Конспект лекции «CAD/CAM/CAE-системы»
методическая разработка по информатике и икт на тему

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИИ

«CAD/CAM/CAE-СИСТЕМЫ»

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ»

для студентов__3 и 4__курса специальности 151901  «Технология машиностроения»

(базовый /углубленный уровень)

Санкт-Петербург, 2014

Оглавление

Основные понятия        

История развития        

Классы        

Какую систему выбрать?        

Задания для самостоятельной работы        

Литература:        

Необходимое техническое оборудование: проектор, экран,  компьютер.

Цели и задачи лекции:

1. Определить  CAD/CAM/CAE -системы, их назначение, необходимость их применения в условиях растущей потребности общества в новых разработках и технологиях.
2. Классифицировать современные cad/cam/cae-системы.
3. Сформировать представление об истории развития мирового рынка CAD/CAM/CAE-систем
4. Развитие мотивации  изучения информационных технологий, повышение интереса к предмету.

Пояснение:

К данной лекции разработана электронная презентация «Назначение  и общая классификация CAD/CAM/CAE-систем. История развития мирового рынка CAD/CAM/CAE-систем».

Основные понятия

По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются:

• сокращение срока выхода продукции на рынок,
• снижение ее себестоимости
• повышение качества.

 К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат так называемые CAD/CAM/CAE-системы (системы автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа).

Прежде всего, определимся, что такое проектирование.

Под проектированием понимается процесс составления описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта на основе первичного описания этого объекта. Главная особенность проектирования: это процесс создания описания именно нового объекта.

Если этот процесс осуществляется человеком при взаимодействии с компьютером, то проектирование называется автоматизированным, если нет, то, соответственно, -неавтоматизированным.

Проектирование, при котором все преобразования описания объекта и алгоритма его функционирования осуществляются компьютером без участия человека, называется автоматическим.

Нас будет интересовать, в первую очередь, автоматизированное проектирование, которое и является предметом САПР.

Дадим теперь определение САПР.

САПР (система автоматизированного проектирования) - это комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющих автоматизированное проектирование.

САПР  - Системы автоматизированного проектирования. Сокращение, обозначающее комплекс программно-аппаратных средств автоматизации проектных конструкторско-технологических, а также производственных работ.

САПР - это не системы автоматического проектирования. Понятие “автоматический” подразумевает самостоятельную работу системы без участия человека. В САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово “автоматизированный”, по сравнению со словом “автоматический”, подчёркивает участие человека в процессе.

Направление САПР возникло и широко оформилось на западе, поэтому основные термины англоязычные, на сегодня широко известны и используются в среде специалистов.

В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE (computer-aided engineering) определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM (computer-aided manufacturing). Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (англ. computer-aided technologies).

CAD – computer Aided Design
Общий термин для обозначения всех аспектов проектирования с использованием средств вычислительной техники. Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия. А также генерацию чертежных изделий и их сопровождений.

CAM – Computer Aided Manufacturing
Общий термин для обозначения системы автоматизированной подготовки производства, общий термин для обозначения ПС подготовки информации для станков с ЧПУ. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, полученных из систем CAD.

CAE– Computer Aided Engineering
Система автоматического анализа проекта. Общий термин для обозначения информационного обеспечения условий автоматизированного анализа проекта, имеет целью обнаружение ошибок (прочностные расчеты) или оптимизация производственных возможностей.

PDM – Product Data Management
Система управления производственной информацией. Инструментальное средство, которое помогает администраторам, инженерам, конструкторам управлять как данными так и процессами разработки изделия на современных производственных предприятиях или группе смежных предприятий.

CAD/CAM/CAE/PDM = САПР

История развития

Идея автоматизировать проектирование зародилась в конце 50-х годов прошлого века, почти одновременно с появлением коммерческих компьютеров. А уже в начале 60-х ее воплотила компания General Motors в виде первой интерактивной графической системы подготовки производства. В 1971 г. создатель этой системы доктор Патрик Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS) и разработал методики, которые составили основу большинства современных САПР.

Аналитики считают что именно компания Manufacturing and Consulting Services (MCS) оказала огромное влияние на развитие отрасли и 70 процентов современных САПР составляют идеи MCS.

В 70-х годах внимание уделялось в основном системам автоматизированного черчения, так как стало ясно по результатам, что проектирование можно реализовать машинными средствами.

Вскоре появились и другие CAD-пакеты. В то время они работали на мэйнфреймах и мини-компьютерах и стоили очень дорого. Лишь крупные предприятия могли позволить себе идти в ногу со временем и использовать современное оборудование для выполнения сложных математических расчетов. 

Параллельно с развитием CAD-систем бурное развитие получили CAM-системы автоматизации технологической подготовки производства.

В 80-е годы компьютеры становятся доступными большому количеству крупных и даже мелких компаний.

К середине 80-х годов системы САПР для машиностроения обрели форму, которая существует и сейчас. Появление микропроцессоров положило начало революционным преобразованиям в области аппаратного обеспечения — наступила эра персональных компьютеров. Но для трехмерного моделирования мощности первых ПК не хватало.

К началу 90-х средняя цена рабочего места значительно снизилась — САПР становились доступнее. Но в массовый продукт они превратились лишь тогда, когда компания Autodesk разработала свой знаменитый пакет AutoCAD стоимостью на тот момент всего 1 тыс. долл., что было в десятки раз меньше существовавших до этого систем. Правда, в те времена мощности ПК хватало лишь для двумерных построений — черчения и создания эскизов. Однако это не помешало новинке иметь огромный успех у пользователей. 

Появляется 3D-моделирование. Вначале было только поверхностное моделирование, при котором конструктор определял изделие семейством поверхностей. Оно получило большое распространение в инструментальном производстве. Со временем появилось твердотельное моделирование широко распространенное в машиностроении, когда конструктор строит модель из твердотельных примитивов. Они определяются формой, размерами, ориентацией и точкой привязки. Современные системы позволяют работать с телами и с отдельными поверхностями.

Наиболее бурное развитие САПР происходило в 90-х годах, когда Intel выпустила процессор Pentium Pro, а Microsoft — систему Windows NT. Тогда на поле вышли новые игроки «средней весовой категории», которые заполнили нишу между дорогими продуктами, обладающими множеством функций, и программами типа AutoCAD. В результате сложилось существующее и поныне деление САПР на три класса: тяжелый, средний и легкий.

Классы

Традиционно, продукты САПР для машиностроения разделены на три класса: тяжелый, средний и легкий. Такая классификация сложилась исторически, и хотя уже давно идут разговоры о том, что грани между классами вот-вот сотрутся, они остаются, так как системы по-прежнему различаются и по цене, и по функциональным возможностям.

САПР Легкий вес

• Эти САПР служат для выполнения почти всех работ с двумерными чертежами и имеют ограниченный набор функций по трехмерному моделированию.
• С помощью этих систем выполняются порядка 80% всех работ по проектированию, хотя имеющиеся ограничения делают их не всегда довольно удобными.
• Область их работы - создание чертежей отдельных деталей. Характерные представители таких САПР - AutoCAD, T-FlexCAD 2D, DataCAD, SurfCAM 2D, IntelliCAD, Medusa, TrueCAD, КОМПАС и т.д..

САПР Средний вес

• По своим возможностям они полностью охватывают САПР «легкого веса» плюс позволяют работать со сборками, и по некоторым параметрам они уже не уступают тяжелым САПР. А в удобстве работы даже превосходят. 
• Обязательным условием является наличие интеграции с CAM программами.
• Это не просто программы, а программные комплексы, в частности ADEM, Autodesk Mechanical Desktop, Intergraph, Solid Edge, Solid Works, CadKey, Cimatron, T-Flex,

САПР Тяжелый вес

Эти системы применяются для решения наиболее трудоемких задач:

• моделирования поведения сложных механических систем в реальном масштабе времени
• оптимизирующих расчетов с визуализацией результатов
• расчетов температурных полей и теплообмена и т.д.

Обычно в состав системы входят:

• графические модули
•  модули для проведения расчетов
•  постпроцессоры для станков с ЧПУ

Примерами «тяжелых» САПР могут служить такие продукты, как CATIA, CADDS 5, EMS, Pro/ENGINEER, Unigraphics NX, Pro/Engineer, EUCLID, I-DEAS

Это лишь часть довольно известных продуктов, представленных на мировом рынке. Кроме этого существуют еще и специализированные САПР для строительного, промышленного, архитектурного проектирования.

Для дальнейшего развития после 90-х годов характерна интеграция CAD/CAM/CAE-систем с системами PDM, другими средствами информационной поддержки изделий.

Сегодня невозможно представить себе как, например, изготовить самолет или корабль без использования CAD/CAM/CAE-систем. Они охватывают весь процесс от эскизного проектирования до технологической подготовки производства, проведением испытаний, сопровождением. CAD/CAM/CAE-системы помогают повысить надежность выпускаемых изделий, улучшить качество, в конце концов, экономить на стоимости прототипа, сократить срок технологической подготовки.

Какую систему выбрать?

• В первую очередь необходимо определится, какой именно круг работ вы хотите автоматизировать. В настоящее время наиболее распространены следующие типы программ для автоматизированного проектирования в машиностроении:
• системы автоматизированного черчения -CAD;
• системы автоматизированного построения технологических процессов - САМ;
• системы автоматизации инженерных расчетов –CAE;
• системы подготовки данных для станков с ЧПУ(постпроцессоры);
• специализированные системы (например, для проектирования коробок передач); 
• интегрированные системы, включающие в себя несколько или все или даже более из вышеперечисленных.

Рефлексия:

В промышленном производстве давно царит жесткая конкуренция. Чтобы выжить в этих нелегких условиях, предприятиям приходится как можно быстрее выпускать новые изделия, снижать их себестоимость и повышать качество. В этом им помогают современные cad/cam/cae-системы (САПР), позволяющие облегчить весь цикл разработки изделий — от выработки концепции до создания опытного образца и запуска его в производство. Тем самым значительно ускоряется процесс создания новой продукции без ущерба качеству. Поэтому сейчас без САПР не обходится ни одно конструкторское или промышленное предприятие.

Задания для самостоятельной работы

Поиск и обзор литературы и электронных источников информации, а также создание презентаций по  по темам:

1. «Роль автоматизированного проектирования в машиностроении»
2. «Системы САПР и оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ)»
3. «Использование САПР в процессе обучения»
4. «Необходимость использования САПР в производстве»
5. «Критерии эффективности САПР»

Литература:

1. ГОСТ 34.003-90 “Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения”
2. ГОСТ 23501.101-87 “Системы автоматизированного проектирования. Основные положения”
3. ГОСТ 23501.108-85 “Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначение”

Источники информации в сети:

1. http://www.cad-cam-cae.ru/
2.  http://old.pro-technologies.ru/product/CAD_CAM_CAE_PDM
3.  http://xn----8sbyhojpig2b.xn--p1ai/sapr.html
4. http://old.ci.ru/inform01_02/p_22-23.htm
5. http://life-prog.ru/, http://life-prog.ru/1_10018_ponyatie-sapr.html
6. http://www.nslabs.ru/
7. http://bourabai.kz/cm/cad.htm
8. http://yardim21.narod.ru/his.html 
9. http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/6/1575 
10. http://rucadcam.ru/index/sapr_mashinostroenie/0-4