Системы автоматизированного проектирования и конструирования

Принято выделять в САПР машиностроительных отраслей промышленности системы функционального, конструкторского и технологического проектирования. Первые из них называют системами расчетов и инженерного анализа или системами САЕ. (Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проектирования называют системами САD (Computer Aided Design). Проектирование технологических процессов составляет часть технологической подготовки производства и выполняется в системах САМ (Computer Aided Manufacturing). Функции координации работы систем САЕ/САВ/САМ, управления проектным данными и проектированием возложены на систему управления проектными данными РОМ (Product Data Management).

К числу мировых лидеров в области САD/САМ/САЕ-систем верхнего уровня относятся системы Unigraphics (компания ЕDS), Pro/Engineer (РТС). Продолжают использоваться также системы I-DEAS (ЕDS, САDDS5 (РТС) и EUCLID3 (Matra Datavision). Система Unigraphics - универсальная система геометрического моделирования и конструкторско-технологического проектирования, в том числе разработки больших сборок, прочностных расчетов и подготовки конструкторской документации. Система многомодульная. В конструкторской части (подсистема САD) имеются средства для твердотельного конструирования, геометрического моделирования на основе сплайновых моделей поверхностей, создания чертежей по 3D-модели, проектирования сборок (в том числе с сотнями и тысячами компонентов) с учетом ассоциативности, анализа допусков и др. В технологической части (подсистема САM) предусмотрены разработка управляющих программ для токарной и электроэрозионной обработки, синтез и анализ траекторий инструмента при фрезерной трех- и пятикоординатной обработке, при проектировании пресс-форм, штампов и др. Для инженерного анализа (подсистема САЕ) в систему включены модули прочностного анализа с использованием МКЭ с соответствующими пре- и постпроцессорами, кинематического и динамического анализа механизмов с определением сил, скоростей и ускорений, анализа литьевых процессов пластических масс.

Аналогичные возможности реализованы и в других "тяжелых" САПР.

Значительно дешевле обходится приобретение САПР среднего уровня. В России получили распространение системы компаний Autodesk, Solid Works Corporation, Beantly, Топ Системы, Аскон, Интермех, Bee-Pitron и некоторых других. Все эти системы, как правило, имеют подсистемы конструкторско-чертежную 2D твердотельного 3D-моделирования, технологического проектирования, управления проектными данными, ряд подсистем инженерного анализа и расчета отдельных видов машиностроительных изделий, а также библиотеки типовых конструктивных решений.

Широкое распространение в России и за рубежом получило программное обеспечение машиностроительных САПР компании Autodesk. Линия современных программных систем конструкторского проектирования фирмы Autodesk включает ряд систем, среди которых наиболее развитыми следует считать системы AutoCAD Mechanical Desktop и Inventor.

Система Mechanical Desktop (MDT) предназначена для параметрического 3D-моделирования, ассоциативного конструирования, распределенного проектирования в сети Internet, оформления 2D-документации. Построена на графическом ядре ACIS. Имеется управляющая программа САD-менеджер со средствами настройки, конфигурирования и управления рабочими группами.

Система Inventor предназначена для твердотельного параметрического проектирования, ориентирована на разработку больших сборок с сотнями и тысячами деталей, имеет развитую библиотеку стандартных элементов. В основе системы также лежит графическое ядро ACIS. Построение 3D-моделей возможно выдавливанием, вращением, по сечениям, по траекториям. Из 3D-модели можно получить 2D-чертежи и спецификации материалов. Поддерживается коллективная работа над проектом, в том числе в пределах одной и той же сборки. Предусмотрена автоматическая проверка кинематики, размеров детали с учетом положения соседних деталей в сборке. Значительные удобства работы конструкторов обусловлены тем, что ассоциативные связи задаются не путем описания операций с параметрами и уравнений, а непосредственно определением формы и положения компонентов.

В число продуктов Autodesk входит ряд других программ автоматизированного проектирования, в том числе Autodesk Data Exchange - набор конверторов для взаимного преобразования данных из форматов DXF и SAT (формат ядра ACIS) в такие форматы, как SТЕР, IGES, VDA-FS.

Ряд продуктов, интегрированных с программами проектирования компании Autodesk, создан компаниями, входящими в ассоциацию Mechanical Applications Initiative производителей прикладного ПО. Среди них следует отметить программу Dynamic Designer Motion (компания Mechanical Dynamics), предназначенную для расчетов динамики и кинематики механизмов (в том числе трехмерных). Элементами являются модели шарниров, пружин, сухого трения, ударных нагрузок. Программа Dynamic Designer Motion имеет связи с группой программ конечно-элементного анализа Соsmos. Например, программу Cosmos/DesignSTAR можно использовать как автономно, так и в связке с программами Inventor и Solid Edge, а программу Cosmos/Works - с программой Solid Works. С помощью этих программ проводят анализ деформированного состояния деталей, стационарных и нестационарных тепловых процессов, динамики жидкостей и газов, низкочастотных электромагнитных полей, определяют собственные частоты колебания конструкций.

Система твердотельного параметрического моделирования механических конструкции Solid Works (компания Solid Works Corporation) построена на графическом ядре Parasolid, разработанном в Unigraphics Solution. Синтез конструкции начинается с построения опорного тела с помощью операций типа выдавливания, протягивания или вращения контура с последующим добавлением и (или) вычитанием тех или иных тел. Используется технология граничного моделирования (В-representation) с аналитическим или сплайновым описанием поверхностей. При проектировании сборок на основе БЭФ можно задавать различные условия взаимного расположения деталей, автоматически контролировать зазоры и отсутствие взаимопересечения деталей. Предусмотрены IGES, DFX,DWG-интерфейсы с другими системами.

Среди САПР среднего уровня, наряду с продуктами зарубежных фирм, неплохо зарекомендовали себя системы отечественных разработчиков - это прежде всего системы Компас (компания Аскон) и Т-Flex САD (Топ Системы).

В системе Компас для трехмерного твердотельного моделирования используется оригинальное графическое ядро. Синтез конструкций выполняется с помощью булевых операций над объемными примитивами, модели деталей формируются путем выдавливания или вращения контуров, построением по заданным сечениям. Возможно задание зависимостей между параметрами конструкции, расчет масс-инерционных характеристик. Разработка проектно-конструкторской документации, в том числе различных спецификаций, выполняется подсистемой Компас-График. Имеются библиотеки с данными о типовых деталях и графическими изображениями, а также программы специального назначения (проектирование тел вращения, пружин, металлоконструкций, трубопроводной арматуры, штамповой оснастки, выбора подшипников качения, раскроя листового материала и др.). Проектирование технологических процессов выполняется с помощью подсистемы Компас-Автопроект, программирование объемной обработки на станках с ЧПУ - с помощью подсистемы ГЕММА-3D). Ряд необходимых функций управления проектными данными возложено на подсистему Компас-Менеджер.

Подсистема трехмерного твердотельного моделирования Т-F1ех САD 3D) в САПР -F1ех САD построена на базе ядра Parasolid. Реализована двунаправленная ассоциативность, т. е. изменение параметров чертежа автоматически вызывает изменение параметров модели и наоборот. При проектировании сборок изменение размеров или положения одной детали ведет к корректировке положения других. Модель 3D может быть получена непосредственно по имеющемуся чертежу, или с помощью булевых операций, или путем выталкивания, протягивания, вращения профиля, лофтинга и т. п. Предусмотрен расчет масс-инерционных параметров. В то же время можно по видам и разрезам трехмерной модели получить чертеж, для чего используется подсистема Т-F1ех CAD 3D SЕ. Для параметрического проектирования и оформления конструкторско-технологической документации служит подсистема Т-F1ех САD 2D, для управления проектами и документооборотом - подсистема Т-F1ех DОСs. В подсистеме технологического проектирования Т-F1ех/ТехноПро выполняются синтез технологических процессов, расчет технологических размеров, выбор режущего и вспомогательного инструмента, формирование технологической документации, в том числе операционных и маршрутных технологических карт, ведомостей оснастки и материалов, карт контроля. Подготовка программ для станков с ЧПУ осуществляется в подсистеме Т-F1ех ЧПУ. Кроме названных основных подсистем в состав Т-F1ех САD включен ряд программ для инженерных расчетов деталей, проектирования штампов и пресс-форм.

В САПР Cadmech 2000 белорусской компании Интермех входят программы АVS для выпуска конструкторской документации, Techcard для технологической подготовки производства, LСАD для планирования производственных цехов и участков и др. Для собcтвенно конструкторского ЗD-проектирования Интермех использует программы компании Autodesk.

Разработкой продуктов для САПР литейного производства занимается компания Moldflow, ее программы Part Adviser и Mold Adviser предназначены для моделирования процессов литья пластмасс.

Важное место в конструкторско-технологических САПР занимают программы технологической подготовки производства.

Компания Consistent Software предлагает систему TechnologiCS для технологической подготовки дискретного производства. Эта система выполняет функции составления спецификаций, ведения дерева проекта и библиотеки чертежей, синтеза технологических процессов, выбора инструмента, расчета режимов резания, нормирования расхода материалов, ведения технологической документации. Система SolidCAM (CADTech), построенная, как и Mechanical Desktop, на ядре АСIS, служит для получения управляющих программ для токарной, 2,5- и 3-осевой фрезерной обработки на станках с ЧПУ. Система ТЕХТРАН (НИЛ "Информатика") включает модули токарной, фрезерной, электроэрозионной обработки.