АРМ конструктора-проектировщика

Автоматизированное рабочее место (АРМ) — комплекс технических средств вычислительной техники, обеспечивающий эффективное взаимодействие пользователя (конструктора, проектировщика, научного работника и т. п.) с системой автоматизированного проектирования системами технологической подготовки эксперимента, управления экспериментом, автоматизации научных исследований и т. п. АРМ может быть терминалом электронно-вычислительных машин или автономным устройством, базирующимся на мини (микро)-ЭВМ. АРМ составляют периферийные устройства электронно-вычислительных машин (алфавитно-цифровой дисплей, графичекий дисплей, графопостроитель, диджитайзер). ориентированные на режим диалога и работу с графической информацией. АРМ имеет своё математическое обеспечение, включающее диалоговую операционную систему и пакет прикладных программ, состав которого зависит от назначения АРМ. Появление графических редакторов привело к переходу от кульманов к компьютеру. На первых порах такая работа практически копировала приемы работы с карандашом и ластиком. Чертеж (файл) получался чистым и без помарок. Использование современных компьютерных технологий позволяет существенно сократить длительность проектно-конструкторских работ, по новому реализовать проектные процедуры и в результате получить более эффективные технические решения. Новейшие компьютерные технологии позволяют организовать АРМ конструктора-проектировщика. В мире существует много компаний, занимающихся разработкой систем автоматизированного проектирования (САПР), но признанным мировым лидером в этой области является компания Autodesk с ее продуктом AutoCad. Autodesk предлагает программные решения для машиностроения, строительства, телекоммуникаций, видеопроизводства и индустрии развлечений. Выбор AutoCAD в качестве подобного программного инструмента основывается на трех главных факторах:
- Наилучшее среди САПР соотношение «цена/качество». AutoCAD с соответствующими настройками, как правило, является наиболее приемлемым.
- Распространенность продукта. В любой точке земного шара, в любой проектной организации вы сможете продолжить работу над чертежом AutoCAD.
- Универсализм. Специалист в конкретной области, знакомый с внутренней структурой AutoCAD и методами программирования в широком смысле, в состоянии доработать и настроить прикладные модули под конкретные задачи. Для машиностроительных предприятий в качестве расширяющие базовый AutoCAD 2009 применяется приложение (надстройка над базовым AutoCAD) AutoCad Mechanical 2009. С появлением продуктов, подобных Autodesk Inventor, твердотельные технологии стали, в принципе, доступными практически каждому инженеру. Пять главных причин перехода на твердотельное моделирование:
1. Лучшее визуальное представление изделия
2. Автоматизированное получение рабочих чертежей
3. Легкость внесения изменений в проект
4. Интеграция с другими приложениями (расчетными, базами данных и т.п.)
5. Сокращение сроков проектированияБазовыми программными продуктами АРМ конструктора-проектировщика являются:
1) Операционная система Microsoft Windows XP SP3;
2) Пакет офисных программ Microsoft Office XP - для ведения электронного-документооборота; переписки по электронной почте; выходу в международную сеть Internet, а так же в локальную сеть Intranet; выполнения табличных расчетов; ведения простых баз данных; планирования процессов; построения диаграмм и схем; подготовки презентаций.
3) Связка двух графических систем:
3.1) CAD-система 2D-проектирвоания - Autodesk AutoCad Mechanical 2009 - специальная версия AutoCAD 2009, ориентированная на машиностроительное проектирование, фирмы Autodesk.
3.2) CAD-система 3D-проектирвоания - Autodesk Inventor Professional 2009 - система параметрического трехмерного твердотельного проектирования, наиболее мощное решение Autodesk для инженеров-машиностроителей, предоставляет полный набор средств для создания и изучения поведения точных цифровых прототипов деталей и изделий, а также подготовки всей конструкторской документации с двунаправленной ассоциативностью. Система ориентирована на эффективную работу с очень большими сборками, включающими тысячи деталей, а сетевые возможности позволяют большому коллективу разработчиков на предприятии работать над одним проектом с учетом результатов работы всех членов коллектива.
4) Система нормативно-справочной информации (НСИ) предприятия - содержащая набор взаимосвязанных справочников, классификаторов, словарей и нормативных документов поддерживающих основную деятельность предприятия.
5) Система единых справочников стандартных изделий предприятия
6) PDM-система предприятия - TechnologiCS, единая информационная система предприятия, в которой работают все основные службы машиностроительного предприятия (конструкторие, технологи, нормировщики, планово-экономические и производственно-диспетчерские службы, службы материально-технического снабжения, цеховых диспетчеров и технологов, мастеров, службы главного механика и т.д.), обеспечивающие выпуск продукции.Использование этих программных продуктов дает возможность конструктор-проектировщику реализовать следующие функции:
• обеспечить стандартную системную среду для работы в компьютерной информационной сети проектной организации;
• использовать базовый графический файловый формат, а также ссылочную технологию интеграции интеллектуальных объектов — элементов трехмерных моделей, созданных различными программными приложениями в едином комплексном проекте;
• создать основу для коллективной одновременной работы проектировщиков, выполняющих различные разделы проектной документации комплексного проекта в целях сокращения времени проектирования.

2 Цели автоматизации проектирования технологических процессов и средства их достижения. Проектирование технологических процессов (ТП) занимает центральное место в подготовке производства изделий. Технологические процессы содержат информацию о трудовых и материальных нормативах, без которых невозможно планирование и управление производственными ресурсами. В середине ХХ века наша страна занимала лидирующие позиции в области разработки методологии и методов автоматизации проектирования ТП. В эти годы были созданы концепции проектирования типовых и групповых технологических процессов, сформировано понятие конструкторско-технологических элементов детали (которые впоследствии получили на Западе наименование features), разработано множество различных САПР ТП.

3 Цели автоматизации проектирования технологических процессов и средства их достижения. Подробное описание дерева целей компьютеризации инженерной деятельности было приведено в декабрьском номере журнала за прошлый год. Основная цель создания САПР ТП заключается в экономии труда технологов. Для достижения этой цели необходимо располагать средствами автоматизации оформления технической документации, средствами информационной поддержки проектирования и автоматизации принятия решений. В своем историческом развитии САПР ТП постепенно расширяли арсенал своих средств. На первом этапе эти системы часто представляли собой специализированные текстовые редакторы, некоторые из которых были документоориентированными. С появлением баз данных появилась возможность поддерживать процесс ручного формирования ТП в таких редакторах в части поиска необходимых средств технологического оснащения. Однако подавляющее большинство САПР ТП, в том числе и ныне существующих, не способны поддерживать автоматизацию принятия решений в процессе проектирования на основе технологических знаний: алгоритмический и применяющий методы искусственного интеллекта.
История развития САПР ТП показала бесперспективность алгоритмического подхода. При внедрении одной из первых таких систем, созданных в 60-е годы, было разработано десять технологических процессов. Заказчик принял лишь четыре из них, а остальные отверг. Разра­ботчики пытались доказать представителям заказчика, что их алгоритмы построены правильно, но получили ответ: «Может быть, ваши алгоритмы действительно правиль­ны, но у нас так не делают». Этот давний спор вынес, по сути дела, приговор алгоритмическому подходу в САПР ТП, при использовании которого правила принятия ре­шений, заложенные в системе, недоступны для форми­рования и изменений непрограммирующими пользовате­лями. В наступающем веке информатики знания станут ценнейшим достоянием как физических, так и юриди­ческих лиц. Техноло­ги, проработавшие много лет на этом предприятии, по­лучив чертеж детали, быстро находили в памяти компь­ютера описание процесса на аналогичную деталь и ре­дактировали его, формируя новый. На вопрос о том, что будет, если работать с этой САПР придется специалистам, которые не обладают подобным опытом, ответа не последовало.
Немаловажное значение среди целей внедрения САПР имеет повышение качества проектных решений. Необходимо, чтобы накопленный положительный опыт находил отражение в базе знаний системы и был доступен для всех, в том числе и для новых сотрудников. Для достижения этой цели нужно предоставить непрограммирующим носителям технологического опыта возможность сохранять его в системе. Такую возможность и обеспечивают методы искусственного интеллекта.
Проводя аналогию с материальным производством, можно сказать, что в области автоматизации инженерного труда имеется основное производство, связанное с разработкой конструкторских и технологических проектов, а также планов управления, и вспомогательное производство, связанное с созданием и сопровождением собственно программных средств. Соответственно и цели компьютеризации инженерной деятельности следует разбить на две группы: основные и вспомогательные. Некоторые аспекты достижения основных целей автоматизации про­ектирования технологических процессов мы обсудили выше. Но при создании современных открытых систем не ме­нее значимы и вспомогательные цели.
К числу вспомогательных целей автоматизации проектирования относятся: уменьшение трудоемкости раз­работки программных средств, адаптации их к услови­ям эксплуатации при внедрении, а также их сопровож­дения, то есть модификация, обусловленной необходи­мостью устранения выявленных ошибок и (или) изменения функциональных возможностей.
Средством для сокращения трудоемкости разработки программных средств является использование инструментальной среды и ее мобильность. Метаинструментальная среда СПРУТ содержит полный набор инструментальных средств, необходимых для разработки конструк­торских и технологических САПР. Поскольку среда СПРУТ является надстройкой над операционной системой и принадлежит к числу систем интерпретирующего типа, она обладает свойством мобильности. Перевод среды из од­ной операционной системы в другую требует только за­мены ее ядра. При этом все прикладные системы, раз­работанные с ее помощью, переносятся на новую плат­форму без каких-либо доработок.
Средством для сокращения трудоемкости адаптации систем к условиям эксплуатации на конкретном пред­приятии являются системы управления базами данных и знаний, ориентированные на конечного пользователя. Это означает, что упомянутые системы должны быть ос­нащены языками описания и манипулирования данных, доступными непрограммирующему пользователю.
Средством уменьшения трудоемкости сопровождения СПРУТ является модульность, открытость и модернизируемость ее программных средств. Это обеспечивает про­стоту замены и дополнения процедур, данных и знаний.

31. Методы построений 3D – моделей. 3D модели создаются в CAD-системах (или в CAD/CAM-системах) имеющимися в них средствами геометрического моделирования. Модель хранится в системе как некоторое математическое описание и отображается на экране в виде пространственного объекта. Построение пространственной геометрической модели изделия является центральной задачей компьютерного проектирования. Именно эта модель используется для дальнейшего решения задач формирования чертежно-конструкторской документации, проектирования средств технологического оснащения, разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. Кроме того, эта модель передается в системы инженерного анализа (САЕ-системы) и используется там для проведения инженерных расчетов. По компьютерной модели с помощью методов и средств быстрого прототипирования может быть получен физический образец изделия. 3D модель может быть не только построена средствами данной CAD-системы, но, в частном случае, принята из другой CAD-системы через один из согласованных интерфейсов, или сформирована по результатам обмера физического изделия-прототипа на координатно-измерительной машине (рис. 1.1). Способы представления моделей. Различают поверхностное (каркасно-поверхностное) и твердотельное моделирование. При поверхностном моделировании сначала строится каркас - пространственная конструкция, состоящая из отрезков прямых, дуг окружностей и сплайнов. Каркас играет вспомогательную роль и служит основой для последующего построения поверхностей, которые «натягиваются» на элементы каркаса. В зависимости от способа построения, различают следующие виды поверхностей: линейчатые; вращения; кинематические; галтельного сопряжения; проходящие через продольные и поперечные сечения; поверхности для «затягивания окон» между тремя и более смежными поверхностями; NURBS-поверхности, определяемые заданием контрольных точек продольных и поперечных сечений; планарные поверхности. Хотя поверхности и определяют границы тела, но самого понятия «тело» в режиме поверхностного моделирования не существует, даже если поверхности ограничивают замкнутый объем. Это наиболее важное отличие поверхностного моделирования от твердотельного. Другая особенность состоит в том, что элементы каркасно-поверхностной модели никак не связаны друг с другом. Изменение одного из элементов не влечет за собой автоматического изменения других. Это дает большую свободу при моделировании, но одновременно значительно усложняет работу с моделью. Твердотельное моделирование имеет в своей основе идеологию, которая существенно отличается от идеологии каркасно-поверхностного моделирования. Твердотельная модель представляет собой целостный объект, занимающий замкнутую часть пространства. Всегда можно точно сказать, находится ли точка внутри твердого тела, на его поверхности или вне тела. При изменении в модели любого элемента будут изменяться все другие элементы, которые связаны с ним. В результате изменится форма твердого тела, но сохранится его целостность. Элементами, из которых строится твердое тело, могут быть: элементы вытягивания (полученные вытягиванием плоского контура перпендикулярно его плоскости); элементы вращения (полученные вращением плоского контура вокруг заданной оси); фаски; скругления; оболочки; ребра жесткости и др. Твердотельный объект строится путем последовательного «добавления» или «вычитания» элементов. Так, если к уже имеющейся твердотельной модели «добавить» элемент вытягивания, то этот элемент образует на модели выступ, а при «вычитании» элемента на модели образуется углубление. Если при построениях доступны одновременно несколько твердотельных объектов, то над любыми двумя твердотельными объектами, пересекающимися в пространстве, можно выполнять булевы операции объединения, вычитания и пересечения. Твердотельное моделирование предполагает возможность установки параметрических зависимостей между элементами твердого тела или нескольких тел. При этом изменение одного из параметров (например, длины элемента) приводит к соответствующей перестройке всех параметрически связанных элементов. Такое моделирование, называемое параметрическим, дает конструктору дополнительные удобства. Так, можно установить параметрические зависимости между элементами твердотельной сборки и, тем самым, автоматизировать контроль собираемости изделия.