СКАЧАТЬ:  cad.zip [89,97 Kb] (cкачиваний: 285)

РЕФЕРАТ

по дисциплине:

«Автоматизация технологических процессов и производств»

на тему:

«CAD-Computing Aided Design(автоматизированные системы проектирования-САПР),CAE-Computing Aided Engineering(автоматизированные системы инженерного проектирования)»

Содержание.

1. История развития мирового рынка CAD/CAE-систем……………………..3

2. Назначение………………………………………………………………........6

3. Общая классификация CAD/CAE-систем……………………………......…7

4. Выгоды от применения…………………………………………………..…..9      

5.Базовые системы САПР(CAD/CAE)………………………………….….....11

6. Компоненты САПР………………………………………………………….12

7.Заключение…………………………………………………………..13
8. Список литературы…………………………………………..…...….17

          1.История развития мирового рынка CAD/CAE-систем
        Историю развития рынка CAD/CAE-систем можно достаточно условно разбить на три основных этапа, каждый из которых длился, примерно, по 10 лет.

          Первый этап начался в 70-е гг. В ходе его был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность проектирования сложных промышленных изделий. Во время второго этапа (80-е гг.) появились и начали быстро распространяться CAD/CAE-системы массового применения. Третий этап развития рынка (с 90-х гг. до настоящего времени) характеризуется совершенствованием функциональности CAD/CAE-систем и их дальнейшим распространением в высокотехнологичных производствах (где они лучше всего продемонстрировали свою эффективность).

На начальном этапе пользователи CAD/CAE-систем работали на графических терминалах, присоединенных к мэйнфреймам производства компаний IBM и Control Data, или же мини-ЭВМ PDP/11 (от Digital Equipment Corporation) и Nova (производства Data General). Большинство таких систем предлагали фирмы, продававшие одновременно аппаратные и программные средства (в те годы лидерами рассматриваемого рынка были компании Applicon, Auto-Trol Technology, Calma, Computervision и Intergraph). У мэйнфреймов того времени был ряд существенных недостатков. Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно. Но в то время пользователям CAD/CAE-систем ничего, кроме громоздких компьютерных систем с разделением ресурсов (по устанавливаемым приоритетам), предложить было нечего, т.к. микропроцессоры были еще весьма несовершенными. По данным Dataquest, в начале 80-х гг. стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $90000.

Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоев микросхем сделало возможным появление схем высокой степени интеграции (на базе которых и были созданы современные высокопроизводительные компьютерные системы). В течение 80-х гг. был осуществлен постепенный перевод CAD-систем с мэйнфреймов на персональные компьютеры (ПК). В то время ПК работали быстрее, чем многозадачные системы, и были дешевле. По данным Dataquest, к концу 80-х гг. стоимость CAD-лицензии снизилась, примерно, до $20000.

Cледует сказать, что в начале 80-х гг. произошло расслоение рынка CAD-систем на специализированные секторы. Электрический и механический сегменты CAD-систем разделились на отрасли ECAD и MCAD. Разошлись по двум различным направлениям и производители рабочих станций для CAD-систем, созданных на базе ПК:
•часть производителей сориентировалась на архитектуру IBM PC на базе микропроцессоров Intel х86;
•другие производители предпочли ориентацию на архитектуру Motorola (ПК ее производства работали под управлением ОС Unix от AT&T, ОС Macintosh от Apple и Domain OS от Apollo).

         Производительность CAD-систем на ПК в то время была ограничена 16-разрядной адресацией микропроцессоров Intel и MS DOS. Вследствие этого, пользователи, создающие сложные твердотельные модели и конструкции, предпочитали использовать графические рабочие станции под ОС Unix с 32-разрядной адресацией и виртуальной памятью, позволяющей запускать ресурсоемкие приложения.

         К середине 80-х гг. возможности архитектуры Motorola были полностью исчерпаны. На основе передовой концепции архитектуры микропроцессоров с усеченным набором команд (Reduced Instruction Set Computing RISC) были разработаны новые чипы для рабочих станций под ОС Unix (например, Sun SPARC). Архитектура RISC позволила существенно повысить производительность CAD-систем.

         С середины 90-х гг. развитие микротехнологий позволило компании Intel удешевить производство своих транзисторов, повысив их производительность. Вследствие этого появилась возможность для успешного соревнования рабочих станций на базе ПК с RISC/Unix-станциями. Системы RISC/Unix были широко распространены во 2-й половине 90-х гг., и их позиции все еще сильны в сегменте проектирования интегральных схем. Зато сейчас ОС MS Windows NT и MS Windows 2000 практически полностью доминируют в областях проектирования конструкций и механического инжиниринга, проектирования печатных плат и др. По данным Dataquest и IDC, начиная с 1997 г. рабочие станции на платформе Windows NT/Intel (Wintel) начали обгонять Unix-станции по объемам продаж. За прошедшие с начала появления CAD/CAE-систем годы стоимость лицензии на них снизилась до нескольких тысяч долларов (например, $6000 у Pro/Engineer). 

                                             2.Назначение

По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат так называемые CAD/CAE-системы (системы автоматизированного проектирования,  инженерного анализа).

         CAD-системы (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

          САЕ-системы (computer-aided engineering поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

                 3.Общая классификация CAD/CAE-систем
         За почти 30-летний период существования CAD/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация:
•Чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор).
•Системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления.
•Системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD Electronic Product Definition). EPD это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. При применении EPD-концепции предполагается замещение компонентно-центрического последовательного проектирования сложного изделия на изделие-центрический процесс, выполняемый проектно-производственными командами, работающими коллективно. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAE-систем в интегрированные CAD/CAE-системы.

         Традиционно существует также деление CAD/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Cледует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

Примерами CAD-систем верхнего уровня являются Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA, EUCLID, I-DEAS (все они имеют расчетную часть CAE).

В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра (Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology). Наиболее известными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются: ADEM (Omega Technology); Cimatron (Cimatron Ltd.); Mastercam (CNC Software, Inc.); AutoCAD 2000, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Powermill (DELCAM); CADdy++ Mechanical Design (Ziegler Informatics GmbH); семейство продуктов Bravo (Unigraphics Solutions), IronCad (VDS) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); CADKEY 99 (CADKEY Corp.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp.); SolidWorks (SolidWorks Corp.); Anvil Express (MCS Inc.), Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); IronCAD (VDS) и др.

      CAD-системы нижнего уровня (например, AutCAD LT, Medusa, TrueCAD, КОМПАС, БАЗИС и др.) применяются только при автоматизации чертежных работ.

                                4.Выгоды от применения
          CAD/CAE-системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAE-систем. За последние годы CAD/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.

       Например, широко известен проект разработки компанией Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45 при помощи современных CAD/CAE-систем. Результаты выполнения проекта просто впечатляют.

        Ранее компания Shorts использовала в проектно-конструкторских работах проволочное моделирование деталей. В создаваемых Shorts Brothers фюзеляжах самолетов обычно насчитывалось до 9500 структурных деталей. Подобные проекты могли потребовать более 440000 человеко-дней (до 4-х лет для завершения проекта).

          Фюзеляж Learjet 45 оказался не только наиболее сложным среди существующих, но и был разработан в значительно меньшие сроки (на 40%), чем его предшественники. Кроме того, примерно в 10 раз было улучшено качество деталей и самой сборки фюзеляжа, а общее число деталей сокращено на 60% (при снижении объема основных переделок на 90% по сравнению с предыдущими проектами). В целом, компания Shorts смогла уменьшить число компонентов с 9500 до 3700 (на 60%). Полное время на проектирование и технологическую подготовку производства было сокращено до 125000 человеко-дней. Общее время разработки и технологической подготовки 

                       5.Базовые системы САПР(CAD/CAE)
       Программные продукты из этого раздела базируются на системах САПР, де-факто принятых в качестве стандарта. В некоторых случаях базовых САПР вполне достаточно, чтобы вести полноценные разработки.

• AutoCAD — самая популярная в мире система автоматизированного проектирования и выпуска рабочей конструкторской и проектной документации. С его помощью создаются двумерные и трехмерные проекты различной степени сложности в области архитектуры и строительства, машиностроения, генплана, геодезии и т.д
• AutoCAD LT — специальная версия AutoCAD, предназначенная для двумерного проектирования, а также для оформления конструкторской и проектной документации
• Inventor Series — остается наиболее продаваемой системой трехмерного машиностроительного проектирования. Лидирующие позиции этого программного пакета обусловлены сочетанием возможностей трехмерного проектирования с уникальной технологией двумерного проектирования, сопровождения и миграции 2D-данных в 3D

Inventor Professional — единое интегрированное решение, которое позволяет инженерам-конструкторам, работающим в области механики и электрики, значительно повысить производительность проектирования, контроля и документирования таких изделий

                                  6.Компоненты САПР

• Математическое обеспечение САПР — математические модели, методики и способы их получения
• Лингвистическое обеспечение САПР
• Техническое обеспечение САПР — устройства ввода, обработки и вывода данных, средства поддержки архива проектных решений, устройства передачи данных
• Информационное обеспечение САПР — информационная база САПР, автоматизированные банки данных, системы управления базами данных (СУБД)
• Программное обеспечение САПР
• Программные компоненты САПР (примером может служить Геометрический решатель САПР)
• Методическое обеспечение
• Организационное обеспечение

Система автоматизации проектных работ (САПР) или CAD (англ. Computer-Aided Design) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. В современных системах проектирования CAD получает данные из систем твёрдотельного моделирования CAE (Computer-aided engineering).

Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» — он включает в себя как CAD, а иногда и элементы CAE .

7.Заключение

В современном производстве, где разнообразие и сложность вопросов, связанных с проектированием и производством качественных отливок заданной точности очень велики, становится все более актуальным применение систем автоматизации процесса проектирования и моделирования литейных процессов, что обеспечит разработку оптимальной и наиболее экономичной технологии изготовления отливок.

         APM Civil Engineering - CAD\CAE система автоматизированного проектирования строительных конструкций гражданского и промышленного назначения. Система APM Civil Engineering в полном объеме учитывает требования ГОСТ и СНиП, относящиеся как к оформлению конструкторской документации, так и к расчетным алгоритмам.

         Имеющиеся в системе APM Civil Engineering возможности инструментального обеспечения позволяют решать обширный круг прикладных задач:

-проектировать металлические конструкции любых типов при различных видах нагружения и закрепления с возможностью автоматического подбора поперечных сечений (проверка несущей способности по СНиП) и генерацией стандартных узлов соединений металлоконструкций;

-выполнять весь комплекс необходимых проектных расчетов железобетонных конструкций с автоматическим подбором параметров арматуры, необходимой для армирования ригелей, колонн, перекрытий и фундаментов (процесс проектирования железобетонных конструкций предусматривает решение задач прочности по предельным состояниям первой и второй групп в соответствии с СП);

-проектировать деревянные конструкции, включая подбор металлических зубчатых пластин для соединения в узлах, а также получать на все элементы конструкции схему распиловки;

-рассчитывать элементы соединений вышеперечисленных конструкций с оценкой статической и усталостной прочности;

-создавать конструкторскую документацию;

-использовать при проектировании поставляемые базы данных материалов, стандартных деталей и элементов строительных конструкций, а также создавать свои собственные базы под конкретные направления деятельности предприятия.

Система APM Civil Engineering состоит из следующих модулей:

APM Structure3D - модуль проектирования пластинчатых, оболочечных и стержневых конструкций и их произвольных комбинаций, а также твердотельных моделей методом конечных элементов; в рамках этого модуля можно рассчитать все многообразие существующих конструкций, собирая их из вышеперечисленных макроэлементов. Модуль APM Structure3D предназначен для комплексного анализа трехмерных конструкций. Под комплексным анализом понимается расчет напряженно-деформированного состояния перечисленных объектов произвольной геометрической формы при произвольном нагружении и закреплении, а также расчет устойчивости и собственной и вынужденной динамики. Модуль имеет специальный раздел для проектирования железобетонных конструкций. С его помощью выполняется весь комплекс необходимых проектных расчетов железобетонных конструкций, состоящих из балочных элементов, колонн, плит, перекрытий, а так же фундаментов. Процесс проектирования железобетонных элементов предусматривает решение задач прочности по предельным состояниям первой и второй групп. Модуль APM Structure3D получил сертификат ГОССТРОЯ РОССИИ № РОСС RU.СП15.Н00044 на соответствие требованиям нормативных документов.

APM Joint - модуль комплексного расчета и проектирования соединений, которые наиболее часто используются в машиностроении и строительстве.

Возможности:

-выбор типов соединений: групповые резьбовые соединения, сварные, заклепочные соединения, соединения деталей тел вращения

-проведение проектировочного и проверочного расчетов

-определение силовых и оптимальных геометрических параметров соединений

APM Graph - плоский параметрический чертежно-графический редактор с инструментом расчета размерных

цепей и специальными функциям для проектирования деревянных конструкций.

 Возможности:

-стандартный набор функций 2D чертежного редактора

-работа с библиотеками стандартных элементов

-создание параметрических моделей

-задание и вывод результатов при проектировании деревянных конструкций

APM Base - модуль создания и редактирования баз данных.

 Возможности:

-работа с поставляемыми базами данных (машиностроение, строительство, материалы и т.д.)

-создание пользовательских баз данных

-работа с параметрическими моделями

-поиск информации в базах данных

-настройка работы БД с расчетными и графическими модулями

APM Studio - препроцессор создания моделей для конечно-элементного анализа в модуле APM Structure 3D

 Возможности:

-стандартный набор функций для создания поверхностных и твердотельных моделей

-установка закреплений и задание силовых факторов

-автоматическая генерация конечно-элементной сетки

-импорт файлов через обменный формат STEP

8.Список литературы

1. Алямовский А.А. SolidWorks / СosmosWorks Инженерный анализ       методом  конечных элементов. – М.: ДМК Пресс, 2004.

2. Алямовский А.А. и др. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 800 с.

3. Потемкин А. Трехмерное твердотельное моделирование. – М.: КомпьютерПресс, 2002. – 296 с.

4. Прохоренко В.П.  SolidWorks 2005: Практическое руководство. – М.: «Бином-Пресс», 2005. – 512 с.

5. Шам Тику. Эффективная работа: SolidWorks 2005. – СПб.: Питер, 2006. – 816 с.

6. Шелофаст В.В. Чугунова Т.Б. Основы проектирования машин. Примеры решения задач. – М.: Изд-во АПМ. – 240 с.

7. www.ascon.ru – сайт разработчика системы Компас 3D АО «Аскон»

8. www.apm.ru – сайт разработчика системы АРМ WinMachine НТЦ «Автоматизированное проектирование машин»

9. www.crist.ru/activity/exhibitions/CAD.CAE