Хей йо, Хабр! Меня зовут Королёв Николай. Я инженер-конструктор компании BIMeister и при этом успеваю доучиваться в Московском Политехническом Университете на факультете машиностроения. Наш отдел разрабатывает высокодетализированные 3D модели для крупнейших компаний на рынке, к примеру, Газпром, а также внедряет BIM технологии в объектные модели.
Технология САПР
Создание механизмов и машин в условиях прогрессивного роста современных технологий требуют от инженера владения современными методами расчёта и конструирования. При проектировании механизмов машин инженеры-конструкторы обращаются к цифровой модели. Но как её получить? Для разработки таких машин всё больше внедряется технология САПР.
САПР – это автоматизированная система, которая выполняет функции проектирования с упрощёнными способами по внедрению ряда информационных данных и технологий. Отсюда мы получаем главную функцию данной технологии — автоматизация.
Какие программы учить инженеру Самые востребованные CAD системы в России
Уже многие годы и всё чаще старые методы уходят на задний план. Лишь редкий представитель инженера, но опытный человек в своём деле, предпочитает бумажные чертежи электронным. Именно оптимизация процесса — великий “перестройщик” нашего времени.
Для выполнения разного вида оптимизации САПР делится на несколько типов системы:
- CAD (Computer-aided design) — системные комплексы для проектирования,
- CAE (Computer-aided engineering) — современные системы инженерного анализа,
- CAM (Computer-aided manufacturing) – прописывания алгоритма действий станков с ЧПУ.
Рассмотрим простейшие примеры из жизни.
CAD – это процесс создания объекта с использованием методов его воспроизведения. Например, стул. Ножки, спинка, гвозди, сиденье — это его комплектующие. Молоток, отвёртка, шуруповёрт — способ сборки. Его материал: дерево, сталь — то, из чего делают комплектующие.
Рабочий рубит дерево, а на заводе его обрабатывают, чтобы в магазине вы купили необходимые части для своего стула.
Казалось бы, что сложного может быть в создании стула?
Именно процесс создания и подготовки для дальнейшего воссоздания объекта в жизни заменяет нам технология CAD. В свою очередь, такие же жизненные процессы воплощают в себе CAE и CAM системы. Например, CAE сейчас может заменить привычный для любого инженера расчёт на сопротивление материала, а CAM – прописать последовательность выполнения процессов для создания стула. Именно технология САПР позволяет современным инженерам тратить меньше усилий и выдавать наилучший результат.
Пример использования САПР
Теперь, когда мы разобрались, что такое САПР и какие основные направления входят в него, внедрим немного конкретики, и подробно разберём все нюансы на примере.
В рамках проектной деятельности моего университета я разработал выскодетализированную модель «Коробка перемены передачи» по предложенному техническому заданию заказчика на основе патента. Начнём поэтапно.
Проектная деятельность – это отдельное направление, которое присутствует на каждом факультете вуза. Можно выбрать как тематику своего направления, так и вовсе изменить направление. Здесь важно понимать, что в 45% случаев при ведении успешной проектной работы эта тематика используется на защите диплома. Признаюсь, я не стал искать в себе что-то новое, а, наоборот, решил подкрепить уже полученные знания и выбрал своё направление.
На проектной деятельности я контролирую выполнение проектирования объектной модели «отдела моделирования», а также сам попутно принимаю участие в создании 3D визуализации изобретений.
Итак, вернёмся к модели.
По описанию патента и прилежащим эскизом (Рис. 1) была разработана модель (Рис. 2). Работа осуществлялась в программе Autodesk Inventor. При помощи CAD программы получилось не только воссоздать реалистичную модель изобретения, но также внедрить ряд полезных функций, а именно — модель полностью параметризированная.
Это значит, что если изобретение пойдёт на эксплуатацию, то будет весьма просто автоматически подобрать просчитанные размеры.
Также в рамках данного изобретения была внедрена BIM технология. Давайте разберём, что это такое.
Технология BIM
BIM (Building Informational Modeling) — информационное моделирование зданий (термин 1992 года). Но причём здесь здания, когда мы говорим о механизмах и возможности визуализации их с применением САПР-систем?
Джон Месснер, профессор PennState говорил: «Через десять лет термин BIM исчезнет из употребления, поскольку информационное моделирование станет обычной работой со зданиями».
Важно выделить из цитаты профессора, что ключевое понятие в BIM — это информационное моделирование.
Моё видение такое: BIM — это информационная модель объекта с использованием цифровых данных. Какую ценную информацию мы можем внести в 3D модель. К примеру: вес, материал, стоимость изделия, расчёты, чертежи, визуализация работы механизма и многое другое.
Внедрение BIM
Отдельным вопросом стоит рассмотреть, как внедрить данную технологию в проект.
Внедрение в моём проекте происходило следующим образом: поскольку это должна быть атрибутивная информация, я задал параметры каждому элементу механизма, основные из которых: вес, материал, вычисления прочности, и вычисление стоимости конкретной детали по усреднённым значениям на рынке. Добавил чертежи и визуализацию принципа работы оборудования.
Итогом проекта стал полный пакет информационной модели. Теперь это не только твёрдое тело, но это и носитель информации — он позволяет изобретателю увидеть все параметры, чтобы воссоздать механизм вживую.
Примечание. Более подробно вы можете ознакомиться с изобретением на сайте заказчика технопарк.рф, где я описываю принцип работы механизма.
Проект получился весьма неплохим, поэтому мне предложили презентовать его на ежегодной студенческой научной конференции. Рассказывать сильно не о чем, примерная выдержка содержится выше, но а итогом стало почётное второе место с разрывом в 0.01 балла.
И конечно, я не мог оставить вас без интерактивной части. Давайте посмотрим на принцип работы механизма по предложенному описанию из патента.
Итоги
Я постарался наглядно показать и рассказать простым языком, что такое САПР, и BIM технологии, и для чего они нужны. Также на примере разработанной модели КПП мы посмотрели, какую актуальность играет CAD и BIM в сегодняшнее время.
Так нужно ли внедрять САПР и BIM технологии при проектировании механизмов? Однозначно, да. Это не просто технология визуализации параметров — это процесс контроля качества изобретения с использованием информационной цифровой модели, который позволяет устранить все ошибки на этапе разработке до начала эксплуатации изделия.
В заключении хотелось бы сказать, что время течёт словно река, а мы лишь следуем его течению.
С вами был Николай и компания BIMeister, оставляйте свои мысли по поводу статьи в комментариях. Пишите, на какие темы вам бы хотелось поговорить в уютном уголке Habr.
P.S. В следующем блоге, мы поговорим на тему актуальности IT образования и внедрения программирования при проектировании.
Источник: habr.com
Всё о CAD-системах
CAD-система (расшифровывается как сomputer-aided design) представляет собой систему автоматизированного проектирования. Позволяет проводить проектные работы посредством компьютерного оборудования. Дополнительное предназначение — создание технологической и конструкторской документации. Сокращение CAD обладает аналогом в русскоязычной среде — САПР.
Хотя термин CAD не является полноценным эквивалентом САПР, поскольку согласно государственному стандарту под номером 15971-90 данное буквосочетание служит заменой англоязычного термина «автоматизированное проектирование». Иногда САПР переводится как CAD system либо CAE system.
Согласно иностранным источникам, перечисленные термины являются взаимосвязанными. Например, CAE служит обобщающим понятием применения компьютерных технологий при ведении инженерной деятельности. А термин CAx (расшифровывается как computer-aided technologies) обозначает любую автоматизацию действий посредством компьютерного оборудования.
Цели САПР
Основополагающей целью внедрения САПР является увеличение продуктивности инженерного труда благодаря автоматизации некоторых разновидностей деятельности. Автоматизированное проектирование применяется на нескольких этапах проектирования или подготовки производства. Благодаря существованию САПР получилось достигнуть:
Упрощения проектирования;
Существенного уменьшения сроков работы;
Уменьшения стоимости изготовления;
Поднятия качества спроектированных изделий;
Удешевления испытаний.
Для вводной информации САПР применяются полученные технические знания специалистов. Они позволяют протестировать разработанную конструкцию, внести необходимые изменения и повысить точность результатов. Сегодня САПР представляет собой сборник дополнительного программного обеспечения, устанавливающийся на персональный компьютер. Сюда относятся программные продукты для моделирования и черчения.
Обычно нынешние CAD системы обладают встроенными программными дополнениями для моделирования конструктивных деталей. Также доступно дополнительное программное обеспечение, позволяющее составлять текстовую документацию (например — ведомости, спецификации, чертежи). Точная комплектация варьируется от разработчика ПО.
Классификация САПР по ГОСТ
Современная классификация САПР по российскому государственному стандарту:
- Разновидность проектируемого объекта;
- Степень автоматизации;
- Показатель сложности проектирования;
- Комплексность выполняемых задач;
- Разновидности выпускаемой документации;
- Количество документации;
- Число уровней в техническом обеспечении.
Разновидности САПР по назначению
CAD. Средства автоматизированного проектирования. Рассматриваемая классификация означает средства САПР, позволяющие визуализировать трехмерные или двухмерные конструктивные элементы, писать технологическую документацию и автоматизировать этапы геометрического проектирования.
CADD. Основное предназначение — черчение. Работа осуществляется в специализированном программном обеспечении.
CAGD. Представляет собой средства геометрического моделирования.
CAE. Набор программных средств, позволяющих симулировать протекание физических процессов и анализировать полученную информацию для инженерных расчетов. Посредством программного обеспечения можно получать динамическое моделирование поведения конструкции в зависимости от внешней среды. CAE помогает оптимизировать спроектированные изделия.
CAA. Разновидность средств CAE, предназначенных для компьютерного анализа.
CAM. Программные средства для технологической подготовки изготовления спроектированных изделий. Помогают оптимизировать управление и программирование станков. Русскоязычным аналогом данного термина является АСТПП. Указанная аббревиатура расшифровывается следующим образом: автоматизированная система технологической подготовки выпуска изделий.
CAPP. Средства планирования и автоматизации различных технологических процессов, проходящих между системами CAD и CAM.
Некоторые перечисленные системы автоматизированного проектирования объединяют решение задач, причисляющихся к разным аспектам автоматизированного проектирования. Они именуются интегрированными или комплексными.
Международная классификация автоматизированных систем
- Системы для черчения. Датой создания считаются семидесятые годы прошлого столетия. Сегодня продолжают пользоваться успешностью.
- Системы, позволяющие моделировать трехмерный аналог объекта. Подобное программное обеспечение облегчает многочисленные задачи проектирования и помогает достигнуть повышенного качества итогового результата.
- Системы, предназначенные для реализации концепции полного электронного описания — EPD. Рассматриваемая технология призвана обеспечивать разработку информационной модели объекта на протяжении всей эксплуатации изделия. Сюда относится реклама, концептуальное проектирование, создание технологической базы, сервисное обслуживание и утилизация.
Расшифровка аббревиатуры САПР
Сегодня сокращение САПР в нынешней технической литературе или учебных пособиях обозначает «Систему автоматизированного проектирования». Впрочем, термин можно расшифровать намного точнее — «Система автоматизации проектных работ». Подобное словосочетание усложнено для человеческого восприятия, поэтому используется намного реже.
Также встречается неправильное толкование термина — «Система автоматического проектирования», так как само слово «автоматический» означает самостоятельную деятельность компьютерной системы без участия оператора. В САПР определенная часть функций возложена на человека. Программное обеспечение выполняет только некоторые математические операции.
Расшифровка «Программное средство для автоматизации проектирования» тоже неверная: она считается узкоспециализированной, невзирая на то, что сегодня САПР зачастую рассматривается в качестве прикладного программного обеспечения для ведения проектной деятельности. Таким образом, в русскоязычных письменных источниках упоминаемое понятие распространяется на многие аспекты автоматизированного проектирования помимо компьютерных программ.
Источник: c-kd.ru
САПР — система автоматизированного проектирования
Текущее состояние рынка продукции и, обостряющаяся конкуренция межу производителями, накладывает жесткие условия на все этапы жизненного цикла производства изделий. В условиях постоянно сокращающегося времени между возникновением новой идеи и ее моральным устареванием конкурентоспособность производителя достигается за счет оптимизации, унификации и автоматизации стандартных процедур, сопутствующих выпуску новых товаров.
Для реализации этих задач проектные организации используют специализированное программное обеспечение, являющееся частью САПР.
Аббревиатура САПР расшифровывается как система автоматизированного проектирования и, зачастую, воспринимается обывателями, как набор программ для черчения. Однако, согласно действующему ГОСТ 23501.101-87, термин САПР трактуется обширнее и подразумевает всю организационно-техническую инфраструктуру проектного отдела или организации. Затрачивая внушительную часть бюджета на развитие и поддержание структуры САПР, предприятия преследуют единственную цель — повышение качества выпускаемой продукции и оперативное реагирование на обратную связь от потребителей.
Скачать ГОСТ 23501.101-87
Возможности и области применения
Наиболее очевидной и востребованной функцией комплексов САПР является возможность построения компьютерной 2D- и 3D-модели разрабатываемого изделия. Однако, применение САПР не ограничивается только разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя уже этот момент помогает экономить массу времени и трудозатрат инженера, позволяя в ходе работы менять элементы чертежей, ничуть не заботясь о влиянии этих изменений на проект в целом.
Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. Мощный математический аппарат упрощает инженерные расчеты, позволяя в режиме реального времени визуально оценивать контролируемую величину и ее зависимость от изменения проектируемой конструкции. Наиболее актуально эта задача проявляется в системах с распределенными параметрами, расчет которых крайне трудоемок. В качестве примеров можно привести анализ напряжений в узлах механических систем, строительных конструкций, тепловой расчет электронных устройств и т.д. Сложно переоценить возможности САПР в плане компьютерной анимации и симуляции разрабатываемых устройств, позволяющие увидеть их работу до изготовления прототипа и устранить ошибки и недочеты, сделанные при проектировании.
Исторически сложилось, что САПР получили широкое применение в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Однако, в настоящее время с их помощью можно автоматизировать практически любой процесс, начиная от раскроя и пошива одежды и, заканчивая разработкой поточной линии крупного завода.
Структура САПР
Являясь разновидностью информационных систем, классифицируемых по сфере применения, САПР относятся к сложным многоуровневым структурам, образуемым совокупностью средств вычислительной техники, различными видами обеспечения, а также обслуживающим их персоналом.
Структура САПР регламентирована ГОСТ 23501.101-87 и включает в себя два класса подсистем: проектирующие и обслуживающие. Основным назначением проектирующих модулей выступает решение конкретных проектных задач, а функции информационного обмена между ними возложены на подсистемы обслуживания, к задачам которых можно отнести:
- Управление процессами проектирования.
- Документирование процессов проектирования.
- Реализация графического интерфейса.
- Организация и ведение банка данных.
Согласно стандарту, компоненты САПР строятся на основе следующих видов обеспечения:
- Техническое обеспечение объединяет вычислительное, телекоммуникационное оборудование и линии связи.
- Программное обеспечение состоит из средств нижнего и верхнего уровней. Это операционная система с комплектом драйверов периферии и, собственно, сами компоненты САПР.
- Совокупность данных, необходимых для реализации процесса разработки включается в информационное обеспечение САПР. Это нормативная информация, данные о прототипах проектируемых объектов, готовые шаблоны.
- Математическое обеспечение объединяет в себе алгоритмы и математические модели, необходимые для реализаций проектных задач.
- Лингвистическое обеспечение включает набор интерфейсов для организации межмодульного взаимодействия, а также специальные языки проблемно-ориентированного программирования.
- К методическому обеспечению относится общая и внутренняя нормативная документация, регламентирующая процессы обслуживания и эксплуатации САПР.
Несмотря на разнообразие решений для автоматизации проектной деятельности, их архитектура также регламентирована. Разработка САПР должна вестись строго в соответствии с принципами создания информационных систем. Одним из них является принцип системного единства, согласно которому, разрабатываемая система должна иметь свойства целостности и взаимосвязанности отдельных компонентов и структуры, а сам процесс проектирования должен носить индуктивный характер, то есть вестись от частного к целому.
Функционирование подсистем и компонентов САПР должно быть подчинено принципу совместимости, в соответствии с которым составные части информационных систем должны решать свои задачи в строгом взаимодействии. Кроме того все элементы подлежат унификации, обеспечивая взаимозаменяемость и открытость. САПР строится с учетом возможной интеграции с другими информационными системами, а также модификации и пополнения их компонентов.
Классификация САПР
Для более укрупненного описания систем автоматизированного проектирования принята классификация САПР по набору определенных отличительных особенностей. В отечественной практике применяется ГОСТ 23501.108-85, выделяющий среди таких особенностей тип, разновидность и сложность разрабатываемого объекта, уровень автоматизации и ее комплексность, номенклатура подготавливаемой документации, а также сложность структуры технического обеспечения.
Международные стандарты рассматривают такие комплексы в аспекте отраслевого и целевого назначения.
Скачать ГОСТ 23501.108-85
По отраслевому назначению
Признак классификации по отраслевому назначению отчасти перекликается с отечественным типом объекта проектирования и подразделяет все САПР на:
- Машиностроительные — позволяют выполнять разработку элементов механических систем, а также создавать из них сборки, получая сложные механизмы.
- Приборостроительные — используются для создания радиоэлектронного оборудования, интегральных микросхем и трассировки печатных плат.
- Архитектурные — применяются в промышленном и гражданском строительстве, позволяют моделировать конструкции зданий и сооружений.
Следует отметить, что приведенная классификация несколько условна и не охватывает весь перечень отраслей, в которых применяются САПР. Комплексы не попавшие в общепринятую классификацию, трактуются стандартом как «Прочие».
По целевому назначению
Согласно данному классификационному признаку различают CAD-, CAE- и CAM-системы.
- CAD-системы объединяют в себе инструментарий конструирования различных деталей, подготовки чертежей, спецификаций и сопутствующей документации. Большинство современных программ обладают функциями создания 3D-моделей, используемых в CAM и CAE-системах.
- CAM-системы позволяют выполнять технологическую поддержку производства изделия. Примером может служить генерация управляющей программы для станков и обрабатывающих центров с ЧПУ.
- CAE-системы обладают обширными средствами поддержки математического анализа. С помощью них моделируют и прогнозируют процессы в области теплотехники, гидравлики, механики; выполняют сложные расчеты с использованием расширенного математического аппарата. CAE системы позволяют оценить работоспособность проектируемого изделия до его производства.
Англоязычный эквивалент
С 1990 года в нашей стране англоязычный термин CAD нормативно закреплен за определением «автоматизированное проектирование», хотя и не соответствует в полной мере российскому значению САПР. По сути, под понятием CAD понимается применение информационных технологий для поддержки процесса конструирования. Зарубежные CAM системы эквивалентны отечественным автоматизированным системам технологической подготовки производства.
Наиболее полное соответствие прослеживается между определениями САПР и CAE, поскольку включают в себе обе вышеперечисленные системы и представляя собой более широкое понятие.
Популярные программы
На текущий момент существует большое разнообразие CAD-систем разного уровня сложности, что вполне соответствует классификации по комплексности автоматизации проектирования.
К примерам комплексов верхнего уровня можно отнести:
- NX (разработчик — Siemens PLM Software) — программный продукт с большими возможностями в сфере промышленного дизайна, конструирования, проектирования оснастки (штампов, литейных форм), программирования станков с ЧПУ, инженерного анализа. NX построен на геометрическом ядре Parasolid. NX нашла свое применение в области энергомашиностроения, транспортного машиностроения, при производстве газотурбинных двигателей, а авиационной и автомобильной промышленности.
- CATIA (разработчик — Dassault Systemes). Нишей данного программного комплекса выступают такие отрасли как авиастроение и кораблестроение, тяжелое машиностроение. Эта САПР построена на ядре CGM (Convergence Geometric Modeler), которое жестко связано с самой системой. Особенностью CATIA является возможность совместной работы в режиме реального времени. Данный программный комплекс включает в себя порядка трех сотен подключаемых модулей.
Эти программные комплексы соответствуют классу CAE. К среднему уровню можно отнести:
- Mechanical Desktop (разработчик ・Autodesk) предназначен для подготовки проектных решений как отдельных деталей, так сборок, а также сопроводительной технической документации. Имеет возможности трехмерного твердотельного моделирования, позволяет спроектировать объекты произвольной геометрической формы и степени сложности. Имеет обширную базу стандартных изделий, в том числе ЕСКД.
- Mastercam (разработчик — CNC Software, Inc.) представляет собой универсальный, используемый в различных областях программный продукт, предлагающий возможность многовариантных решений в разных режимах работы. Имеет удобный, понятный интерфейс и широкие возможности настройки параметров. Поддерживает трехмерное моделирование, позволяет создавать программы для обработки деталей по 2 — 5 осям на фрезерных, токарных станках, поддерживает операции штамповки и резки листового материала.
Пакеты нижнего уровня:
- Bricscad (разработчик — Bricsys) программный продукт, предназначенный для создания двумерных чертежей и трехмерного моделирования. Широко используется в машиностроении, строительстве, электрике и автоматике. Основная особенность — единый формат для 2D и 3D объектов.
- КОМПАС (разработчик АСКОН) представляет собой программу для моделирования. Дает возможность вести конструкторскую документацию, поддерживает отечественные стандарты ЕСКД. Однако не является кросс платформенной системой, так как формат чертежей не поддерживается другими пакетами.
Самой популярной САПР в мире стала программа AutoCAD. Существуя на рынке уже более тридцати лет, она занимает лидирующее положение среди аналогичных программных решений среднего уровня. Имея в своем арсенале развитый инструментарий разработки и адаптации, она представляет собой универсальную платформу на базе которой создано большое количество специализированных приложений, решающих задачи проектирования в области механики, электроники, архитектуры, строительства.
Источник: sterbrust.tech