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

Границы кусков представляют собой непрерывные кривые и обеспечивают гладкость поверхности, натянутой на сетку.

Внутренняя область каждого куска определяется методом интерполяции.

Изображение составной поверхности может быть получено на экране дисплея либо с помощью построения по точкам сплайновых кривых, либо путем создания многогранного каркаса, на который система будет автоматически аппроксимировать натяжение гладкой криволинейной поверхности.

Трехмерные системы обеспечивают такую дисциплину работы с тремя координатами, при которой любое изменение одного вида автоматически приводит к соответствующим изменениям на всех остальных видах.

Последовательность построения может быть разной. Последовательность построений может быть следующей: сначала строится 3D вид, а затем автоматически генерируются 2D виды. Трехмерное моделирование особенно успешно применяется для создания сложных чертежей, при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов, различных строительных сооружений, в тех приложениях, где необходимо обеспечить адекватные зазоры между компонентами.

Методы трехмерного моделирования делятся на 3 вида:

1. Каркасное (проволочное) моделирование;

2. Поверхностное (полигональное) моделирование;

3. Твердотельное (сплошное, объемное) моделирование.

Каркасная модель полностью описывается в терминах точек и линий. Это моделирование самого низкого уровня и имеет ряд серьезных ограничений, большинство из которых возникает из-за недостатка информации о гранях, которые заключены между линиями, и невозможности выделить внутреннюю и внешнюю область изображения твердого объемного тела. Однако каркасная модель требует меньше памяти и вполне пригодна для решения задач, относящихся к простым.

Поверхностное моделирование определяется в терминах точек, линий и поверхностей. Предполагается, что технические объекты ограничены поверхностями, которые отделяют их от окружающей среды.

Преимущества по сравнению с каркасным:

1. способность распознавания и изображения сложных криволинейных граней;

2. изображение грани для получения тоновых изображений;

3. особые построения на поверхности (отверстия);

---

4. возможность получения качественного изображения;

5. обеспечение более эффективных средств для имитации функционирования роботов.

В основе: два основных математических положения:

1. Любую поверхность можно аппроксимировать многогранником, каждая грань которого является простейшим плоским многоугольником;

2. Наряду с плоскими многоугольниками в модели допускаются поверхности второго порядка и аналитически неописываемые поверхности

Твердотельная модель описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определяемое ею тело. Твердотельное моделирование является самым совершенным и самым достоверным методом создания копии реального объекта.

Преимущества твердотельных моделей:

1. Полное определение объемной формы с возможностью разграничивать внутренний и внешние области объекта, что необходимо для взаимовлияний компонент.

2. Обеспечение автоматического удаления скрытых линий.

3. Автоматическое построение 3D разрезов компонентов

4. Получение тоновых эффектов, манипуляции с источниками света.

Методы создания трехмерных твердотельных моделей подразделяются на два класса:

1. Метод конструктивного представления (C-Rep);

2. Метод граничного представления (B-Rep).

Метод конструктивного представления (C-Rep) состоит в построении твердотельных моделей из базовых составляющих элементов, называемых твердотельными примитивами и определяемымх формой, размерами, точкой привязки и ориентацией. Типичные примеры: параллелепипеды, сферы. Для построения модели C-REP используются такие операции, как пересечение, объединение и разность.

B-rep (метод граничного представления). Описание тела с помощью представления границ или точного аналитического задания граней, ограничивающих тело. Этот метод позволяет создавать точное, а не приближенное представление геометрического твердого тела. B-REPтребует, чтобы пользователь задал контуры или границы объекта, а также эскизы разных видов объекта, указав линии связи между ними, чтобы можно было установить взаимооднозначное соответствие.

Ввиду относительного характера преимуществ и недостатков методов c-rep и b-rep были разработаны гибридные системы, которые сочетают в себе оба метода. Гибридное моделирование, реализованное в системах CADDS5, UG/Solid Modeling, Euclid, CATIA позволяет сочетать каркасную, поверхностную и твердотельную геометрию и использовать комбинации жестко размерного моделирования (с явным заданием геометрии) и параметрического моделирования.

---

11. Системы автоматизированного инженерного анализа (CAE-системы). Основные этапы метода конечных элементов (МКЭ). Состав CAE-систем. Примеры пакетов инженерного анализа.

Функции CAE-систем:

• Моделирование физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ;

• Расчет состояний моделируемых объектов и переходных процессов в них средствами макроуровня;

• Имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.

Основными частями программ анализа с помощью МКЭ являются библиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор.

Библиотеки конечных элементов содержат их модели – матрицы жесткости. Модели конечных элементов различны для разных задач, разных форм конечных элементов, разных наборов координатных функций.

Исходными данными для препроцессора являются геометрическая модель объекта. Основная функция препроцессора – представление исследуемого объекта (детали) в сеточном виде, т.е. в виде множества конечных элементов.

Решатель – это программа, которая собирает модели отдельных конечных элементов в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц.

Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме.

Главная сфера использования МКЭ – анализ на прочность и расчет деформации, является одним из наиболее популярных инструментов исследования характеристик инженерных конструкций, подвергаемых различным нагрузкам.

МКЭ позволяет конструктору решать задачи расчета сложных деталей путем разбиения их на более мелкие части – конечные элементы. Эти элементы иногда называю дискретными, процесс их выделения- дискретизацией формы детали.

В общем случае МКЭ состоит из 4 этапов:

1) Выделение конечных элементов. Это один из наиболее важных этапов МКЭ, т.к. от качества разбиения во многом зависит точность полученных результатов.

2) Нумерация узлов элементов. Порядок нумерации имеет существенное значение, так как влияет на эффективность последовательных вычислений

3) Определение аппроксимирующей функции для каждого элемента (определение функции элемента). Эту процедуру нужно выполнить один раз для типичного элемента области безотносительно к его топологическому положению в ней. В качестве аппроксимирующей функции элементов чаще всего используются полиномы, которые разбираются так, чтобы обеспечить непрерывность искомой функции в узлах и на границах элементов.

---

4) Объединение конечных элементов в ансамбль. На этом этапе уравнения, относящиеся к отдельным элементам, объединяются в систему алгебраических уравнений. При этом выполняется перенумерация узлов.

5) Решение полученной системы алгебраических уравнений.

Реальная конструкция апроксимируется сотнями конечных элементов, и, следовательно, появляются системы уравнений с сотнями и тысячами неизвестных, которые нужно решить. Решение таких систем - главная проблема реализации МКЭ. В связи с большой размерностью и сильной разряженностью матрицы коэффициентов для реализации МКЭ САПР разработаны специальные способы хранения матрицы жесткости, позволяющей уменьшить необходимый для этого объем памяти. Матрицы жесткости используются в каждом методе прочностного расчета, используя конечную элементную сетку.

ПО: MSC – MSE/Nastran, ADAMS
12. Эргономика и автоматизированные системы. Взаимодействие человека и машины. Среднестатистический человек, антропометрия. Автоматизированное моделирование процесса взаимодействие человека и машины. Примеры эргономических пакетов и их применение.
Эргономика – научная дисциплина, изучающая деятельность человека в условиях искусственной окружающей среды. В центре внимания эргономики оказываются вопросы оформления рабочего места и обеспечение внешних условий работы (температура, освещение, взаимоотношения с коллегами, использование механизмов и инструментов, методы организации труда и производства).

Ошибки человека могут приводить к выпуску бракованных изделий и несчастным случаям.

Антропометрия – одна из группы научных дисциплин, образующих эргономику, которую можно определить как набор сведений о строении человеческого тела. Люди отличаются друг от друга по росту, силе, весу, телосложению. Поэтому в качестве критерия эргономисты используют данные для особых статистических групп, называемых процентилями. Если сто человек расположить в порядке возрастания какого-либо параметра, то они распределятся от 1 до 100 процентиля.

Системы, созданные на основе данных для 50-го процентиля, подойдут для 50% людей. Остальные либо не могут, либо будут испытывать неудобства. Например, при расчете дверной пружины надо брать женщину 2,5% процентиля.

Вообще, при проектировании для учета максимально большой части населения берут границы 5 и 95 процентилей. В большинстве случаев нецелесообразно учитывать запросы всего населения, так как в этом случае эффективность конструкции ухудшается при эксплуатации ее большинством людей.

---

Взаимодействие человека и машины.

Любого человека, работающего с машиной, можно рассматривать как часть циклической системы управления, в которой оператор получает и обрабатывает информацию, а затем производит адекватные действия.

Информация передается оператору с помощью устройства отображения информации через канал вывода. Дисплей – источник информации, призванный помочь оператору в управлении машиной. Обычно в качестве устройства отображения выступают датчики, индикаторы.

Информация от дисплея через зрительные и нервные системы пересылается в мозг оператора, где она обрабатывается для принятия решения относительно требуемого воздействия. После этого решение в виде мускульных усилий человека передается элементу управления, образуя таким образом канал передачи решения.

Устройство управления – это прибор, который контролирует поведение машины. Такими приборами могут быть рычаги, кнопки. Изменение в поведении машины фиксируется приборами, и снова передается по каналу вывода на устройство отображения информации. Цикл замкнулся.

Эффективность цикла управления зависит от внутренних и внешних факторов.

Внутренние: скорость устройства отображения информации, надежность канала передачи управления, удобство элемента управления в эксплуатации.

Внешние: температура, освещение, шум, вентиляция, физическое самочувствие, взаимоотношения с коллегами.

Примеры пакетов:

Удовлетворительный анализ бесконечного числа различий в строении человеческого тела и учет всех возможных перемещений можно провести только при помощи автоматизации. В последнее время для этих целей используются средства виртуальной реальности. Одним из удачных пакетов является пакет Sammie, с помощью которого можно построить объемную модель рабочего места, разместить оператора внутри рабочего места, показать модель разными способами, модифицировать модель и получить оценку качества решения. Модель человека может быть основана на любых доступных данных о населении региона. Основные характеристики конструкций: обзор, досягаемость, доступность, рабочая поза. Кроме этого, можно путем наложения регулярной сетки на видимую область модели определить места появления световых бликов. При помощи пакета можно получить зеркальный вид отображения, который видит наблюдатель. Тесты на досягаемость могут потребоваться при проверке расположения точек на конструкции. Sammie позволяет определить доступность рабочего места. Этот пакет использовался в следующих областях: транспорт, управление роботами и определение их размещения, погрузка материалов, производство, оборудование помещений.

---