Файл: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Астраханский государственный технический университет.docx
Добавлен: 05.12.2023
Просмотров: 32
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Под основными этапами обычно понимают четыре основных элемента. К ним можно отнести:
-
Техническое задание, в ходе которого задаются нужные параметры создаваемого проекта; -
Техническое предложение, в ходе которого проверяется возможность усовершенствовать модель; -
Эскизный проект, в ходе которого происходит доработка недочетов имеющегося проекта; -
Технический проект, в ходе которого заканчивается создание проектируемой модели.
Разберем каждый этап по-отдельности.
Чтобы создать какой-либо объект или какую-либо деталь нужно определиться, что мы будем проектировать, каких размеров, из каких материалов и т.д. Все эти вопросы заложены в техническом задании (ТЗ). То есть в ТЗ прописываются все характеристики, которые присуще создаваемой модели. Обычно техническое задание создается по последним достижениям в различных сферах.
Следующим этапом проектирования является техническое предложение. В ходе данного этапа происходит проверка, по итогу которой определяется совместимость требований технического задания с последующей возможностью произвести так называемый «апгрейд». Обычно в техническом предложении представлены различные варианты технических решений из которых выбирается самый оптимальный.
После технического предложения у нас наступает этап эскизного проекта. В ходе данного этапа производится исправление ошибок, который не были учтены в техническом предложении. Также при создании эскизного проекта появляется уже модель нашего проекта, которую в дальнейшем будут создавать.
И заключительным этапом проектирования является технический проект. В нем уже имеется готовая модель, с помощью которой можно более точно определить все характеристики и сравнить их с характеристиками в техническом задании. Если в ходе проверки появляются какие-то вопросы или появляется несоответствие с заданными характеристиками, то именно на этапе технического проекта стараются исправить все эти недочеты. В конце данного этапа появляется уже готовая модель, которую можно изготавливать и собирать.
Все стадии проектирования можно представить одной большой схемой, показанной на рисунке 6.
Рисунок 6 - Схема процесса проектирования.
Проектирование какой-либо модели занимает определенное время. Все этапы, все действия, связанные с проектирование можно представить в таблице 1, где показано, сколько процентов от общего времени проектирования занимает тот или иной этап.
Таблица 1. Временные затраты (в %), связанные с проектированием.
| Проектные этапы | Время, % | Вид затрат времени |
| Время, затраченное на проектирование модели | 12 | Прямые затраты (проектные работы) |
| Время, затраченное на расчеты свойств и геометрии модели | 7 | |
| Время, затраченное на вычерчивание проектируемой модели | 30 | |
| Прочие работы | 13 | |
| Время, затраченное на составление спецификаций проектируемой модели | 8 | Косвенные затраты |
| Время, затраченное на контроль чертежей | 3 | |
| Время, затраченное на поиск повторяющихся деталей | 2 | |
| Время, затраченное на составление описаний | 14 | |
| Время, затраченное на нормирование | 3 | |
| Время, затраченное на поиск аналогов проекта | 1 | |
| Время, затраченное на переписку | 3 | |
| Прочие работы | 4 |
Не сложно заметить, что большая часть времени, затрачиваемая на проектирование модели, тратится на вычерчивание детали, что составляет третью часть от всего времени.
Системы автоматизации инженерных расчетов(CAE).
В данном разделе разберемся, что-же представляют из себя системы автоматизации инженерных расчет и для чего они применяются.
Говоря простыми словами, CAE-системы применяются в тех случаях, где необходимо производить какие-либо инженерные расчеты, анализировать и визуализировать физические процессы. САЕ-системы также поддерживают возможность производить моделирование процессов динамики, а также улучшать проектируемое изделие.
В основном CAE-системы проверяют уже готовые изделия, которые спроектированы в системах CAD, то есть уже готовые геометрические модели. С помощью довольно развитых CAE-систем изделия, которые собираются уже непосредственно на предприятиях, выходят из конвейера в надлежащем виде и качестве и в дальнейшем доходят до заказчика в указанный срок.
Огромное множество САЕ-систем имеют возможность производить решения систем уравнений с дифференциалами в частных производных, используя метод конечных элементов.
Основные функции САЕ-систем имеют очень большое разнообразие. Например, в машиностроительных САЕ-системах выполняются такие функции, как:
-
анализ кинематики и динамики изделия путем определения траектории движения подвижных частей и сил, которые приложены к изделию в рабочем процессе; -
процесс моделирования физических свойств, которые проводятся методом конечных элементов; -
расчет состояния и временных процессов на макроуровне; -
моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.
На рисунке 7 можно увидеть небольшую часть отраслей, где используются САЕ-системы.
Рисунок 7 – Отрасли использования САЕ-систем.
В настоящее время уже нереально представить какое-либо производство без САЕ-систем. В связи с чем САЕ-системы обширно развиваются в различных направлениях. Несколько таких направлений представлены на рисунке 8.
Рисунок 8 – Направления развития САЕ-систем.
При проведении инженерных исследований в системе САЕ создается компьютерная модель, которая называется анализом. Она описывает поведение объекта при определенных условиях. Эта компьютерная модель содержит геометрическую трехмерную модель детали или узла и набор условий, которые ограничивают нагрузку и движение исследуемого элемента.
Как правильно, прототип задачи механического анализа определяется следующим образом и представляется уравнением в частных дифференциальных уравнениях вместе с начальными условиями и граничными условиями.
Условно решения дифференциальных уравнений разделяют на две основные категории. К ним относятся аналитические методы и численные методы.
Благодаря аналитическому методу нужное нам решение будет являться уравнение, с помощью которого можно будет найти значения нужной нам функции, за счет использования определенных значений аргументов. Про такое решение говорят, что оно получено в аналитической форме.
Многие инженерные задачи, связанные с изучением напряженно-деформированного состояния твердых тел, могут быть решены с помощью аналитических методов, таких как теория упругости и пластичности, теории пластин и оболочек.
Например, если задача определения напряжений, перемещений и собственной частоты конструкции простой геометрии может быть сведена к решению алгебраических, тригонометрических и элементарных дифференциальных уравнений, известных из лекций по механике материалов и теоретической механике, то решение может быть получено аналитическими методами.
Преимущество аналитического метода заключается в том, что точные результаты могут быть получены за короткое время.
Решения получаются путем подстановки, функциональных преобразований и строгого обоснования определенных предположений.
Из-за грубости модели физическая точность метода невысока, и в большинстве случаев он может лишь оценить количество цифр. Для более точных и сложных моделей аналитические решения встречаются относительно редко.
Многие важные технические проблемы не могут быть решены аналитически из-за сложности геометрии конструкции и граничных условий.
Численные вычисления- это метод подхода к решению математических задач, обычно путем выполнения ряда арифметических операций над числовыми значениями. Численные расчеты позволяют получать результаты с числовой неопределенностью, которая зависит от проблемы. В этом отличие от аналитических методов.
Численные методы дают только приблизительные решения. Аналитические методы дают приблизительное решение проблемы. Численные расчеты позволяют получить решение задачи при конкретных значениях параметров и исходных данных.
Для того, чтобы провести анализ, который позволит нам определить зависимость нашего решения от некоторых параметров и заданных начальных условиях, просто необходимо произвести серию вычислений.
Когда дифференциальное уравнение решают численным методом неизвестная величина будет являться переменная в конечном значении исходного поля. В таком случае дифференциальное уравнение будет дискретизироваться.
Системы автоматизированного проектирования(CAD).
Системы автоматизированного проектирования или же computer-aided design(САD) используются для моделирования в двухмерном или трехмерном пространстве. С помощью САD систем проектируются конструкции технологических процессов, изделий машиностроения, авиастроения, полупроводников и многого другого.
В двухмерном (2D) проектировании производится черчение, оформление конструкторской документации, а в трехмерном (3D) проектировании получаются уже готовые трехмерные модели вместе с расчетами характеристик, также реализуется визуализация для более детального изучения модели.
CAD-системы уже не первый десяток лет имеет место в проектировании. Разработчики разделяют развитие данных систем на 3 этапа.
Начиная с 70-х годов прошлого столетия начинается упорное развитие CAD-систем. Это последовало за достижениями в научно-практической работе. В ней было доказано, что проектировать сложные промышленные изделия в принципе реально. Вот именно это и стало первым этапом развития CAD-систем.
В ходе первого этапа те люди, которые работали на CAD, CAM и САЕ-системах, использовали графические терминалы. Они присоединялись к большим серверам, производителями которых в те времена являлись такие компании как IBM и Control Data. В те времена эти самые сервера были не такими надежными, как сейчас. У них был один большой недостаток. Когда нужно было системный ресурс дать большому количеству сотрудников, то на центральный процессор накладывалась огромная нагрузка, которая мешала штатному функционированию системы. В дальнейшем эта проблема была решена.
Подводя итоги первого этапа, разработчики сделали ряд открытий. Им удалось развить проектирование печатных плат и слоев микросхем на такой уровень, что стало возможно создавать сложные интегрированные микросхемы.
Также на первом этапе стал происходить переход систем с больших серверов на персональные компьютеры.
Начиная с 80-х годов прошлого столетия начинается разделение CAD-систем на специализированные сектора. С этого момента начался второй этап развития систем.
В ходе второго этапа было разделение электрических и механических CAD-систем на две отличные отрасли, а именно ECAD-системы и MCAD-системы.
Также не остались в стороне производители рабочих станций для систем. Какие-то производители остались с компанией IBM, которые использовали микропроцессоры от intel, другие производители стали работать с компанией Motorola. Так как была необходимость проектировать сложные модели, то 16-разрядные системы плохо справлялись с этой задачей, тогда пользователям приходилось переходить на 32-разрядные системы, которые в те времена были на операционной системе Unix. Переход на другую операционную систему позволил проектировать сложные модели без каких-либо серьезных затруднений.