Комплексное моделирование в среде САПР

С точки зрения подходов компьютерного моделирования, CAD/CAM/CAE/...-подсистемы интегрированной САПР можно рассматривать как специализированные, объектно-ориентированные инструменты (среды) моделирования. При их совместном использовании создаются и связываются в единое целое (комплексную модель) геометрические (CAD/CAM), инженерно-физические (CAM/CAE) и информационные (САРР/PDM) модели изделия. Разговоры о полезности комплексного моделирования в САПР ведутся давно, однако воплощаться в практику эта идея стала только тогда, когда в машиностроении начал развиваться объектно-центричный подход, основанный на использовании Универсальной геометрической модели изделия. На рис. 5.2.1 приведена принципиальная схема взаимодействия подсистем интегрированной САПР. Графическое ядро логически выступает в роли своеобразного фундамента и является Универсальным объединяющим элементом взаимосвязанных подсистем (CAD/CAM/CAE/...), используемых в процессе технической подготовки машиностроительного производства. Объемная геометрическая модель наиболее полно отражает структуру, точно описывает форму и наглядно представляет облик Проектируемого изделия.

При необходимости геометрическая модель может быть дополнена и всей другой важной для проектирования и производства

автоматизированного конструирования (CAD), технологической подготовки производства (САМ/САРР) и инженерного анализа (CAE)- Проектировщик получает доступ к функциям геометрического ядра из соответствующей подсистемы через графический пользовательский интерфейс.

Таким образом, геометрическое описание имеет очень важное объединяющее значение - не зря его иногда называют «двигателем» САПР. В значительной мере именно характеристики ядра определяют функциональные возможности и производительность интегрированной автоматизированной системы.

Пользователи подсистемы инженерного анализа (CAE), интегрированной в полномасштабную САПР, применяют полученную в подсистеме геометрического моделирования объемную твердотельную модель для генерации инженерно-физической конечно элементной модели (КЭМ), с помощью которой производятся необходимые расчеты и оптимизация конструкции изделия.

Результаты расчетов (поля перемещений, напряжений, температур и т.п.) визуализируются в наглядном и удобном для анализа человеком виде с помощью графических моделей. Далее производится имитация технологических процессов, например, механообработки, литья, штамповки и т.д., которые также не обходятся без геометрии и графики. Моделирование термообработки позволяет оценить качество детали с точки зрения усадки и деформации (коробления, перекоса, искривления). Для виртуальной оценки дизайна изделий, кинематики и динамики машин и механизмов строятся сложные компьютерные сборки.

Наконец, твердотельная модель открывает уникальные возможности для повышения качества производства. При использовании точных геометрических моделей многократно улучшается точность обработки поверхностей и сокращается время программирования станков с ЧПУ. Геометрическая «мастер-модель» может служить самым точным эталоном для контроля и приемки готовой продукции.

На основе геометрических моделей автоматически выполняется материальное моделирование (быстрое прототипирование - RP) Изделий сложной формы. При этом на вход RP-системы подаются STL-файлы, генерируемые по ЗD-моделям. Основанные на широчайшем применении геометрического моделирования и компьютерной графики, средства и технологии «виртуальной реальности» позволяют всесторонне оценить и «опробовать» компьютерный (виртуальный) проект еще до изготовления изделия. При необходимости на основе ЗD-модели могут быть разработаны высокоэффективные эксплуатационные документы и учебные материалы.

Таким образом, геометрически-центрированные системы автоматизированного проектирования занимают особое положение среди других компьютерных приложений и определяют ведущее направление автоматизации в машиностроении, а полученные в САПР компьютерные модели являются свидетельством достижений и высокого научного уровня проектирования и производства.

44. Стандарты автоматизированных систем и информационных технологий. Стандартизация и унификация в машиностроении неоспо римо считаются одними из важнейших условий эффективно сти производства и показателями уровня технической культуры предприятия. Безусловное уважение к ГОСТам в российской технике зиждется на вековой традиции, опирающейся на еди ные системы стандартов конструкторской (ЕСКД) и технологической документации (ЕСТД), в которых собран и многократно выверенмноголетний опыт промышленного производства. По аналогии с этими выдающимися достижениями в области технического регулирования, в нашей стране вслед за появлением вычислительной техники стали утверждаться стандарты в области компьютерных технологий.Российское законодательство по стандартам в области информационныхтехнологий. Стандартизация в такой динамичной области,как компьютерная техника и технология, хронически неУспевает за новыми фактами и реалиям глобальной компьютеризации,с чем связано немало практических и теоретических проблем.Многие, даже относительно недавно разработанные, стандартыв области информационных технологий быстро теряютсвою актуальность и не отвечают в полной мере потребностям

современного развития науки и техники. Эти проблемы хорошо известны самим разработчикам стандартов.Характерной особенностью современных информационных технологий являются чрезвычайно высокие темпы их развития;

как следствие — принятие официальных стандартов в этой области значительно отстает от фактически сложившейся у профессионалов системы терминов, обозначений и правил. Причем этот факт отмечается не только в России, но и в развитых зарубежных странах. В качестве примера можно привести кодировку кириллицы, созданную компанией Microsoft для нужд операционной системы Windows. Эта кодировка превратилась в России в фактическийстандарт, в то время как официально она не признана. Известно, что даже общепринятая компьютерная терминология, фактически используемая при разработке и внедрении автоматизированных систем, не всегда полно отражена в стандартах, иногда противоречива и часто неоднозначно трактуется практикующими специалистами. В силу сложившейся традиции ИТ-специалисты используют главным образом английские термины,

зачастую не имеющие русскоязычных аналогов.

Однако можно отметить, что практически безусловно выполняются

следующие отечественные информационные стандарты:

- стандарты на документирование программных продуктов,

в первую очередь входящие в ЕСПД, что связано в основном

с требованиями госорганов, для которых разрабатывается та или иная система;

- стандарты на алгоритмы шифрования и ЭЦП, что связано

с обязательным лицензированием деятельности в этой области.

В отечественном положении по созданию единого комплекса стандартов автоматизированных систем отмечается следующее

важное обстоятельство: «Практика применения стандартов на АСУ, САПР, АСУ ТП, АСТПП показала, что в них применяется

одинаковый понятийный аппарат, имеется много общих объектов стандартизации, однако требования стандартов не согласованы

между собой, имеются различия по составу и содержанию работ, различия по обозначению, составу, содержанию и оформлению документов и пр Объективно оценить и в какой-то мере исправить сложившееся положение призвано новое российское законодательство. Если ранее требовалось непременное подчинение требованиям

государственных стандартов, то действующим в настоящее время в России законом дается определение стандартизации как

деятельности «по установлению правил и характеристик в целях добровольного многократного использования, направленной на достижение упорядоченности в сферах производства и обращения продукции, работ или услуг».

Наиболее важными для разработчиков и пользователей автоматизированных систем являются следующие группы стандартов:

- ГОСТ 2 (ЕСКД) - Единая система конструкторской документации в части, касающейся правил выполнения схем и чертежей с использованием средств вычислительной техники и вводящей в последних изменениях понятия «электронный документ» и «электронная модель» [80-82]; — ГОСТ 19 — Единая система программной документации Используется разработчиками автоматизированных систем в полном объеме;

— ГОСТ 34 — Стандарты области информационных технологий.

Содержит основную массу стандартов ИТ, и в первую очередь стандарты, относящиеся к взаимодействию открытых систем и интеграции автоматизированных систем производственного назначения [86—87];

— ГОСТ 24 — единая система стандартов автоматизированных систем правления, распространяющихся на АСУ, АСУП, АСУ ТП и другие организационно-экономические системы;

— комплекс стандартов группы 23501, распространяющихся на системы автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства.

При этом, фактически, старые стандарты находят избирательное применение в силу их заметного морального устаревания. В 1990 годах в рамках 34-й системы стандартов была принята серия ГОСТ, призванных заменить большую часть документов трех последних групп. Предполагалось, что единый комплекс стандартов и руководящих документов, относящихся к 34-й системе, должен распространяться на автоматизированные системы различного назначения: АСНИ, САПР, ОАСУ, АСУП, АСУТП, АСУГПС, АСК, АСТПП, включая их интеграцию.

Однако до сих пор часть стандартов на автоматизированные системы продолжают действовать в силу того, что соответствующих им новых стандартов в серии 34 не существует. Международные стандарты информатизации. В качестве одного из основных принципов стандартизации предусматривается применение международных стандартов как основы разработки национального стандарта, за исключением случаев, при которых такое применение признано невозможным.

Стандарты по информационным технологиям разрабатывает и предлагает к внедрению целый ряд международных организаций, в том числе:

— Международная организация по стандартизации — ИСО

(International Organization for Standardization - ISO);

— Международная электротехническая комиссия – МЭК (International Electrotechnical Commission — IEC); - Международный союз электросвязи - МСЭ (International -Telecommunication Union - ITU).

0 1987 г. ИСО и МЭК объединили свою деятельность по стандартизации в области информатизации, создав Совместный технический комитет №1 - СТК1 ИСО/МЭК «Информационные технологии» (Joint Technical Committee N1 - ISO/IEC JTC1 Information Technology), основной задачей которого является разработка базовых стандартов информационных технологий вне зависимости от их конкретных приложений. Членами этого комитета являются более 50 стран, включая все промышленно развитые страны, в том числе и Российскую Федерацию. В структуре СТК1 функционирует свыше 20 подкомитетов ирабочих групп, охватывающих своей деятельностью практи чески весь спектр стандартизации в области информационных технологий и осуществляющих разработку стандартов по всем основным направлениям, от таких, как «Наборы символов и кодирование информации» и «Машинная графика и обработ ка изображений» — до «Интерфейсов пользователя» и «Методов обучения».

Несмотря на условие преимущественной доброволь ности, стандарты все-таки должны в ряде случаев исполняться обязательно (так называемая обязательная сертификация). Это касается государственных заказов, работ, связанных с эколо гически опасными и вредными производствами, требований охраны труда и т.д. Таким образом, обязательной сертификации полностью или частично подлежат объекты машиностроения, Страгивающие вышеперечисленные факторы. А это вся военная техника, авиа- и автомобилестроение, грузоподъемные машины, механизмы и многое другое. Для российского машиностроения государство всегда было и в видимой перспективе останется одним из основных работодателей. Отмечается осознанное стремление к использованию стандартов и нормативов по обеспечению качества заказчиками и покупателями программного обеспечения и АС. Действительно, для заказчиков необходимы критерии, по которым можно сравнивать различные системы, однозначно формировать ТЗ осуществлять приемку.

Не могут обойтись без общепринятых условий и правил организации, осуществляющие внедрение и интеграцию автоматизированных систем. Это дает им инструмент, на который они могли бы рассчитывать в непростых ситуациях для обоснования и защиты проекта системы, приемки заказанного продукта от субподрядчиков, обеспечения полноты и качества сопровождения. Важную роль в распространении стандартизации играют развивающиеся в российской экономике тенденции к сертификации предприятий по требованиям системы управления качеством в рамках международных стандартов серии ISO 9000.

В этом случае предприятие добровольно принимает на себя обязательства следовать определенным регламентам. Использование стандартов передачи информации совершенно необходимо в условиях, когда разрабатывается все больше сложных комплексных автоматизированных систем, к числу которых

относятся и САПР.

Из действующих на настоящее время российских стандартов на автоматизированные системы (АС) наиболее популярными можно считать следующие:

— ГОСТ 34.003-90 (Автоматизированные системы. Термины и определения);

- ГОСТ 34.601-90 (Стадии создания АС);

- ГОСТ 34.602-89 (ТЗ на создание АС) и методические указания

РД 50-34.698-90 (Требования к содержанию документов);

- РД 50-680-88 (Автоматизированные системы. Основные положения);

— Р50.1.031-2001 (Терминологический словарь. Часть 1. Стадии жизненного цикла продукции);

— ГОСТ 23501.101-87 (Системы автоматизированного проектирования. Основные положения). ключевым документом, регламентирующим взаимодействия заказчиков и разработчиков информационных технологий, является ТЗ — техническое задание на создание АС. ТЗ является основным исходным документом для создания АС и его приемки, ТЗ определяет важнейшие точки взаимодействия заказчика и разработчика. При этом ТЗ разрабатывает организация-разработчик (по ГОСТ 34.602-89), но формально выдает ТЗ разработчику заказчик (по РД 50-680-88).

В стандартах подробно описано содержание документов, разрабатываемых на каждом этапе. Этими же стандартами устанавливается обязательный состав эксплуатационных документов. Как утверждают методические рекомендации по стандартизации, создание АС требует, как правило, изменения (совершенствования) организационной структуры объекта автоматизации.

При создании АС следует обращать внимание:

- на интеграцию экономических и информационных процессов, технических, программныхиорганизационно-методических средств;

- на углубление взаимодействия человека и вычислительной техники на основе диалоговых методов и средств;

- на создание гибких систем управления, способных адаптироваться к изменяющимся условиям производства.

На объекте, на котором функционируют АС различных видов, следует осуществлять постепенное объединение их на основе единого банка данных. Автоматизированные системы, функционирующие на одном объекте, должны обладать способностью к интеграции и необходимой совместимостью, позволяющей осуществлять обмен информацией между ними.

Создание и эффективное функционирование автоматизированных систем в организациях, на предприятиях и других объектах автоматизации требует специальной подготовки пользователей и обслуживающего персонала системы.

действующие российские и международные стандарты, по сути, перестали быть системой законов, а являются методической поддержкой для заказчиков, разработчиков и пользователей автоматизированных систем.

При этом польза применения стандартов может многократно Возрасти в случае совместного использования понятных и последовательных Российских стандартов, в комбинации с более актуальными и гибкими международными нормативными актами а также общепринятыми в компьютерном мире англоязычными терминами.

45. CAD/CAE технологии и их особенности

CAD (Computer Aided Design) - компьютерная помощь проектированию. Самая основная функция CAD - определение геометрии конструкции, поскольку геометрия определяет все последующие этапы жизненного цикла продукта и является основой для последующего использования в системах CAM и CAE.

CAE (Computer Aided Engineering) - компьютерная помощь инженерии. CAE - это технология для анализа геометрии CAD, моделирования и изучения поведения продукта, решения различных инженерных задач (расчет конструктивной прочности, нагрузки, напряжения, деформации, анализ тепловых процессов, расчет гидравлических систем и механизмов и др.).

CAE (англ. Computer-aided engineering) — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (см.: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.).

Современные системы автоматизации инженерных расчётов (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).

CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.