAD. Создание и работа с шаблонами.

лекция , добавлен 21.07.2009

Предпосылки внедрения систем автоматизированного проектирования. Условная классификация САПР. Анализ программ, которые позволяют решать инженерные задачи. Система управления жизненным циклом продукта - Product Lifecycle Management, ее преимущества.

контрольная работа , добавлен 26.09.2010

Анализ тенденций развития информационных технологий. Назначение и цели применения систем автоматизированного проектирования на основе системного подхода. Методы обеспечения автоматизации выполнения проектных работ на примере ЗАО "ПКП "Теплый дом".

курсовая работа , добавлен 11.09.2010

курсовая работа , добавлен 22.11.2009

Анализ существующих систем автоматизированного проектирования. Преимущества и недостатки универсальных сборочных приспособлений, их конструирование и сборка, современное информационное обеспечение. Создание базы данных для САПР сборочных приспособлений.

дипломная работа , добавлен 26.03.2012

Концепция автоматизированного проектирования. Внедрение в практику инженерных расчетов методов машинной математики. Создание автоматизированных рабочих мест. Принцип декомпозиции при проектировании сложных конструкций, использование имитационных систем.

реферат , добавлен 30.08.2009

Системы автоматического проектирования. Сравнительный анализ средств для проектирования автоматизированных информационных систем. Экспорт SQL-кода в физическую среду и наполнение базы данных содержимым. Этапы развития и характеристика Case-средств.

курсовая работа , добавлен 14.11.2017

Изучение истории создания Mentor Graphics Corporation, которая является одним из мировых лидеров в области систем автоматизированного проектирования. Функции Altium Designer - комплексной системы автоматизированного проектирования радиоэлектронных средств

реферат , добавлен 08.09.2015

Создание программных комплексов для систем автоматизированного проектирования с системами объемного моделирования и экспресс-тестами. SolidWorks - мировой стандарт автоматизированного проектирования. Пользовательский интерфейс, визуализация модели.

CAD-системы (сomputer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

CAM-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы (computer-aided engineering – поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем

За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация:

– чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор);

– системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления;

– системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD, Electronic Product Definition). EPD – это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Следует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра – Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology.

Российские САПР

КОМПАС 3D (АСКОН)

T-FLEX CAD 3D (Топ Системы) – Parasolid

САПР «Сударушка» - CAD/CAM/CAE система. Является развитием системы ГЕМОС (геометрическое моделирование обводов самолета), разработанной специалистами Российской авиационной промышленности в ОКБ им. А. С. Яковлева в 1989-1994 годах.

ADEM (Россия, Израиль, Геомания) - САПР для конструкторско-технологической подготовки и станков с ЧПУ. Основным продуктом является интегрированная CAD/CAM/CAPP система ADEM VX. Название расшифровывается как "автоматизированное проектирование, расчет и изготовление" (Automated Design, Engineering, Manufacturing); adem.ru. – ACIS

WinELSO 7 – предназначена для автоматизации работ при проектировании электроснабжения объектов на все напряжения 3-фазного, 1-фазного переменного и постоянного токов (Русская Промышленная Компания – авторизованный разработчик приложений под продукты Autodesk (Autodesk Developer Network)); winelso.ru.

Эксперт-СКС (Эксперт-Софт, Москва) - САПР для автоматизации на всех этапах проектирования структурированных кабельных систем, ВОЛС, ЛВС, линейных и магистральных сетей; expertsoft.ru.

Также существуют бесплатные САПР с открытыми исходным кодом.

САПР не российских производителей

Dassault Systèmes , Франция:

– CATIA - САПР для аэрокосмической промышленности;

– SolidWorks – универсальная САПР для машиностроения, Parasolid.

MathCAD (Mathsoft, сейчас – Parametric Technology Corp.) - математическое моделирование.

P-CAD (Altium, Сидней, Австралия) - САПР для проектирования электронных устройств.

Pro/Engineer (Parametric Technology Corp.) - универсальная САПР для машиностроения. Parasolid

SolidEdge (UGS – Siemens PLM Software) - 2D/3D CAD-система.

Autodesk Inc. :

– AutoCAD - самая распространённая САПР не российского производства. – – Autodesk Inventor - система трехмерного твердотельного проектирования для разработки сложных машиностроительных изделий – ACIS

Примерная стоимость систем, руб

Разделение на уровни условно, в основном зависит от функциональных возможностей и, следовательно, определяется ценой за рабочее место.

Системы низкого уровня к САПР никакого отношения не имеют. Это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, совместно с компьютером и монитором представляют собой "электронный кульман", то есть хороший инструмент для выполнения конструкторской документации. Эти системы называют двухмерными.

Общее название систем первого и второго уровней – трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек, с использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов роботов). Они отслеживают траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологического процесса изготовления спроектированного изделия. Такие системы называются САПР/АСТПП (Системы Автоматизированного Проектирования/ Автоматизированные Системы Технологической Подготовки Производства), иначе говоря – сквозные САПР (CAD/CAM/CAE).

Системы CAD/CAM/CAE позволяют в масштабе целого предприятия логически связывать всю информацию об изделии, обеспечивать быструю обработку и доступ к ней пользователей, работающих в разнородных системах.

Создаваемая системой модель основана на интеграции данных и представляет собой полное электронное описание изделия, где присутствуют конструкторская, технологическая, производственная и др. базы данных по изделию. Это обеспечивает значительное улучшение качества, снижение себестоимости и сокращение сроков выпуска изделия на рынок.

Для проектирования систем электроснабжения (СЭ) возможно применение САПР из других отраслей производства, но специфические особенности систем электроснабжения как сложных технических систем требуют несколько другого подхода в проектировании.

Существующие системы проектирования СЭ, использующие вычислительную технику, ориентированы в основном на автоматизацию отдельных процедур или этапов процесса проектирования. Опыт показывает, что проще и эффективнее обучить специалистов по электроснабжению одной новой дисциплине – аппаратным и программным средствам вычислительной техники и САПР, чем специалистам-разработчикам САПР и программного обеспечения овладеть многими электротехническими дисциплинами, которые даются инженерам-электромеханикам. При изучении дисциплины "САПР электроснабжения" подразумевается знание курсов электротехнических дисциплин, а также умение работать с ЭВМ на уровне пользователя.

CAE (англ. Computer-aided engineering) - общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).

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

Численные методы

CAE системы могут использовать в своей работе следующие математические методы:

Метод конечных элементов (МКЭ, Конечно-элементный анализ, КЭ анализ) - численный метод решения дифференциальных уравнений с частными производными, а также интегральных уравнений, возникающих при решении задач прикладной физики. Метод широко используется для решения задач механики деформируемого твёрдого тела, теплообмена, гидродинамики и электродинамики.
Метод конечных разностей - численный метод решения дифференциальных уравнений, основанный на замене производных разностными схемами. Является сеточным методом.
Метод конечных объемов (Метод контрольных объемов) - численный метод интегрирования систем дифференциальных уравнений в частных производных.

Примеры CAE

ABAQUS - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
ADAMS - система моделирования и расчёта многотельной динамики;
ANSYS - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
APM WinMachine 2010 - отечественная универсальная система для проектирования и расчета в области машиностроения, включающая КЭ анализ с встроенным пре-/постпроцессором;
APM Civil Engineering 2010 - отечественная универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором для проектирования и расчета металлических, железобетонных, армокаменных и деревянных конструкций;
Autodesk Simulation - комплекс универсальных систем КЭ анализа со встроенными пре-/постпроцессорами (в комплекс входят Autodesk Simulation CFD - программа вычислительной гидрогазодинамики, Autodesk Simulation Mechanical - программа для механического и теплового анализа изделий и конструкций, Autodesk Simulation MoldFlow - программа моделирования процесса литья пластмассовых изделий под давлением);
ESAComp - программная система конечно-элементных расчетов тонкостенных многослойных пластин и оболочек;
EULER (Эйлер) - программный комплекс автоматизированного динамического анализа многокомпонентных механических систем;
FEM-models - программный комплекс для моделирования и анализа методом конечных элементов. Специализация программы - геотехнические расчеты, совместные расчеты систем здание-основание;
Femap - независимый от САПР пре- и постпроцессор для проведения инженерного анализа методом конечных элементов;
АСОНИКА - Автоматизированная система обеспечения надёжности и качества аппаратуры (комплекс подсистем моделирования радиоэлектронной аппаратуры методом МКЭ и МКР);
CAE Fidesys - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
HyperWorks (HyperMesh, RADIOSS, OptiStruct, AcuSolve и др.) - универсальная программная платформа систем конечно-элементного анализа;
Moldex3D - программная система конечно-элементного моделирования литья армированных пластмасс под давлением;
MSC.Nastran - универсальная система КЭ анализа с пре-/постпроцессором MSC.Patran;
NEiNastran - универсальная программная система конечно-элементного анализа;
NX Nastran - универсальная система МКЭ анализа;
OpenFOAM - свободно-распространяемая универсальная система КО пространственного моделирования механики сплошных сред;
QForm 2D/3D - специализированный программный комплекс для моделирования и оптимизации технологических процессов объёмной штамповки;
SALOME - платформа для проведения расчётов МСС (подготовка данных - мониторинг расчёта - визуализация и анализ результатов);
SolidWorks Simulation - семейство расчетных пакетов в среде SolidWorks (прочность, динамика, тепло, частотный анализ, газо-гидродинамика и пр.);
SAMCEF - универсальная система КЭ анализа с пре-постпроцессором SAMCEF Field;
Simmakers CAE Platform - программная платформа для выполнения численного моделирования физических и технологических процессов со встроенным пре-/постпроцессором.
SimulationX - программный комплекс для моделирования и анализа динамики и кинематики автомобилей, индустриального оборудования, электро-, пневмо- и гидроприводов, ДВС, гибридных двигателей и т. д.
STAR-CD - универсальная система МКО анализа с пре-/постпроцессором;
STAR-CCM+ - универсальная система МКО анализа с пре-/постпроцессором;
T-FLEX Анализ - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
CAElinux - дистрибутив операционной системы Линукс, включающий в себя ряд свободных САЕ-программ, в том числе OpenFOAM и SALOME.
Универсальный механизм (UM) - программный комплекс предназначен для моделирования динамики и кинематики плоских и пространственных механических систем;
ФРУНД - комплекс моделирования динамики систем твёрдых и упругих тел;
MBDyn - система комплексного анализа и расчётов нелинейной динамики твёрдых и упругих тел, физических систем, «умных» материалов, электрических сетей, активного управления, гидравлических сетей, аэродинамики самолётов и вертолётов. * Распространяется на условиях лицензии GNU GPL 2.1.;

CAE (англ. 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 (см.: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).
Современные системы автоматизации инженерных расчётов (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).
CAE-системы - это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.

В русском языке есть термин САПР, который подразумевает CAD/CAM/CAE

Наиболее распространённые CAE-системы:
-T-FLEX Анализ - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
-APM WinMachine - отечественная универсальная система для проектирования и расчета в области машиностроения, включающая КЭ анализ с встроенным пре-/постпроцессором;
-APM Civil Engineering - отечественная универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором для проектирования и расчета металлических, железобетонных, армокаменных и деревянных конструкций;
-ANSYS - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
-MSC.Nastran - универсальная система КЭ анализа с пре-/постпроцессором MSC.Patran;
-ABAQUS - универсальная система КЭ анализа с встроенным пре-/постпроцессором;
-NEiNastran - универсальная система КЭ анализа с пре-/постпроцессором;
-NX Nastran - универсальная система МКЭ анализа;
-SAMCEF - универсальная система КЭ анализа с пре-постпроцессором SAMCEF Field.
-OpenFOAM - свободно-распространяемая универсальная система КО пространственного моделирования механики сплошных сред;
-SALOME - платформа для проведения расчётов МСС (подготовка данных - мониторинг расчёта - визуализация и анализ результатов);
-CAElinux - дистрибутив операционной системы Линукс, включающий в себя ряд свободных САЕ-программ, в том числе OpenFOAM и SALOME.
-STAR-CD - универсальная система МКО анализа с пре-/постпроцессором;
-STAR-CCM+ - универсальная система МКО анализа с пре-/постпроцессором;
-ADAMS - система моделирования и расчёта многотельной динамики;
-Универсальный механизм (UM) - программный комплекс предназначен для моделирования динамики и кинематики плоских и пространственных механических систем;
-EULER (Эйлер) - программный комплекс автоматизированного динамического анализа многокомпонентных механических систем;
-ФРУНД - комплекс моделирования динамики систем твёрдых и упругих тел;
-Femap - независимый от САПР пре- и постпроцессор для проведения инженерного анализа методом конечных элементов;
-QForm 2D/3D - специализированный программный комплекс для моделирования и оптимизации технологических процессов объёмной штамповки;
-MBDyn - система комплексного анализа и расчётов нелинейной динамики твёрдых и упругих тел, физических систем, "умных" материалов, электрических сетей, активного управления, гидравлических сетей, аэродинамики самолётов и вертолётов. Распространяется на условиях лицензии GNU GPL 2.1.;
-SimulationX - программный комплекс для моделирования и анализа динамики и кинематики автомобилей, индустриального оборудования, электро-, пневмо- и гидроприводов, ДВС, гибридных двигателей и т. д.
История развития
Историю развития рынка CAD/CAM/CAE-систем можно достаточно условно разбить на три основных этапа, каждый из которых длился, примерно, по 10 лет. Первый этап начался в 1970-е годы. В ходе его был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность проектирования сложных промышленных изделий. Во время второго этапа (1980-е) появились и начали быстро распространяться CAD/CAM/CAE-системы массового применения. Третий этап развития рынка (с 1990-х годов до настоящего времени) характеризуется совершенствованием функциональности CAD/CAM/CAE-систем и их дальнейшим распространением в высокотехнологичных производствах (где они лучше всего продемонстрировали свою эффективность).
На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE-систем работали на графических терминалах, присоединённых к мейнфреймам производства компаний IBM и Control Data, или же мини-ЭВМ DEC PDP-11 и Data General Nova. Большинство таких систем предлагали фирмы, продававшие одновременно аппаратные и программные средства (в те годы лидерами рассматриваемого рынка были компании Applicon, Auto-Trol Technology, Calma, Computervision и Intergraph). У мейнфреймов того времени был ряд существенных недостатков. Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно. Но в то время пользователям CAD/CAM/CAE-систем ничего, кроме громоздких компьютерных систем с разделением ресурсов (по устанавливаемым приоритетам), предложить было нечего, так как микропроцессоры были ещё весьма несовершенными. По данным Dataquest, в начале 1980-х стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до 90 000 долл.
Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоёв микросхем сделало возможным появление схем высокой степени интеграции (на базе которых и были созданы современные высокопроизводительные компьютерные системы). В течение 1980-х годов был осуществлён постепенный перевод CAD-систем с мейнфреймов на персональные компьютеры (ПК). В то время ПК работали быстрее, чем многозадачные системы, и были дешевле. По данным Dataquest, к концу 1980-х годов стоимость CAD-лицензии снизилась, примерно, до 20 000 долл.
Следует сказать, что в начале 1980-х годов произошло расслоение рынка CAD-систем на специализированные секторы. Электрический и механический сегменты CAD-систем разделились на отрасли ECAD и MCAD. Разошлись по двум различным направлениям и производители рабочих станций для CAD-систем, созданных на базе ПК:
часть производителей сориентировалась на архитектуру IBM PC на базе микропроцессоров Intel х86;
другие производители предпочли ориентацию на архитектуру Motorola (ПК её производства работали под управлением ОС Unix от ATT, ОС Macintosh от Apple и Domain OS от Apollo).
Производительность CAD-систем на ПК в то время была ограничена 16-разрядной адресацией микропроцессоров Intel и MS-DOS. Вследствие этого, пользователи, создающие сложные твердотельные модели и конструкции, предпочитали использовать графические рабочие станции под ОС Unix с 32-разрядной адресацией и виртуальной памятью, позволяющей запускать ресурсоёмкие приложения.
К середине 1980-х годов возможности архитектуры Motorola были полностью исчерпаны. На основе передовой концепции архитектуры микропроцессоров с усеченным набором команд (Reduced Instruction Set Computer - RISC) были разработаны новые чипы для рабочих станций под ОС Unix (например, Sun SPARC). Архитектура RISC позволила существенно повысить производительность CAD-систем.
С середины 1990-х годов развитие микротехнологий позволило компании Intel удешевить производство своих транзисторов, повысив их производительность. Вследствие этого появилась возможность для успешного соревнования рабочих станций на базе ПК с RISC/Unix-станциями. Системы RISC/Unix были широко распространены во 2-й половине 1990-х годов, и их позиции все ещё сильны в сегменте проектирования интегральных схем. Зато сейчас Windows NT и Windows 2000 практически полностью доминируют в областях проектирования конструкций и механического инжиниринга, проектирования печатных плат и др. По данным Dataquest и IDC, начиная с 1997 года рабочие станции на платформе Windows NT/Intel (Wintel) начали обгонять Unix-станции по объёмам продаж. За прошедшие с начала появления CAD/CAM/CAE-систем годы стоимость лицензии на них снизилась до нескольких тысяч долларов (например, 6000 долл. у Pro/Engineer).