Файл: Содержание Введение. Cadcamcae системы. История развития и перспективы развития. Виртуальные предприятия.docx

Содержание:

1. Введение. CAD/CAM/CAE - системы. История развития и перспективы развития. Виртуальные предприятия.

Научно-технический прогресс и потребности общества в новых разработках и технологиях обусловили необходимость выполнения проектных работ большой сложности в максимально короткие сроки. Возможность сокращения времени разработки и повышения качества проектирования появилась благодаря внедрению САПР. CAD – computer Aided Design (САПР). Это общий термин для обозначения всех видов проектирования с использованием компьютерной техники. CAD охватывает создание как геометрических моделей изделия, а также и генерацию чертежных изделий и их сопровождений. CAM – Computer Aided Manufacturing. Термин CAM используется для обозначения систем автоматизированной подготовки производства и для обозначения программных средств подготовки информации для станков с ЧПУ.

CAE – Computer Aided Engineering– это система автоматического анализа проекта, необходима для обнаружения ошибок, например в расчете прочности или оптимизации производственных возможностей. CAD/CAM/CAE = САПР Сегодня под САПР понимается процесс проектирования с использованием машинной графики поддерживаемых пакетами ПО для решения на компьютерах аналитических квалификационных экономических и эргономических проблем, связанных с проектной деятельностью.

Ступени развития САПР:

1. В 70-х годах были получены результаты, которые показали, что область проектирования можно реализовать машинными средствами. В тот период основное внимание уделялось системам авт. черчения.

2. В 80-х годах, благодаря развитию компьютерной техники, компьютеры стали доступны даже мелким фирмам. Столы для черчения заменили дисплеи компьютеров, благодаря этому скорость работы и уровень черчения значительно повысился. В это время наряду с 2D проектированием появляется и 3D моделирование. Сначала в 3D были только простые поверхности, а затем твердотельные изображения.

3. В 90-е годы – можно считать периодом зрелости, были исправлены многие ошибки в разработке систем. На переднем плане встал интерфейс. Актуальны методы отката назад, которые восстанавливают конкретно проект, несмотря на ошибки как собственные, так и ошибки алгоритмов данных. В последнее время происходит более отчетливое расслоение классов систем. Так как в промышленности имеются большие предприятия, средние и мелкие, то и автоматизация для них должна быть разной. Сейчас на рынке CAD/CAM/CAE систем имеется большой выбор систем, различающихся по стоимости, по функциональности и по степени охвата проектно-технологической и производственной сферы предприятия.

---

Достоинства САПР:

1. Более быстрое выполнение чертежей (до 3 раз).

2. Повышение точности выполнения. На чертежах, построенных с помощью системы САПР, место любой точки определено точно, а для увеличения достаточного просмотра элементов есть средство, называемое наезд, или zooming.

3. Повышение качества.

4. Возможность многократного использования чертежа. Запомненный чертеж может быть использован повторно для проектирования, когда в состав чертежа входит ряд компонентов, имеющих одинаковую форму.

5. САПР обладает чертежными средствами (сплайны, сопряжения, слои).

6. Ускорение расчетов и анализа при проектировании.

7. Понижение затрат на обновление. Средства анализа и имитации в САПР, позволяют резко сократить затраты времени и денег на тестирование и усовершенствование прототипов, которые являются дорогостоящими этапами процесса проектирования;

8. Большой уровень проектирования. Мощные средства, комплексного моделирования. Возможность проектирования нестандартных геометрических форм, которые быстро оптимизируются.

9. Интеграция проектирования с другими видами деятельности. Интегрируемые вычислительные средства обеспечивают САПР более тесное взаимодействия с инженерными подразделениями.

Виртуальное предприятие – предприятие, объединяющее географически разделенных экономических субъектов, которые взаимодействуют в процессе совместного производства, используя преимущественно электронные средства коммуникаций.

2. Классификация систем автоматизированного проектирования. Унифицированные графические ядра.

В зависимости от сложности решаемых задач существующие САПР можно разделить на 4 типа:

1. Уникальные САПР, каждая из которых создается специально для решения какой-либо одной крупной научно-технической проблемы.

2. Отраслевые САПР, решающие типовые задачи отрасли.

3. САПР отдельных предприятий, ориентированные на решение типовых задач предприятия.

4. Мини-САПР для решения отдельных задач проектирования, например электрического расчета схем или трассировки печатных плат.

Первые три типа относятся к многофункциональным САПР коллективного пользования и реализуются по 2-х ступенчатой иерархической схеме - на верхнем уровне находится мощная ЭВМ, на нижнем - периферийные малые ЭВМ и АРМ. 4-й тип реализуется обычно на малых и средних ЭВМ.

САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем

---

относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.

В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Unigraphics и ACIS фирмы Intergraph).

3. Жизненный цикл изделия. Роль CAD/CAM/CAE - систем в производственном цикле и их место среди других автоматизированных систем: SCM, MES, ERP/MRP-2, SCADA, CRM, S&SM, CNC.

Жизненный цикл промышленных изделий включает ряд этапов, начиная от зарождения идеи нового продукта до утилизации по окончании срока его использования.



Системами расчетов и инженерного анализа называют системами САЕ (Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проектирования называют системами CAD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов составляет часть технологической подготовки производства и выполняется в системах САМ (Computer Aided Manufacturing). Функции координации работы систем CAE/CAD/CAM, управления проектными данными и проектированием возложены на систему управления проектными данными PDM (Product Data Management).

Автоматизация проектирования осуществляется САПР. В САПР выделяют CAD, CAE, CAM. Поддержка производства на всех этапах осуществляется PDM. На стадии проектирования требуются услуги системы управления цепочками поставок SCM. Целью САПР является выдача конструкторской документации, которая может быть результатом поиска аналогов (прототипа) или результатом конструирования оригинального изделия.

Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется АСУП и АСУТП.

АСУП: системы планирования и управления предприятием ERP (SAP R/3, BAANN), планирования производственными ресурсами предприятия MRP, производственная исполнительная система MES, системы управления взаимоотношениями с заказчиками CRM.

АСУТП: MRP + CRP (система планирования производственных мощностей). SCADA (средства промышленной автоматизации) - для выполнения диспетчерских функция и разработки ПО для встроенного оборудования

CNC - системы для подготовки программ для станков с ЧПУ.

S&SM - система для маркетинговых исследований.
4. Концепция CALS. Единое информационное пространство (ЕИП). Полное электронное определение изделия (EPD). Группы стандартов Единого Информационного Пространства. Форматы для обмена данными между системами САПР.

---

CALS (Computer-Aided Logistics Support, Continuous Acquisition and Life cycle Support) - методика повышения эффективности процессов жизненного цикла изделия, направленная на повышение эффективности управления информационными ресурсами предприятия. Первоначально охватывала только этапы закупок и поставки вооружений и военной техники для министерства обороны США. В дальнейшем расширение CALS.

CALS – протокол цифровой передачи данных об изделии. Обеспечивает стандартные механизмы доставки цифровых данных. Стратегией CALS является создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ изделия, включая потребителя изделия на основе создания полного электронного описания изделия EPD - Electronic Product Definition.

EPD — это технология, интегрирующая все данные об изделии и связанные с ним процессы, обеспечивая разработку и поддержку полной электронной модели изделия на протяжении всего его жизненного цикла.

Обеспечивает:

• 
  - создание интерактивной среды совместной разработки, охватывающей различные дисциплины;
  
• 
  - создание структурированного электронного описания изделия;
  
• 
  - электронное определение всех этапов жизненного цикла изделия;
  
• 
  - защиту данных и гарантированный доступ к информации об изделии для каждого пользователя с соответствующими правами;
  
• 
  - управление внесением изменений.
  

Стандартные интерфейсы взаимодействия в рамках единого информационного пространства предназначены для интеграции всех программных систем, используемых участниками ЖЦ изделия.

5 групп стандартов ЕИП:

• 
  - Функциональные стандарты, предназначены для описания процессов предприятия и их влияния на данные об изделии
  
• 
  - Информационные стандарты. Предназначены для описания структуры данных об изделии, используемой всеми участниками ЖЦ.
  
• 
  - Коммуникационные стандарты. Предназначены для описания способов
  
• 
  физической передачи данных между компьютерными системами. Основа: стандарты Internet
  
• 
  - Стандарты на программную архитектуру. Предназначены для описания архитектуры ПО, позволяющей им взаимодействовать и обмениваться данными без непосредственного участия человека.
  
• 
  - Стандарты на интерфейс с пользователем
  

Практически все разработчики систем САПР понимая необходимость обмена информацией между системами, включают в их состав специализированные программы, называемые конверторами (трансляторами), основным назначением которых является преобразование данных (геометрических 3D моделей, чертежей и т.д.) в форматы обмена данными.

---

К наиболее распространенным файлам, с помощью которых производится обмен данными между системами, можно отнести следующие: DXF, IGES, DWG, STEP.

Исторически сложилось, что наиболее распространенным форматом обмена данными плоской графики между различными CAD-системами оказался формат DXF. Этот формат создан для обмена данными системы AutoCad (фирма AutoDesk) с другими системами.

DXF-файлы являются обычными текстовыми файлами в коде ASCII. Они могут легко преобразовываться в форматы других САПР или передаваться в другие программы для специальной обработки.

5. Технологии проектирования в САПР: последовательное, параллельное, сквозное.

Проектирование — это комплекс работ с целью получения описаний нового или модернизируемого технического объекта, достаточных для реализации или изготовления объекта в заданных условиях. В процессе проектирования возникает необходимость создания описания, необходимого для построения еще не существующего объекта. Получаемые при проектировании описания бывают окончательными или промежуточными. Окончательные описания представляют собой комплект конструкторско-технологической документации в виде чертежей, спецификаций, программ для ЭВМ и автоматизированных комплексов и т. д.

Традиционный последовательный подход в разработке новых изделий: последовательность работ по проектированию, сборке, испытанию, анализу, анализу с итеративным повторением цикла до получения нужного результата. Части проекта согласуются друг с другом, при этом часто из-за неоднозначной интерпретации технического задания возникают различные несостыковки, которые приходится устранять.

Смысл сквозной технологии состоит в эффективное передаче данных и результатов конкретного текущего этапа проектирования сразу на все последующие этапы. Данные технологии базируются на модульном построении САПР, но использовании общих баз данных и баз знаний на всех этапах выполнения проекта и характеризуются широкими возможностями моделирования и контроля на всех этапах проектирования. Сквозные САПР, как правило, являются интегрированными, т. е. имеют альтернативные алгоритмы реализации отдельных проектных процедур.

Технология параллельного проектирования является развитием технологии сквозного проектирования.

При параллельном проектировании информация относительно каких-либо промежуточных или окончательных характеристик изготавливаемого изделия формируются и предоставляются всем участникам работы, начиная с самых ранних этапов проектирования. В этом случае информация носит прогностический характер. Ее получение базируется на математических моделях и методах прогностической оценки различных вариантов проектных стратегий, т. е. выбора основополагающих характеристик разрабатываемого изделия, определение критериев качества разработки и выбор алгоритмических и инструментальных средств разработки. Оценка может производиться на основе аналитических моделей, на основе статистических методов и на основе методов экспертных систем. Технология параллельного проектирования реализуется на основе интегрированных инструментальных средств прогностической оценки и анализа альтернативных проектных решений с последующим выбором базового проектного решения.

---