Слайд 2
Литература
Курс высшей математики: Смирнов В.И. , 1-й т.,
М., Наука, 1974. – 480с.
Курс высшей математики, Смирнов В.И.,
2-й т., М., Наука, 1974. – 656с.
Введение в математические основы САПР: Д. М. Ушаков — Санкт-Петербург, ДМК Пресс, 2012 г.- 208 с.
Введение в современные САПР: Владимир Малюх — Москва, ДМК Пресс, 2014 г.- 192 с.
Любые книги по Solid Works
Слайд 3
План
Классы САПР
Автоматизация современного машиностроительного предприятия
Исторический обзор.
Функциональность CAD-систем
Современные MCAD-системы.
Слайд 4
Классы САПР
Двумерное черчение и трехмерное геометрическое проектирование -
CAD - computer-aided design
Инженерный анализ - CAE -
computer-aided engineering
Технологическая подготовка производства – CAPP - computer-aided process planning
Автоматизация производства - CAM - computer-aided manufacturing
Управление данными об изделии – PDM - product data management
Управление жизненным циклом изделия – PLM - product lifecycle management
Слайд 5
Автоматизация современного машиностроительного предприятия
Рыночное исследование (отдел маркетинга)
Конкретный заказ
(главный инженер)
Подготовка проекта (конструкторский отдел)
Проектный план (технологический отдел)
Проверка наличия
всех комплектующих (склад)
Производство изделий и сборка
Контроль качества и упаковка изделий
Поставка заказчику и послепродажное обслуживание
Слайд 6
Исторический обзор
1950-е гг. Создание станков с числовым программным
управлением
1952г. – Масачусетский технологический институт – фрезерный
станок с
ЧПУ
1957 – система PRONTO – ПО для управления станками с ЧПУ
1960-е гг. Системы компьютерной графики и системы
автоматизированного черчения
1963 - Айван Сазерлэнд (Ivan Sutherland) создал программу
SKETCHPAD, считается первой системой автоматизации черчения
1964 – задание параметрических поверхностей
с помощью В-сплайнов – де Бур, Безье,
Кастельжо – основа современного поверхностного
моделирования
Слайд 7
Исторический обзор
1965 – создание CAD в Group Computer
Laboratory Кембриджского
университета (Чарльзом Ланг, Ян Брэйд ) -
разработка
экспериментальной системы геометрического моделирования BUILD
(технология граничного представления BRep)
1965 - первые коммерческие CAD/CAM-системы
1967, 1969 - первые софтверные компании-производители САПР:
американских SDRC и Computervision, на долгие годы становятся
стандартом САПР
1970-е. Первые 3D-системы
1974 - Кембридж CAD Group – коммерческое геометрическое ядро
на языке Fortran ROMULUS, первая коммерческая лицензия
продается компании HP
1974 – теория поверхностей подразделения (художник-дизайнер
Чайкин) - способ итеративного построения кривой по контрольным
точкам
Слайд 8
Исторический обзор
Поверхности подразделения (subdivision surfaces) - мозаичные (полигональные) модели,
которые итеративно строятся по базовой сетке (base mesh), с
каждой итерацией приближаясь к форме моделируемой поверхности.
Две составные части поверхности
подразделения:
- базовая сетка
- алгоритм ее сглаживания.
Генерируемая алгоритмом Чайкина кривая есть квадратичный
однородный B-сплайн (доказательство было проведено вскоре после
представления алгоритма)
Слайд 9
Исторический обзор
Семейство алгоритмов
Метод Ду-Сабина
Метод Кэтмала-Кларка
Слайд 10
Исторический обзор
1977 – система трехмерного проектирования
CATIA (Avions Marcel Dassault
1979 – первый стандарт для обмена инженерными геометрическими данными – формат IGES (Initial Graphic Exchange Standard)
1980-е. Первые системы твердотельного моделирования
для UNIX, первые программы автоматизации черчения для PC
1980 – первая в мире коммерческая система твердотельного моделирования Unigraphics (авиастроительный концерн McDonnell Douglas )
1982 - AutoCAD (компания Autodesk )
1985 – первая в мире система параметрического проектирования на основе конструктивных элементов Pro/ENGINEER (Гейзберг С.П., Parametric Technology Corp )
1987 – первые станки для быстрого прототипирования изделий (3D Systems )
Слайд 11
Исторический обзор
1989 – начало эргономического анализа в САПР
– программа,
моделирующая движения человека за станком (Deneb Robotics
)
1989 – первая российская софтверная компания по разработке САПР
АСКОН (Санк-Петербург) – КОСМОС.
1991 – компания Autodesk лицензирует геометрическое ядро ACIS
у Spatial Technologies для реализации элементарных функций
твердотельного моделирования в AutoCAD (а затем - также в пакетах
Mechanical и Inventor).
1993 – компания SolidWorks, поглощенная Dassault Systеmes; САПР
SolidWorks (основанная на геометрическом ядре Parasolid) – самая
популярная система трехмерного проектирования
1996 - трехмерная САПР Solid Edge для платформы Windows NT (компания Intergraph) на геометрическом ядре ACIS.
1998 – система управления жизненным циклом изделия в среде Интернет Windchill (компания РТС)
Слайд 12
Исторический обзор
1999 - трехмернуя САПР Inventor для платформы
Windows на основе
лицензированного геометрического ядра ACIS - серьезная
конкуренция
SolidWorks и Solid Edge
2000-е. Системы для управления жизненным циклом изделия (PLM)
2003 - РТС выпускает новое поколение своей САПР Wildfire – это
значительно переработанный пользовательский интерфейс, полностью
интегрирована в среду для управления жизненным циклом изделия.
2007. Майкл Пэйн (основатель РТС и SolidWorks) создает новую
Компанию SpaceClaim. Одноименный продукт позиционируется как
полезное дополнение существующим, основанное на возможности
прямого редактирования геометрии модели без истории построения
(информации о конструктивных элементах)
Слайд 13
Исторический обзор
2008 - после десятилетней серии крупных поглощений
(SolidWorks,
Deneb, Smart Solutions, Spatial, ABAQUS, MatrixOne) Dassault Systemes
объявляет о запуске принципиально повой платформы PLM VG
концепция PLM 2.0 - все услуги по разработке изделий и управления
Их жизненным циклом будут доступны в сети для совместной работы
с удаленным доступом в режиме реального времени.
2008 - Siemens PLM Software (бывшая UGS) - разработка нового
поколения средств трехмерного моделирования на основе синхронной
технологии - конструктор может одновременно работать как с
конструктивными элементами, так и напрямую с ее граничными
элементами (методом прямого редактирования).
Слайд 14
Функциональность CAD-систем
Базовая функциональность:
проектирование деталей
(part design);
проектирование сборок деталей и механизмов (assembly design);
специальное проектирование (пресс-формы для изделий из листового металла, формы для литья для изделий из пластмасс, прокладка трубопроводов, расчет электрических схем и пр.);
генерация чертежей (drafting);
создание трехмерной модели по чертежу;
расчеты инженерных параметров и их оптимизация.
PART DESIGN
Основной подход к детальному проектированию в современных CAD-системах - параметрическое моделирование на основе конструктивных элементов (parametric feature-based design).
Параметрическое моделирование - моделирование с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами.
Слайд 15
Функциональность CAD-систем
Параметризация позволяет
- за короткое время «проиграть»
различные конструктивные схемы
и избежать принципиальных ошибок;
- создать математическую
модель объектов с параметрами, при
изменении которых происходят изменения конфигурации детали,
взаимные перемещения деталей в сборке и т. п.
Идея параметрического моделирования старая, но не могла быть
осуществлена по причине недостаточной компьютерной
производительности.
1989 - начало истории параметрического моделирования - первые
системы с возможностью параметризации.
Первопроходцы - Pro/ENGINEER от Parametric Technology
Corporation и T-FLEX CAD от Топ Системы
Слайд 16
Функциональность CAD-систем
Конструктивный элемент (feature): отверстие, полость, скругление
Рисование эскиза плоского профиля
Подпрограмма
двумерного эскизного черчения (sketcher)
Важно!! Правильно задать геометрические ограничения (constraints)
Важная функция: помощь пользователю в наложении необходимых ограничений на геометрию, а также выделение разными цветами недо- и переопределенных частей эскиза
Удобство: наличие библиотеки типовых деталей
Сокращает время проектирования
Слайд 17
Функциональность CAD-систем
Альтернатива параметрическому моделированию – метод прямого (динамического)
моделирования
Отличие: объем создается и вычитается с помощью операции вытягивания
(push-and-pull) замкнутого плоского профиля.
Ключевой момент: отсутствие информации об истории построения формы прямое управление граничными элементами (гранями, ребрами, вершинами).
Преимущество: возможность параметрической модификации деталей без истории построения.
Недостаток: снижается уровень заложенных в модели знаний.
Новая концепция – симбиоз – синхронная технология.
Слайд 18
Функциональность CAD-систем
ASSEMBLY DESIGN
Проектирование сборок механизмов:
нисходящий подход;
восходящий подход.
Проектирование механизмов
с нуля – нисходящее проектирование.
Сборка механизма из ранее спроектированных
деталей – восходящее проектирование.
Важная функция модуля сборок: возможность расчета степеней
свободы деталей механизма и их динамического перемещения в
соответствии с наложенными ограничениями.
Удобство: наличие библиотеки типовых деталей (крепежи, трубы,
шестерни, подшипники)
Слайд 19
Функциональность CAD-систем
Специальное проектирование: инструменты и алгоритмы,
характерные для
конкретной области.
Типичные модули: средства для проектирования сварочных
конструкций и
моделирования разводки.
DRAFTING
Генерация чертежей выполняется в автоматическом режиме.
Файлы с чертежными данными являются ассоциативными по
отношению к файлу трехмерной модели.
Современные CAD-системы позволяют импортировать файлы чертежей или их отсканированные изображения, внести необходимые изменения, автоматически построить трехмерную геометрическую модель.
Слайд 20
Современные MCAD-системы
«Тяжелые» САПР (верхнего уровня)
решают все проектные задачи
(Pro/Engineer, Unigraphics NX, CATIA)
«Средние» САПР (среднего уровня)
решают несколько проектных задач
(SolidWorks, SolidEdge, Inventor, Компас, Adem,…)
«Легкие» САПР (нижнего уровня)
решают одну проектную задачу
(AutoCAD, Rhino, BCAD, CONCEPT, … )
Слайд 21
Современные MCAD-системы
Системы инженерного анализа (САЕ) предназначены для изучения
поведения продукта с использованием его виртуального (хранящегося только в
памяти компьютера) макета.
Виды инженерного анализа:
анализ кинематики изделия - расчет траекторий движущихся частей и их визуализация на компьютере;
анализ динамики изделия - расчет поведения изделия в реальном времени с учетов действующих на него физических сил, взаимодействия механизмов и пр.;
расчет статических напряжений, магнитного поля, температур, определение критических нагрузок;
имитация работы электронных цепей.
Статистический анализ – метод конечных элементов – ANSYS, NASTRAN
Моделирование без расчета деформаций и напряжений – ADAMS, DADS
Слайд 22
Современные MCAD-системы
Системы технологической подготовки производства (CAPP) - это
программы для работы с базой данных технологических планов предприятия
Генеративный
подход к технологической подготовке
производства - автоматическое распознавание в
геометрической модели детали типовых конструкторско
технологических элементов и ассоциирование с ними типовых
Техпроцессов
Современные коммерческие САРР-системы: CAM-I САРР, MIPLAN, MetCAPP, ICEM-PART, Техно-Про, Technologies.
Слайд 23
Современные MCAD-системы
Системы автоматизации производства (САМ) предназначены для создания
программ обработки деталей на станках с числовым программным управлением
(ЧПУ), а также программ управления роботизированными сборочными линиями.
Особенность САМ-систем - встроенные средства проверки корректности сгенерированных программ
Первый подход - визуализация процесса работы станка на экране компьютера.
Второй подход - это моделирование процесса получения детали из заготовки и сравнение геометрии полученных в результате обработки поверхностей с данными, хранящимися в геометрической модели
Разработки: САТIA, SolidWorks, T-FLEX, Mastercam (CNC Software), SURFCAM (Surfware), EdgeCAM (Path-trace), CimatronE (Cimatron), продукты компании Delcam, ГеММа-SD (НТЦГеММа).
Слайд 24
Современные MCAD-системы
Системы управления данными об изделии (PDM) -
системы,
интегрирующие в себе доступ к самым разноплановым данным,
необходимым для работы с изделием на всех этапах его жизненного
цикла: во время маркетинговых исследований, планирования,
проектирования, производства, контроля качества, упаковки,
доставки…
PDM-система
улучшает взаимодействие;
уменьшает бумажный документооборот;
повышает эффективность управления
Коммерческие пакеты: VPLM, SmarTeam и MatrixOne, Teamcentcr (Siemens PLM Software) и Winchill (PTC)
