Лекция 2. Стадии создания сапр, подсистем и компонентов сапр

Основные функции CAD-систем. Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относят черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D – получение трехмерных геометрических моделей, метрические расчеты, реалистичную визуализацию, взаимное преобразование 2D и 3D моделей.

Трехмерные модели представляют в виде описания поверхностей, ограничивающих деталь, или указанием элементов пространства, занимаемых телом детали. Модели поверхностей сложной формы получают с помощью разновидностей кинематического метода, к которым относят вытягивание заданного плоского контура по нормали к его плоскости, протягивание контура вдоль произвольной пространственной кривой, вращение контура вокруг заданной оси, натягивание поверхности между несколькими заданными сечениями. В случае построения скульптурных поверхностей, проходящих через заданные точки пространства, применяют модели в форме Безье, а при требованиях высокой гладкости поверхности – модели в форме B-сплайнов. Синтез моделей сборок выполняют применением операций позиционирования и теоретико-множественных операций пересечения, объединения, вычитания к библиотечным элементам и вновь созданным моделям комплектующих деталей. В ряде систем предусмотрено также выполнение операций компоновки и размещения оборудования, проведения соединительных трасс и т.п.

К важным характеристикам CAD-систем относятся параметризация и ассоциативность. Параметризация подразумевает использование геометрических моделей в параметрической форме, т.е. при представлении части или всех параметров объекта не константами, а переменными. Параметрическая модель, находящаяся в базе данных, легко адаптируется к разным конкретным реализациям и потому может использоваться во многих конкретных проектах. При этом появляется возможность включения параметрической модели детали в модель сборочного узла с автоматическим определением размеров детали, диктуемых пространственными ограничениями. Эти ограничения в виде математических зависимостей между частью параметров сборки отражают ассоциативность моделей.

Корректные синтез и редактирование 3D твердотельных моделей изделий возможны с помощью нескольких методов.

Наиболее очевидный метод – задание проектировщиком изделия ограничений и условий, накладываемых на параметры модели и отражающих требования непересечения тел, соосности отверстий, компланарности, перпендикулярности и т.п.

В большинстве современных MCAD используется метод, основанный на использовании дерева построения модели. Деревом построения называют историю моделирования сборки, другими словами, последовательность операций создания модели, упорядоченную по времени их совершения. Согласно этому методу внесение изменений в ту или иную часть модели подразумевает переход в ту вершину дерева, которая соответствует изменяемой части, и после внесения изменений повторное выполнение всех последующих операций синтеза.

Третий способ - синхронное моделирование, основанное на автоматическом определении, благодаря применению экспертных систем, тех ограничений, которые в первом методе задаются пользователем. В результате упрощается работа конструктора, не требуются затраты времени на перестроение дерева модели.

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения:

- техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные уст­ройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);

- математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для вы­полнения проектирования;

- программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

- информационное (ИО), состоящее из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД), а также других данных, используемых при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД носит название банка данных (БнД);

- лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, язы­ками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

- методическое (МетО), включающее различные методики проектирования, иногда к МетО от­носят также математическое обеспечение;

- организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкци­ями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

Разновидности САПР. Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например, по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы — ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР.

1. САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностро­ительными САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами.

2. САПР для радиоэлектроники. Их названия — ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы.

3. САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число более специализированных САПР, или выделяемых в ука­занных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких си­стем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР элек­трических машин и т.п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные ас­пекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются CAE/CAD/CAM системы:

1. САПР функционального проектирования, иначе САПР-Ф или CAE (Computer Aided Enginee­ring) системы.

2. конструкторские САПР общего машиностроения — САПР-К, часто называемые просто CAD системами;

3. технологические САПР общего машиностроения — САПР-Т, иначе называемые автоматизи­рованными системами технологической подготовки производства АСТПП или системами CAМ (Computer Aided Manufacturing).

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, на­пример, комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных эле­ментов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными ар­хитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР.

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Поэтому к этой груп­пе систем относится большинство графических ядер САПР в области машиностроения.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматиче­ского управления и т.п. Часто такие САПР относятся к системам CAE. Примерами могут служить про­граммы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машино­строении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования ком­понентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализиро­ванные системные среды.

Литература 2 осн. [34-50], 2 доп. [18-29]

Контрольные вопросы

1. Каково главное преимущество использования средств CAE в процессе разра­ботки?

2. Что относят к функциям 2D и 3D проектирования?

3. Что подразумевается под параметризацией и ассоциативностью?

4. Какой метод построения моделей используется в большинстве современных МСАD?

5. Какие виды обеспечения САПР Вам известны?

6. Какие разновидности СПР различают по характеру базовой модели?