Сучасний ринок інформаційних технологій пропонує широкий спектр універсальних і спеціалізованих

CAD / CAM- і CAE-систем, що дозволяють користувачам забезпечити наскрізну ланцюжок автоматизованого проектування і технологічної підготовки виробництва нових виробів будь-якого ступеня складності. Високий рівень розвитку цих програмних засобів в поєднанні з їх простотою і доступністю в процесі роботи дозволяє легко долучитися до їх використання в повсякденному виробничій практиці широкого кола інженерів, які не володіють глибокими знаннями в області інформаційних технологій. У той же час навіть самі «розумні» на сьогоднішній день комп'ютерні програми є всього лише інструментом в руках людини, а результат роботи зазначених систем істотно залежить від ступеня володіння предметною областю фахівця, інтелектуальна праця якого і покликані автоматизувати ці програми. Це особливо актуально щодо сучасних CAE-систем, де без глибинного розуміння досліджуваних процесів і оволодіння методами розрахунку, закладеним у програмі, сьогодні просто не обійтися.

Говорячи про автоматизованому проектуванні нового виробу, ми основну частину уваги приділяємо питанням створення CAD-моделей (графічних моделей) окремих деталей і зборок і розробці технології виготовлення деталей по побудованим графічним моделям із залученням CAM-систем. При цьому за кадром залишається важлива частина процесу проектування, пов'язана, зокрема, з аналізом працездатності цього виробу, його здатності сприймати плановані навантаження і адекватно реагувати на навколишнє середовище. Прочностной та інші види аналізу нового вироби, зрозуміло, потрібні не у всіх випадках, а й там, де це необхідно, вони нерідко ігноруються.

Сучасні програмні засоби в переважній більшості випадків дозволяють повністю або частково відмовитися від натурного експерименту, перевівши всі в область комп'ютерного моделювання із залученням CAE-систем. Чим більше робіт виконується із застосуванням CAD-систем і чим більше розробляється тривимірних графічних моделей нових виробів, тим більш цікавим видається використання комп'ютерного аналізу.

У той же час зближення CAD- і CAE-систем проходить вкрай важко. Наполягаючи на тому, що графічні та розрахункові моделі істотно розрізняються, розробники останніх часто наполягають на доцільності розробки розрахункових моделей з нуля, з використанням вбудованих в CAE-програми редакторів.

Диму без вогню не буває, і позиція розробників CAE-програм, безумовно, небезпідставні. Спробуємо на прикладі кінцево-елементних програм розібратися в проблемах, що виникають на шляху перетворення графічних моделей в розрахункові.

Прірва між геометричною і розрахункової моделями

Звичайно-елементні програми вирішують завдання деформованого твердого тіла, теплофізики, гідрогазодинаміки (в цьому випадку сам метод кінцевих елементів, можливо, не найкращий, проте частина завдань гідрогазодинаміки вирішується на його основі), дозволяють аналізувати електромагнітні поля, отримувати рішення в області акустики.

Робота розраховувача в сучасній кінцево-елементної програмі починається з постановки задачі і вивчення особливостей креслення або графічної 3D-моделі спроектованого вироби. При наявності графічної моделі логічно використовувати її в CAE-програмою для побудови розрахункової моделі. Відмінність розрахункової моделі від графічної визначається в першу чергу накладенням граничних умов в розрахунковій моделі. До граничним умовам ставляться діючі на виріб навантаження, закон їх зміни і умова закріплення. Крім того, для виконання розрахунку необхідно визначити властивості матеріалу вироби і умови навколишнього середовища, а також задати критерії жорсткості (як правило, межа плинності) і міцності (зазори - для прогнозу можливого заклинювання). Такі необхідні вихідні дані, що вимагають коректного визначення для успішного проведення розрахунків.

За переміщенням і напруженням, що видаються звичайно-елементної програмою в кожній точці вироби, проводиться оцінка перевищення допустимих меж жорсткості і міцності. Результатом оцінки може стати конструктивна зміна, зміна умов навантаження, зміна властивостей або використання іншого матеріалу. При цьому конструктивні зміни виконуються вручну в вихідної графічної моделі вироби.

Однак накладення граничних умов - це лише частина перетворення графічної моделі в розрахункову, до того ж, на мій погляд, цілком невинна, оскільки не пов'язана зі зміною форми у вихідній графічній моделі. Для того щоб скористатися будь-яким з існуючих методів розрахунку в кінцево-елементної програмі, графічну модель слід розбити на деяке число кінцевих елементів певної форми.

Виходячи з розрахунку конструкції на міцність, розрізняють три типи розрахункових моделей, які можуть одночасно застосовуватися в одній розрахункової моделі:

• моделі із стрижневих елементів;
• моделі з оболонкових елементів;
• моделі з суцільних об'ємних елементів (солідів).

До одновимірним стрижневим елементів відносяться тіла, один з розмірів яких на порядок (тобто в 10 разів) перевищує два інших розміру. Оболонка - це коли один з розмірів тіла на порядок менше двох інших розмірів (дах автомобіля, днище автомобіля, крило літака, обшивка літака і т.п.). Всі інші тіла, які мають сумірні за трьома напрямками розміри, розглядаються як соліди (типові представники цієї групи деталей - блок циліндрів, шатун, колінчастий вал). Ступінь складності розрахунку зростає від моделей із стрижневих елементів до моделей з солідів.

Етап приведення геометричній моделі до розрахункової є найскладнішим і поки мало піддається автоматизації. Без кваліфікованого фахівця, що розбирається не тільки в методах розрахунку, але і в досліджуваному процесі, на сьогоднішній день обійтися неможливо.

Ось кілька прикладів. Чи потрібно обшивку літака або корабля розраховувати з використанням моделі з суцільних об'ємних елементів? Напевно, немає, оскільки тут швидше застосовні оболонкові моделі, що мають суттєво меншу розмірність в розрахунках. Та й точність результату може виявитися в цьому випадку вище саме у оболонкових моделей в порівнянні з тривимірними.

Іншим прикладом може служити прочностной аналіз звичайних сходів. Чи є сенс розбивати тривимірну модель сходів або прольоту моста на соліди або простіше уявити їх у вигляді стрижневий моделі, звівши завдання до розрахунку балок і рам, і таким чином набагато ефективніше досягти кінцевого результату?

Досить велике число реальних об'єктів ідеально вписуються в оболонкові і стрижневі моделі. Однак не все так просто. Ось один із прикладів розрахунків, проведених в ЦАГІ і пов'язаних з аналізом напружено-деформованого стану гака планера, за який він чіпляється мотузкою до літака для розгону і набору необхідної висоти. Здавалося б, розраховувачі мають справу з самим що ні на є класичним прикладом плосконапряженного стану деталі, що виготовляється, до речі, з звичайного листа, що і було враховано в розрахунковій моделі. Перший же розрахунок виявив досить навантажену зону, на яку раніше ніколи не звертали увагу. Але як тільки розраховувачі перейшли до моделі з солідів і порахували деталь з урахуванням інших особливостей, з'ясувалося, що критична по навантаженню зона «розмазалася», напруги перераспределились, а виявлена \u200b\u200bзона насправді не є критичною по напруженням.

Це до питання про вибір розрахункової моделі. Ми живемо в тривимірному просторі і не завжди його слід спрощувати. При приведенні об'єкта до будь-якої з існуючих розрахункових моделей важливо давати собі повний звіт у тому, що саме ми вважаємо. Будь-яка з моделей в наведених прикладах побудована на певних гіпотезах і припущеннях, що спрощують уявлення аналізованого об'єкта. Ігнорування цього факту може призвести до невірної інтерпретації результатів аналізу. Тому важливо знати, до якої межі можна спрощення розрахункових моделей.

На сьогоднішній день будь-який CAE-комплекс слід розглядати лише як інструмент, який може «зазвучати» тільки в руках майстра.

Розрахунок і аналіз для всіх

Незважаючи на гадану нерозв'язність протиріч, що виникають на шляху зближення CAD і CAE, логіка прогресу невблаганна. Крок за кроком розробники інформаційних технологій накопичують знання в галузі інтелектуалізації комп'ютерних програм і неухильно розширюють їх функціональні можливості. Безумовно, людина-експерт займатиме чільну позицію завжди (принаймні, я на це сподіваюся), але доступ до знань отримуватимуть все більше число фахівців, які не мають спеціальних знань в суміжних областях.

Що можна в роботі конструктора автоматизувати вже сьогодні? Якщо завдання і сам уваги не дуже складні, а алгоритми, закладені в програмі, вже десятиліттями апробовані і всебічно вивчені (так що сам факт виникнення помилки малоймовірний і користувач не потребує глибокого і всебічного аналізу процесу - йому потрібно тільки деякий оцінний результат для прийняття подальших кроків в розробці нового виробу), то можливе використання вже наявних для цих цілей інтегрованих з CAD додатків, спеціально розроблених для інженерів-конструкторів.

Прикладом таких додатків є DesignSpace (ANSYS, Inc.) і Dynamic Designer (Mechanical Dynamics, Inc.), що використовують графічні моделі, розроблені конструктором, як є - без модифікації форми вироби.

Dynamic Designer і DesignSpace виконані в рамках загальної концепції, яка передбачає обмін даними через CAD-систему. Дані, отримані в результаті роботи одного з додатків, зберігаються разом з даними графічної моделі і доступні для роботи в іншому додатку. В рамках концепції можуть бути задіяні такі CAD-системи середнього рівня, як Mechanical Desktop, Microstation Modeler, Solid Edge, SolidWorks. Системи Dynamic Designer і DesignSpace служать яскравим прикладом перенесення ідеології важких САПР на рівень середніх.

Прочностной аналіз вироби в DesignSpace

Програма DesignSpace відноситься до класу систем середнього рівня. Крім розрахунків на міцність в DesignSpace можуть вирішуватися теплові завдання, виконуватися топологічна оптимізація форми вироби (прогноз оптимальної форми вироби під конкретні експлуатаційні умови) і аналізуватися власні частоти. В рамках DesignSpace повністю автоматизовані операції, що виконуються розраховувачів на професійних кінцево-елементних пакетах, в тому числі і побудова кінцево-елементної сітки. Сітки будуються з квадратичних параметричних тетраедрів з вузлами при вершині і на серединах ребер, що дозволяє досягати непоганих результатів.

Для приблизних оцінки працездатності конструкції можливостей програми DesignSpace цілком достатньо. Програма без участі користувача автоматично виконує оптимізацію розрахункових моделей. Апробовані багаторічною практикою прийоми дозволяють досягати хороших результатів розрахунку. Зокрема, мова йде про розбиття на кінцеві елементи. Наприклад, якщо всередині тіла вироби зустрічається циліндричний отвір, яке в плані може бути розглянуто як окружність, то при побудові сітки, в разі використання кінцевих елементів першого порядку, розбиття по дузі окружності має йти через кожні 15 °, а якщо використовуються елементи другого порядку, то не рідше ніж через 20-25 °. У цьому випадку помилка по напруженням складе не більше 5-10%. І якщо фахівці-прочнист знають це, то інженер-конструктор може і не знати, тому вся робота по створенню кінцево-елементної сітки в DesignSpace прихована від його очей. DesignSpace як би веде конструктора крок за кроком по вузькому коридорі, виконуючи за нього необхідні операції і не дозволяючи йому помилитися.

Зрозуміло, програма DesignSpace має свої межі застосовності - це великі переміщення і великі деформації, а також використовується для вирішення складних пов'язаних завдань. Для визначення виходу за рамки обмежень по переміщенням і деформаціями рекомендується зробити перевірочний розрахунок і переконатися, що отримані в результаті деформації і напруги не виходять за рамки, що накладаються пружними деформаціями. В іншому випадку рішення буде невірним.

Цікавим видається рішення в програмі завдання топологічної оптимізації вироби. Ідея полягає в тому, що користувач задає один або кілька розрахункових випадків, в яких повністю визначає граничні умови і задає певний відсоток редукції ваги (наприклад, 25 або 30%), який планують досягти в результаті аналізу. В рамках заданих припущень виконується розрахунок, в процесі якого ітераційно для кожного випадку визначається і будується поле головних напружень. За отриманими полях виявляються найменш навантажені ділянки. Далі програма, з урахуванням заданого відсотка редукування, виключає їх з аналізу, виконує повторний розрахунок з побудовою поля головних напружень. Таким чином, в результаті декількох ітерацій користувач отримує деяку наближену до равнопрочностной конструкцію, що отримується відсіканням «зайвих», не несуть для заданих навантажень, ділянок матеріалу. Візуалізація рішення можлива у вигляді колірних заливок, що підкажуть конструктору, в яких місцях виріб можна стоншити і де прибрати зайвий матеріал.

В якості алгоритму оптимізації ваги деталі узятий один з двох доступних в системі ANSYS - як найбільш простий і заснований на так званій псевдоплотності матеріалу.

Іншою цікавою можливістю, про яку не можна не сказати, є функція автоматичної генерації звітів про проведене в заданий період часу аналізі. Звіт формується (правда, на жаль, англійською мовою) в форматі HTML і включає в себе як всі вихідні дані по постановці завдання, так і самі докладні відомості про результати розрахунку (напруги, частоти, температури і т.д.). У звіт також включаються і візуальні тривимірні зображення в форматі JPG і VRML 2.0. Подібну функцію передбачається включити і в професійний CAE-пакет ANSYS.

Динамічний і кінематичний аналіз в Dynamic Designer

Схожим, орієнтованим на інженера-конструктора додатком, для двомірного і тривимірного кінематичного і динамічного аналізу є Dynamic Designer. Працюючи з ним, конструктор використовує в якості вихідних даних CAD-модель складання або окремої деталі, доступ до якої не вимагає виходу з графічного пакета. Активізація додатки виконується клацанням миші на відповідній піктограмі, після чого користувач розставляє необхідні зв'язки, задає початкові і граничні умови, прикладає зовнішні навантаження, описує задані кути повороту і переміщення (а також сили, моменти, прискорення) і доводить тим самим графічну модель до розрахункової, не змінюючи форми вироби. Характерними можливостями Dynamic Designer є:

• аналіз 2D- і 3D-механізмів;
• повна асоціативність розрахункових параметрів з геометрією;
• використання всіх типів геометрії - дротяної, поверхневої, твердотільної;
• інтуїтивно зрозуміле, «провідне» користувача меню;
• побудова шарнірів за допомогою функції drag-and-drop у вікні відображення складу моделі;
• пряме додаток запропонованих переміщень і поворотів.

Крім того, система оцінює працездатність механізму, пророкує ймовірність заклинювання.

Шляхи зближення CAD і CAE

Один із шляхів зближення CAD- і CAE-систем ми вже фактично розглянули (коли береться «шматочок» професійної важкої CAE-системи і вбудовується в CAD). До речі, отримана в такому вбудованому додатку розрахункова модель може бути передана в професійну CAE-систему високого рівня для подальшого більш поглибленого аналізу і дослідження.

Другий шлях - це розвиток і вдосконалення засобів створення розрахункових моделей, асоціативно пов'язаних з геометричною моделлю і переданих з CAD-систем.

Третій шлях - використання універсальних сіткових генераторів. Сітковий генератор являє собою комп'ютерну програму для створення дискретних моделей, так звані сітки (плоскі і просторові), які використовуються в подальшому в будь-яких розрахункових програмах, що використовують принцип дискретизації простору. Робота сіткових генераторів заснована на принципі мінімізації ув'язки помилок. Він полягає в тому, що будується перша сітка, виконується розрахунок, проводиться оцінка різниці між роботою пружних і зовнішніх сил. Визначаються такі місця, де ця різниця максимальна, і в них виконується доразбівка кінцевого елемента. І так до тих пір, поки різниця не досягне заданого відсотка (найчастіше 5%).

В даний час складно привести приклад програми, в якій не потрібно було б участь кваліфікованого розраховувача. Як і раніше головним залишається розуміння аналізованого процесу, володіння специфікою предметної області та методиками розрахунку. У той же час сіткові генератори рік від року удосконалюються, стаючи все менше вибагливими до користувача, в результаті чого з'являються все більш досконалі сітки для розрахунків.

Побудова таких сіток по графічної моделі в значній мірі пов'язане з необхідністю врахування подальшого її використання. Залежно від розв'язуваної задачі на основі кінцево-елементної сітки буде отримано ту чи іншу розбиття на кінцеві елементи. Іншими словами, мова йде про розвиток напрямку створення адаптивних сіток. Для швидкого отримання найбільш точного рішення дуже важливо оптимальне згущення або розрідження сітки в критичних місцях, відповідне конкретної розв'язуваної задачі. Наприклад, якщо вирішується завдання гідрогазодинаміки, то дуже важливим стає якість сітки (або її регулярності) в районі прикордонного шару. У зв'язку з цим сіткові генератори можуть бути вузькоспеціалізованими (спрямованими на вирішення певних завдань) або універсальними.

Між CAD-системою і огорожі з генератором існує проміжна ланка, наприклад унікальний в своєму роді пакет CADfix, який займається трансформацією геометрії з метою приведення її до розрахункової моделі. Крім того, програма є чудовим транслятором даних з одного формату в інший для різних CAD-систем. При роботі з розрахунковими моделями в CADfix можливе видалення ( «згладжування») різних несуттєвих для проведеного розрахунку геометричних тонкощів. Зокрема, можуть бути видалені деякі отвори або фаски. А якщо є якась складна замкнута область, вона може бути розбита на більш прості тіла для гнучкого оперування з кожної з них.

Перетворена в CADfix графічна модель може бути передана безпосередньо в CAE-систему або в сітковий генератор.

У додатках, подібних CADfix, або в сіткових генераторах робота йде з графічними моделями з солідів. Це пов'язано з тим, що стрижневі або оболонкові розрахункові моделі, як правило, не потребують дуже складних перетвореннях. Практично в кожній професійній CAE-системі є власний редактор, за допомогою якого легко і просто формуються стрижневі розрахункові моделі будь-якої складності.

«САПР і графіка» 1 "2001

функції CAE -систем досить різноманітні, так як пов'язані з проектними процедурами аналізу, моделювання, оптимізації проектних рішень. До складу машинобудівних CAE-систем перш за все включають програми для виконання наступних процедур:

моделювання полів фізичних величин, в тому числі аналіз міцності, який найчастіше виконується відповідно до МСЕ;

розрахунок станів об'єктів, що моделюються і перехідних процесів в них засобами макрорівня;

імітаційне моделювання складних виробничих систем на основі моделей масового обслуговування і мереж Петрі.

Основними частинами програм аналізу за допомогою МСЕ є бібліотеки кінцевих елементів, препроцесор, вирішувач і постпроцесор.

Бібліотеки кінцевих елементів (КЕ) містять моделі КЕ - їх матриці жорсткості. Очевидно, що моделі КЕ будуть різними для різних завдань (аналіз пружних або пластичних деформацій, моделювання полів температур, електричних потенціалів і т.п.), різних форм КЕ (наприклад, в двовимірному випадку - трикутні або чотирикутні елементи), різних наборів координатних функцій.

Вихідні дані для препроцесора - геометрична модель об'єкта, найчастіше отримується з підсистеми конструювання. Основна функція препроцесора - уявлення досліджуваного середовища (деталі) в сітковому вигляді, тобто у вигляді безлічі кінцевих елементів.

Вирішувач - програма, яка ассемблірует (збирає) моделі окремих КЕ в загальну систему алгебраїчних рівнянь і вирішує цю систему одним з методів розріджених матриць.

Постпроцесор служить для візуалізації результатів рішення в зручній для користувача формі. В машинобудівних САПР це графічна форма. Користувач може бачити вихідну (до навантаження) і деформовану форми деталі, поля напружень, температур, потенціалів і т.п. у вигляді кольорових зображень, в яких палітра кольорів або інтенсивність світіння характеризують значення фазової змінної.

Основні функції cad-систем

функції CAD-систем в машинобудуванні підрозділяють на функції двомірного (2D) і тривимірного (3D) проектування. До функцій 2D відносять креслення, оформлення конструкторської документації; до функцій 3D - отримання тривимірних геометричних моделей, метричні розрахунки, реалістичну візуалізацію, взаємне перетворення 2D і 3D моделей. Тривимірні моделі представляють у вигляді опису поверхонь, що обмежують деталь, або зазначенням елементів простору, займаних тілом деталі. Моделі поверхонь складної форми отримують за допомогою різновидів кінематичного методу , До яких відносять витягування заданого плоского контуру по нормалі до його площини, протягування контуру уздовж довільної просторової кривої, обертання контуру навколо заданої осі, натягування поверхні між декількома заданими перетинами. У разі побудови скульптурних поверхонь, Що проходять через задані точки простору, застосовують моделі в формі Безьє, А при вимогах високої гладкості поверхні - моделі в формі B-сплайнів. Синтез моделей зборок виконують застосуванням операцій позиціонування і теоретико-множинних операцій перетину, об'єднання, віднімання до бібліотечних елементів і новоствореним моделям комплектуючих деталей. У ряді систем передбачено також виконання операцій компонування і розміщення обладнання, проведення сполучних трас і т.п.

До важливих характеристик CAD-систем відносяться параметризация і асоціативність . Параметризація передбачає використання геометричних моделей в параметричної формі, тобто при поданні частини або всіх параметрів об'єкта не константами, а змінними. параметрична модель , Що знаходиться в базі даних, легко адаптується до різних конкретним реалізаціям і тому може використовуватися в багатьох конкретних проектах. При цьому з'являється можливість включення параметричної моделі деталі в модель складального вузла з автоматичним визначенням розмірів деталі, що диктуються просторовими обмеженнями. Ці обмеження у вигляді математичних залежностей між частиною параметрів збірки відображають асоціативність моделей.

Параметризація і асоціативність грають важливу роль при проектуванні конструкцій вузлів і блоків, що складаються з великої кількості деталей. Дійсно, зміна розмірів одних деталей впливає на розміри і розташування інших. Завдяки параметризації і асоціативності зміни, зроблені конструктором в одній частині збірки, автоматично переносяться в інші частини, викликаючи зміни відповідних геометричних параметрів в цих частинах.

Коректні синтез і редагування 3D твердотільних моделей виробів можливі за допомогою декількох методів.

Найбільш очевидний метод - завдання проектувальником вироби обмежень і умов, що накладаються на параметри моделі і відображають вимоги неперетинання тел, співвісності отворів, компланарності, перпендикулярності і т.п.

У більшості сучасних MCAD використовується метод, заснований на використанні дерева побудови моделі. Деревом побудови називають історію моделювання збірки, іншими словами, послідовність операцій створення моделі, впорядковану за часом їх здійснення. Відповідно до цього методу внесення змін до ту чи іншу частину моделі має на увазі перехід в ту вершину дерева, яка відповідає змінною частини, і після внесення змін повторне виконання всіх подальших операцій синтезу.

Третій спосіб - синхронне моделювання , Засноване на автоматичному визначенні, завдяки застосуванню експертних систем, Тих обмежень, які в першому методі задаються користувачем. В результаті спрощується робота конструктора, не потрібні витрати часу на перебудування дерева моделі.

Функції CAD-систем в машинобудуванні підрозділяють на функції двомірного (2D) і тривимірного (3D) проектування. До функцій 2D відносяться креслення, оформлення конструкторської документації; до функцій 3D - отримання тривимірних моделей, метричні розрахунки, реалістична візуалізація, взаємне перетворення 2D і 3D моделей.

Серед CAD-систем розрізняють "легкі" і "важкі" системи. Перші з них орієнтовані переважно на 2D графіку, порівняно дешеві і менш вимогливі щодо обчислювальних ресурсів. Другі орієнтовані на геометричне моделювання (3D), більш універсальні, дороги, оформлення креслярської документації в них зазвичай здійснюється за допомогою попередньої розробки тривимірних геометричних моделей.

Основні функції CAM-систем: розробка технологічних процесів, синтез керуючих програм для технологічного обладнання з числовим програмним управлінням (ЧПУ), моделювання процесів обробки, в тому числі побудова траєкторій відносного руху інструмента і заготовки в процесі обробки, генерація постпроцесорів для конкретних типів устаткування з ЧПУ (NC - Numerical Control), розрахунок норм часу обробки.

Найбільш відомі (до 1999 г.) наступні CAE / CAD / CAM-системи, призначені для машинобудування. "Важкі" системи (в дужках вказана фірма, яка розробила або поширює продукт): Unigraphics (EDS Unigraphics); Solid Edge (Intergraph); Pro / Engineer (PTC - Parametric Technology Corp.), СЛТ1Л (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, нині входить в PTC) і ін.

"Легкі" системи: AutoCAD (Autodesk); АДЕМ; bCAD (пропрій Група, Новосибірськ); Caddy (Ziegler Informatics); Компас (Аскон, С.Петербург); Спрут (Sprut Technology, Набережні Челни); Кредо (НИВЦ АСК, Москва).

Системи, що займають проміжне положення (середньомасштабні): Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (Топ Системи, Москва) і ін. З ростом можливостей персональних ЕОМ межі між "важкими" і "легкими" CAD / CAM-системами поступово стираються.

Функції CAE-систем досить різноманітні, так як пов'язані з проектними процедурами аналізу, моделювання, оптимізації проектних рішень. До складу машинобудівних САЕ-систем перш за все включають програми для наступних процедур:

Моделювання полів фізичних величин, в тому числі аналіз міцності, який найчастіше виконується відповідно до МСЕ;

Розрахунок станів і перехідних процесів на макрорівні;

Імітаційне моделювання складних виробничих систем на основі моделей масового обслуговування та мереж Петрі.

Приклади систем моделювання полів фізичних величин відповідно до МСЕ: Nastran, Ansys, Cosmos, Nisa, Moldflow.

Приклади систем моделювання динамічних процесів на макрорівні: Adams і Dyna - в механічних системах, Spice - в електронних схемах, ПА9 - для багатоаспектного моделювання, тобто для моделювання систем, принципи дії яких засновані на взаємовплив фізичних процесів різної природи.

Для зручності адаптації САПР до потреб конкретних програм, для її розвитку доцільно мати в складі САПР інструментальні засоби адаптації та розвитку. Ці кошти представлені тій чи іншій CASE-тсхнологісй, включаючи мови розширення. У деяких САПР застосовують оригінальні інструментальні середовища.

Прикладами можуть служити об'єктно-орієнтована інтерактивне середовище CAS.CADE в системі EUCLID, що містить бібліотеку компонентів, в САПР T-Flex CAD 3D передбачена розробка доповнень до середовищах Visual C ++ і Visual Basic.

Важливе значення для забезпечення відкритості САПР, се інтегрованості з іншими автоматизованими системами (АС) мають інтерфейси, що подаються реалізованими в системі форматами міжпрограмних обмінів. Очевидно, що, в першу чергу, необхідно забезпечити зв'язок між CAE, CAD і САМ-підсистемами.

Як мов - форматів міжпрограмних обмінів - використовуються IGES, DXF, Express (стандарт ISO 10303-11, входить в сукупність стандартів STEP), SAT (формат ядра AC1S) і ін.

Найбільш перспективними вважаються діалекти мови Express, що пояснюється загальним характером стандартів STEP, їх спрямованістю на різні додатки, а також на використання в сучасних розподілених проектних і виробничих системах. Дійсно, такі формати, як IGES або DXF, описують тільки геометрію об'єктів, в той час як в обмінах між різними САПР і їх підсистемами фігурують дані про різні властивості та атрибути виробів.

Мова Express використовується в багатьох системах інтерфейсу між CAD / CAM-системами. Зокрема, в систему CAD ++ STEP включаючи середовище SDA1 (Standard Data Access Interface), в якій можливе подання даних про об'єкти з різних систем CAD і додатків (але описаних за правилами мови Express). CAD ++ STEP забезпечує доступ до баз даних більшості відомих САПР з поданням видобутих даних у вигляді STEP-файлів. Інтерфейс програміста дозволяє відкривати і закривати файли проектів в базах даних, виробляти читання і запис сутностей. Як об'єкти можуть використовуватися точки, криві, поверхні, текст, приклади проектних рішень, розміри, зв'язку, типові зображення, комплекси даних і т.п.

Визначення CAD, САМ і CAE

Згідно попередньої теми, автоматизоване проектування (computer- aided design - CAD) є технологією, яка полягає в використанні комп'ютерних систем для полегшення створення, зміни, аналізу та оптимізації проектів. Таким чином, будь-яка програма, що працює з комп'ютерною графікою, також як і будь-який додаток, що використовується в інженерних розрахунках, відноситься до систем автоматизованого проектування. Іншими словами, безліч засобів 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. Найголовніша функція GAD - визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурні елементи, електронні схеми, плани будівель і т, і,), 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 в цих системах, може використовуватися в якості основи для подальших операцій в системах САЕ і САМ. Це одне з найбільш значних переваг CAD, що дозволяє економити час і скорочувати кількість помилок, пов'язаних з необхідністю визначати геометрію конструкції з нуля кожен раз, коли вона потрібна в розрахунках. Можна, отже, стверджувати, що системи автоматизованої розробки робочих креслень і системи геометричного моделювання є найбільш важливими компонентами автоматизованого проектування.

Автоматизоване виробництво (computer-aided manufacturing - САМ) - це технологія, яка полягає у використанні комп'ютерних систем для планування, управління і контролю операцій виробництва через прямий або непрямий інтерфейс з виробничими ресурсами підприємства. Одним з найбільш зрілих підходів до автоматизації виробництва є числове програмне управління (ЧПУ, numerical conovl - NC). ЧПУ полягає в використанні запрограмованих команд для управління станком, який може шліфувати, різати, фрезероваггь, штампувати, згинати і іншими способами перетворювати заготовки в готові деталі. У наш час комп'ютери здатні генерувати великі програми для верстатів з ЧПУ на підставі геометричних параметрів виробів з бази даних CAD і додаткових відомостей, Що надаються оператором. Дослідження в цій області концентруються на скороченні необхідності втручання оператора.

Ще одна важлива функція систем автоматизованого виробництва - програмування роботів, які можуть працювати на гнучких автоматизованих ділянках, вибираючи і встановлюючи інструменти і оброблювані деталі на верстатах з ЧПУ Роботи можуть також виконувати свої власні завдання, наприклад, займатися зваркою, збіркою і переносом обладнання і деталей по цеху.

Планування процесів також поступово автоматизується. План процесів може визначати послідовність операцій з виготовлення пристрою від початку і до кінця на всьому необхідному обладнанні. Хоча повністю автоматизоване планування процесів, як вже зазначалося, практично неможливо, план обробки конкретної деталі цілком може бьггь сформований автоматично, якщо вже є плани обробки аналогічних деталей. Для цього була розроблена технологія угруповання, що дозволяє об'єднувати схожі деталі про сімейства. Деталі вважаються подібними, якщо опт мають загальні виробничі особливості (гнізда, пази, фаски, отвори і т, д.). Для аЕггомалгіческого виявлення схожості деталей необхідно, щоб балу даних CAD містила відомості про такі особливості. Це завдання здійснюється за допомогою об'єктно-орієнтованого моделювання або розпізнавання елементів.

До того ж, комп'ютер може використовуватися для того, щоб виявляти необхідність замовлення вихідних матеріалів і покупних деталей, а також визначати їх кількість виходячи з графіка виробництва. Називається така діяльність плануванням технічних вимог до матеріалу (material requirements planning - MRP). Комп'ютер може також використовуватися для контролю стану верстатів в цеху і відправки їм відповідних завдань.

Автоматизоване конструювання (computer-aided engineering - CAE) - це технологія, яка полягає у використанні компиотерних систем для аналізу геометрії CAD, моделювання і вивчення поведінки продукту для удосконалення та оптимізації його конструкції. Засоби САЕ можуть здійснювати безліч різних варіантів аналізу. Програми для кінематичних розрахунків, наприклад, здатні визначати траєкторії руху і швидкості ланок і механізмах. Програми динамічного аналізу з великими зсувами можуть використовуватися для визначення навантажень і зсувів в складних складових пристроях типу автомобілів. Програми перевірки та аналізу логіки і синхронізації імітують роботу складних електронних кіл.

По всій видимості, з усіх методів комп'ютерного аналізу найбільш широко в конструюванні використовується метод кінцевих елементів (finite - element method - FEM). З його допомогою розраховуються напруги, деформації, теплообмін, розподіл магнітного поля, потоки рідин і інші завдання з безперервними середовищами, вирішувати які будь-яким іншим методом виявляється просто непрактично. У методі кінцевих елементів аналітична модель структури є з'єднанням елементів, завдяки чому вона розбивається на окремі частини, які вже можуть оброблятися комп'ютером.

Як зазначалося раніше, для використання методу скінченних елементів потрібна абстрактна модель відповідного рівня, а не сама конструкція. Абстрактна модель відрізняється від конструкції тим, що вона формується шляхом виключення несуттєвих деталей і редукування розмірностей. Наприклад, тривимірний об'єкт невеликої товщини може бути представлений у вигляді двовимірної оболонки. Модель створюється або в інтерактивному режимі, Або автоматично. Готова абстрактна модель розбивається на кінцеві елементи, що утворюють аналітичну модель. Програмні засоби, що дозволяють конструювати абстрактну модель і розбивати її па кінцеві елементи, називаються препроцесорів (preprocessors). Проаналізувавши кожен елемент, комп'ютер збирає результати воєдино і представляє їх в візуальному форматі. Наприклад, області з високою напругою можуть бути, виділені червоним кольором. Програмні засоби, що забезпечують візуалізацію, називаються постпроцесор (postprocessors).

Існує безліч програмних засобів для оптимізації конструкцій. Хоча засоби оптимізації можуть бути віднесені до класу САЕ, зазвичай їх розглядають окремо. Ведуться дослідження можливості автоматичного визначення форми конструкції шляхом об'єднання оптимізації та аналізу. У цих підходах вихідна форма конструкції передбачається простий, як, наприклад, у прямокутного двовимірного об'єкта, що складається з невеликих елементів різної щільності. Потім виконується процедура оптимізації, що дозволяє визначити конкретні значення щільності, що дозволяють досягти певної мети з урахуванням обмежень на напруги. Метою часто є мінімізація ваги. Після визначення оптимальних значень щільності розраховується оптимальна форма об'єкта. Вона виходить відкиданням елементів з низькими значеннями щільності.

Чудове гідність методів аналізу та оптимізації конструкцій полягає в тому, що вони дозволяють конструктору побачити поведінку кінцевого продукту і виявити можливі помилки до створення і тестування реальних прототипів, уникнувши певних витрат. Оскільки вартість конструювання на останніх стадіях розробки і виробництва продукту експоненціально зростає, рання оптимізації та удосконалення (можливі тільки завдяки аналітичним засобам САЕ) окупаються значним зниженням термінів і вартості розробки.

Таким чином, технології CAD, САМ і САЕ полягають в автоматизації і підвищенні ефективності конкретних стадій життєвого циклу продукту. Розвиваючись незалежно, ці системи ще не до кінця реалізували потенціал інтеграції проектування і виробництва. Для вирішення цієї проблеми була запропонована нова технологія, що отримала назву комп'ютеризованого

інтегрованого виробництва (computer - integrated manufacturing - З / М). CIM намагається поєднати «острівці автоматизації» разом і перетворити їх в безперебійно і ефективно працюючу систему. CIM має на увазі використання комп'ютерної бази даних для більш ефективного управління всім підприємством, зокрема бухгалтерією, плануванням, доставкою та іншими завданнями, а не тільки проектуванням і виробництвом, які охоплювалися системами CAD, САМ і CAE. С1М часто називають філософією бізнесу, а не комп'ютерною системою.

Нарешті, системи управління інженерними даними (PDM - Product Data Management) забезпечують зберігання і управління проектно-конструкторської документації розроблюваних виробів, ведення змін в документації, збереження історії цих змін і т. П.

Отже, термін САПР (система автоматизації проектування) має на увазі комплексний підхід до розробки вироби і включає сукупність систем CAD / CAM / CAE. Розвиток систем геометричного моделювання, аналізу і розрахунку характеристик виробу супроводжується інтеграцією в рамках підприємства. Світовий ринок відокремлених CAD / CAM рішень вже насичений, системи близькі по функціональності, і темпи зростання цього сегмента ринку мінімальні. З цієї причини відбувається посилення інтеграції систем CAD / CAM / CAE з системами PDM, які дозволяють зберігати і управляти проектно-конструкторської документації на розроблювані вироби, вносити в документацію зміни, підтримувати зберігання історії цих змін. Поширення функцій PDM-систем на всі етапи життєвого циклу продукції перетворює їх в системи PLM (Product Lifecycle Management). Розвиток систем PLM забезпечує максимальну інтеграцію процесів проектування, виробництва, модернізації і супроводу продукції підприємства і по суті має багато спільного з концепцією інтегрованої підтримки життєвого циклу виробу (CALb-технології).

CAD - комп'ютерна допомога в дизайні, простіше кажучи, програма креслення.
CAM - комп'ютерна допомога в виробництві.
CAE - комп'ютерна допомога в інженерних розрахунках.
GIS - географічна інформаційна система.
Велику допомогу при підготовці даного матеріалу зробила стаття Сергія Котова з Томського Політехнічного Університету "Огляд ринку САПР і інформаційних ресурсів мережі Інтернет", Надана ним самим.

Пошук по сайту www.сайт:

спеціальний пошук

Для початку трохи статистики:

Розподіл впливу компаній-розробників на ринок САПР

Розподіл впливу учасників ринку систем автоматизованої підготовки виробництва

T-FLEX CAD

Система параметричного проектування і креслення T-FLEX CAD є розробкою російської фірми "Топ Системи". Система має такими основними можливостями: параметричне проектування і моделювання; проектування зборок і виконання складальних креслень; повний набір функцій створення і редагування креслень; просторове моделювання, що базується на технології ACIS; параметричне тривимірне твердотільних моделювання; управління кресленнями; підготовка даних для систем з ЧПУ; імітація руху конструкції.
Система T-FLEX CAD потрапила в огляд за 1997 рік кращих САПР.
Розробник - Топ-Системи, Москва
http://www.tflex.com
http://www.topsystems.ru
- сторінка про Tflex на моєму сайті.

bCAD

bCAD - програмний проект, спрямований на розробку нових технологій 3D графіки і САПР, а також програм для 2D ескізування і точного креслення, 3D моделювання і фотореалістичного тонування, програмна система 3D моделювання і візуалізації для PC. bCAD спроектований і розроблений як універсальне робоче місце проектувальника, що дозволяє виробляти широкий спектр робіт в наскрізному режимі - від креслення до об'ємної моделі і навпаки - від тривимірного представлення до плоским проекція: для виконання технічної документації, що відповідає вимогам стандартів, для отримання реалістичних зображень, підготовки даних для розрахункових систем. Комбінує в собі CAD, 3D моделювання і фотореалістичну візуалізацію.
Розробник - ProPro Group, Новосибірськ.
http://www.propro.ru

КОМПАС

Один з лідируючих російських продуктів. CAD-система, призначена для широкого спектру проектно-конструкторських робіт, легка в освоєнні, зручна в роботі і при цьому має вартість, прийнятну для комплексного оснащення російських підприємств, в тому числі середніх і малих. Дозволяє здійснювати двовимірне проекти-вання і конструювання, швидку підготовку і випуск різноманітної креслярсько-конструкторської документації, створення технічних текстово-графічних документів.
Розробник - Аскон, Росія.
http: //www.asсon.ru/

CADMECH

CADMECH - система проектування деталей і складальних одиниць на базі AutoCAD.
CADMECH Desktop - тривимірна система проектування деталей і складальних одиниць на базі Mechanical Desktop.
Розробник - НВО "Інтермех", Мінськ.
http://www.intermech.host.ru

CADRA

Система двовимірного проектування і креслення для машинобудування.
Розробник - SofTECH, Inc., США.
http://www.softech.com

CADkey

3D графічний пакет для проектування, твердотільного, поверхневого і каркасного моделювання, візуалізації і документування простих і складних деталей і складальних одиниць. 250000 інсталяцій в різних країнах.

Розробник - Baystate Technologies, США. http://www.cadkey.com http://www.cadkey.de http://www.cadkey.lv/ http://www.colla.lv

DesignCAD Pro

Система двовимірного і тривимірного проектування і моделювання для професійних конструкторів і проектувальників.
Розробник - ViaGrafix, США.
http://www.viagrafix.com

IronCAD

Система автоматизованого проектування для машинобудування. Забезпечує двовимірне проектування і тривимірне твердотільне моделювання.

Розробник - Visionary Design Systems, Inc., США. http://www.ironcad.com

BlueCAD

BlueCAD є 2D / 3D CAD - системою для роботи на персональних комп'ютерах.
Розробник - CADWare, Італія.
http://www.cadware.it

Surface Express

Система поверхневого моделювання.
Розробник - MCS, Inc., США.
http://www.mcsaz.com

RhinoCeros

Поширена система NURBS - моделювання.
Розробник - Robert McNeel & Associates, США.
http://www.rhino3d.com

CADdy

Система CADdy за функціональними можливостями займає проміжне положення між системами низького і високого рівнів. Призначена для вирішення комплексних інтегрованих технологій від стадії проектування до стадії виробництва в таких областях, як:
- архітектура;
- проектування промислових установок;
- машинобудування;
- електроніка;
- обладнання будівель (опалення, вентиляція, сантехніка, електротехніка);
- інженерні мережі та дороги;
- геодезія, картографія.

Розробник - фірма ZIEGLER-Informatics GmbH, Німеччина.
http://www.caddy.de
http://www.plaza.ch
http://www.caddy.ru

OmniCAD

Система двовимірного проектування, креслення і тривимірного поверхневого моделювання.

SolidWorks

Потужний машинобудівний CAD пакет для твёpдотельного пapaметpіческого моделіpовaнія складних деталей і зборок. Системa констpуіpовaнія сpеднего клaссa, бaзіpующaяся нa пapaметpіческом геометpіческом ядpе Parasolid. Создaнa спеціaльно для іспользовaнія нa пеpсонaльних компьютеpaх під упpaвленіем опеpaціонних систем Windows 95 і Windows NT.
Розробник - SolidWorks Corporation, США.
http://www.solidworks.com
http://www.uscad.com
http://www.delcam.ru,
http://www.ascon.ru,
http://www.intersed.kiev.ua/,
www.delcam-ural.ru,
http://www.colla.lv,
http://www.solidworks.lv/

SolidEdge

SolidEdge є принципово новою системою автоматизованого конструювання, яка призначена для розробки складальних вузлів і геометричного моделювання окремих деталей. Solid Edge розроблений спеціально для конструювання виробів машинобудування. Є системою середнього рівня, яка забезпечує ефективне об'єктно-орієнтоване параметричне моделювання в середовищі Windows. Базується на ядрі геометричного моделювання Parasolid.
Розробник - Unigraphics Solutions, США.

Cimatron

Cimatron - інтегрована CAD / CAM - система, що надає повний набір засобів для конструювання виробів, розробки креслярсько-конструкторської документа-ції, інженерного аналізу, створення керуючих програм для верстатів з ЧПУ. Cimatron задовольняє запитам і вимогам найширшого кола користувачів, працює на різних платформах, в тому числі на персональних комп'ютерах. Користувачами сис-теми в світі є близько 6000 компаній.
Розробник - Cimatron Ltd., Ізраїль.

VISI - Series

Розвинена CAD / CAM - система. Забезпечує двовимірне проектування і Черче-ня, тривимірне поверхневе і твердотельное моделювання, генерацію програм для верстатів з ЧПУ, візуалізацію обробки деталі.
Розробник - Vero International, Inc., США.
http://www.veroint.com
http://www.verosoftware.com

HELIX

HELIX Design System - розвинена САПР для двовимірного і тривимірного проектування в машинобудуванні, дизайні та інших галузях. Дозволяє здійснювати двовимірне проектування, тривимірне каркасне, поверхневе і твердотёльное моді-лирование.
Розробник - MicroCADAM Ltd., Великобританія.
http://www.microcadam.co.uk

Form-Z

Система двовимірного проектування і креслення, тривимірного поверхневого і твердотільного моделювання, візуалізації і анімації для професійного дизайну, візуалізації і проектування.
Розробник - Autodessys, Inc., США.

Alias|Wavefront

Поширені програмні продукти двовимірного і тривимірного ескізування і креслення, тривимірного поверхневого і твердотільного моделювання, візуалізації і анімації, для професійного дизайну та проектування.
Розробник - Alias|Wavefront, Канада.
http://www.aw.sgi.com
http://aliaswavwfront.com

CoCreate

Серія продуктів для проектування і управління даними проекту: ME10 - проектування і креслення; SolidDesigner - твердотільне моделювання та управління даними проекту.
Розробник - CoCreate Software, Inc., Німеччина.
http://www.cocreate.com

VX VISION

CAD / CAM / CAE система середнього рівня.
Розробник - Varimetrix Corp., Ltd., США.
http://www.vx.com

CADMAX

CADMAX SolidMaster - система автоматизованого проектування, що забезпечує двовимірне проектування, тривимірне поверхневе і твердотельное моделювання.
Розробник - CADMAX Corp., США.

BRAVO

Сімейство продуктів для проектування, підготовки конструкторської документації, підготовки виробництва і управління проектом в машинобудуванні. Продукти: Bravo XL, Bravo Sheet Metal Fabricator, Bravo NCG, Bravo Frame.
Розробник - Applicon, Inc., США.
http://www.applicon.com

MicroStation

MicroStation - це професійна, високо продуктивна система для 2D / 3D - автоматизованого проектування при виконанні робіт, пов'язаних з кресленням, конструюванням, візуалізацією, аналізом, управлінням базами даних і моделюванням. Забезпечує практично необмеженими можливостями проектувальників і конструкторів на платформах DOS, Windows і комп'ютерах різних типів.
MicroStation 95 - система колективної роботи, що дає всім учасникам групи гарантію взаємного узгодження незалежно від апаратного розвитку платформ.
Розробник - Bentley, США.

Genius

Продукти Genius є програмним забезпеченням для конструювання в машинобудуванні і створення креслень із застосуванням Автокада.

Genius Desktop - Об'єктно-орієнтована система тривимірного проектування машинобудівних деталей і зборок на базі Mechanical Desktop. Пакет пропонує додаткові зручні інструменти для нанесення типових конструктивних елементів, наповнення конструкції стандартними виробами у вигляді твердотільних моделей і значно полегшує роботу конструктора при управлінні компонентами збірки. Має у своєму розпорядженні бібліотеками стандартних деталей у вигляді готових параметричних деталей по цілому ряду стандартів.
Genius 14 - це продукт, що забезпечує високопродуктивне двовимірне автоматизоване проектування і креслення в галузі машинобудування в середовищі AutoCAD R14.
Genius LT 97 - система двомірного автоматизованого проектування, призначена для створення та оформлення машинобудівних креслень і конструкторської документації на базі AutoCAD LT 97. Genius LT 97 включає в себе стандартні компоненти, автоматизований інтерфейс користувача, а також ряд функціональних можливостей, що підвищують продуктивність роботи в середовищі AutoCAD LT 97.

Розробник - Genius CAD-Software GmbH, Німеччина.

Power Solutions

Сімейство продуктів Power Solutions охоплює всі етапи виробничого циклу:
- PowerShape - Система тривимірного моделювання.
- PowerMILL - Мощнaя і пpостaя в іспользовaніі aвтономнaя системa aвтомaтіческой підготовки упpaвляющіх пpогpaмм для 3/4 кооpдінaтной фpезеpной обpaботкі нa будь-якому стaнке з ЧПУ виробів, спpоектіpовaнних в будь-який CAD-системі.
- CopyCAD - система перетворення даних, отриманих з координатно-вимірювальної машини, в комп'ютерну поверхневу модель.
- PowerINSERT - пакет для контролю точності за допомогою 3-координатних вимірювальних машин.
- ArtCAM Pro - пакет для створення об'ємного рельєфу на базі плоского малюнка і створення керуючих програм для його мехобработки.
- DUCT 5 - CAD / CAM - система, дозволяє проводити моделювання, креслення і підготовку керуючих програм для верстатів з ЧПУ.

Розробник - DELCAM Plc., Велікобpітaнія.

hyperMILL

Пакет, позволяющіё реалізувати завершальне технологічне ланка в наскрізний CAD / CAM / CAE-технології - підготовка керуючих програм для верстатів з ЧПУ і виготовлення виробів.
Розробник - Open Mind Software Technologies GmbH, Німеччина.
http://www.openmind.de
http://www.acad.co.uk
http://www.autodesk.com

EdgeCAM

CAM - система. Рішення для фрезерної, поверхневої, токарної і електроерозійної обробки деталей.
Розробник - Pathtrace, Великобританія.
http://www.pathtrace.com

ESPRIT

CAD / CAM - система на базі ядра Parasolid.
Розробник - DP Technology, США.
http://www.dptechnology.com

SolidCAM

Пакет генерації керуючих програм для верстатів з ЧПУт при обробці деталей, що містять складну поверхневу або твердотельную геометрію. Забезпечує 2,5 і 3-осьову фрезерну обробку, токарної обробки, візуалізацію процесу обробки.
Розробник - CADTECH, Ізраїль.

MasterCAM

CAD / CAM - система, що займає лідируюче положення в світі за кількістю продажів та інсталяцій пакета серед CAD / CAM систем. Забезпечує каркасне і поверхневе моделювання деталей, візуалізацію і документування простих і складних деталей і складальних одиниць, розробку керуючих програм для токарної, фрезерної, електроерозійної обробки на верстатах з ЧПУ.
Розробник - CNC Software, США.

PEPS

CAM - система, автоматизована підготовка фрезерної, токарної, лазерної, електроерозійної обробки деталей.
Розробник - Camtek Ltd., Великобританія.
http://www.camtek.co.uk

СПРУТ

Система технологічного проектування.
Розробник - АТ "Спрут-Технологія", Набережні Челни, Росія.
http://www.sprut.ru

EUCLID3

САПР високого рівня EUCLID, що охоплює всі етапи проектування, розроблена фірмою MATRA DATAVISION, з оборотом понад 10 мільярдів доларів США. Фірма займається розробкою, продажем і супроводом програмного забезпечення CAD / CAM / CAE / PDM і програмного середовища для створення додатків. Основні продукти фірми мають торгові марки: EUCLID, PRELUDE, CAS.CADE. Вони призначені для таких областей, як авіація, космос, автомобілебудування, оборона, електромеханіка, промисловий дизайн, атомне машинобудування, інжиніринг, виробництво товарів широкого вжитку та ін.
Розробник - MATRA DATAVISION, Франція. У зв'язку зі входом компанії MATRA Datavision в консорціум EADS (контрольний пакет акцій якого має власник MATRA Datavision Жан-Люк Лагардер) компанія стала називатися EADS MATRA Datavision

CATIA

CATIА / CADAM Solutions - це повністю інтегрована універсальна CAD / CAM / CAE система високого рівня, що дозволяє забезпечити паралельне проведення конструкторсько-виробничого циклу CATIA, будучи універсальною системою автоматизованого проектування, випробування і виготовлення, широко застосовується на великих машинобудівних підприємствах в усьому світі для автоматизованого проектування, підготовки виробництва, реінжинірингу. Число фірм-користувачів CATIA перевищує 8 тисяч.

Функції, підтримувані CATIA / CADAM Solutions:
- адміністрування - планування, управління ресурсами, інспектування та документування проекту;
- найдосконаліший моделлинг;
- опис всіх механічних зв'язків між компонентами об'єкта та приведення їх у стан просторового взаімопозіціонірованія;
- автоматичний аналіз геометричних і логічних конфліктів
- аналіз властивостей складних збірок;
- розроблений інструментарій трассіровок систем комунікацій з дотриманням заданих обмежень;
- спеціалізовані програми для технологічної підготовки виробництва.

Компанії DASSAULT SYSTEMES (Франція) і IBM (США) є спільними розробниками і розповсюджувачами системи автоматизованого проектування. В останні три роки паралельно співіснують дві CATIA: версії 4 і 5, причому версія 4 - тільки на робочих станціях і на ядрі DASSAULT SYSTEMES, а версія 5 - і для РС на ядрі CASCADE розробки MATRA (http://www.opencascade.com ).

Unigraphics

система Unigraphics є CAD / CAM / CAE - системою високого рівня. Unigraphics дозволяє здійснювати повністю віртуальне проектування виробів, механообробка деталей складних форм, має повністю асоціативну базу даних майстер-моделі, Unigraphics Solutions, Одна з найбільш швидкозростаючих компаній, що виробляють системи автоматизованого проектування, виробництва і управління проектами, займається розробкою, продажем і технічною підтримкою програмного забезпечення для автоматизації проектування, виробництва, інженерного аналізу та управління проектами для всіх галузей промисловості, включаючи автомобілебудування, авіаційну та космічну промисловості, верстатобудування, виробництво товарів народного споживання і т.п.
Серія продуктів Unigraphics Solutions, Inc .: Unigraphics Solutions, Parasolid, Solid Edge, Unigraphics, IMAN, ProductVision, GRIP.
Розробник - Unigraphics Solutions, Inc., США.

MSC / InCheck

3D QuickFill

Програма, що дозволяє на ранніх стадіях проектування вироби провести аналіз лиття по тривимірній твердотільної моделі. Надає конструктору можливість спостерігати процес заповнення литтєвий форми з наданням результатів такими параметрами: временя заповнення прес-форми; час охолодження літали; розподіл температури; наявність "раковин"; маса готового виробу.
Розробник - Advanced CAE Technologies, Inc., США.

DEFCAR

CAD / CAM- система для проектування і підготовки виробництва в суднобудуванні.
Розробник - Defcar Ingenieros, S.L., Іспанія.
http://www.defcar.es
http://www.defcar.com

VUTRAX

Vutrax PCB CAD - система автоматизованого проектування електронних схем і друкованих плат.
Розробник - Computamation Systems Limited, Великобританія.
http://www.vutrax.co.uk

Protel

Protel PCB CAD - розвинена система автоматизованого проектування електронних схем і друкованих плат.
Розробник - Protel Technology Inc., США.
http://www.protel.com

UNICAM

UNICAM - система автоматизованого проектування і виготовлення електронних схем і друкованих плат.
Розробник - Unicam Software, Inc., США.
http://www.unicam.com

CAD STAR

Розвинена система автоматізіроваціі проектування і виготовлення електронних схем і друкованих плат.
Розробник - Zuken-Redag Group, Ltd., Великобританія.
http://www.redac.co.uk

SoftCAD

САПР для двовимірного і тривимірного проектування в архітектурі і будівництві. Серія продуктів: ArchiTECH.PC, SoftCAD.3D, SoftCAD.2D.
Розробник - SoftCAD International, США.
http://www.softcad.com

Design WorkShop

Система фотореалістичного тривимірного моделювання та проектування в архітектурі.
Розробник - Artifice, Inc., США.
http://www.artifice.com

REBIS

Серія продуктів автоматизованого 2D / 3D проектування промислових підприємств.
Розробник - Rebis, Inc., США.
http://www.rebis.com

CADVANCE

Професійна CAD - система для архітекторів, інженерів, проектувальників у будівництві та архітектурі.
Розробник - Fit, Inc., США.
http://www.cadvance.com

Planit

Система автоматизованого двовимірного і тривимірного проектування для професійних дизайнерів.
Розробник - Planit Millenium, США.
http://www.planit.com

LS-DYNA

Розробник LSTC (Livermore Software Technology Corp.), Комерційний підрозділ всесвітньо відомого ядерного центру LLNL (Lawrence Livermore National Laboratory http://www.llnl.gov), США. Розвивається з 1976р. Універсальний розрахунковий програмний комплекс, орієнтований на чисельне моделювання високонелінейних і швидкоплинних процесів в термомеханических задачах механіки деформованого і рідкого тіла. Серед цивільних додатків - краш-тести, обробка металів тиском, спільні завдання динамічної міцності, руйнування, взаємодії деформівних консткуцій з рідинами і газами та ін.
http://www.lsdyna.com
http://www.feainformation.com/ - Новини та багато посилань на проблемно-орієнтовані сайти по додатках пакета
http://www.cadfem.ru/ - Сайт генерального дистриб'ютора LS-DYNA в СНД

STAR-CD

Розробник CD-adapco group, Великобританія. Розвивається з 1987р. Багатоцільовий важкий пакет для вирішення завдань механіки рідин і газів (CFD), орієнтований на промислові завдання будь-якої складності.
http://www.cd.co.uk
http://www.adapco-online.com - Підбірка матеріалів призначених для користувача конференцій, корисних порад
http://www.cfd-online.com/Forum/starcd.cgi - Форум по практичним аспектам застосування пакета
http://www.cadfem.ru/ - Сайт генерального дистриб'ютора STAR-CD в СНД

AutoSEA

Розробник VASCi (Vibro Acoustic Sciences), США. Важкий розрахунковий пакет виброакустического аналізу в області середніх і високих частот.
http://www.vasci.com
http://www.cadfem.ru/ - Сайт генерального дистриб'ютора AutoSEA в СНД

LVMFlow

професійна CAM-система комп'ютерного 3D моделювання ливарних процесів дозволяє автоматизувати робоче місце технолога - ливарника і знизити витрати часу і коштів на підготовку нових виробів.
http://www.cadinfo.net/.

За електронним САПР можна порекомендувати наступну сторінку: http://www.rodnik.ru/htmls/f_main.htm. Тут також можна завантажити документацію по цих САПР.

Категорії завдань, для вирішення яких найчастіше застосовуються САЕ (computer aided engineering) системи. Архітектура і принцип роботи стандартного САЕ-пакета, основні приклади систем: Salome, ANSYS (Swanson Analysis Systems) і MSC.Nastran, їх характеристики.

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Поява і подальший розвиток технологій високопродуктивних обчислень було викликано необхідністю виконання математичних розрахунків для різних досліджень. Незважаючи на те, що методи і алгоритми цих розрахунків не відрізняються особливою складністю, обсяг самих обчислень настільки значний, що невеликій групі дослідників практично неможливо виконати їх в прийнятні терміни і з належною якістю.

Перші інженерні пакети були створені в кінці 60-х, початку 70-х років саме для автоматизації рутинних обчислень. В англомовній літературі такі пакети позначаються абревіатурою CAE (computer aided engineering), а в Росії це поняття входить до складу САПР (системи автоматизованого проектування). Завдання, для вирішення яких найчастіше застосовуються CAE-системи, можна розділити на наступні категорії:

· Розрахунки на міцність різних деталей і вузлів (розрахунок упругопластических деформацій і напружень);

· Гідродинамічні розрахунки (розрахунок характеристик різних одно- та багатофазних течій, а також їх еволюція в часі);

· Термодинамічні розрахунки (розрахунок нагріву і охолодження деталей і вузлів);

· Розрахунок електричних, магнітних і електромагнітних полів;

· Різні комбінації попередніх типів завдань.

архітектура система принцип робота

1. Архітектура і принцип роботи стандартного CAE-пакета

В основі більшості CAE-пакетів лежить метод кінцевих елементів. Ідея цього методу полягає в заміні безперервної функції, яка описує досліджуване явище чи процес, дискретної моделлю, яка будується на базі безлічі кусково-неперервних функцій, визначених на кінцевому числі підобластей. Кожна така подобласть конечна і являє собою частину (елемент) всієї області, тому їх називають кінцевими елементами . Досліджувана геометрична область розбивається на елементи таким чином, щоб на кожному з них невідома функція апроксимувати пробної функцією. Таке розбиття називається розрахункової сіткою.

Як приклад можна розглянути сталевий циліндричний прут, один кінець якого поміщений в вогонь. Фрагмент прута, схильний до дії полум'я, активно нагрівається. Тобто, на його циліндричної поверхні діє джерело тепла. Інша частина прута нагрівається тільки за рахунок явища теплопровідності - перенесення тепла від гарячих ділянок до більш холодним. У самому грубому випадку можна розділити прут на дві частини: з джерелом тепла на циліндричній поверхні і з джерелом тепла в перетині циліндра, паралельному основи. Таким чином, одна комплексна (складна) завдання розбивається на дві більш прості.

Однак, отримані завдання все одно занадто складні для вирішення в загальному вигляді, так як їх рішення є складними експоненціальні залежності від координат і часу. Для спрощення можна розділити прут на більш дрібні фрагменти (елементи), причому в елементах поруч з поверхнею задати виділення тепла у всьому їхньому обсязі, а не тільки на кордоні (при виконанні певних умов це виправдано), а в інших елементах, через їхню малість, шукати наближене рішення у вигляді більш простої залежності (лінійної або квадратичної). В цьому випадку складна система диференціальних рівнянь для елемента зводиться до більш простої системи алгебраїчних рівнянь. При такому підході знайти рішення для кожної окремої задачі буде набагато простіше.

Складність такого підходу полягає в необхідності вирішення великої кількості таких спрощених завдань. В сучасних завданнях використовуються сітки з десятками і сотнями мільйонів елементів. Тому інженерні пакети створюються з використанням технологій паралельного програмування, щоб забезпечити необхідну обчислювальну потужність.

Створення гарної розрахункової сітки також є нетривіальне завдання. Це пов'язано з тим, що реальні деталі машин мають складну геометрію і необхідно розділити їх на такі елементи, щоб наближені рішення не сильно відрізнялися від точних. Тому, крім самих CAE-пакетів, існує велика кількість програм, які виконують лише одну важливу функцію: побудова розрахункової сітки. В англомовній літературі подібні додатки називаються mesher.

Модуль, який відповідає за рішення системи рівнянь, що відповідає сформованої сітці, називається вирішувачів (В англомовній літературі: solver). Він отримує всі вихідні дані і обробляє їх на основі реалізованих в ньому методів.

В даний час комп'ютерне моделювання за допомогою CAE-систем становить значну частку роботи в будь-якому серйозному науковому або інженерному проекті. На ринку CAE-систем присутні відомі комерційні рішення, наприклад, ANSYS, Deform, Simulia (раніше Abaqus) та інші. Вартість ліцензій цих продуктів обчислюється сотнями тисяч і мільйонами рублів, однак існують і CAE-системи, що відносяться до вільного ПЗ.

Серед вільних CAE-пакетів найбільш відомі: Salome, OpenFoam, Elmer. В якості основних мінусів цих пакетів можна відзначити неопрацьований інтерфейс і відсутність документації, особливо російською мовою. Втім, можливість їх використання на будь-якій кількості процесорів без будь-яких фінансових витрат на придбання робить Вільний CAE-системи вельми привабливими для використання в невеликих компаніях і навчальних закладах.

2. прикладиCAE-систем

Salome

Більшість CAE-пакетів є закінчені програмні комплекси, що містять в собі все, що необхідно для виконання кінцево-елементного моделювання. Salome - це платформа, що надає функції попередньої і остаточної обробки завдання ( pre-processing і post-processing), Тобто є визначення геометрії, побудови сіток, визначення «траєкторії» обчислень, візуалізацію результатів і т.д. У ній відсутні найважливіші компоненти - вирішувачі, але платформа Salome може розширюватися за рахунок сторонніх вільних або комерційних модулів.

Основне призначення платформи Salome - це створити якусь уніфіковану середу, після вивчення якої користувач зможе виконувати обробку вихідних і отриманих даних в звичній оболонці, незалежно від використовуваного решателя. Існує можливість підключити до даної оболонці вирішувачі ANSYS і інших комерційних пакетів за допомогою написання спеціальних модулів або керуючих сценаріїв, які можна писати на мовах Python або C ++.

Внутрішнім мовою платформи є Python, причому в самій платформі є вбудована консоль Python, яка може використовуватися для виконання призначених для користувача сценаріїв і автоматизації обробки безлічі типових задач (пакетної обробки).

ANSYS

Конечноелементний пакет. Фірма ANSYS, Inc. протягом 35 років є одним з лідерhttp: //www.ansys.ru/ов САЕ-ринку, розробляє і пропонує широку лінійку програмних продуктів для автоматизованого інженерного аналізу. Заснована паном Джоном Свонсон, спочатку фірма називалася Swanson Analysis Systems, і предалагает тільки універсальний кінцево-елементний комплекс ANSYS. Пізніше програма дала ім'я і самій фірмі. На сьогоднішній день фірма є лідером ринку розрахункових систем як за обсягом продажів, так і за кількістю використовуваних по всьому світу робочих місць її програмного забезпечення, і широті лінійки і застосовності програмних продуктів: ANSYS, AutoDYN, CFX, Fluent, ICEM, Maxwell. Це лише короткий список.

Лінійка продуктів ANSYS широка і забезпечує всі потреби расчётчіка на всіх етапах його роботи, починаючи з побудови або модифікації геометричній і гратчастої моделі, далі переходячи до ефективного вирішення завдання, і закінчуючи обробкою, поданням і документуванням результатів. ANSYS вирішує є інструментом для вирішення завдань міцності, теплофізики, електромагнетизму.

MSC.Nastran

Загальна характеристика. Головний продукт компанії MSC.Software - MSC.Nastran - це найкраща на ринку кінцево-елементна програмна система. У сфері, де ненадійні результати можуть обернутися мільйонами доларів додаткових витрат на розробку, MSC.Nastran ось уже понад 30 років доводить свою точність і ефективність. Постійно розвиваючись, він акумулює в собі переваги новітніх методик і алгоритмів і тому залишається провідною програмою кінцево-елементного аналізу.

MSC.Nastran забезпечує повний набір розрахунків, включаючи розрахунок напружено - деформованого стану, власних частот і форм коливань, аналіз стійкості, рішення задач теплопередачі, дослідження сталих і несталих процесів, акустичних явищ, нелінійних статичних процесів, нелінійних динамічних перехідних процесів, розрахунок критичних частот і вібрацій роторних машин, аналіз частотних характеристик при впливі випадкових навантажень, спектральний аналіз і дослідження аеропружності. Передбачена можливість моделювання практично всіх типів матеріалів, включаючи композитні та гіперпружних. Розширені функції включають технологію суперелементов (підконструкцій), модальний синтез і макромова DMAP для створення призначених для користувача додатків.

Поряд з розрахунком конструкцій MSC.Nastran може використовуватися і для оптимізації проектів. Оптимізацію можна проводити для задач статики, стійкості, сталих і несталих динамічних перехідних процесів, власних частот і форм коливань, акустики і аеропружності. І все це робиться одночасно шляхом варіації параметрів форми, розмірів і властивостей проекту. Завдяки своїй ефективності алгоритми оптимізації обробляють необмежену кількість проектних параметрів і обмежень. Вага, напруги, переміщення, власні частоти і багато інших характеристик можуть розглядатися або як цільових функцій проекту (цьому випадку їх можна мінімізувати або максимізувати), або в якості обмежень. Алгоритми аналізу чутливості дозволяють досліджувати вплив різних параметрів на поведінку цільової функції і управляти процесом пошуку оптимального рішення.

Широкі можливості функції оптимізації MSC.Nastran дозволяють використовувати його для автоматичної ідентифікації комп'ютерної розрахункової моделі і експерименту. Цільова функція визначається у вигляді мінімізації неузгодженості результатів розрахунку і експерименту, змінними параметрами вибираються найменш достовірні розрахункові параметри конструкції. Як результат оптимізації MSC.Nastran видає нову комп'ютерну модель, Яка повністю відповідає експериментальної моделі. MSC.Nastran - єдина з кінцево-елементних програм, здатна робити це автоматично.

MSC.Nastran також включає унікальну функцію оптимізації конструкції з необмеженими змінами її геометричної форми (зміна геометричної топології об'єкта) при мінімізації ваги і задоволенні граничним умовам по міцності. Ця функція дозволяє використовувати MSC.Nastran для автоматичного проектування силових схем конструкцій, коли на основі об'ємної масивної заготовки MSC.Nastran автоматично створює ажурну оптимальну конструкцію, максимально задовольняє заданим умовам.

Застосовується MSC.Nastran також і для планування експериментів (визначення місць розташування датчиків) та оцінки повноти отриманих експериментальних даних.

За допомогою MSC.Nastran вирішуються також завдання моделювання систем управління, систем терморегулювання з урахуванням їх впливу на конструкцію.

На основі можливостей автоматичного рестарту в MSC.Nastran проводяться складні багатокрокові дослідження роботи конструкції як при зміні умов навантаження, граничних умов і будь-яких інших параметрів конструкції, так і при переході від одного виду аналізу до іншого.

Основу MSC.Nastran складають відпрацьована технологія елементів і надійні чисельні методи. Програма дозволяє одночасно застосовувати в одній і тій же моделі h- і p-елементи для досягнення точності розрахунку при мінімальних комп'ютерних ресурсах. Елементи супер високого порядку апроксимації - p-елементи - добре відображають криволинейную геометрію конструкції і забезпечують високу точність при детальному розрахунку напружень. Ці елементи автоматично адаптуються до бажаного рівня точності. Чисельні методи розріджених матриць, які використовуються при будь-якому типі розрахунків, різко підвищують швидкість обчислень і мінімізують обсяг необхідної дискової пам'яті, що підвищує ефективність обробки даних.

Тісний зв'язок MSC.Nastran з MSC.Patran забезпечує повністю інтегровану середу для моделювання та аналізу результатів. Всі провідні виробники пре - і постпроцесорів, а також систем автоматизованого проектування, враховуючи безперечне лідерство MSC.Nastran на ринку кінцево-елементних програмних продуктів, передбачають прямі інтерфейси з цією системою. В результаті MSC.Nastran гнучко інтегрується в будь-яку наявну у Вас середу проектування.

MSC.Nastran працює на персональних комп'ютерах, робочих станціях і суперкомп'ютерах, передбачає можливості векторної і паралельної обробки даних на ЕОМ, які підтримують ці функції.

MSC.Nastran - це:

Ефективність вирішення великих завдань за рахунок:

· Застосування алгоритму обробки "розріджених" матриць

· Автоматичної внутрішньої перенумерации матриць для зменшення ширини стрічки

· Можливості застосування "рестарту" з метою використання вже отриманих до цього моменту результатів

· Застосування алгоритмів паралельних і векторних обчислень

Розміщено на Allbest.ru

...

подібні документи

Впровадження технології Computer-to-Plate. Освіта друкованих елементів на формних пластинах за допомогою засвічення пластин лазерним променем і хімічної обробки. Формовиводние пристрої для лазерного запису офсетних друкарських форм, їх характеристики.

реферат, доданий 21.01.2010


Для вирішення завдань теплопровідності застосовують аналітичні методи і чисельний метод. Найчастіше застосовуються: метод Фур'є, метод джерел і операторний метод. Рівняння процесу, що задовольняє диференціальних рівнянь теплопровідності та крайовим умовам.

навчальний посібник, доданий 05.02.2009


Інженерні мережі і системи. Структура систем автоматичного управління. Структура систем телемеханіки, основні функції та завдання. Принцип роботи висцинове фільтра, регулятора високого тиску прямої дії. Одоризаційних установка краплинного типу.

курсова робота, доданий 17.10.2013


Технічні характеристики і показники оформлення видання. Основні поняття про плоского офсетного друку. Різновиди її форм. Класифікація формних пластин для технології Computer-to-Plate. Вибір обладнання та контрольно-вимірювальної апаратури.

курсова робота, доданий 21.11.2014


Основні характеристики ротора компресора К398-21-1Л. Визначення власних частот і форм коливань. Модальний аналіз блоковим методом Ланцоша. Статичний розрахунок робочих коліс. Можливості розв'язання контактних задач в програмному комплексі ANSYS.

курсова робота, доданий 20.06.2014


Призначення системи водяного охолодження. Упаковка і комплектація продукції компанії. Внутрішня структура ватерблока. Історія розвитку радіаторних систем. Основні характеристики пристрою, принцип роботи, тестування. Технічне обслуговування систем.

курсова робота, доданий 13.02.2012


Основні поняття і визначення алгоритму розв'язання винахідницьких завдань (АРИЗ) як комплексної програми алгоритмічного типу, заснованої на законах розвитку технічних систем. Класифікація протиріч, логіка і структура АРИЗ. Приклад рішення задачі.

реферат, доданий 16.06.2013


Основні види економічної діяльності, в яких застосовуються інформаційні технології. Особливості технологій мобільного підприємництва. Роль і місце автоматизованих інформаційних систем в економіці. Інформаційна модель підприємства.

контрольна робота, доданий 19.03.2008


Системи витяжної вентиляції з природним спонуканням. Несправності вентиляційних систем. Схема випуску каналізації з будівлі. Схема насосної системи опалення, принципи її роботи і причини приєднання розширювального бака з обробкою магістралі.

контрольна робота, доданий 10.10.2014


Особлівість виготовлення флексографськіх Друкований форм за технологією Computer to Plate. Аналіз схеми прямого лазерного гравірування. Технологія одержаний флексографської друкованої форми при вікорістанні прямого запису зображення на формний матеріал.