Сучасні системи автоматизованого проектування графічних проектів

Вступ

Автоматизоване проектування (computer-aided design – CAD) є технологією, яка полягає у використанні комп'ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу та оптимізації графічних проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп'ютерною графікою, так само як і будь-який додаток, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. Іншими словами, безліч САПР на засобах CAD простягається від геометричних програм для роботи з формами до спеціалізованих додатків для аналізу та оптимізації. Між цими крайнощами вміщаються програми для аналізу допусків, розрахунку мас-інерційних властивостей, моделювання методом кінцевих елементів і візуалізації результатів аналізу.

Комплексне вирішення проблем впровадження комп'ютерів у виробничий процес дає можливість перейти до автоматизованого виробництва.

Виготовлення конструкторської і технологічної документації в органічному зв'язку з дизайнерськими розробками є передумовою виробництва. Креслення деталей, складальні креслення, специфікації, перелік матеріалів, технологічні операційні плани, інструкції, схеми наладки, схеми контролю, технологічні карти, розрахункова документація і т. п. – усе це документи, необхідні для виробництва. Між ними існують інформаційні зв'язки, обумовлені самим виробом. Отже, створення автоматизованого виробництва являє собою інтеграцію всіх його етапів на основі єдиної інформаційної бази і єдиного механізму керування. Одним з основних компонентів автоматизованого виробництва є автоматизована система проектування.

Сама основна функція CAD – визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурні елементи, електронні схеми, плани будівель і т. п.), оскільки геометрія визначає всі наступні етапи життєвого циклу продукту. Для цієї мети зазвичай використовуються системи розробки робочих креслень і геометричного моделювання. Ось чому ці системи зазвичай і вважаються системами автоматизованого проектування. Більш того, геометрія, визначена у цих системах, може використовуватися як основа для подальших операцій в системах CAE і САМ. Це одне з найбільш значних переваг CAD, що дозволяє заощаджувати час і скорочувати кількість помилок, пов'язаних з необхідністю визначати геометрію конструкції з нуля кожного разу, коли вона потрібна в розрахунках. Можна, отже, стверджувати, що системи автоматизованої розробки робочих креслень і системи геометричного моделювання є найбільш важливими компонентами автоматизованого проектування [1].

1. САПР інженерного аналізу та підготовки виробництва виробів SolidWorks

SolidWorks – система автоматизованого проектування, інженерного аналізу та підготовки виробництва виробів будь-якої складності та призначення. SolidWorks є ядром інтегрованого комплексу автоматизації підприємства, за допомогою якого здійснюється підтримка життєвого циклу виробу відповідно до концепції CALS-технологій, включаючи двонаправлений обмін даними з іншими Windows-додатками і створення інтерактивної документації [3].

З самого початку роботи корпорація SolidWorks ставила перед собою завдання створити конструкторську систему «середнього» рівня. Слід зауважити, що ця задача була успішно вирішена. Більш того, за визнанням багатьох провідних фахівців у цій області, вже версія SolidWorks 2004 значно перевершувала «середній» рівень, хоча вона, як і всі попередні версії, базується на тому ж геометричному ядрі Parasolid, на якому базується така «важка» конструкторська система, як Unigraphics (розглядається далі). А можливості версії SolidWorks 2009, природно, ще ширше [2]. Створення деталі в системі SolidWorks зображено на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Створення деталі в системі SolidWorks

2. САПР Unigraphics

Пакет Unigraphics являє собою універсальну середу автоматизованого проектування та виробництва для промислових підприємств різних галузей економіки. Підхід до розробки вироби в системі Unigraphics відображає ітераційний процес, що дозволяє конструювати та аналізувати повністю електронну модель до тих пір, поки вона не буде відповідати необхідним технічним вимогам. Цьому сприяє потужне ядро гібридного моделювання, завдяки чому конструктор має вибір між технологіями параметричного моделювання з використанням твердих тіл, параметрезованих типових елементів, поверхонь і дротяної геометрії. Можна поєднувати параметричні або варіаційні моделі з не параметризованими даними при будь-якому поданні вироби.

Пакет Unigraphics займає ринок CAD / CAM / CAE систем. Він дозволяє проводити:

– автоматизоване проектування (CAD);

– механообробка (CAM);

– інженерний аналіз (CAE);

– конструювання і обробка виробів з листового металу (Sheet Metal).

3. САПР AutoCAD

AutoCAD – це і 2х-3х-мірна система автоматизованого проектування і креслення компанії Autodesk. Сімейство продуктів AutoCAD є одним з найбільш поширених САПР в світі.

Компанія Autodesk займається розробкою системи автоматизованого проектування AutoCAD c 1982 року, тобто більше 26 років.

AutoCAD надає всі необхідні кошти для оформлення креслень: широкий набір графічних примітивів, засоби для автоматичного нанесення розмірів, штрихування, заливки, інструменти для копіювання, повороту, масштабування об'єктів, що створюються, функції для перегляду креслень і подальшого їх виведення на друк, можливість створення власних бібліотек креслень і часто вживаних елементів.

AutoCad використовує ядро Acis – об'єктно-орієнтований пакет геометричного моделювання, розроблений фірмою Spatial Technology для використання в якості геометричної основи в додатках для тривимірного моделювання. Acis надає засіб з відкритою архітектурою для каркасного, поверхневого і твердотільного моделювання з загальної, уніфікованої структурою даних. [5]

4. Методи інтеграції САПР типу CAD

Основу сучасних CAD систем становлять спеціалізовані ядра геометричного моделювання. Ядро – це набір математичних функцій, що призначений для точного математичного подання тривимірної форми виробу і управління цією моделлю. Отримані з його допомогою геометричні дані використовуються системами автоматизованого проектування (CAD), технологічної підготовки виробництва (CAM) та інженерного аналізу (САЄ) для розробки конструктивних елементів, зборок і виробів. Проектувальник отримує доступ до функцій ядра з відповідної САПР через графічний користувальницький інтерфейс. Таким чином, ядро має дуже велике значення. Тому його іноді називають «двигуном» системи проектування. Саме воно визначає її функціональні можливості і продуктивність.

Взаємодія ядра системи проектування і інтегрувальне програми відбувається за допомогою спеціального API. Як правило, API надає всі необхідні інструменти для отримання поточних даних з CAD системи, а також для їх зміни.

Можливі дві варіанти передачі управління від CAD системи до інтегрованим додатком:

– прямий виклик функції програми за допомогою графічного інтерфейсу системи;

– автоматичний виклик функції додатка при настанні певної події.

Інтеграція в SolidWorks

Наприклад, якщо реалізувати передачу моделі, створеної в системі SolidWorks, в CAE-систему MDesign 11.0 (модуль SHAFT).

Модуль SHAFT призначений для розрахунку характеристик валу, що задається набором порожніх або суцільних ступенів різної форми. Модуль SHAFT показаний на рисунку 4.1.

Рис. 4.1. Головна форма модуля MDesign SHAFT

Процес створення моделі вала показано на малюнку 4.2.

Рис. 4.2 Розробка моделі валу в SolidWorks

Використання функціоналу SolidWorks для проектування моделі з подальшою передачею її в систему MDesign для виконання розрахунків підвищує продуктивність роботи, а також розширює можливості модуля SHAFT по створенню моделі та розрахунку її характеристик.

Алгоритм аналізу моделі.

Для організації передачі моделі з системи SolidWorks в систему MDesign, здійснюють попередній аналіз моделі. Такими завданнями аналізу є:

– Перевірка помилок в моделі (тобто, наприклад, вал має таку форму, яку не можна поставити в модулі MDesign SHAFT);

– За наявності помилок – повідомлення із зазначенням положення некоректного ділянки цього валу;

– Збереження моделі, наприклад, валу у форматі, який може бути завантажений модулем MDesign SHAFT.

Результатом роботи аналізатора є модель такого валу, яка повинна точно збігатися з моделлю, яка відображається в SolidWorks.

Інтерфейс програми

Керування програмою відбувається за допомогою панелі інструментів (рис. 3), на якій є такі кнопки:

1. Аналіз і Збереження поточної моделі;

2. Аналіз поточної моделі;

3. Запуск CAE-системи MDESIGN Shaft;

4. Діалог опцій (рис. 4.3);

5. Допомога.

Рис. 3 Панель інструментів

Рис. 4.3. Діалог опцій