Актуальность применения информационных технологий в машиностроении. Применение информационных технологий и систем автоматизированного проектирования в машиностроении

Технология -

Информационные технологии (ИТ)-

Основные черты ИТ:

Автоматизированное проектирование

Система автоматизированного проектирования (САПР)

Виды сапр

Задачи САПР

Основная цель САПР - повышение эффективности труда инженеров, включая:

История развития ИТ

Чертежи создавали на бумаге, копировали на кальку, размножали.

Инженерные расчеты производились с помощью арифмометров и логарифмических линеек

При изготовлении опытных образцов использовалась ручная наладка станков

С изобретением ПК появилась возможность перейти на безбумажную технологию

Роль ИТ в машиностроении и металлообработке

Инженер-конструктор

Инженерные расчеты и моделирование

Инженер-технолог

Программист-технолог

Состав САПР

Комплекс технических средств

Программно-методический комплекс

Обслуживающий персонал

Структура САПР

Подсистемы САПР разделяют на два вида:

CAD (англ. Computer Aided Design (автоматизированное проектирование изделий) -

CAE (англ. Computer Aided Engineering (автоматизированные расчеты и анализ)

CAPP (англ. Computer Aided Process Planning (автоматизированное проектирование технологических процессов)

PLM – а Product Life Cycle Management (управление жизненным циклом изделия)

Виды обеспечения САПР

Классификация CAD, CAM, CAE

Системы среднего уровня предназначены

Системы, высшего уровня дают возможность:

Современные САПР конструкторской документации

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Технология совокупность
методов,
процессов
и
материалов, используемых в какой-либо
отрасли деятельности, а также научное
описание
способов
технического
производства

Информационные технологии (ИТ) широкий класс дисциплин и областей
деятельности,
относящихся
к
технологиям создания, управления и
обработки данных, в том числе с
применением вычислительной техники

компьютерная обработка
информации по заданным алгоритмам;
хранение больших объёмов информации
на машинных носителях;
передача информации на значительные
расстояния в ограниченное время.

- проектирование, при котором
отдельные преобразования описаний
объекта и (или) алгоритма его
функционирования, осуществляются
взаимодействием человека и ЭВМ (ГОСТ
22487)

- комплекс средств автоматизации
проектирования, взаимосвязанных с
необходимыми подразделениями
проектной организации или
коллективом специалистов
(пользователей системы),
выполняющий автоматизированное
проектирование (ГОСТ 22487).

Виды САПР
1.САПР изделий
2.САПР инженерных расчетов
3. САПР технологических
процессов
4.САП управляющих программ
5.САПР объектов строительства.
6.САПР организационных систем.

автоматизация работ на стадиях
проектирования и подготовки
производства.

Основная цель САПР -
повышение эффективности
труда инженеров, включая:
сокращение трудоёмкости проектирования и
планирования;
сокращение сроков проектирования;
сокращение себестоимости проектирования и
изготовления, уменьшение затрат на
эксплуатацию;
повышения качества и технико-экономического
уровня результатов проектирования;
сокращения затрат на натурное моделирование и
испытания.

До изобретения компьютерных технологий все
проектирование новых изделий велось на
бумаге.

проводились натурные испытания изготовленных опытных
образцов,
вносились необходимые изменения в конструкцию,
корректировались чертежи

Возможность перейти на
безбумажную технологию
Существенное сокращение
сроков проектирования
Повышение качества проектирования
Автоматизация оформления документации
Возможность передачи информации (чертеж,
трехмерная модель, ТП, УП) между
автоматизированными рабочими местами

Использует CAD
системы
AUTOCAD,
КОМПАС,
T-FLEX,
позволяющие
создавать
конструкторскую
документацию в
соответствии со
стандартами
ЕСКД

Двухмерные и трехмерные
чертежи деталей
Сборки

Используют системы
автоматизации
инженерных
расчётов (CAE)
T-FLEX Анализ
APM WinMachine 2010
ABAQUS
ANSYS
Autodesk Simulation
Математическое
моделирование

использует CAPP
системы,
помогающие
автоматизировать
процесс
проектирования
технологических
процессов
ВЕРТИКАЛЬ
ADEM CAPP

использует CAM-системы,
предназначенные для
проектирования обработки
изделий на станках с ЧПУ и
выдачи программ для этих
станков.
ADEM
ГЕММА-3D
SprutCAM
ESPRIT
Mastercam
Модуль ЧПУ. Токарная
обработка

САПР
Комплекс
технических
средств
Программнометодический
комплекс
(обеспечение)
Обслуживающий
персонал

предназначен для обеспечения ввода-вывода,
хранения,
переработки информации в системе,
отображения и выдачи информации в удобной
для проектировщика форме,
управления процессами обработки информации
при проектировании.

включает в себя обеспечение:
информационное,
математическое,
лингвистическое,
программное
методическое,
организационное

разделяют на
управляющий,
обеспечивающий и
целевой

КОМПОНЕНТ
ПОДСИСТЕМА
КОМПОНЕНТ
САПР
КОМПОНЕНТ
ПОДСИСТЕМА
......
СРЕДСТВО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ
САПР

проектирующие - реализуют
определенный этап проектирования или
группу связанных проектных задач
обслуживающие - обеспечивают
функционирование проектирующих
подсистем, оформление, передачу и
вывод данных, сопровождение
программного обеспечения

Каждая подсистема состоит из
компонентов, обеспечивающих
функционирование подсистемы
По целевому назначению различают
подсистемы (компоненты) САПР:

CAD (англ. Computer Aided Design

изделий) -
предназначены для
автоматизации
двумерного и/или
трехмерного
геометрического
проектирования,
создания
конструкторской
документации
AUTOCAD
КОМПАС
T-FLEX

CAE (англ. Computer Aided Engineering
(автоматизированные расчеты и анализ)
Предназначены для
автоматизации
инженерных расчётов,
анализа и симуляции
физических процессов,
осуществляют
динамическое
моделирование,
проверку и
оптимизацию изделий
T-FLEX Анализ
ANSYS
Autodesk Simulation

CAM (англ. Computer Aided Manufacturing
(автоматизированная технологическая
подготовка производства)
предназначены для
проектирования
обработки изделий на
станках с ЧПУ и выдачи
программ для этих
станков.
ADEM
ГЕММА-3D
SprutCAM
Mastercam
Модуль ЧПУ. Токарная
обработка

CAPP (англ. Computer Aided Process Planning
(автоматизированное проектирование
технологических процессов)
предназначены для
автоматизации
процесса
проектирования
технологических
процессов
ВЕРТИКАЛЬ
ADEM CAPP

T-FLEX PLM
ЛОЦМАН:PLM

Техническое обеспечение (ТО) -
совокупность связанных и
взаимодействующих технических средств
ЭВМ
периферийные устройства
сетевое оборудование
линии связи
измерительные средства

математическое - совокупность
математических методов, моделей и
алгоритмов, необходимых для
выполнения проектных процедур

лингвистическое - совокупность
языков, используемых в САПР для
представления информации о
проектируемых объектах, процессе и
средствах проектирования

программное - комплекс всех
программ и эксплуатационной
документации к ним в виде обычных
текстовых документов или записанных
на машинных носителях

Информационное обеспечение -
совокупность сведений, необходимых
для выполнения проектирования.
Основная часть - базы данных

методическое - описание технологии
функционирования САПР, методов
выбора и применения пользователями
технологических приемов для
получения конкретных результатов.

организационное - комплект
документов, устанавливающих правила
практического выполнения
автоматизированного проектирования;
ответственность специалистов за
определенные виды работы; правила
доступа к базам данных.

Системы нижнего уровня предназначены:
-для автоматизации выпуска конструкторской и
технологической документации;
-подготовки управляющих программ для
оборудования с ЧПУ «по электронному чертежу»;
-сокращения сроков выпуска документации.
Компас- график

для создания объемной модели изделия
определения инерционно-массовых,
прочностных и прочих характеристик;
моделирования всех видов ЧПУобработки;
отработки внешнего вида по
фотореалистичным изображениям;
выпуска конструкторско-технологической
документации;

конструировать детали с контролем
технологичности;
конструировать детали с учетом особенностей
материала;
моделировать работу механизмов;
проводить динамический анализ сборки
проектировать оснастку с моделированием процессов
изготовления

Название
САПР
Год выпуска, страна, фирма
КОМПАС-3D
1989, Россия, АСКОН
CATIA
1981, Франция,
Dassault Systèmes
1988 г., США, РТС
Creo (до 2010 г.
Pro/ENGINEER)
NX (ранее Unigraphics)
1983, США, Siemens PLM Software
Актуальная версия,
год выпуска,
уровень
V16, 2015
средний
V6R2015, 2015
высший
Creo 3.0, 2015
высший
NX 10, 2014 высший
T-FLEX CAD
1990, Россия, Группа компаний
ADEM
1992, Россия, Топ-системы
Autocad
1982, США, Autodesk
9.05, 2015
средний
14, 2014
средний
2016, 2015 средний
Autodesk Inventor
1999, США, Autodesk
2016, 2015 средний
ADEM САD

Введение

1. Понятие информационной технологии

1.1 Что такое информационная технология

1.2 Этапы развития информационных технологий

1.3 Составляющие информационной технологии

1.4 Инструментарий информационной технологии

2. Становление рынка информационных технологий.

2.1. Предпосылки для ускоренного развития рынка информационных технологий

3. Информационные технологии в машиностроении

3.1. Оперативно - производственное планирование в условиях ИАСУ. (Интегрированная Автоматизированная Система Управления

3.2. Интегрированная система автоматизированного проектирования и изготовления станин

Заключение

Литература

Введение.

В рыночной экономике независимые, самостоятельные производители товаров и услуг, а также все те, кто обеспечивает непрерывность цикла "наука - техника - производство - сбыт - потребление" не смогут успешно действовать на рынке, не имея информации. Предпринимателю нужна информация о других производителях, о возможных потребителях, о поставщиках сырья, комплектующих и технологии, о ценах, о положении на товарных рынках и рынках капитала, о ситуации в деловой жизни, об общей экономической и политической конъюнктуре не только в собственной стране, но и во всем мире, о долгосрочных тенденциях развития экономики, перспективах развития науки и техники и возможных результатах, о правовых условиях хозяйствования и т. п. В связи с этим целесообразно проанализировать информационный рынок, значительная часть услуг которого относится к сфере деловой информации.

В развитых странах значительная часть информационной деятельности в течение последних двух десятилетий вовлечена в рыночные отношения и выступает в качестве одного из важнейших элементов рыночной инфраструктуры по обслуживанию, реализации и развитию рыночных отношений, а также как самостоятельный специализированный сектор рынка, на котором предлагаются особые продукты и услуги.

Современный информационный рынок включает три взаимодействующих области: - информацию; - электронные сделки; – электронные коммуникации.

В области электронных сделок рынок информации выступает непосредственным элементом рыночной инфраструктуры, область электронной коммуникации находится на стыке с отраслью связи, а информация, относится к нематериальному производству.

Рынок электронных сделок (операций, transactions) включает системы резервирования билетов и мест в гостиницах, заказа, продажи и обмена товаров и услуг, банковских и расчетных операций.

На рынке электронных коммуникаций можно выделить различные системы современных средств связи и человеческого общения, технологий машинного производства: сети передачи данных, электронную почту, телеконференции, электронные доски объявлений и бюллетени, сети и системы удаленного диалогового доступа к базам данных и т. п.

1. Понятие информационной технологии.

1.1 Что такое информационная технология.

Технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Поэтому технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной техники.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационная технология - это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.

1.2 Этапы развития информационных технологий.

Существует несколько точек зрения на развитие информационных технологий с использованием компьютеров, которые определяются различными признаками деления.

Общим для всех изложенных ниже подходов является то, что с появлением персонального компьютера начался новый этап развития информационной технологии. Основной целью становится удовлетворение персональных информационных потребностей человека как для профессиональной сферы, так и для бытовой.

Признак деления - вид задач и процессов обработки информации

1-й этап (60 - 70-е гг.) - обработка данных в вычислительных центрах в режиме коллективного пользования. Основным направлением развития информационной технологии являлась автоматизация операционных рутинных действий человека.

2-й этап (с 80-х гг.) - создание информационных технологий, направленных на решение стратегических задач.

Признак деления - проблемы, стоящие на пути информатизации общества

1-й этап (до конца 60-х гг.) характеризуется проблемой обработки больших объемов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств.

2-й этап (до конца 70-х гг.) связывается с распространением ЭВМ серии 1ВМ/360. Проблема этого этапа - отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств.

3-й этап (с начала 80-х гг.) - компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, а информационные системы - средством поддержки принятия его решений. Проблемы- максимальное удовлетворение потребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде.

4-й этап (с начала 90-х гг.) - создание современной технологии межорганизационных связей и информационных систем. Проблемы этого этапа весьма многочисленны. Наиболее существенными из них являются:

Выработка соглашений и установление стандартов, протоколов для компьютерной связи;

Организация доступа к стратегической информации;

Организация защиты и безопасности информации.

Признак деления - преимущество, которое приносит компьютерная технология

1 -й этап (с начала 60-х г.г) характеризуегся довольно эффективной обработкой информации при выполнении рутинных операций с ориентацией на централизованное коллектив-ное использование ресурсов вычислительных центров. Основным критерием оценки эффективности создаваемых информационных систем была разница между затраченными на разработку и сэкономленными в результате внедрения средствами. Основной проблемой на этом этапе была психологическая - плохое взаимодействие пользователей, для которых создавались информационные системы, и разработчиков из-за различия их взглядов и пони-мания решаемых проблем. Как следствие этой проблемы, создавались системы, которые пользователи плохо воспринимали и, несмотря на их достаточно большие возможности, не использовали в полной мере.

ВВЕДЕНИЕ
Во второй половине двадцатого века роль информации как ресурса деятельности человека постоянно росла. Этот процесс наблюдается и в наши дни, что приводит к преобразованиям практически во всех сферах жизни общества. Уже можно говорить о том, что наша техногенная цивилизация вступила в новую стадию, основой которой являются быстро распространяющиеся и всепроникающие информационные технологии (ИТ).

Сегодня можно наблюдать процесс перехода как отдельных компаний, так и целых стран от традиционной рыночной системы, связанной с переработкой все больших объемов ресурсов при помощи промышленных технологий и индустриального способа массового производства товаров к системе, основанной на накопленных информационных ресурсах, позволяющих создавать высокотехнологичные товары и услуги. Наиболее показательным примером этого является перенос производства товаров и услуг крупнейшими корпорациями Европы, США, Японии в страны, отстающие в своем научном развитии. То есть, фактически, страны, лидирующие в своем развитии, продают накопленную информацию на выгодных для себя условиях государствам, не имеющим необходимых знаний и опыта, но располагающими значительными трудовыми ресурсами.

Традиционно, преимущество в конкуренции обеспечивала стратегия, осно-ванная на следующих факторах: стоимости (владения, использования, обучения, техподдержки и т. д.); времени (производственного цикла, разработки и т. д.); гибкости (изменения по желанию заказчика, дополнительные возможнос-ти, комплектация и т. д.); качестве (необходимости в переделке, исправлении брака и т.д.); инновации (т.е. нововведении в области техники, технологии, организации труда или управления, основанном на использовании достижений науки и передового опыта, обеспечивающем качественное повышение эффективности производственной системы или качество продукции).

Последние десятилетия все старались (и до сих пор стараются) выжать как можно больше из этих факторов ценности. Сейчас остался лишь один новый, мало использованный прежде, но весьма ценный ресурс для стратегии конкуренции: информация (может характеризоваться точностью, актуальностью, последовательностью, полнотой, ясностью, доступностью, безопасностью и т. д.).

На основании всего вышесказанного, можно говорить о том, что информация и информационные технологии могут быть основой развития как отдельных предприятий, так и всего общества в целом, а их внедрение и распространение способно дать многочисленные конкурентные преимущества в самых различных сферах человеческой деятельности.
^ 1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ НА ПРЕДПРИЯТИИ
1.1 Структура информационной системы предприятия

Любое предприятие для анализа возникающих проблем, принятия решений, контроля опера-ций, создания новых продуктов или услуг нуждается в информации.

Под информацией понимаются осмысленные и переработанные данные, которые используются для решения управленческих задач. Данные отражают события, происходящие как в самой организации, так и за ее пределами.

Информационной системой предприятия можно назвать систему, показывающую точки входа и выхода информации, направления ее потоков и взаимосвязи между ними.

Упрощенная схема информационной системы предприятия показана на рисунке 1.1. .

Как видно даже из этой упрощенной схемы, число информационных потоков заметно больше, чем путей перемещения товаров. В современной экономике обработка и обмен информацией могут приносить больше прибыли, чем движение товаров от продавца к покупателю. Стоимость компаний все в большей степени определяется не ее материальными активами (здания, оборудование), а такими нематериальными активами, как люди, идеи, технологии, а также стратегией объединения и использования главных информационных ресурсов компании.

Значительная часть этих информационных потоков состоит из достаточно легко поддающихся автоматизации процедур, что открывает широкое поле возможностей для использования передачи и обработки информации.

Созданием, развитием и эксплуатацией информационных систем занимается отрасль информационных (компьютерных) технологий (ИТ, от англ. information technology, IT).

Рисунок 1.1. Схема информационной системы предприятия
^ 1.2. Этапы развития информационных систем и технологий на машиностроительных предприятиях
Можно выделить следующие основные этапы развития информационных технологий :

1960 годы - автоматизация выполнения простейших функций;

1970 годы - интеллектуальная направленность информацион-ных технологий, развитие информационного моделирования, прогнозирования и управления;

1980 годы - расширение областей применения информацион-ных технологий, создание локальных сетей и электронных баз данных. Привлечение к использованию информационных тех-нологий руководителей всех уровней управления;

1990 годы - стремление к объединению информационных ре-сурсов и кооперации при создании информационных техноло-гий; совместное использование информации; создание вирту-альных предприятий.

В настоящее время развитие существующих информационных систем и создание новых неразрывно связаны с понятием CALS-технологий. Кроме того, в некоторых случаях, термины « CALS -технологии» и «информационные технологии» употребляются как синонимы. Упрощенно, можно сказать, что CALS -технологии - это информационные технологии, построенные на определенных стандартах.

В России в качестве аналога понятия CALS иногда используется термин ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий).

Впервые концепция CALS возникла в середине 70-х годов в оборонном комплексе США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие в процессах заказа, поставок и эксплуатации средств вооружения и военной техники. Причиной возникновения идеи была естественная потребность в организации «единого информационного пространства», обеспечивающего оперативный обмен данными между заказчиком (федеральными органами), производителями и потребителями военной техники. На первоначальном этапе аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer Aided Logistic Support - компьютерная поддержка поставок. Предметом CALS являлась безбумажная технология взаимодействия между организациями, заказывающими, производящими и эксплуатирующими военную технику, а также формат представления соответствующих данных.

CALS базировалась на результатах программы интегрированной компьютеризации производства (ICAM), реализованной в Министерстве обороны США. Массовое применение информационных технологий в рамках этоц программы потребовало унификации и стандартизации методов описания и анализа организационных и производственных систем . На основе уже имевшихся технологий был разработан ряд федеральных стандартов IDEF, а метод функционального моделирования IDEF0 был принят в качестве стандарта CALS.

Это положило начало процесса углубленной стандартизации и унификации правил взаимодействия участников информационных систем, значительно повышающего возможности взаимодействия на всех уровнях деятельности человека.

CALS-технологии , доказав свою эффективность, перестали использоваться только у военных и начали активно применяться в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы жизненного цикла продукта. Новая концепция сохранила аббревиатуру CALS, но получила более широкую трактовку Continuous Acquisition and Life Cycle Support – непрерывная поддержка ЖЦ продукта (изделия). CALS быстро превратилась в глобальную бизнес-стратегию перехода на безбумажную электронную технологию работы, повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе ЖЦ продукта, за счет информационной интеграции и совместного использования информации на всех его этапах.

Работы по внедрению CALS-технологий велись в 2 этапа. ^ На первом этапе (рубеж 90-х годов) основное внимание уделялось представлению в электронном виде технической документации. На этом же этапе была определена технология представления технической и конструкторско - технологической документации в так называемом «нейтральном» электронном формате. На втором этапе (начало 90-х годов), в рамках всемирного консорциума 25 ве-дущих технических организаций США, было достигнуто согла-шение об использова-нии нового «нейтрального» стандарта описания данных ISO 10303 (STEP- Standart for the Exchange of Product Model Data). Сразу же после разработки стандарта STEP была начата разработка стандартов ISO 13584 (PLIB), ISO 15531 (MANDATЕ), предназначенных для описания и представления информации о компонентах и комплектующих изделия, производственно-эксплуатационной среды и обмена данными, которые имеют общую со STEP структуру и технологию построения. Эти стандарты заложили основу CALS-технологий.

В настоящее время в мире действует более 25 национальных организаций, координирующих вопросы развития CALS-технологий, в том числе в США, Канаде, Японии, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, а также в рамках НАТО.

В России, хотя и с некоторым отставанием во времени от передовых индустриальных стран, начиная с середины 90-х годов, началось внедрение CALS как в гражданской, так и в военной сфере.

В настоящий момент CALS понимается как глобальная стратегия повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта за счет информационной интеграции и преемственности информации, порождаемой на всех этапах жизненного цикла. Средствами реализации данной стратегии являются CALS-технологии, в основе которых лежит набор интегрированных информационных моделей: самого жизненного цикла и выполняемых в его ходе бизнес-процессов, продукта, производственной и эксплуатационной среды. Возможность совместного использования информации обеспечивается применением компьютерных сетей и стандартизацией форматов данных, обеспечивающей корректную интерпретацию информации .
^ 1.3. Современные ИТ и их значение для предприятия

Конечная цель любого предприятия - прибыль, эффективность бизнеса. Одной из характерных черт современного промышленного производства являются жесткие требования к конкурентоспособности продукции. Что, в свою очередь, требует и быстрых темпов разработки и запуска продукции в производство и налагает высокие требования на качество продукта, его соответствие рынку. Инженерным языком говоря, производство работает в меньших допусках относительно того, как это было двадцать-тридцать и даже десять лет назад. Это стало возможным во многом благодаря широкому внедрению сначала САПР, затем организации обмена данными между проектными и производственными системами и на современном этапе созданию систем, полностью описывающих жизненный цикл изделия от концепции до описания технологических процессов его изготовления и эксплуатации.

Возросшая сложность, изощренность технологий производства и необхо-димость увеличивать разнообразие выпускаемой продукции породили насущную проблему координации и уп-равления информацией. Деятельность, основанная на информации, теперь составляет значительную часть всей деятельности предприятия. Только организация, основанная на информации, может дать предприятию воз-можность выжить и успешно конкурировать на динамично изменяющемся мировом рынке. Только интегрированная, ультрасовременная информаци-онная система, может обеспечить необходимое сотрудничество в масштабе всего предприятия.

Построение ИС основывается на всеобъемлющей интеграции раз-личных модулей, принципе однократного ввода данных, взаимосвязанности хранимых данных, возможности создания отчетов, непосредственном доступе к информации, ориентации на конечного пользователя и т. д.

Внедрение современных ИТ позволяет

превратить предприятие в информационно-управ-ляемое. То есть, становится возможным управлять предприятием опираясь на информационный ресурс, который, в отличие от прочих (Стоимость, Время, Оперативность реакции, Гибкость. Качество, Инновация) могут быть многократно использован;

воспринимать предприятие как одно целое. То есть, если компания состоит из множества предприятий, ведущих бизнес в разных сферах, или расположенных удаленно друг от друга, руководство может эффективно управлять ими как одним целым, не беспокоясь о совместимости приложений в тех или иных подразделениях. Так же появляется возможность объединения информационных подсистем в одну, устраняя при этом дублирование процессов;
управлять предприятием в режиме реального времени. Наибольшую ценность представляет актуальная информация. ИТ позволяют дать моментальный доступ к ней всем участником процессов. Результатом является увеличение эффективности и пропуск-ной способности каналов информации, и возможность осуществлять процессы не только последовательно, но и параллельно;
становиться основой для бизнес-стратегии предприятия. ИТ в свое время давали и дают возможность быстро производить стретегические изменения на предприятии, облегчая внедрение новых систем. Примером может быть система «Производство на мировом уровне» (World Class Manufacturing, WCM), появившаяся в 80-х годах. Она включала в себя такие мощные методы, как «Точно в срок» (ЛТ), «Тоталь-ный контроль качества» (Total Quality Management, TQM), «Оценка эффективности» (Benchmarking), «Развитие человеческих ресурсов» (Human Resources Development), «Единичное производство» (Lean Manufacturing), а позднее, в 1990-х годах, еще и Реинжиниринг бизнес-процессов;
используя одну программную платформу, работать с учетом всех особенностей конкретного предприятия. Сегодня можно создать ИС эффективную для данного предприятия не создавая ее с нуля, без привлечения огромных человеческих и финансовых ресурсов. Можно взять готовый продукт и настроить его под нужды предприятия. При этом можно добавлять или убирать необходимые функции с течением времени, сохраняя работоспособность системы.
ориентироваться на массовых пользователей. Все пользователи, которым это необходимо, могут быть включены в единую ИС предприятия. При этом система обеспечивает максимально возможно «дружелюбный» интерфейс, помогая людям делать свою работу, а не мешая.

Требования к современным ИС:

масштабируемость;
надежность;
управляемость;
опора на стандарты.

У разных компаний этот список может варьиро-ваться и включать дополнительные пункты, но эти базовые принципы присутствуют в любом варианте списка. Рассмотрим их внимательнее.

Масштабируемость подразумевает возможность увеличить необходимую производительность сис-темы как по количеству операций, так и по числу пользователей.

Надежность - это устойчивость системы к сбоям. Уровень надежности определяется про-центом времени, которое система находится в рабо-чем состоянии. Так же очень важно обеспечивать сохранность информации, которая сегодня может стоить дороже, чем сама ИС.

Управляемость. Информационная система не должна отнимать слишком много ресурсов на свое обслуживание. Речь идет не только о деньгах, но и о времени. То есть надо выбирать: содержать штат сотрудников, поддерживающих работоспособность ИС (или пользоваться услугами специальных компаний) или дать возможность своим сотрудникам самим решать все проблемы, тратя на это рабочее время.

Опора на стандарты. О необходимости стандартизации уже было сказано выше. Надо лишь добавить, что система, которая использует современные стандарты информационных технологий, весьма вероятно сможет эффективно работать и в будущем.
^ 1.4. Жизненный цикл изделия

CALS – это стратегия повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятий за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников ЖЦ продукта.

Жизненный цикл продукта, как его определяют стандарты CALS, - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Основные стадии жизненного цикла показаны далее на рисунках.

Процесс - - это совокупность взаимосвязанных ресурсов и деятельности, которая преобразует входящие элементы в выходящие. Ресурсами являются персонал, средства обслуживания, оборудование, технология, методология.

ЖЦ продукта присуще большое разнообразие процессов. Наиболее известные: производственный процесс, процесс проектирования, процесс закупок. Каждый из этих процессов, в свою очередь, состоит из технологических процессов и организационно-деловых процессов . Под технологическим процессом понимается часть производственного (или другого процесса), содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) последующему определению состояния предмета труда. Под организационно-деловыми процессами понимаются процессы, связанные с взаимодействием людей (подразделений, организаций). Все процессы ЖЦ взаимосвязаны (см. рис.1).

Для общей характеристики этих процессов используется понятие «бизнес-процесс».

Бизнес-процесс – совокупность технологических и организационно-деловых процессов, выполняемая целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры.

Бизнес-процессы могут быть разного масштаба : масштаба предприятия (в него вовлечены работники нескольких подразделений, например, снабжающих предприятие материалами и комплектующими), внутрицеховые, внутрилабораторные (например, изготовить деталь). Внутри одного бизнес-процесса часть составляющих его технологических и организационно-деловых процессов может быть организована в отдельный вложенный бизнес-процесс меньшего масштаба. Отдельные технологические и организационно-деловые процессы могут раскладываться на операции (законченные части процесса, выполняемые на одном рабочем месте – выписать накладную, составить договор), которые в свою очередь делятся на переходы (законченные части операции, выполняемые одними и теми же средствами – позвонить, записать, фрезеровать).

Бизнес-процессы также различаются по типу деятельности:

основные бизнес-процессы (определяют основное направление деятельности предприятия: производство продукции, сервисное обслуживание, оказание услуг и т. п.);
вспомогательные бизнес-процессы (процессы, связанные с решением внутренних задач предприятия по обслуживанию основных бизнес-процессов);
бизнес-процессы управления (планирование деятельности предприятия, организация производства, контроль);
бизнес-процессы сети (взаимодействие с поставщиками и потребителями).

Анализ бизнес-процессов позволяет по-новому взглянуть на работу предприятия, уточнить обязанности работников, оценить эффективность использования ресурсов, увидеть недостатки, скрытые в организационной структуре. С момента введения термина «бизнес-процесс» появилось понятие «реинжиниринг бизнес-процессов» (Business Process Reengineering, BPR), которое подразумевает фундаментальное переосмысление и перепроектирование бизнес-процессов предприятия с целью повышения эффективности его работы.

В общем случае ЖЦ необходимо рассматривать как совокупность ЖЦ конечного продукта и ЖЦ входящих в него компонентов, результатов деятельности субпоставщиков. С этой точки зрения ЖЦ представляет собой древовидную структуру (см. рис. 1.2) . Информационное взаимодействие субъектов, участвующих в поддержке ЖЦ, должно осуществляться в едином информационном пространстве (ЕИП). Для разрушения коммуникационных барьеров и реализации концепции CALS необходимо создать ЕИП для всех участников ЖЦ изделия (в том числе и для эксплуатационников).

Рис. 1.2. Жизненный цикл продукта и его компонентов
ЕИП должно:

аккумулировать всю информацию об изделии;
быть единственным источником данных о нем (прямой обмен данными между участниками ЖЦ исключен);
формироваться на основе международных, государственных и отраслевых стандартов.

Фундаментом CALS-технологии является система единых международных стандартов.

CALS-стандарты можно подразделить на три группы:

- функциональные стандарты, определяющие процессы и методы формализации;

- информационные стандарты по описанию дан-ных о продуктах, процессах и средах;

- стандарты технического обмена , контролиру-ющие носители информации и процессы обмена данными между передающими и принимающими системами.

Место и роль информационных технологий и международных стандартов, а также взаимосвязь между ними, приведены на рис. 1.3 . Суть этих технологий кратко изложена ниже.

Выходы, связанные с производством продукции как у поставщи-ка, так и у производителя можно представить при использовании стандартов MRP, MRP II, ERP, ISO 15531 ManDate.

Характеристики продукции и ее состояния как у поставщика, так и у производителя можно представить при использовании стандартов ISO10303 STEP, ISO 15531 ManDate.

Требования потребителя и производителя учитываются при ис-пользовании ФСА, ФФА, FMEA, QFD.

Обратная связь между потребителем и производителем, а также между производителем и субпоставщиком может быть организована на базе стандартов ISO 9000, MRP, MRP II, ERP, ISO 15531 ManDa-te, ISO 10303 STEP.

ISO 15531 ManDate - стандарты из системы стандартов CALS -технологий. Предназначен для обеспечения коллективного доступа поставщика и потребителя к информации о производственном про-цессе поставщика. Использует согласованные со стандартом ISO 10303 STEP форматы представления данных.

Рисунок 1.3. Взаимосвязь между стандартами и бизнес-процессами на предприятии
ISO 10303 STEP - основное семейство стандартов из системы стандартов CALS-технологий (в настоящее время включает около сотни стандартов и проектов). Предназначен для обеспечения кол-лективного доступа поставщика и потребителя к информации о:

конструкции изделия;
процедурам испытаний изделия;
эксплуатационной документации на изделие;
другой информации по всем стадиям жизненного цикла изделия.

Разработан в конце 1980-х годов МО США при участии Мини-стерства торговли США и предназначался первоначально для обеспе-чения поставок военной техники и технологий. В настоящее время все шире охватывает невоенные области, прежде всего машиностроение и промышленное строительство.

Важность управления данными об изделии, представленными в формате ISO 10303 STEP, связано со следующими обстоятельствами. Данные о конструкции изделия занимают значительную часть в об-щем объеме информации, используемой в ходе его жизненного цикла (ЖЦ). На основе этих данных решается ряд задач производства из-делия, материально-технического снабжения, сбыта, эксплуатации, ремонта и др. (рис. 1.4) .

Кроме стандартов, которые относятся к CALS, существуют и другие, часто используемые в бизнес-процессах.

ISO 9000 - семейство стандартов на системы качества предприя-тия. Система качества - часть системы управления предприятия , ох-ватывающая основные бизнес процессы (в настоящее время более 20 процессов). Разработана в середине 1980-х годов как обобщение пе-редового опыта по обеспечению качества и воплощение Глобальной Европейской концепции в области качества. Предназначена для ре-шения следующих основных задач:

обеспечения климата доверия в экономике;
предоставления потребителю объективных доказательств спо-собности поставщика к производству товаров и услуг опреде-ленного уровня качества;
повышения конкурентоспособности предприятий.

Рис. 1.4. Использование конструкторских данных в ходе ЖЦ изделия
Система качества является наиболее распространенным стандар-том за всю историю ISO, их используют несколько сот тысяч пред-приятий практически во всех странах мира. Соблюдение требований стандарта в настоящее время рассматривается как пропуск на между-народный рынок товаров и услуг. В России с 1998 г. соблюдение тре-бований ISO 9000 - обязательное условие для получения госзаказа (постановление Правительства РФ №113 от 02.02.1998 г.).

MRP - стандарт на планирование материальных ресурсов (Ma-terial Requirements Planing), первый из серии стандартов на плани-рование материальных ресурсов, разработан в 1960-х годах, обеспе-чивает согласование действий снабженческих, производственных и сбытовых подразделений по формированию заказов в реальном мас-штабе времени и материального учета. Не поддерживает нулевых производственных запасов и потому не обеспечивает поставок в ре-жиме just in time (точно в срок).

Одним из наиболее распространенных методов управления про-изводством в мире является стандарт MRP II (Manufacturing Resour-se Planning), разработанный в США и поддерживаемый американ-ским обществом по контролю за производством и запасами - Ameri-can Production and Inventory Control Society (APICS). MRP II - это набор проверенных на практике разумных принципов, моделей и процедур управления и контроля, служащих повышению показате-лей экономической деятельности предприятия.

С середины 1990-х годов стандарт MRP II применяется для пла-нирования потребностей в распределении и ресурсах на уровне пред-приятия - Enterprise Resourse Planning, а интегрированные програм-мные продукты, обеспечивающие такое планирование, называются ERP-системами (например, SAP R3, BAAN, MGF/PRO, Oracle Ap-plication).

Как известно, система класса MRP II имеет целью электронное моделирование всех основных процессов, реализуемых предприятием, таких как снабжение, запасы, производство, продажа и дистрибуция, планирование, контроль за выполнением плана, за-траты, финансы, основные средства и т.д. Следует отметить, что Международный стандарт по управлению качеством процессов ISO 9000 обязывает иметь на предприятии указанные модели, хотя и не требует их электронной реализации.

ERP - дальнейшее развитие стандарта на организацию производ-ства и материально-технического снабжения (Enterprise Resource Planing) - разработан в 1990-х годах. Поддерживает концепцию CIM (компьютеризованного интегрированного производства) и оптималь-ного управления логистическими потоками в реальном масштабе вре-мени, поставки в режиме just in time (точно в срок).

В настоящее время развивается в концепции DRP (Dynamical Resource Planing) - организации производства динамической конфи-гурации, в которой бизнес процессы могут оптимально изменяться, в зависимости от изменения задач. Поддерживает концепции глобали-зации бизнеса, работы в режиме 24x365 и т.д. .

ФСА - функционально-стоимостной анализ - технология разра-ботки и анализа продуктов, позволяющая сократить себестоимость про-дуктов на основе выравнивания соотношения «важность - стоимость» элементов продукции. Разработай в США в конце 1940-х годов, принят как стандарт большинством развитых стран в конце 1960-х.

ФФА - функционально-физический анализ - технология разра-ботки и анализа технических систем, позволяющая разрабатывать продукты, реализующие эффективные принципы действия. Разрабо-тан в СССР в конце 1970-х - начале 1980-х годов, в настоящее время достаточно широко внедряется в развитых странах бывшими совет-скими специалистами.

FMEA - анализ (Failure mode and effect analysis) - анализ при-чин и последствий дефектов для потребителей - метод анализа про-дуктов и процессов, позволяющий выявить элементы конструкции (анализ продуктов) или операции процессов (анализ процессов), имеющие повышенный потенциальный риск для потребителя и разработать предупреждающие мероприятия, снижающие риск до приемлемых величин. Разработан рядом авиакосмических фирм США в рамках программы полета к Луне НАС А в середине 1960-х го-дов. В настоящее время является фактическим стандартом в боль-шинстве развитых стран.

QFD (quality function deployment) - развертывание функций качества - технология разработки и подготовки производства про-дуктов, позволяющая эффективно преобразовывать запросы потре-бителя в технические требования. Использует ряд последовательно перестраиваемых таблиц - «домиков качества» - для всех стадий раз-работки и подготовки производства изделий. Разработана в 1970-х годах в Японии. В настоящее время широко применяется в большин-стве развитых стран, где рассматривается как эффективное оружие в конкурентной борьбе .

^ 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НА ПРЕДПРИЯТИИ
2.1. Обеспечение информационных систем

на предприятии

В современных условиях участниками жизненного цикла конк-ретного изделия могут быть юридически и территориально не связан-ные друг с другом предприятия. CALS-технологии призваны слу-жить средством, интегрирующим существующие па предприятиях ав-томатизированные системы обработки информации в единую функ-циональную систему. Главная задача создания и внедрения CALS-технологий - обеспечение единообразных описаний и смысло-вой интерпретации данных независимо от места и времени их получе-ния в общей информационной системе. CALS-технологий не отвергают существующие автоматизированные системы обработки информации (САПР, АСТПП, АСУ, АСУП и др.), а служат средством их интеграции и эффективного взаимодей-ствия. При этом внедряется и поддерживается стандартизация проектной, технологической и эксплуата-ционной документации, понятийного аппарата и языков представления данных.

По аналогии с системами автоматизированного проектирования в составе CALS различают лингвистическое, информационное, матема-тическое, программное, методическое и техническое обеспечение системы.

К лингвистическому обеспечению CALS относятся языки и фор-маты данных о промышленных изделиях и процессах, используемые для представления и обмена информацией на всех этапах жизненного цикла изделий.

^ Информационное обеспечение составляют базы данных, содер-жащие сведения о промышленных изделиях. Эти данные используются различ-ными системами в процессе проектирования, производства, эксплуа-тации и утилизации изделий. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

^ Математическое обеспечение CALS включает, модели и алго-ритмы взаимодействия различных систем и их компонентов в CALS-технологиях. К этим моделям относятся методы структурного и имитационного моделирования, методы планирования и управле-ния процессами, распределения ресурсов и т.п.

^ Программное обеспечение CALS представлено программными комплексами, предназначенными для поддержки единого информа-ционного пространства на всех этапах жизненного цикла изделий. Это системы управления документами и документооборотом, управ-ления проектными данными, обеспечения взаимодействия предприятий в элект-ронном бизнесе, подготовки интерактивных электронных техниче-ских руководств и некоторые другие.

^ Методическое обеспечение CALS представлено методиками осуществления таких процессов, как структурирование сложных объек-тов, их функциональное и информационное моделирование, парал-лельное (совмещенное) проектирование и производство, объект-но-ориентированное проектирование, создание онтологии приложе-ний.

К техническому обеспечению CALS относят аппаратные средст-ва получения, храпения, обработки и визуализации данных при ин-формационном сопровождении изделий. Взаимодействие частей вир-туальных предприятий, систем, поддерживающих разные этапы жиз-ненного цикла изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование.

На рисунке 2.1 представлены виды программного обеспечения информационных систем и их место в жизненном цикле изделия.

Рис. 2.1. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации
Ниже представлена расшифровка названий автоматизированных систем:

CAE - Computer Aided Engineering (автоматизированные рас-четы и анализ);
CAD - Computer Aided Design (автоматизированное проекти-рование);
САМ - Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);
CAPP - система проектирования технологических процессов (ТП), которая позволяет с различной степенью автоматизации проектировать единичные, групповые и типовые технологические процессы по многим направлениям: механообработка, гальваника, сварка, сборка, термообработка и т.д.;
PDM - Product Data Management (управление проектными данными);
ERP - Enterprise Resource Planning (планирование и управле-ние предприятием);
MRP-2 - Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства);
MES - Manufacturing Execution System (производственная ис-полнительная система);
SCM - Supply Chain Management (управление цепочками по-ставок);
CRM - Customer Relationship Management (управление взаи-моотношениями с заказчиками);
SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (диспет-черское управление производственными процессами);
CNC - Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);
SFA - это Sales Force Automation (Автоматизация деятель-ности по продажам);
IETM - Interactive Electronic Technical Manuals (интерактивные электронные технические руководства )
СРС - Collaborative Product Commerce (совместный электрон-ный бизнес). [Соломенцев]
PLM - Product Lifecycle Management (Управление данными жизненного цикла изделий).

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Наименование оргтехники

Номера учебных помещений

1. Мультимедиа-проектор

2. Проекционный экран «MEDIUM»

3. Автоматизированные рабочие места обучаемых (ПЭВМ)

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ »

Направление подготовки: 151000 - Технологические машины и оборудование

Программа подготовки:

«Металлургические машины и оборудование»

«Оборудование нефтегазопереработки»

«Технологические машины и оборудование для разработки торфяных месторождений»

«Технологические процессы в машиностроении»

Квалификация (степень) выпускника : магистр

Составитель: доцент

Санкт-Петербург

1.Цель изучения дисциплины – повышение основ знаний, умений и навыков по проектированию и современным методам расчета деталей, сборок и механизмов на прочность, жесткость, устойчивость и колебания при действии статических и динамических нагрузок.

Основной задачей изучения дисциплины является приобретение студентами методики построения физических и математических моделей рассчитываемых конструкций и выработка ими практических навыков работы на ЭВМ с современными программами CAD+CAE, используя метод конечных элементов (МКЭ).

2. Место дисциплины в учебном процессе

Дисциплина «Компьютерные технологии в машиностроении» относится к профессиональному циклу дисциплин и входит в его базовую часть. Для изучения дисциплины студент должен обладать знаниями, устанавливаемыми ФГОС для высшего профессионально образования по общепрофессиональным дисциплинам : Детали машин и основы конструирования, Теория механизмов и машин, Технологические процессы в машиностроении, Начертательная геометрия, Инженерная графика. Для успешного освоения дисциплины необходимо знание высшей математики и программирования на ЭВМ в следующем объеме: дифференциальное исчисление, интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, элементы математического программирования, основы программирования на одном из алгоритмических языков; а также умение использовать компьютер в качестве пользователя в объеме курса «Информатика».

3. Требования к результатам освоения дисциплины

В результате освоения данной ООП магистратуры выпускник должен обладать следующими компетенциями:

общекультурными:

– способен совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

– способен к обобщению, анализу, критическому осмыслению, систематизации, прогнозированию при постановке целей в сфере профессиональной деятельности с выбором путей их достижения (ОК-2);

– способен собирать, обрабатывать с использованием современных информационных технологий и интерпретировать необходимые данные для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам (ОК-4);

– способен самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

– способен выбирать аналитические и численные методы при разработке математических моделей машин, приводов, оборудования, систем, технологических процессов в машиностроении (ОК-6);

– способен на научной основе организовывать свой труд, самостоятельно оценивать результаты свой деятельности, владеть навыками самостоятельной работы в сфере проведения научных исследований (ОК-7);

– способен получать и обрабатывать информацию из различных источников с использованием современных информационных технологий, умеет применять прикладные программные средства при решении практических вопросов с использованием персональных компьютеров с применением программных средств общего и специального назначения в том числе в режиме удаленного доступа (ОК‑8);

профессиональными:

– умеет разрабатывать методические и нормативные материалы , а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ (ПК-4);

– разрабатывать физические и математические модели исследуемых машин, приводов, систем, процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере, разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов с анализом их результатов (ПК-20);

– разрабатывать методические и нормативные документы, предложения и проводить мероприятия по реализации разработанных проектов и программ (ПК-25);

профильными профессиональными:

– участвовать в составлении аналитических обзоров и научно-технических отчетов по результатам выполненной работы , в подготовке публикаций результатов исследований и разработок в виде презентаций, статей и докладов (ПКД-2).

– производить расчеты и проектировать отдельные узлы и устройства технологических машин и оборудования в соответствии с техническим заданием (ПКД-5);

– способность разрабатывать прикладные (функциональные) программы с использованием сред программирования, осуществлять моделирование технических объектов и их элементов с использованием математических методов в инженерии (ПКД-8).

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать : твёрдотельное объёмное параметрическое проектирование на современных CAD программах; компьютерные технологии в машиностроении; основные идеи метода конечных элементов (МКЭ) и область его применения; типы основных конечных элементов (КЭ), их характеристики и области применения; современные методы прочностных расчетов оборудования и гидроаэромеханику потоков в аппаратах; наиболее мощные пакеты прикладных программ, реализующих МКЭ; методику организации расчётов МКЭ на ЭВМ; методики построения физической и математической моделей; соотношения между напряжениями, деформациями и температурой, а также между деформациями и перемещениями; уравнения равновесия и граничные условия;

уметь: работать с графическими редакторами CAD программ; создавать с помощью программы SolidWorks объёмные параметрические детали, сборки, оборудование и механизмы; создавать их расчетные схемы; выбирать типы КЭ; моделировать конструкцию с помощью КЭ; задавать свойства материалов и различные нагрузки; описывать начальные и граничные условия; задавать контактные условия; проводить расчеты на прочность, жесткость и устойчивость; рассчитывать собственные частоты и формы колебаний; проводить динамический анализ механизмов; визуализировать результаты расчетов; проводить анализ результатов расчета; принимать решения, направленные на достижение необходимой работоспособности и надёжности конструкции;

владеть: методиками расчёта запаса прочности, жесткости, устойчивости и надёжности конструкции в условиях статических и динамических нагрузок; приёмами работы на ПК.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры

Аудиторные занятия (всего)
В том числе:

Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы

Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к практическим занятиям
Подготовка к зачету
	Защита, зачет	Защита, зачет
Общая трудоемкость час

№ п/п	Наименование раздела дисциплины

	Введение	Структура дисциплины, ее цель и задачи. Основные тенденции внедрения компьютерных технологий машиностроении. Автоматизация конструкторской (КПП) и технологической подготовки производства (ТПП). Понятие единого информационного пространства предприятия.
	Имитационное моделирование.	Классификация моделей, используемых в технике: инженерно - физические, структурные, геометрические, информационные. Основные свойства моделей. Цели и задачи компьютерного моделирования. Структурная оптимизация. Параметрическая оптимизация. Содержание основных этапов компьютерного моделирования. Методология имитационного моделирования. Методы формализации в компьютерном моделировании. Основные этапы и подходы к реализации имитационного моделирования. Программные средства имитационного моделирования. Языки имитационного моделирования GPSS Word Автоматизированные инструментальные среды: математический редактор MathCad, математический пакет программ MATLAB, среда имитационного моделирования Arena, автоматизированная система моделирования AnyLogic.
		Основные принципы и соотношение численных методов инженерного анализа. Сравнительный анализ существующих методов расчета деталей машин и оборудования. Классификация и применимость конечных элементов. Общая схема компьютерной реализации МКЭ. Учет нелинейности в процедурах МКЭ. Методы оптимизации в инженерном анализе: параметрическая оптимизация, структурная оптимизация. Комплексные решения задач оптимального проектирования. Методы визуализации в системах инженерного анализа. Ошибки идеализации. Погрешности моделирования. Погрешности расчетов. Ошибки интерпретации результатов. Принятие проектного решения.
		Векторные графические модели. Растровые графические модели. Компьютерные геометрические модели: плоские, объемные (трехмерные), конструктивная твердотельная геометрия, представление с помощью границ, позиционный подход. Моделирование линий. Построение поверхностей. Геометрическое моделирование объемных тел. Гибридные геометрические модели. Параметризация геометрических моделей. Моделирование объемных сборок. Проекционные виды и ассоциативные связи 3D и 2D – моделей. Прикладное программное обеспечение геометрического моделирования. Комплексное использование геометрических моделей. Экономическая эффективность использования технологий компьютерного геометрического моделирования
		Системы автоматизированного проектирования. Ретроспективный обзор развития автоматизированных систем промышленного назначения. История автоматизации машиностроения в России. Этапы развития САПР. Научные основы и стандарты САПР. Основные термины и определения компьютерных технологий и автоматизированных систем. Структура, состав и компоненты САПР. Международная классификация САПР. Полно масштабные автоматизированные системы. Отечественные машиностроительные программно – методические комплексы САПР. Типовой состав модулей машиностроительной САПР
		SolidWorks – это полнофункциональное приложение для автоматизированного механико-машиностроительного конструирования, базирующееся на параметрической объектно-ориентированной методологии. Этот пакет служит программной платформой для прочностных расчетов методом конечных элементов деталей и сборок с помощью программ SolidWorks Simulation и Cosmos/M, для динамического анализа механизмов в среде SolidWorks Motion. Составные части пакета и их назначение. Предварительная подготовка и вход в программу. Основные стадии решения задач. Предпроцессорная подготовка; задание начальных и граничных условий; физических и механических свойств материалов; построение сетки конечных элементов; приложение поверхностных и объёмных нагрузок; выбор решателя. Решение задачи. Постпроцессорная обработка. Основные этапы твердотельного проектирования в SolidWorks: построение эскиза, создание объемной модели, создание сборок, генерация чертежей. Примеры расчётов деталей и оборудования.

5.2. Разделы дисциплин и виды занятий

	Наименование раздела дисциплины		Практ. зан.
	Введение
	Имитационное моделирование.
	Инженерный анализ и компьютерное моделирование.
	Компьютерная графика и геометрическое моделирование.
	Компьютерные технологии и моделирование в САПР.
	Основы объемного проектирования в программе SolidWorks.
	Заключение

6. Лабораторный практикум. Не предусмотрен учебным планом.

7. Практические занятия (семинары).

№ раздела дисциплины

Тематика практических занятий (семинаров)

Трудо-емкость

Моделирование простейшего потока событий.

Определение показателей системы массового обслуживания.

Динамический расчет плоской рамы методом конечных элементов.

Расчет кольца методом конечных элементов.

Использование прямоугольного квадратичного элемента в методе конечных элементов.

Векторные графические модели. Растровые графические модели

Компьютерные геометрические модели. Геометрическое моделирование объемных тел

Гибридные геометрические модели. Параметризация геометрических моделей

Моделирование объемных сборок

Проекционные виды и ассоциативные связи 3D и 2D-моделей

Моделирование изделий в КОМПАС 3D.

Чертежный редактор КОМПАС-ГРАФИК

Знакомство с интерфейсом пакета трехмерного моделирования SolidWorks 2009. Создание эскиза.

Создание деталей в SolidWorks. Конфигурация деталей.

Создание деталей из листового материала в SolidWorks.

SolidWorks. Создание сварных деталей.

Сборка

«Разработка конструкции редуктора технологической машины с использованием компьютерных технологий».

Примерные темы рефератов представлены ниже:

Информационные системы поддержки жизненного цикла изделий

Безбумажный документооборот в машиностроительном производстве

Системы управления проектами

Автоматизированная классификация и кодирование объектов в процессах конструирования и изготовления изделий машиностроения

Сравнительный анализ CAD/CAM/CAE систем

Развитие и применение высокопроизводительных вычислительных кластерных технологий в машиностроении

Самостоятельная работа студентов предполагает теоретическую и практическую подготовку по дисциплине.

Теоретическая подготовка состоит в изучении учебного материала по конспектам и учебникам из перечня рекомендованной литературы. Полезно обращение к специализированным периодическим изданиям. Особого внимания заслуживает посещение (участие в) выставок, научных семинаров и конференций. В сети ИНТЕРНЕТ ежегодно появляется много статей и электронных материалов о современном состоянии и направлениях слияния компьютерных и машиностроительных технологий.

Самостоятельная практическая подготовка состоит в выполнении учебных заданий, курсовой работы по программе изучения дисциплины. Закрепление приобретенных навыков производится при прохождении производственных практик, выполнении заданий по смежным дисциплинам. Возможности самостоятельной практической подготовки значительно ограничиваются политикой лицензирования специализированных программных продуктов (в настоящее время доступна только ограниченная версия КОМПАС-3D V13). Поэтому практическую работу целесообразно проводить в учебных помещениях кафедры.

Виды контроля занятий

В ходе изучения дисциплины проводится контроль уровня знаний студентов, состоящий из:

1. Текущего – по результатам практических занятий, а также в виде экспресс-опроса после лекции (или в форме тестов);

2. Рубежного – по результатам написания реферата и выполнения курсовой работы;

3. Промежуточного – дифференцированного зачета.

Для допуска к зачету необходимо успешное выполнение всех заданий текущего и рубежного контроля.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. Черепашков А. А., Носов Н. В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. Гриф УМО АМ. – Волгоград: Издательский Дом «Ин-Фолио», 2009, 592 с.

2. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженернорй практике. / и др. – BHV-Петербург, 2008, 1040 с.

3. Дударева Н. Ю., Загайко С. А. SolidWorks 2009 на примерах. СПб: БХВ-Петербург, 2009, 544 с..

б) дополнительная литература

1. Ковшов А. Н. Информационная поддержка жизненного цикла изделий машиностроения: принципы, системы и технологии CALS/ИПИ/ Ковшов А. Н. и др. – М.: Академия, 2007, 304 с.

2. Кондаков А. И. САПР технологических процессов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2007, 272 с.

3. Макаров Е. Г. Инженерные расчеты в Mathcad 15: Учебный курс. – СПб.: Питер, 2011, 400 с.

4. Потемкин А. Инженерная графика. – М.: Лори, 2002, 446 с.

5. Потемкин А . Трехмерное твердотельное моделирование. – М.: Компьютер Пресс, 2002, 296 с.

6. Рыжиков моделирование. Теория и технологии. – М.: Альтекс, 2004, 384 с.

7. Черепашков А. А. Компьютерная графика и геометрическое моделирование в машиностроении. Учебное пособие. Гриф УМО. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008, 134 с.

8. Черепашков А. А. Компьютерные технологии. Создание, внедрение и интеграция промышленных автоматизированных систем в машиностроении: Учебное пособие. Гриф УМО. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008, 143 с.

9. Беляев. В.В., Журов Г. Н., Косовцева Т. Р Системы массового обслуживания. Методические указания к лабораторным работам . СПб.:СПГГИ(ТУ),. 2011, 58 с.

в) программное обеспечение

Система трехмерного твердотельного параметрического моделирования механических узлов и конструкций SolidWorks 2009, разработанная американской фирмой SolidWorks Inc. специально для Windows XP и Window Vista.

Dassault Systèmes [сайт] URL: http:/// (дата обращения: 29.11.2012);

SolidWorks Russia [сайт] URL: http://www. ***** (дата обращения: 29.11.2012);

Autodesk [сайт] URL: http://www. *****/ (дата обращения: 29.11.2012);

САПР и графика [сайт] URL: http://www. *****/(дата обращения: 29.11.2012).

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Специализированные лаборатории учебного компьютерного центра. При выполнении лабораторных работ студенты используют ПЭВМ с установленным соответствующим дисциплине программным обеспечением (КОМПАС-3D, MathCad, GPSS).

Разработчик

Доцент каф. И и КТ

Девжеева Т.Г. 1 , Калинкин А.К. 2

1 Старший преподаватель, 2 старший преподаватель, Альметьевский государственный нефтяной институт.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Аннотация

В статье рассматриваются возможности CAD/CAM/CAE-систем в машиностроении, которые позволяют сократить срок внедрения новых изделий, а также оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции, повышая, тем самым, ее конкурентоспособность.

Ключевые слова: система автоматизированного проектирования, технологический процесс, управляющая программа.

Devzheeva T.G. 1 , Kalinkin A.K. 2

1 A senior teacher, 2 a senior teacher, Almetyevsk State Oil Institute

RELEVANCE OF APPLICATION OF INFORMATION TECHNOLOGIES IN MECHANICAL ENGINEERING

Abstract

In article possibilities of CAD/CAM/CAE systems in mechanical engineering which allow to reduce the term of introduction of new products are considered, and also have essential impact on the production technology, allowing to increase quality and reliability of products, increasing, thereby, its competitiveness.

Keywords: system of the automated design, technological process, the operating program.

Успешная деятельность различных предприятий во многом зависит от их способности накапливать и перерабатывать информацию. Сегодня без компьютерной автоматизации уже невозможно производить современную конкурентоспособную технику. САПР в машиностроении используется для проведения конструкторских, технологических работ, работ по технологической подготовке производства. С помощью САПР выполняется разработка чертежей, производится трехмерное моделирование изделия и процесса сборки, проектируется вспомогательная оснастка, например штампы и пресс-формы, составляется технологическая документация и управляющие программы (УП) для станков с числовым программным управлением (ЧПУ), ведется архив. Современные САПР применяются для сквозного автоматизированного проектирования, технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления технической документацией. Объединение САПР с автоматизированной системой управления предприятием (бухгалтерский учет, экономический анализ и прогноз, вопросы материально-технического снабжения, управление складами, планирование и диспетчеризация производственных процессов) позволяет создать единый информационный комплекс.

Задача современного производства – это как можно быстрее выдать готовый продукт при минимальных затратах. Появление какого-либо изделия можно представить в виде:

Первый уровень – формируется объект, обладающий рядом свойств.
Конструкторско-технологический уровень – объект формируется окончательно, происходит его разработка с точки зрения конструктора и технолога.
Производственный уровень – это реальное воплощение объекта, подготовка оснастки для его производства.
Последний уровень – выдача заказа.

Со второго и третьего уровня происходит пополнение базы конструкторских и технологических решений, оттуда же берутся уже готовые решения, когда-то отработанные и проверенные, либо какие-то решения отвергаются как заведомо невыполнимые, убыточные.

Но это, идеальная схема. На деле, в данной схеме возможны многочисленные обратные связи. Основная проблема – это недостаток информации об объекте производства и/или ее неверное истолкование, а также большие затраты времени на обработку этой информации. Одно из средств, позволяющих сильно сократить время проектирования – это САПР.

Технология CAD/CAM/CAE призвана обеспечить ускорение и упрощение процесса производства. Данная технология направлена на избежание ошибок при управлении сложным циклом разработки и производства детали, учитывает многие факторы, которые ранее не учитывались из-за сложности расчетов.

Существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся. В основном существует такая классификация пакетов САПР :

Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования от разработки внешнего вида, до подготовки документации и разработки управляющих программ. Такие САПР – это Unigraphiсs, CATIA, Pro/Engineer.
Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования. Из российских производителей среднего САПР наиболее широко известны фирма «АСКОН», САПР «Компас», и фирма «Топ-системы», которая разрабатывает САПР Т-flex.
Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. В качестве примера можно привести продукцию фирмы Delcam, которая никак не может обеспечить полный цикл проектирования, но зато обеспечивает создание управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Из российских вариантов специализированного САПР можно выделить ГЕММУ и ADEM.

Все САПР основываются на представлении каким-либо образом объектов производства: двухмерный чертеж; трехмерная модель; математическая модель объекта; готовая деталь.

Наибольшее распространение сейчас получили трехмерные модели – как наиболее простые и функциональные, исключающие возможность двойного толкования и удобные в построении. Но математическое моделирование все больше и больше распространяется в мире, уже многие САПР, в основном тяжелые, работают именно с математическими моделями.

Разные САПР создаются для решения разных задач, причем весьма отличающихся друг от друга. И соответственно отличается их идеология, способы построения объектов, требуемое программное обеспечение. Иметь на производстве несколько типов разных САПР нецелесообразно. Особенно, если существуют трудности с импортом-экспортом моделей. Например, конструкторский отдел использует Mechanical Desktop, и создает чертежи в формате AutoCAD, а технологи работают с t-flex ЧПУ. В данном случае t-flex не может правильно интерпретировать файлы AutoCAD, а возможности в Mechanical Desktop по переводу данных в формат t-flex фирма AutoDesk не предусмотрела.

Потому САПР внедряют для всего производства сразу и к каждому САПР разрабатываются самые разнообразные модули.

Например, использование программного модуля на базе Инвариантного постпроцессора IPP, предназначенного для преобразования файла траектории движения инструмента и технологических команд в файл управляющей программы, адаптированной к конкретному комплексу «станок-система ЧПУ», позволяет инженеру-технологу формировать УП, не зная языка программирования.

При проектировании и изготовлении изделия в условиях конкуренции модульная структура САПР позволяет: виртуально испытывать и как можно быстрее разрабатывать модели, отрабатывать технологию, исключать многие ошибки; технология CAM позволяет быстро изготовить различные детали; CAD – спроектировать новые конструкции.

Рассмотрим на примере детали типа «импеллер» эффективность применения модуля CAM системы Sprut-Технология . Такие детали изготавливаются методом копирования. Оборудование, на котором производится обработка, морально устаревает и предлагается его замена на современный 5-ти координатный обрабатывающий центр. В связи с этим, необходим расчет траектории при фрезеровании криволинейных поверхностей на станках с ЧПУ.

Суть работы в CAM системе сводится к определенному алгоритму действий. Технолог должен задать обрабатываемую модель и общие требования к процессу обработки, такие как высота гребешка, максимальный угол врезания, способы подхода и т. п. По введенной информации система автоматического программирования рассчитает оптимальную траекторию с учетом кинематики станка и крепежной оснастки.

Работа начинается с загрузки в SprutCAM 3D модели детали, которую необходимо обработать. В качестве оборудования для обработки выбран 5-координатный обрабатывающий центр MIKRON UCP 600 Vario.

Обработка детали будет происходить в три этапа. Вначале необходимо выбрать большую часть материала между стенками лопаток. Если пользоваться стандартными методами задания рабочих зон система не будет понимать, что именно от нее требуется. Для решения этой задачи необходимо правильно обозначить область обработки, для чего проецируем на плоскость YX границы межлопаточного пространства (рис. 1).

Рис.1. Проекция границ межлопаточного пространства

Затем в режиме 2D редактора достраиваем область обработки, полностью включающую в себя межлопаточное пространство. Выполнив это, мы обеспечиваем абсолютные гарантии того, что обработка будет производиться только в заданной области.

Далее задаем ряд параметров: режущий инструмент, нижний уровень, шаг по Z, радиальный и осевой припуски. Выполнив вышеперечисленные действия, мы получим удовлетворяющую нас траекторию черновой выборки межлопаточного пространства.

Одним из плюсов SprutCAM является возможность размножения траектории по оси различными методами.

Следующим этапом будет чистовая обработка самих лопаток. Для этого необходимо выбрать все поверхности, образующие стенки лопаток и описать их как направляющие поверхности в виде изолиний с шагом 0,2. В результате мы получим траекторию, огибающую контур лопатки, изменяющуюся с шагом по Z на 1 мм (рис. 2).

Рис.2. Траектория чистовой обработки боковой поверхности лопатки

Заключительным этапом является обработка дна межлопаточного пространства. Благодаря возможности копирования параметров операций, мы указываем те же параметры, что и в первой операции, и система сама просчитает, что необходимо доработать. В нашем случае это будет дно межлопаточного пространства.

Таким образом, использование системы SprutCAM для расчета управляющих программ обработки деталей, позволит в кратчайшие сроки организовать изготовление импеллера c учетом требуемого качества и трудоемкости обработки.

Литература

Левин В.И. Информационные технологии в машиностроении / В.И.Левин. – М. : Издательский центр «Академия», 2013. - 272 с.
Матвеев В.Н. Повышение эффективности станков с ЧПУ путем создания программных модулей / В.Н. Матвеев, Е.И. Егорова // Материалы научной сессии по итогам 2003 г. – Альметьевск: АГНИ, 2004. – С.25.
СПРУТ – технология [Офиц. сайт]. URL:http://www.sprut.ru /(дата обращения: 10.11.2014).

References

Levin V.I. Informacionnye tehnologii v mashinostroenii / V.I.Levin. – M. : Izdatel’skij centr «Akademija», 2013. - 272 s.
Matveev V.N. Povyshenie jeffektivnosti stankov s ChPU putem sozdanija programmnyh modulej / V.N. Matveev, E.I. Egorova // Materialy nauchnoj sessii po itogam 2003 g. – Al’met’evsk: AGNI, 2004. – S.25.
SPRUT – tehnologija . URL: http://www.sprut.ru / (data obrashhenija: 10.11.2014).