Компоненти САПР (стр. 1 из 3)

Компоненти САПР

(реферат)

1. Огляд

Сучасні підприємства не зможуть вижити у всесвітній конкуренції, якщо не будуть випускати нові продукти кращої якості (quality, Q), більш низької вартості (cost, С) і за менший час (delivery, D). Тому вони бажають використовувати великі можливості пам’яті комп’ютерів, їх високу швидкодію і можливості зручного графічного інтерфейсу для того, щоб автоматизувати і зв’язати одну з одною задачі проектування і виробництва, які раніше були стомлюючими і зовсім не пов’язані одна з одною. Таким чином зменшується час і вартість розробки і випуску продукту. Для цієї мети використовуються технології автоматизованого проектування (computer-aided design — CAD), автоматизованого виробництва (computer-aided manufacturing — САМ) і автоматизованої розробки або конструювання (computer-aided engineering — САЕ). Щоб зрозуміти значення систем CAD/CAM/CAE (всі ці системи разом називаються системами автоматизованого проектування), необхідно вивчити різні задачі і операції, які приходиться вирішувати і виконувати в процесі розробки і виробництва продукту. Всі ці задачі, взяті разом, називаються життєвим циклом продукту (product cycle). Приклад життєвого циклу продукту, описаного Зейдом, з незначними вдосконаленнями приведено на рис. 1.

Рис. 1. Життєвий цикл продукту

Прямокутники, нарисовані суцільними лініями, представляють два головних процеси, які складають життєвий цикл продукту: процес розробки і процес виробництва.

Процес розробки починається з запитів споживачів, які обслуговуються відділом маркетингу, і закінчується повним описом продукту (виконується в формі рисунка). Процес виробництва починається з технічних вимог і закінчується поставкою готових виробів.

Операції, що відносяться до процесу розробки, можна поділити на аналітичні і синтетичні.

Як слідує з рис. 1; первинні операції розробки, такі як визначення необхідності розробки, формулювання технічних вимог, аналіз здійсненності і збір важливої інформації, а також концептуалізація розробки, відноситься до підпроцесу синтезу. Результатом підпроцесу синтезу являється концептуальний проект запропонованого продукту в формі ескізу або топологічного креслення, який відображає зв’язки різних компонентів продукту. В цій частині циклу виконуються основні фінансові вклади, що необхідні для реалізації ідеї продукту, а також визначається його функціональність. Велика частина інформації, яка породжується і обробляється в рамках підпроцесу синтезу, являється якісною, а відповідно, незручною для комп’ютерної обробки.

Готовий концептуальний проект аналізується і оптимізується — це вже підпроцес аналізу. Перед усім створюється аналітична модель, так як аналізується модель, а не сам проект. Аналітична модель виходить, якщо з проекту знищити маловажливі деталі. Якість результатів, які можуть бути отримані в результаті аналізу, безпосередньо пов’язано з якістю вибраної аналітичної моделі, якою вона обмежується.

Після завершення проектування і вибору оптимальних параметрів починається етап оцінки проекту. Для цієї мети можуть виготовлюватися прототипи. В конструюванні прототипів все більшу популярність набуває нова технологія, яка називається швидким прототипіюванням (rapid prototyping). Ця технологія дозволяє конструювати прототип знизу вверх, тобто безпосередньо з проекту, так як фактично вимагає лише тільки дані про поперечний переріз конструкції. Якщо оцінка проекту на основі прототипу показує, що проект незадовольняє вимогам, тоді процес розробки повторюється спочатку.

Якщо результат оцінки проекту задовольняє вимогам, починається підготовка проектної документації. До неї відносяться креслення, звіти і списки матеріалів. Креслення копіюються, а копії передаються на виробництво.

Як видно з рис. 1, процес виробництва починається з планування, яке виконується на основі отриманих на етапі проектування креслень, а закінчується готовим продуктом. Технологічна підготовка виробництва — це операція, яка встановлює список технологічних процесів по виготовленню продукту і така, що задає їх параметри. Одночасно вибирається обладнання, на якому будуть вироблятися технологічні операції, наприклад, такі як отримання деталі необхідної форми з заготовки. В результаті підготовки виробництва складається план випуску, списки матеріалів і програм для обладнання. На цьому ж етапі обробляються інші специфічні вимоги, наприклад, можуть розглядатися конструкції зажимів і кріплень. Підготовка займає в процесі виробництва приблизно таке ж місце, як підпроцес синтезу в процесі проектування, вимагаючи значного людського досвіду і прийняття якісних рішень. Така характеристика має складність комп’ютеризації даного етапу. Після завершення технологічної підготовки починається випуск готового продукту і його перевірка на відповідність вимог. Деталі, що успішно пройшли контроль якості, збираються разом, проходять тестування функціональності, упаковуються, маркіруються і відправляються замовникам.

В даному випадку був описаний типовий життєвий цикл продукту. Тепер розглянемо, яким чином на етапах цього циклу можуть бути застосовані технології CAD, САМ і САЕ. Комп’ютери не можуть широко застосовуватися в підпроцесі синтезу, так як вони не володіють здатністю добре обробляти якісну інформацію. Однак навіть на цьому етапі розробник може, наприклад, за допомогою комерційних баз даних успішно зібрати важливу для аналізу здійсненності інформацію, а також користуватися даними із каталогів.

На етапі інтелектуального вибору комп’ютер може зробити свій вклад, забезпечуючи ефективність створення різних концептуальних проектів. Корисними можуть бути засоби параметричного і геометричного моделювання, а також макропрограми в системах автоматизованої розробки креслень (computer-aided drafting). Все це типові приклади систем CAD. Система геометричного моделювання (geometric modeling system) — це трьохмірний еквівалент системи автоматизованої розробки креслень, тобто програмний пакет, який працює з трьохмірними, а не з плоскими об’єктами.

Програмних пакетів для аналізу напружень, контролю зіткнень і кінематичного аналізу є дуже багато. Ці програмні пакети відносяться до засобів автоматизованого конструювання (САЕ). Головна проблема, яка пов’язана з їх використанням, полягає в необхідності формування аналітичної моделі. Проблеми не було б зовсім якщо б аналітична модель автоматично виводилась з концептуального проекту. Аналітична модель не ідентична концептуальному проекту — вона виводиться з нього шляхом виключення несуттєвих деталей і редукції розмірностей. Необхідний рівень абстракції залежить від типу аналізу і бажаної точності рішення. Тому, автоматизувати процес абстрагування достатньо складно, тому аналітичну модель часто створюють окремо. Звичайно абстрактна модель проекту створюється в системі розробки робочих креслень або в системі геометричного моделювання, а іноді за допомогою вбудованих засобів аналітичного пакета. Аналітичні пакети вимагають, щоб структура була представлена у вигляді об’єднання зв’язаних сіток, що розділяють об’єкт на окремі ділянки, зручні для комп’ютерної обробки. Якщо аналітичний пакет може генерувати сітку автоматично, людині залишається задати лише границі абстрактного об’єкту. В противному випадку сітка також створюється користувачем або в інтерактивному режимі, або автоматично, але в іншій програмі. Процес створення сітки називається моделюванням методом кінцевих елементів (finite-element modeling). Моделювання цим методом включає в себе також завдання граничних умов і зовнішніх завантажень.

Підпроцес аналізу може виконуватися в циклі оптимізації проекту по будь-яким параметрам. Розроблено багато алгоритмів пошуку оптимальних рішень, а на їх основі побудовані комерційні доступні програми. Процедура оптимізації може вважатися компонентом системи автоматизованого проектування.

Фаза оцінки проекту також виграє від використання комп’ютера. Якщо для оцінки проекту потрібний прототип, можна швидко сконструювати його по заданому проекту за допомогою програмних пакетів, що генерують код для машини швидкого прототипіювання. Такі пакети вважаються програмами для автоматизованої підготовки виробництва (САМ). Форма прототипу повинна бути визначення заздалегідь в наборі вхідних даних. Дані, що визначають форму, отримуються в результаті геометричного моделювання.

Швидке прототипіювання — зручний спосіб конструювання прототипу, але ще зручніше користуватися віртуальним прототипом, який часто називається «цифровою копією» (digital mock-up) і дозволяє отримати необхідні відомості.

Коли аналітичні засоби для роботи з цифровими копіями стануть достатньо потужними, щоб давати точні результати, що і еквівалентні експерименти на реальних прототипах, цифрові копії почнуть витісняти звичайні прототипи. Ця тенденція буде підсилюватися по мірі удосконалення технологій віртуальної реальності, що дозволяє відчути цифрову копію так само, як реальний прототип. Віртуальна реальність — це технологія створення зображень, які виглядають як реальні об’єкти. Ця технологія дозволяє оператору відчути цифрові об’єкти і маніпулювати ними так само, як реальними. Побудова цифрової копії називається віртуальним прототипіюванням. Віртуальний прототип може бути створений і в спеціалізованій програмі геометричного моделювання.

Остання фаза процесу розробки — підготовка проектної документації. На цьому етапі корисним стає використання систем підготовки робочих креслень. Здатність подібних систем працювати з файлами дозволяє систематизувати збереження і забезпечення зручності пошуку документів.

Комп’ютерні технології використовуються і на стадії виробництва. Процес виробництва включає в себе планування випуску, проектування і придбання нових інструментів, замовлення матеріалів, програмування машин с числовим програмним керуванням (ЧПК), контроль якості і упаковку. Комп’ютерні системи, що використовуються в цих операціях, можуть бути класифіковані як системи автоматизованого виробництва. Наприклад, програма автоматизованої технологічної підготовки (computer-aided process planning — САРР) використовується на етапі підготовки виробництва і відноситься до систем автоматизованого виробництва (САМ). Існує багато програмних пакетів, які генерують код для станків з числовим програмним керуванням. Станки цього класу дозволяють отримати деталь необхідної форми по даним, що зберігаються в комп’ютері. До систем автоматизованого виробництва також відносяться програмні пакети, що керують рухами роботів при зборці компонентів і переміщені їх між операціями, а також пакети, що дозволяють програмувати координатно-вимірювальну машину (coordinate measuring machine — СММ), яка використовується для перевірки продукту.