CAE-СИСТЕМ в энергомашиностроении

ОБЗОР CAD/CAM/CAE-СИСТЕМ В ЭНЕРГОМАШИНОСТРОЕНИИ В.С. Беднаржевский Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, д. 46

Аннотация. Внедрение в инженерную практику методов автоматизации проектирования позволяет перейти от традиционных методов проектирования к моделированию с помощью CAD/CAM/CAE на персональных компьютерах. Сегодняшнюю

обстановку

на

рынке

программного

обеспечения

предназначенного для автоматизированного проектирования можно охарактеризовать следующим образом. Во-первых - все существующие САПР делятся на две большие группы: специализированные и универсальные. Во-вторых – как, правило, любая САПР - это комплекс программ (соответственно с многовариантной конфигурацией на вашем рабочем месте). В-третьих - САПР бывают популярные и малоизвестные. По другому можно классифицировать системы САПР как “легкие”, “средние” и “тяжелые”. Рассмотрим как зарубежные, так и отечественные CAD/CAM/CAE-системы.

Annotation. Introduction in an engineering practice of methods of automation of designing allows to pass from traditional methods of designing to modelling by means of CAD/CAM/CAE on personal computers. Today's conditions in the software market intended for the automated designing can be characterized as follows. First - all existing systems of the automated designing share on two greater groups: specialized and universal. Secondly - as, the rule, any system of the automated designing is a complex of programs (according to a multiple configuration on your workplace). Thirdly - systems of the automated designing happen popular and little-known. On another it is possible to classify systems of system of the automated designing as "lungs", "average" and "heavy". Let's consider both foreign, and domestic CAD/CAM/CAE-systems.

1

1. Зарубежные CAD-системы и их краткая характеристика AutoCAD – современное 32-разрядное Windows приложение - один из самых популярных пакетов САПР в СНГ. С помощью AutoCAD легко создавать двухмерные и трехмерные чертежи, схемы и т.п. Это универсальный пакет, который одинаково хорошо подходит как для машиностроения, так и для архитектуры. Mechanical Desktop – программа для создания и редактирования трехмерных моделей деталей с последующей генерацией двухмерного чертежа. Включает модули для создания отдельных деталей, сборок и чертежей (AutoCAD). Версия 4 также имеет встроенный модуль PowerPack. Программа AutoSketch направлена на предоставление исключительно простых в использовании средств точного двухмерного черчения для неопытных пользователей САПР, время от времени создающих простые чертежи или наброски. Actrix Technical предоставляет массу удобных интуитивных средств создания блок-схем, диаграмм, планов, эскизов, набросков, и т.д. Actrix ориентирован на людей, не имеющих большого опыта работы с чертежными пакетами. Inventor – программное обеспечение для создания трехмерных параметрических объектов. Включает в себя модули для создания и редактирования моделей отдельных деталей, сборок и двухмерных чертежей. Unigraphics – Мощная система CAD состоящая из модулей. В состав Unigraphics

(автоматизированное

UG/Gateway

–

инфраструктуру, UG/Solid

этот

модуль

связывающую

Modeling

дает

проектирование) обеспечивает все

следующие

рабочее место

остальные

возможность

входят модули

применения

модули:

UNIGRAPHICS в

самых

единую мощных

-

среду. средств

твердотельного гибридного моделирования. UG/FeaturesModeling – данный модуль позволяет

создавать

и

редактировать

типовые

геометрические

элементы.

UG/Freeform Modeling обеспечивает проектирование поверхностей сложной формы. UG/User-Defined

Features

обеспечивает

интерактивные

средства

создания

параметрических семейств тел для последующего их использования и редактирования, основываясь

на

концепции

определяемого

пользователем

типового

элемента.

UG/Drafting – этот модуль дает возможность конструктору, инженеру или чертежнику

2

получить

производственные

UG/Assembly

чертежи

–

Modeling

модуль

с

любых

создания

и

твердых

моделей.

редактирования

сборок.

UG/Advanced Assemblies – это приложение, объединяющее возможности ускоренного отображения на экране закрашенных изображений и анализа зазоров, обеспечивает также контроль загрузки данных, позволяющий фильтровать структуру сборок. UG/Advanced Assemblies позволяет управлять, использовать и анализировать цифровые модели для проведения всего процесса виртуального макетирования при создании особо сложных изделий. Cimatron – Интегрированная CAD/CAM система, предоставляющая полный набор средств для конструирования, инженерного анализа, черчения и разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Cimatron поддерживает большинство форматов файлов, передавая данные AutoCAD, Catia, Pro/E, а также с использованием форматов файлов IGES, SAT, STL и т.п. CATIA – Одна из самых мощных систем проектирования поверхностей сложной формы. Включает модули для проектирования твердотельных моделей деталей и сборок. Также позволяет подготовить процесс производства изделия, начиная от разработки

технической

документации,

заканчивая

автоматическим

или

полуавтоматическим написанием управляющих программ для станков с ЧПУ и контролем производственного процесса. Основные возможности CATIA (Computer Aided Three-dimentional Interactive Application) – это создание поверхностей по заданным

граничным

условиям

построение

поверхностей

на

определение

площади,

центра

или

основе тяжести

и

по

множеству

сегментов

форм

других

параметров

и

точек, оболочек,

поверхности,

контроль кривизны и касательных, пересечение, объединение, разрезание, зеркальное отражение, выравнивание и сглаживание поверхностей, обнаружение и устранение зазоров (разрывов) и наложений, импортирование и обработка поверхностей из других CAD - систем (через стандартные форматы обмена графическими данными IGES, VDAFS и др.) ArchiCAD – архитектурный пакет, предоставляющий удобные средства для создания пространственной модели проекта, оформления 2D чертежей, составления различных смет. Основной концепцией ArchiCAD является “Виртуальное здание”

3

(“Virtual Building”), которое позволяет хранить все результаты работы в одной трехмерной модели. Для ArchiCAD разработан целый ряд библиотек и дополнений, в том числе ArchiSite (проектирование ландшафта и топологического моделирования), ArtLantis Render (подготовка фотореалистических презентаций проектов, созданных в ArchiCAD), и т.д. Системa

твеpдотельного

пapaметpического

моделиpовaния

SolidWorks

paзpaботaнa aмеpикaнской компaнией SolidWorks Corporation. Это новaя системa констpуиpовaния сpеднего клaссa, бaзиpующaяся нa пapaметpическом геометpическом ядpе ParaSolid, создaнa специaльно для использовaния нa пеpсонaльных компьютеpaх под упpaвлением опеpaционных систем Windows 9x и Windows NT. SolidWorks дaѐт кaждому констpуктоpу возможность использовaть нa своѐм paбочем месте последние достижения CAD/CAM-технологий для paзpaботки сложных детaлей и сбоpок изделий мaшиностpоения. Пpи этом пpоектиpовaние с помощью SolidWorks является для констpуктоpa интуитивно пpостым и удобным, полностью соответствуя его пpивычным нaвыкaм и методaм paботы. Откpытaя apхитектуpa системы позволяет легко интегpиpовaть ее с ведущими гpaфическими, paсчетными и технологическими системaми. ADAMS широко используемое механическое программное обеспечение для моделирования. Позволяет пользователям изготовить опытные образцы изделий, реалистично моделируя их поведение в работе. С помощью этого программного продукта можно быстро рассмотреть различные варианты проекта и выбрать лучший, что уменьшает число дорогостоящих физических моделей, улучшает качество проекта одновременно при этом экономя время разработки. ADAMS имеет полный набор инструментов для моделирования и анализа проекта с возможностью визуализации. Гибридная

среда

твердотельного

и

поверхностного

параметрического

моделирования деталей и сборочных единиц. Модуль твердотельного моделирования CADKEY позволяет создать и визуально осмотреть высокоточные 3-х мерные модели, создать сложные конструкции изделий, рассчитать объемы, выявить наложения геометрии и переопределить части модели. Вы можете также изменить созданные в CADKEY или импортированные в него твердые тела с помощью функций изменения геометрии, таких как смещение, наклон, перемещение, разрез, вытяжка или удаление. В

4

режиме оформления чертежей можно получить как простейшие эскизы, так и профессиональные чертежи. Вы можете повысить эффективность работы с помощью функций создания маски, выбора и распределения по уровням. Широкие возможности проставления размеров и чертежных символов базируются на стандартах ANSI, ISO, DIN и JIS. Существует русифицированная версия CADKEY. I-Deas – мощная CAD/CAM/CAE система высокого уровня. Обладает всеми необходимыми инструментами моделирования деталей и сборочных единиц, создания и редактирования чертежей. Позволяет в короткое время рассмотреть множество модификаций проекта тем самым сокращая время разработки узлов и деталей и уменьшая их стоимость. Solid EdgeTM – система автоматизированного конструирования, которая предназначена для разработки сборочных узлов и геометрического моделирования отдельных

деталей.

Solid

Edge

предлагает

средства

для

параметрического

моделирования с использованием базовых операций в более широком аспекте, чем традиционные системы CAD, ориентированные на разработку отдельных деталей. Этот подход

позволяет

увеличить

производительность

и

улучшить

качество

конструирования сборочных узлов. Обычно конструкторы разрабатывают узлы, состоящие из набора деталей, которые должны работать вместе в единой сборке. Solid Edge предлагает эффективные средства для решения задач, характерных для конструирования сборочных узлов. Эти специализированные средства позволяют учитывать взаимосвязи между деталями, отслеживать структуру сборки и организовать взаимодействие разработчиков сборочного узла. Pro/Engineer – CAD система высокого уровня. Включает в себя все необходимые модули для твердотельного моделирования деталей и сборок и создания чертежной документации. Имеет встроенные возможности для проектирования сварных конструкций. TurboCAD пакет трехмерного моделирования и черчения основанный на ядре ACIS®. Кроме версии с возможностью трехмерного моделирования существует бесплатная версия для 2D черчения, снабженная всеми необходимыми функциями. Plant-4D предназначен для проектирования промышленных объектов с разветвленной сетью трубопроводов - объекты нефтяной, газовой, химической,

5

пищевой промышленности, а также металлургические промышленные комплексы, объекты

социального

назначения,

коммунального

хозяйства,

и

т.д.

Основные модули Plant-4D: CPC (управление проектом); P&ID (составление монтажно-технологических,

принципиальных,

КИПиА

и

других

схем);

PIPE (трехмерное моделирование трубопроводов и генерации на их основе трехмерных моделей чертежей); ISOGEN (генерация изометрических схем трубопроводов на основании модели, выполненной в модуле PIPE); Equip/Steel (библиотека стандартного оборудования); VR (Virtual Reality - визуализация трехмерных моделей в реальном времени); Component Builder (создание параметрических трехмерных компонентов); HVAC (проектирование систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха). CADdy – объектно-ориентированная система трехмерного моделирования, основанная на Feature - технологии (проектирование с помощью свойств объекта). Одним из главных аспектов этой системы является полная взаимосвязь между 3D и 2D проектированием, основанная на объектном представлении модели. Такая интеграция позволяет находить наилучшие решения благодаря одновременному отображению результатов проведенных изменений на всех изображениях конструкции.

6

2. Зарубежные CАМ-системы и их краткая характеристика ArtCAM Pro – программа для построения объемных рельефов по плоским рисункам или эскизам и создания управляющих программ для фрезерного станка с ЧПУ. Работает с растровыми и векторными изображениями. Рельеф создается простыми средствами работы с контурами и цветом. Широкий набор функций позволяет складывать, вычитать и сливать рельефы, формировать объем вытягиванием контуров, вращением в различных плоскостях, наносить текстуру и др. Наложение рельефов с масштабированием и вращением позволяет комбинировать новые рельефы с ранее созданными или библиотечными рельефами. После подготовки рельефа рассчитывается управляющая программа для станка с ЧПУ. Различные стратегии обработки позволяют обработать как весь рельеф, так и выделенные зоны. Специальные стратегии гравировки текста с трехмерным заострением углов позволяют получать четкие границы букв. Настраиваемый постпроцессор позволяет получить программу в кодах всех известных станков с ЧПУ. EdgeCAM

–

это

пакет

программ

и

набор

сервисных

подпрограмм,

разработанных компанией Pathtrace Ltd. Эти программы и подпрограммы позволяют в удобной форме получать ЧПУ-коды для фрезерной, токарной и электроэрозионной обработки заготовок. EdgeCAM работает с пятиосным фрезерованием для черновой и чистовой обработки, пакет моделирует выполнение двухосной, соосной и радиальной, четырехосной токарной обработки, а также двух- и четырехосную обработку заготовок на электроэрозионных станках. Multi-DNC – программа для редактирования УП для станков с ЧПУ и передачи готовой программы в стойку станка. Есть возможность управления несколькими станками (1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48, 64, 96 или 128). Программа имеет все необходимые функции для редактирования текста УП и контроля за передачей готового текста. Есть встроенная возможность визуализации процесса обработки. На сайте производителя имеется trial версия программы с ограничением по времени использования. NCWorks – обеспечивает создание управляющих программ для 3-осевых фрезерных и сверлильных станков с ЧПУ. После подключения модуля NCWorks в среду SolidWorks добавляется NC-Менеджер (дополнительная вкладка, аналогичная

7

дереву элементов в SolidWorks), включающий все необходимые функции для создания процессов механообработки в среде NCWorks. NCWorks позволяет создать любое количество установов детали. Для каждого установа можно задать собственную исходную точку, определить параметры материала заготовки, варьировать точность аппроксимации геометрии модели и т.п. NCWorks содержит библиотеку инструментов следующих типов: концевые безрадиусные фрезы; концевые радиусные фрезы; концевые фрезы со сферической заточкой; конические фрезы; сверла. Виртуальный производственный комплекс Sirius обеспечивает решение всего комплекса задач, связанных с отладкой и контролем управляющих программ (УП) для различных видов оборудования с ЧПУ. Комплекс Sirius включает следующие компоненты (модули): NC Verify - обеспечивает базирующийся на твердотельной модели контроль процесса резания, обнаруживая ошибки в программах для фрезерной, токарной и электроэрозионной обработки. Virtual Controller - мощный универсальный "обратный постпроцессор", выполняющий преобразование УП в нейтральный формат описания траектории инструмента. Machine Simulator - обнаруживает коллизии (столкновения) путем полной анимации оборудования с ЧПУ и всех его компонентов. NC to Solid - поддерживает возможности обратного инженерного проектирования за счет генерирования CAD-модели на основании траектории движения инструмента. NC Optimizer - анализирует траекторию движения инструмента и оптимизирует режимы резания. Система SURFCAM предназначена для проектирования и технологической подготовки производства деталей изделий различной степени сложности на основе NURBS-поверхностей и интегрирована с пакетом твердотельного моделирования SolidWorks. SURFCAM широко применяется в машиностроительном производстве при изготовлении технологической оснастки (мастер-модели, штампы, электроды для прожига фасонных частей пресс-формы) и в других областях, обеспечивая генерацию управляющих программ для станков с ЧПУ. С помощью SURFCAM можно выполнять следующие

виды

работ:

автоматический

расчет

режимов

обработки;

визуальный контроль качества обработки; выпуск управляющих программ для станков сЧПУ; прямое управление станком с ЧПУ; аппаратный контроль качества изделия с помощью контрольно-измерительной машины. SURFCAM представлен в модульном

8

исполнении для генерации управляющих программ для токарных, 2- и 4-координатных электроэрозионных, 2-, 3-, 4-, 5-координатных фрезерных станков. CAMWorks – приложение к SolidWorks разработанное фирмой TekSoft CAD/CAM System, Inc. Это система по механообработке, предназначенная для генерации управляющих программ для станков с ЧПУ. Это первая CAM система, в которой реализована полная ассоциативность с геометрией моделей, созданных в среде SolidWorks, что означает автоматическую перерегенерацию управляющих программ CAMWorks при изменении геометрии исходной модели в SolidWorks. CAMWorks использует интерфейс SolidWorks, что значительно облегчает изучение программы. CAMWorks оперирует несколькими типами обработки: сложная 3-координатная, автоматическая послойная (Z1) черновая обработка и автоматическая чистовая подборка, включая планировку, обработку по управляющим кривым, по спирали, радиальную и по топографическим циклам(UV-кривым). CAMWorks поставляется с редактируемыми базами данных, в которых представлены наиболее распространенные элементы,

необходимые

при

подготовке

управляющих

программ:

база данных по станкам; база данных инструмента; база данных по параметрам резания; база данных по элементам и операциям. MasterCAM

–

программное

обеспечение

для

автоматического

либо

полуавтоматического написания управляющих программ для станков с ЧПУ по готовой твердотельной модели детали, выполненной в любой системе параметрического моделирования либо в самой программе. Возможности системы: редактирование и создание 2D и 3D геометрии; все необходимые инструменты для редактирования и анализа модели; ассоциативные размеры (автоматическое изменение размерных текстов при редактировании); динамическое вращение, перемещение и зуммирование; автоматическая привязка; импорт и экспорт моделей форматов IGES, ParaSolid, SAT (ACIS solids), DXF, CADL, VDA, STL, ASCII, STEP, SolidWorks, SolidEdge, AutoCAD DWG...;визуализации процесса обработки; передача УП на станок. Пакет состоит из модулей для фрезерной, токарной и электроэррозионной обработки. NCnet Lite – бесплатное ПО для редактирования и передачи управляющих программ на станок с ЧПУ. Поддерживает одновременное управление двумя станками через порт RS-232-C. Имеет help. Очень простой и дружественный интерфейс.

9

PowerMILL – мощнaя и пpостaя в использовaнии aвтономнaя системa aвтомaтической подготовки упpaвляющих пpогpaмм для 3/4 кооpдинaтной фpезеpной обpaботки нa любом стaнке с ЧПУ изделий, спpоектиpовaнных в любой CAD-системе. Системa paзpaботaнa фиpмой DELCAM (Великобpитaния) нa бaзе модулей DUCTnc и Advanced DUCTnc системы DUCT5 специaльно для тех пpедпpиятий, котоpые специaлизиpуются

нa

выпуске

пpодукции

со

сложными

фоpмообpaзующими

повеpхностями, однaко используют пpи этом CAD/CAM системы с огpaниченными возможностями мехaнообpaботки. SOLIDCAM – продукт компании CADTECH Ltd. - мощный инструмент получения управляющих программ для станков с ЧПУ при обработке деталей, содержащих

сложную

поверхностную

или

твердотельную

геометрию.

Обеспечивает 2.5 и 3-осевую фрезерную обработку с гарантированным отсутствием "подрезов", токарную обработку тел вращения, визуализацию процесса резания с имитацией удаления материала.

10

3. Зарубежные CАЕ-системы и их краткая характеристика COSMOS/Works – конечно-элементный комплекс разработанный специально для совместного использования с системой твердотельного параметрического моделирования SolidWorks. Комплекс представляет собой открытую систему модулей, предназначенных для решения задач прочности, устойчивости, динамики конструкций, а

также

задач

оптимизации,

гидродинамики

и

магнитного

излучения.

Функциональные возможности комплекса могут быть дополнены с помощью специализированных модулей: Assemblies – расчетсложных сборок; OPTSTAR– оптимизация и анализ чувствительности; Translators – преобразование конечноэлементных

форматов;

COSMOS/HFS

Suite

Dynamic –

расчет

Designer/Motion

–

высокочастотных

моделирование

движения;

электромагнитных

полей;

COSMOS/Flow – газо- и гидродинамика; FlowPlus – газо- и гидродинамика. DesignWorks – представляет собой комплекс полностью интегрированных в SolidWorks систем инженерных расчѐтов, разработанных фирмой CADSI (США). DesignWorks

включает

в себя

три

самостоятельных

программных

продукта:

DesignWorks/Motion для кинематического анализа сборок, созданных в SolidWorks; DesignWorks/Structure для расчѐтов на прочность; DesignWorks/Thermal для тепловых расчѐтов. MSC/NASTRAN для Windows – это система инженерных расчѐтов, основанная на методе конечных элементов. Геометрические модели для MSC/NASTRAN можно как формировать с помощью внутреннего препроцессора системы, так и импортировать из любой другой CAD - системы. MSC/NASTRAN для Windows имеет прямой интерфейс с системой твѐрдотельного параметрического моделирования SolidWorks. Кроме того, система может работать с готовыми конечноэлементными моделями, которые были созданы с помощью других систем инженерных расчѐтов и затем переданы в MSC/NASTRAN. MSC/Working Model – модуль разработан фирмой MSC/Working Knowledge (отделение американской компании MSC/Software Corporation). Этот модуль служит для проведения экспресс-анализа прочностных и динамических характеристик изделия, а также решения задач оптимизации. Он представляет собой составную часть

11

комплекса,

объединяющего,

кроме

MSC/Working

Model

следующие

модули:

Working Model Motion – кинематика и динамика механизмов; Working Model Studio – анимация и фотореалистичные изображения; Working Model View–обработка и визуализация данных из CAD/CAE систем; Working Model 4D – совместное решение задач динамики механизмов и прочности. Part Adviser – это первый программный продукт из разрабатываемой MoldFlow Corporation серии программ Plastic Adviser. Part Adviser даѐт возможность быстрой проверки любой детали, получаемой с помощью литья пластмасс под давлением, на максимальное соответствие условиям производства. Система создана на основе неньютоновского

неизотермического

математического

решателя,

учитывающего

реальное поведение пластмассы при литье под давлением. Вместе с системой поставляется база данных материалов, включающая в себя более 4000 различных полимеров, используемых во всѐм мире.

12

4. Отечественные CАЕ-системы и их краткая характеристика Система APM WinMachine представляет собой комплексное программное обеспечение для расчета и автоматизированного проектирования деталей машин, механизмов, элементов конструкций и узлов. Она адресована инженерам и конструкторам, занятым разработкой нового и модернизацией существующего механического оборудования. APM WinMachine состоит из следующих подсистем: подсистема расчета зубчатых, червячных, ременных цепных передач с возможностью автоматической генерации чертежей элементов передач; подсистема расчета и проектирования соединений деталей машин и элементов конструкций, комплексный расчет всех типов резьбовых, сварных, заклепочных соединений и соединений деталей вращения; подсистема расчета, анализа и проектирования валов и осей; подсистема расчета неидеальных подшипников качения; подсистема расчета и проектирования пружин и других упругих элементов машин; подсистема расчета и проектирования кулачковых и мальтийских механизмов подсистема расчета и проектирования рычажных механизмов произвольной структуры; подсистема расчета и анализа радиальных и упорных подшипников, работающих в условиях жидкостного и полужидкостного трения; подсистема расчета неидеальных передач поступательного движения, расчет винтовых передач скольжения, шарико-винтовых и планетарных винтовых передач; подсистема расчета и проектирования плоских ферменных конструкций

методом

конечных

элементов;

деформированного состояния плоских

подсистема

деталей

расчета

методом конечных

напряженноэлементов;

подсистема расчета и проектирования балочных элементов конструкций; подсистема расчета напряженно-деформированного состояния трехмерных рамных конструкций; подсистема расчета и проектирования пластинчатых, оболочечных и стержневых конструкций, редактирования

а

также

их

стандартных

произвольных и

комбинаций;

информационных

модуль

данных,

хранения

необходимых

и для

функционирования каждой из перечисленных выше подсистем; электронный учебник “Основы проектирования машин”. Системa paсчетов зубчaтых, чеpвячных, цепных и pеменных пеpедaч GEARS. В системе GEARS pеaлизованы геометpический paсчет и paсчет нa пpочность и

13

долговечность мехaнических пеpедaч paзличных клaссов - цилиндpических зубчaтых пеpедaч внешнего и внутpеннего зaцепления, конических зубчaтых пеpедaч с пpямыми и круговыми зубьями, цилиндрических червячных передач, цепных передач с втулочно - pоликовой цепью и дp. Кроме того, системa выполняет paсчет нaлaдок нa зубообрабатывающие стaнки. Pезультaты paсчетов в GEARS могут быть использовaны в КОМПAС-SHAFT для aвтомaтического фоpмиpовaния контуpa и тaблиц пapaметpов шестеpни и колесa зубчaтой пеpедaчи. Программа СТАРТ предназначена для расчета прочности и жесткости разветвленных

пространственных

трубопроводов

различного

назначения

при

статистическом нагружении. Программа рассчитывает трубопроводы любой сложности - плоские, пространственные, разветвленные, с замкнутыми контурами, с различными конструкциями концевых и промежуточных опор, и т.д. В программе имеется нормативная база по разделам “МАТЕРИАЛЫ”, “ПРУЖИНЫ” и “ГРУНТЫ”. СТАРТ имеет сертификат соответствия ГОССТАНДАРТА РОССИИ ГОСТ P RU.9011.1.3.0013. Система проектирования зубчатых колес Intermech Gear представляет собой комплекс программных и информационных средств, обеспечивающих проектирование цилиндрических зубчатых колес внешнего и внутреннего зацепления на этапе разработки

сборочных

и

деталировочных

чертежей.

Система

предполагает

возможность проектирования следующих типов зубчатых колес, различающихся по количеству зубчатых венцов и геометрии зуба: по количеству зубчатых венцов: одновенцовые зубчатые колеса; блоки зубчатых колес без ограничения количества зубчатых колес в блоке; по геометрии зуба: прямозубые; косозубые; шевронные; зубчатые колеса со смещением; зубчатые колеса с нестандартным исходным контуром зуба. САМ ЛП "Полигон" позволяет провести отработку некоторых наиболее важных технологических параметров литейных процессов не на реальной отливке, а на ее

модели,

программно

реализованной

на

персональном

компьютере.

САМ ЛП "Полигон" предназначена для моделирования процессов затвердевания, образования усадочных раковин и макропористости, образования микропористости, развития деформаций для прогноза кристаллизационных трещин, формирования и

14

расчет любых "критериев качества" для прогноза структуры, ликваций, механических свойств и т.п.

15

5. Отечественные CАМ-системы и их краткая характеристика ГеММа-3D

– система геометрического моделирования и программирования

обработкинастанкахсЧПУ.Назначениесистемы: построение геометрических моделей деталей и агрегатов любой степени сложности; доработка математических моделей в соответствии с требованиями технологического процесса обработки конкретным инструментом

на

определенном

оборудовании

с

ЧПУ;

подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ: фрезерных (2-х, 3-х, 4-х, 5-и координатных), электроэрозионных (2-х, 3-х, 4-х координатных), сверлильных, токарных; обеспечение измерений изделий на контрольно - измерительных машинах, обработка

результатов

измерений

для

оценки

точности

изготовления.

Система ГеММа-3D обеспечивает выход на все отечественные и зарубежные системы управления станками. Наряду с готовыми постпроцессорами (FANUC, BOSH, FAGOR, CNC-1600, Sinumeric, 2C42-65, H33, 2M42 и целый ряд других), в поставку системы входит генератор постпроцессоров, позволяющий дорабатывать готовые и создавать новые постпроцессоры. ADEM CAM (технологическая часть) – подготовка управляющих программ для плоскостной и объемной (до 5Х) обработки деталей. Это семейство современных CAM систем, объединенных общим названием, единой структурой и интерфейсом. Каждая из систем, входящих в семейство Техтран, ориентирована на определенный вид обработки. Техтран – Фрезерная обработка. Система предназначена для проектирования управляющих программ 2.5-координатной обработки деталей на фрезерных, сверлильных, расточных станках с ЧПУ и ОЦ. Система состоит из графического редактора, технологического процессора и универсального встроенного постпроцессора. Техтран – Токарная обработка. Система предназначена для проектирования управляющих программ обработки деталей на токарных и карусельных станках с ЧПУ. Состоит из графического редактора,

технологического

постпроцессора.

Техтран

процессора –

и

универсального

Электроэрозионная

встроенного обработка.

Система предназначена для проектирования УП 2-4 -координатной электроэрозионной обработки деталей с вертикальной и наклонной боковой образующей поверхностью.

16

Обеспечивается программирование обработки с постоянным и переменным углом наклона

проволоки.

Универсальный

встроенный

постпроцессор

обеспечивает

подготовку УП для отечественных и зарубежных станков. САПР-ЧПУ – универсальная система автоматизированного проектирования охватывает подготовку управляющих программ для 2 и 2.5 координатной обработки для всех моделей станков с ЧПУ и обрабатывающих центров (включая токарную и фрезерную обработку, плазморезку и электроэррозию) на базе ПЭВМ PC-IBM. В САПР-ЧПУ данные о геометрии и технологии изготовления детали вводятся в ПЭВМ посредством языкового описания или интерактивного графического ввода, а также в режиме

“сквозного

проектирования”,

с

использованием

файлов-чертежей,

подготовленных системой AutoCAD”. Имеющийся макроаппарат препроцессора и библиотека макропроцедур позволяют программировать гравирование шрифтов, изготовление инструмента, зубчатых колес, а также элементы трехмерной обработки. Обеспечен графический контроль программируемой геометрии и траектории движения инструмента, трехмерное твердотельное моделирование процесса обработки детали. Многокоординатный

инвариантный

постпроцессор

САПР-ЧПУ

настраивается

технологом на информационный код комплекса “станок-система ЧПУ” с помощью паспорта (анкеты), описывающего индивидуальные характеристики конкретного комплекса. В библиотеке паспортов - 300 готовых к применению постпроцессоров. Система SprutCAM (SNC)

позволяет осуществить сквозную проработку

проекта от конструкторского этапа формирования контуров детали до получения управляющей

программы

обработки

детали

на

фрезерных,

шлифовальных,

координатно-расточных, токарных и других типов станков с ЧПУ. Система SNC работает в рамках единой информационной среды СПРУТ и может быть использована, как часть проекта комплексной автоматизации предприятия. Система SNC позволяет: описать геометрию детали любой сложности; выбирая технологические переходы из общего списка и управляя их параметрами, сформировать управляющую программу любой сложности; визуально контролировать выполнение технологических операций, просматривая совместно трехмерное изображение геометрической поверхности и перемещение инструмента; оперативно вносить изменения в ранее сделанные геометрические построения на любой стадии проектирования, без необходимости

17

переопределения ранее определенных операций; оперативно вносить изменения в технологические переходы на любой стадии без необходимости переопределения всех последующих операций; скомпоновать из подготовленных технологических переходов необходимое

количество

отдельных

управляющих

программ;

моделировать обработку детали по готовой УП в виде твердотельной геометрической модели

с

использовать

учетом ранее

формы

созданные

и

геометрические

размеров модели,

инструмента;

импортируя

их

из

конструкторских и технологических систем автоматизированного проектирования; структурировать и систематизировать собственные разработки, организовывая архивы проектов

с

возможностью

их

последующей

загрузки

и

редактирования.

Система обладает гибкостью и может быть настроена под специфику конкретного предприятия и конкретного рабочего места. Для этого предусмотрены следующие возможности: подключение собственной библиотеки геометрических построений; подключение

специализированной

библиотеки

технологических

операций

по

спецификации заказчика; настройка на любые типы систем ЧПУ средствами Инвариантного постпроцессора.

18

6. Отечественные CAD-системы и их характеристика В

основном

в

отечественном

энергомашиностроении

«русифицированный» AutoCAD различных версий.

19

используется

7.

Последние

тенденции

выбора

CAD/CAM/CAE-систем

в

энергомашиностроении на примере Энергомашкорпорации и наиболее часто используемые CAD/CAM/CAE-системы Энергомашкорпорация (www.energomash.ru) объявила тендер по выбору системы САПР для 19 предприятий на 600 рабочих мест. Первоначально принять участие в тендере выразили желание четыре компании: Unigraphics Solitions, IBM, PTC, Matra Datavision. Внимательно изучив тендерные задания, PTC и Matra Datavision сняли свои заявки. Корпорация IBM выставила свой программный продукт CATIA, а Unigraphics Solitions – программу Unigraphics. В качестве оборудования использовались рабочие станции IBM 43Р140 и НР С-180. Технические тендерные экспертизы проводились в два этапа на заводе «Белэнергомаш» (Белгород), производящем котлы, утилизаторы и прочее крупногабаритное оборудование, и на заводе турбинных лопаток (СанктПетербург). Первый этап включал в себя построение трехмерной твердотельной модели парового котла, проектирование технологической оснастки, механообработку на станке с ЧПУ, расчет узлов на прочность, анализ технологических процессов литья – всего 19 заданий. Второй этап состоял из пяти задач, в том числе построение трехмерной модели сложной лопатки с внутренней полостью охлаждения, проектирование прессформы этой лопатки и т.д. Время, отводимое на задание, было строго ограничено, и поэтому основным критерием стал процент выполнения работ. Итоги подводили ведущие технические специалисты корпорации. Процентное соотношение на всех этапах выглядело так: в Белгороде Unigraphics – 93%, IBM – 68%; в Санкт-Петербурге Unigraphics – 96,34%, IBM – 81,98%. В результате Unigraphics одержал убедительную победу. Интересно, что организаторами тендера неоднократно подчеркивался профессиональный состав команды Unigraphics, сформированной полностью из российских специалистов. Проект, который собирается осуществить Энергомашкорпорация, значителен даже в мировом масштабе. Достаточно вспомнить, что известная американская компания Bell Helicopter подписала контракт на 2,8 млн долл. о поставке 112 лицензий

20

Unigraphics, а самый крупный контракт в истории рынка САПР на поставку 10 тысяч лицензий системы CAD/CAM/CAE Unigraphics заключен с автомобильным концерном General Motors. Ситуация интересна еще и тем, что заказчик приобретает данные рабочие места под грандиозный контракт поставки электростанций для Китая, оцененный в 1,5 млрд долл. Фирмы DASSAULT SYSTEMES и IBM являются совместными разработчиками и распространителями системы автоматизированного проектирования CATIA. CATIA разработана Dassault Systemes. CATIA – универсальная система автоматизированного проектирования,

испытания

и

изготовления,

используемая

на

предприятиях

машиностроения во всем мире. Применение: автоматизированное проектирование, подготовка производства, реинжиниринг. CATIА/CADAM Solutions – это полностью интегрированная

универсальная

CAD/CAM/CAE

система

высокого

уровня,

позволяющая обеспечить параллельное проведение конструкторско-производственного цикла (http://www.ibm.ru). UNIGRAPHICS – система CAD/CAM/CAE высокого уровня для полного цикла проектирование–производство

в

аэрокосмической,

автомобильной,

высокотехнологической, машиностроительной и медицинской промышленностях, она обладает средствами так называемого "гибридного моделирования", которое позволяет выбирать правильные средства для разработки. Здесь присутствует полностью ассоциативная база данных мастер–модели, механообработка деталей сложных форм. Разработчик Unigraphics–Solutions Inc., USA (http://www.ugsolutions.ru/). В ряду систем, предназначенных для решения задач моделирования физических объектов с применением анализа методом конечных элементов, выделяются NASTRAN – разработчик MSC, ANSYS – разработчик ANSYS, NISA – разработчик EMRC. Надо отметить, что все вышеназванные программы стали за рубежом (де-факто) стандартом при разработках серьезных конструкций, т.е. проект, «пропущенный» через одну из этих систем, считается надежно рассчитанным и оптимизированным. Кроме того, данные производители стремятся расширить свои системы до уровня универсальных. Pro/ENGINEER – разработчик Parametric technologi (PTC) (http://www.ptc.com), система декларируется как платформо-независимая. Euclid - разработчик Euclid Matra Datavision

(http://www.matra-datavision.com).

21

I-DEAS

–

разработчик

SDRC

(http://www.sdrc.com). CADMATIC – разработчик Macrovision. SolidEdge – разработчик Intergraph. Универсальные системы предназначены для комплексной автоматизации процессов проектирования, анализа и производства продукции. В зависимости от функциональных возможностей, получаемых пользователем сразу после приобретения продукта, их можно поделить на малые, средние и полномасштабные системы. По платформам больше тяготеют к Intel PC и часто служат программно-графическим ядром для сторонних разработчиков специализированных САПР. Следовательно, для решения конкретной задачи часто надо искать поставщика САПР, отличного от основного, что отрицательно сказывается на комплексности решения, надежности результатов и вообще не удобно. Однако эти продукты популярны из-за относительной доступности платформы Intel PC – AutoCAD, TopCAD, CADdy, MicroStation, КОМПАС. Особо следует выделить пакет машинной графики AutoCAD фирмы «Autodesk», с помощью которого можно создавать чертежи в соответствии с требованиями ЕСКД. В КОМПАС-График 5.9 (АО "Аскон") присутствует параметрический чертежноконструкторский

редактор,

ориентированный

на

выпуск

конструкторско-

технологической документации. Одной из самых сильных сторон КОМПАС-График является полная поддержка ЕСКД, он имеет ряд дополнительных библиотек, в том числе систему проектирования спецификаций, машиностроительную библиотеку, библиотеку проектирования тел вращения и т.д. Компас-3D

(АО

«Аскон»)

имеет

систему

трехмерного

твердотельного

моделирования. Область применения КОМПАС-3D: моделирование деталей с целью расчета их геометрических и массо-центровочных характеристик, моделирование деталей для передачи геометрии в расчетные пакеты, моделирование деталей для передачи геометрии в пакеты для оборудования с ЧПУ, создание изометрических изображений деталей. T-Flex (фирма «Топ Системы») включает комплекс программных средств для автоматизации подготовки производства и предназначен для решения следующих задач: управление проектами и техническим документооборотом; создание трехмерной модели изделия; создание конструкторской документации на изделие; создание

22

технологической документации на изделие; всесторонний анализ изделия (расчеты на прочность, динамический анализ и т.д.); создание технологической оснастки для изготовления изделия; изготовление изделия. bCAD – интегрированный пакет для двумерного черчения, объемного моделирования

и

реалистичной

визуализации,

предназначен

для

инженеров,

архитекторов и дизайнеров. Возможен экспорт и импорт чертежей и объемных моделей в форматах AutoCAD и 3D Studio. CadMECH Desktop (НПП «Интермех») – это комплексная система 2-мерного и 3-мерного проектирования деталей и сборочных единиц. CADMECH DESKTOP включает: систему CADMECH для генерации двух- и трехмерных деталей и сборочных единиц в среде MECHANICAL DESKTOP; систему AVS для выпуска текстовых конструкторских документов и т.д. CADDS 5 предназначен для автоматизации процессов проектирования и технологической подготовки производства изделий машиностроения и объектов других отраслей промышленности. Система включает в себя более 85 отдельных программных продуктов, функционально охватывающих эскизное и рабочее проектирование, синтез геометрических моделей, инженерный анализ, разработку чертежно-конструкторской документации и подготовку производства. Продукты, входящие в CADDS 5, обеспечивают функциональную гибкость в применении к конкретным особенностям как предприятий, так и проектируемой и производимой ими продукции. ADEM – универсальная система. В отличие от большинства тяжелых систем ADEM требует объемного моделирования именно тогда, когда это действительно необходимо. Для проектирования и изготовления изделий сложной формы ADEM поддерживает 3-мерное моделирование и объемную обработку. Плоскостное и объемное моделирование имеет прямой выход в модуль проектирования механической обработки.

Система

дает

возможность

создания

сложных

изделий

наиболее

подходящим методом на каждой стадии: твердотельное моделирование, поверхностное моделирование, плоское моделирование. Математические пакеты являются составной частью мира CAE-систем, но эта часть является далеко не второстепенной, так как некоторые задачи вообще невозможно решить без помощи компьютера. Современные математические пакеты

23

можно использовать и как обычный калькулятор, и как генератор графики или даже звука, они стали стандартными средствами взаимодействия с Web и генерации HTMLстраниц. Патриархом математических пакетов можно назвать Derive. Это была DOSпрограмма с набором функций, реализующих численные методы и построения графики. Сделать что-либо серьезное в этом пакете не представлялось возможным. Существовали, конечно, и другие программы, например, Eureka, но все их можно отнести к классу "числогрызов", т.е. программ, которые решают задачи с помощью численных методов. На смену численным методам пришли символьные методы вычислений. Что такое символьные методы? Это самые точные алгоритмы вычислений, потому что решение задачи производится в аналитическом виде. Несмотря на то, что в этой области компьютерного софта нет такого разнообразия, как, скажем, среди графических пакетов, все же за видимой ограниченностью

рынка

математических

программ

скрываются

их

поистине

безграничные возможности. Как правило, CAE-системы охватывают практически все области математики. Сейчас все современные CAE-программы имеют встроенные функции символьных вычислений. Приведем наиболее известные программы этого класса: MatLab, MathCad, Mathematica, Maple V. MatLab v.5 – система изначально была предназначена для численных вычислений. С течением времени количество возможностей MatLab существенно возросло, появились библиотеки, которые реализуют уникальные для математических пакетов функции. Например, широко известная библиотека Simulink, реализуя принцип визуального программирования, позволяет? не написав ни строчки кода, построить функциональную схему системы управления из стандартных блоков (усилитель, сумматор, интегратор и т.д.) и проанализировать ее работу. MatLab отличается высокой скоростью численных вычислений. Из недостатков следует отметить невысокую интегрированность среды, не совсем удачный Help и специфический редактор кода MatLab-программ. Mathematica 3.0 – одна из самых мощных систем. Она обладает исключительно большой функциональной избыточностью (есть даже возможность синтезирования звука). Большой выигрыш Mathematic'е дает высокая скорость численных вычислений.

24

К недостаткам следует отнести необычный язык программирования, который компенсируется достаточно подробной системой помощи (фирма-производитель – Wolfram Research). MathCad v.8.0 – весьма своеобразная САE-программа. Давно завоевал популярность как непревзойденный редактор математических текстов. В MathCad нет как такового языка программирования. Вычисления осуществляются на уровне визуальной записи выражений в общеупотребительной математической форме. "Движок" символьных вычислений заимствован из Maple. MathCad хорош для небольшого объема вычислений, он предоставляет широкие возможности для оформления работы в привычном виде. Возможность импорта/экспорта данных, интеграция с Internet, позволяет работать с электронными таблицами Excel внутри MathCad-документа (фирма-производитель – MathSoft Inc.). Maple V – это, пожалуй, самая удачно сбалансированная система, бесспорный лидер по символьным вычислениям. Оригинальный символьный «движок» сочетается с легко запоминающимся структурным языком программирования. Maple V легко может быть использован и для небольших задач, и для серьезных проектов. Большой "плюс" Maple V – высокая интеграция среды, отличный Help. К недостаткам следует отнести иногда необоснованную «задумчивость» системы. Существуют следующие версии программы: Maple V Release 3, Maple V Release 4, Maple V Release 5 (фирмапроизводитель – Waterloo Maple Inc.).

25

Заключение

Системы автоматизированного проектирования занимают исключительное положение среди компьютерных приложений – это индустриальные технологии, непосредственно направленные в сферу самых важных областей материального производства. Сейчас можно с уверенностью сказать, что уровень развития и стратегический потенциал нации определяются не количеством запасов золота или нефти, а гораздо в большей степени тем, сколько она имеет рабочих мест компьютерного

проектирования

соответствующими

методами.

и

сколько

Уровень

инженеров развития

творчески

владеют

CAD/CAM/CAE-систем

непосредственно сказывается на благосостоянии каждого члена социума, в отличие, например, от степени развитости мультимедийных технологий, что тоже важно, но все же менее существенно. Нужно принять как непреложный факт, что сегодня уже невозможно без компьютерной автоматизации производить современную технику, ставшую чрезвычайно сложной и требующей исключительной точности при изготовлении.

26