Этап реализации продукции

ERP – (Enterprise Resource Planning) - система планирования и управления предприятием;

S&SM (Sales and Service Management) - маркетинговые задачи, кроме того, используется для решения проблем обслуживания изделий:

2. Структура САПР

Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Рисунок 1 - Виды обеспечения САПР

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);

математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;

программное, представляемое компьютерными программами САПР;

информационное, состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, используемые при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а база данных вместе с СУБД носит название банка данных;

лингвистическое, выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

методическое, включающее различные методики проектирования, иногда к нему относят также математическое обеспечение;

организационное, представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

Информационное обеспечение (ИО) определяет размещение и формы организации информации, используемой в автоматизированном проектировании. Основу составляют данные, которыми пользуются проектировщики непосредственно для выработки проектных заданий. Эти данные могут быть представлены на различных носителях в виде различных документов. Как правило, содержат сведения:

- о материалах и комплектующих изделиях;

- о типовых проектных решениях;

- о состоянии текущих разработок;

- о нормативно-справочной проектной документации.

Внемашинное информационное обеспечение, базируясь на принципах автоматизации информационного процесса подготовки и представления информации, включает в себя систему кодирования и классификации, нормативно-справочные документы, оперативные документы, методические и инструктивные материалы. Информация здесь обычно отображается в виде документов, движение которых в процессе функционирования АСУ реализуется в соответствии с организационной структурой. Внутримашинное информационное обеспечение включает в себя информационные массивы, что составляет основу информационной базы системы.

Все средства автоматизации проектирования можно сгруппировать по видам обеспечения. Различают несколько их видов (рис.1).

Этап микропроектирования соответствует физическому проектированию системы и преследует цель создание организационного (ОО), информационного (ИО), математического (МО), алгоритмического (АО), программного (ПО), технического (ТО), лингвистического (ЛО), эргономического (ЭО) и правового (ПРО) обеспечений.

Организационное обеспечение (ОО) формируется уже на стадии предпроектного анализа и имеет целью обследование существующей системы проетирования, ее совершенствование, разработку организационных решений по составу, структуре, взаимосвязям подразделений. К средствам можно отнести типовые структуры САПР, унифицированные формы документов, направленные на формирование состава задач с возможностью их решения в рамках этих структур на базе имеющихся пакетов прикладных программ.

Математическое обеспечение (МО) Основу составляют алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР.

МО, как правило, включает: методы решения алгебраических и дифференциальных уравнений; постановку экстремальных задач; методы поиска экстремума.

В состав средств входят модели и методы решения типовых функциональных задач управления, математические средства моделирования, методы оценки качества получаемых решений.

Перспективным направлением совершенствования является централизованная разработка моделирования типового процесса проектирования и выпуск базовых программно - методических комплексов, реализующих такие модели.

Алгоритмическое обеспечение (АО) включает в себя средства построения алгоритмов и документацию. Задача, решаемая при автоматизированном управлении, реализуется совокупностью взаимосвязанных алгоритмов, что и обеспечивает автоматизацию некоторой функции управления. Существующие в настоящее время методы построения алгоритмов в основном не содержат формальной основы для их автоматизированного синтеза, т. е. разработка алгоритмов представляет творческий процесс.

Программное обеспечение (ПО) включает в себя операционную систему ЭВМ, пакет прикладных программ и проблемно-ориентированную систему программирования. Операционная система должна обеспечивать требуемый режим обработки данных, который с развитием средств вычислительной техники непрерывно совершенствовался в направлении приближения вычислительной среды к пользователю, в соответствии с чем сформировался ряд этапов развития информационной технологии.

Пакеты прикладных программ обычно состоят из программ общего и функционального назначений. Программы общего назначения реализуют типовые режимы работы вычислительной системы. Программы функционального назначения обеспечивают обработку данных. Проблемно-ориентированные системы предназначены для автоматизированного создания программного обеспечения. На их основе реализуются организация вычислительного процесса и ведение информационной базы.

Переход к новой информационной технологии означает решение проблемы автоматизированного синтеза программного обеспечения.

Техническое обеспечение (ТО) комплекс технических средств, используемых при проектировании. Доля собственных вычислительных работ при проектировании не превышает 15%. Автоматизация потребовала выпуска специализированных средств, позволяющих эффективно осуществлять проектные разработки. Эти специальные средства должны обладать как повышенными быстродействием, так и способностью к обмену большими объемами данных (информации). При этом средства информационной технологии как системы должны встраиваться в структуру автоматизированного проектирования. Физический уровень представления базовой информационной технологии позволил выделить подсистемы обмена, обработки, накопления данных и подсистему формализации знаний, которые становятся неотъемлемой частью структуры САПР. Техническое обеспечение включает в себя технические средства, методические материалы и персонал.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) совокупность специальных языковых средств (языки проектирования), предназначенных для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть лингвистического обеспечения- языки общения человека с ЭВМ, строятся на базе известных языков высокого уровня. После адаптации (переработки) языки становятся проблемно-ориентированными (ПОЯ).

Внедрение новой информационной технологии требует совершенствования языков общения пользователя с ЭВМ, приближения их к предметной области.

Эргономическое обеспечение (ЭО) представляет собой совокупность методов и средств выбора проектных решений, обеспечивающих оптимальные условия для высокоэффективной и безошибочной деятельности человека-оператора в автоматизированной системе. В состав эргономического обеспечения входят методы, методики, нормативно-справочные документы и технические средства, обеспечивающие формулировку и реализацию требований к рабочим местам человека в системе, условиям деятельности обслуживающего персонала.

Правовое обеспечение (ПРО) представляет собой совокупность нормативных актов, определяющих организацию, цели, задачи, структуру, функции, а также правовой статус автоматизированной системы и ее составляющих. Создаваемые в рамках правового обеспечения нормативные документы должны определять правовые стороны как разработки, так и функционирования АСУ. В состав правового обеспечения входят также приказы, инструкции и методические материалы министерств, ведомств, организаций, предприятий и учреждений, в рамках которых разрабатываются АСУ.

3 Разновидности САПР

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы — ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР.

1. САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD).

2.САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation).

3.САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь в классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР.

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.

В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Unigraphics и ACIS фирмы Intergraph).

2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например, при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

Приведенный ниже сценарий демонстрирует использование систем САD/САМ/ САЕ в рамках всего жизненного цикла продукта для достижения упоминавшихся целей: повышения качества (Q), снижения стоимости (С) и ускорения отгрузки (D). Этот сценарий может показаться несколько упрощенным на фоне современных передовых компьютерных технологий, однако он иллюстрирует на правление развития техники. Рассмотрим фазы разработки и производства шкафа для аудиосистемы (рис. 1.2). Жизненный цикл этого продукта будет похожим на жизненный цикл механической системы или здания, а значит, наш сценарий будет применим и к таким продуктам.

Предположим, что в технических требованиях для разработчика указано, что шкаф должен иметь четыре полки: одну для проигрывателя компакт-дисков, одну для проигрывателя аудиокассет, одну для радиоприемника и одну для хранения компакт-дисков. Вероятно, разработчик сделает множество набросков конструкции, прежде чем придет к варианту, изображенному на рис. 1.2. На данном этапе он может пользоваться автоматизированной системой разработки рабочих чертежей (если задача решается в двух измерениях) или системой геометрического моделирования (в случае трех измерений). Концептуальный проект может быть отправлен в отдел маркетинга по электронной почте для получения отзыва. Взаимодействие разработчика с отделом маркетинга может происходить и в реальном времени через объединенные в сеть компьютеры. При наличии подходящего оборудования подобное взаимодействие может быть удобным и продуктивным. Информация о готовом концептуальном проекте сохраняется в базе данных. Туда попадают сведения о конфигурации мебели (в нашем случае — вертикальное хранение компонентов аудиосистемы друг над другом), количестве полок, распределении полок по компонентам и тому подобные данные. Другими словами, все особенности проекта, которые можно увидеть, взглянув на рис. 1.2, упорядочиваются и помещаются в базу данных с возможностью считывания и изменения в любой последующий момент.

Следующий шаг — определение размеров шкафа. Его габариты должны быть выбраны таким образом, чтобы на каждую полку можно было поставить одну из множества имеющихся на рынке моделей аудиотехники соответствующего класса. Значит, нужно получить сведения об их размерах. Эти сведения можно взять в каталоге или в базе данных производителей или поставщиков. Доступ к базе данных осуществляется аналогично доступу к книгам и их содержимому при подключении к электронной библиотеке. Разработчик может даже скопировать сведения в свою собственную базу данных, если он планирует часто пользоваться ими. Накопление сведений о проекте подобно накоплению форм и файлов при работе с текстовыми процессорами. Форма конструкции, изображенной на рис. 1.2, должна изменяться в соответствии с полученными сведениями.

Затем разработчик должен выбрать материал для шкафа. Он может взять натуральный дуб, сосну, ДСП, сталь или что-нибудь еще. В нашем случае выбор осуществляется интуитивно или исходя из имеющегося у разработчика опыта. Однако в случае продуктов, рассчитанных на работу в жестких условиях, в частности механических устройств, разработчик обязательно учитывает свойства материалов. На этом этапе также полезна база данных, потому что в ней могут быть сохранены свойства множества материалов. Можно воспользоваться даже экспертной системой, которая выберет материал по свойствам, хранящимся в базе данных. Информация о выбранном материале также помещается в базу.

Следующий шаг — определение толщины полок, дверец и боковых стенок. В простейшем случае, который мы рассматриваем, толщина может определяться главным образом эстетическими соображениями. Однако она должна быть по крайней мере достаточной для того, чтобы избежать прогиба под воздействием установленной в шкаф техники. В механических устройствах высокой точности и структурах, рассчитанных на большие нагрузки, такие параметры, как толщина, должны определяться точным расчетом, чтобы избежать деформации. Для расчета деформации структур широко используется метод конечных элементов. Как уже было объяснено, метод конечных элементов применяется к аналитической модели конструкции. В нашем случае аналитическая модель состоит из каркасных сеток, на которые разбивается шкаф, рассматриваемый в приближении листов. Переход к приближению листов может быть выполнен автоматически при помощи алгоритма преобразования к средним осям (medial axis transformation — МАТ) [146]. Элементы оболочки приближения листов также могут генерироваться автоматически. Параметры нагрузки, которые в нашем случае есть просто веса соответствующих устройств, считываются из базы данных точно так же, как и сведения о размерах. Определяя зависимость прогиба полок от их толщины, разработчик может выбрать подходящее значение этого параметра и сохранить его в базе данных. Этот процесс может быть автоматизирован путем интеграции метода конечных элементов с процедурой оптимизации. Аналогичным образом можно определить толщину боковых стенок и дверец, однако сделать это можно и просто из эстетических соображений.

Затем разработчик выбирает метод сборки полок и боковых стенок. В идеале метод также может быть определен из расчета прочности структуры в целом или при помощи экспертной системы, имеющей сведения о методах сборки.

После завершения этапов концептуализации проекта, его анализа и оптимизации разработчик переходит к работе над проектной документацией, описывающей шкаф с точностью до мельчайших подробностей. Чертежи отдельных деталей (полок, дверец и боковых стенок) изготавливаются в системе разработки рабочих чертежей. На этом этапе разработчик может добавить некоторые эстетические детали, например декоративные элементы на дверцах и боковых стенках. Детальные чертежи помещаются в базу данных для использования в процессе производства.

Изготовление шкафа осуществляется в следующем порядке. Форма каждой детали наносится на необработанный материал (в нашем случае дерево) и вырезается пилой. Количество отходов можно снизить, располагая детали на кусках дерева оптимально. Разработчик может испытывать разные варианты размещения на экране компьютера до тех пор, пока не будет найдена конфигурация с минимальным количеством отходов. Компьютерная программа может помочь в этой работе, рассчитывая количество отходов для каждой конфигурации. Программа более высокого уровня может самостоятельно определить наиболее экономичное размещение деталей на заготовке. В любом случае конечная конфигурация сохраняется в компьютере и используется для расчета траектории движения пилы станка с числовым программным управлением. Более того, программные средства позволяют разработать зажимы и крепления для процедуры выпиливания, а также запрограммировать системы передачи материала. Эти системы могут быть как простыми конвейерами, так и сложными роботами, передающими необработанный материал на распилку и забирающими готовые детали.

Подготовленные детали должны быть собраны вместе. Процесс сборки также может выполняться роботами, которые программируются автоматически на основании описания конечного продукта и его деталей, хранящегося в базе данных. Одновременно проектируются зажимы и крепления для автоматизированной сборки. Наконец, робот может быть запрограммирован на покраску шкафа после сборки. В настоящее время зажимы и крепления для сборки проектируются или выбираются планировщиком процессов, а программирование роботов осуществляется в интерактивном режиме путем перемещения рабочего органа робота вручную.

Общий вид получившегося сценария показан на рис. 1.3, из которого видно, каким образом база данных позволяет интегрировать системы САD, САЕ и САМ, что и является конечной целью СIМ.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

Рассмотрим некоторые зарубежные и отечественные САПР. Чтобы составить представление об имеющихся в настоящее время прикладных программных продуктах, рассмотрим структуру и возможности некоторых современных зарубежных и отечественных интегрированных САD/CAM систем. Начнем с систем низкого уровня.

Autodesk Mechanical Desktop (AMD) продукт американской компании Autodesk - объединяет новые версии нескольких программных продуктов:

- AutoCAD R13 - базовый графический пакет, включающий твердотельное моделирование;

- AutoCAD Designer 2.0 - параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов;

- AutoSurf 3.0 - моделирование однородных и неоднородных трехмерных поверхностей;

- Assembler - средство создания сборочных единиц;

- AutoCAD IGES - транслятор обмена файлами графических данных с другими системами САПР.

Отечественными представителями простых универсальных систем типа AutoCAD являются параметрическая система автоматизированного проектирования и черчения T-FLEX CAD фирмы "Топ Системы" и ADEM - продукт создаваемый и распространяемый фирмой "Omega Techologies ltd".

Ключевое достоинство T-FLEX CAD - параметризация. Чертеж с момента его создания становится параметрическим. Далее можно легко изменять его параметры. При этом сохранятся все отношения, которые были заданы между элементами чертежа, и вся конструкция останется целостной. Параметрами чертежа могут назначаться переменные. С помощью математических формул переменные можно связывать между собой. Все это делает возможности по модификации чертежа безграничными.

CAD/CAM ADEM - полностью интегрированная, универсальная система, предназначенная для организации и поддержки сквозного проектирования. Система обеспечивает подготовку конструкторской документации, создание твердотельных геометрических (объемных) моделей изделия и формирование управляющих программ на станки с ЧПУ. В системе ADEM возможны две стратегии проектирования: от двумерного (плоского) эскиза и от трехмерной твердотельной модели.

Многофункциональность системы совместно с интуитивно понятным интерфейсом делают возможным применение ADEM как в отделах САПР, так и непосредственно на производстве. Наличие учебной версии системы ADEM for Education, практически почти не отличающейся от самой последней модели для профессионалов, и простого ее описания на русском языке позволяет ее использование в учебном процессе различных учебных заведений.

Внутреннее строение ADEM NC обеспечивает создание оптимальной управляющей программы без необходимости программирования под каждую конкретную стойку станков с ЧПУ. Система автоматически выполняет подбор в необработанных зонах после замены инструмента. Ассоциативность геометрии модели и технологии ее обработки позволяет автоматически получить новую управляющую программу после внесения любых изменений в геометрию модели.

CADdy - разработка немецкой фирмы Ziegler - сквозная, универсальная объектно-ориентированная система. В ней есть плоская и объемная графика, текстовые и графические базы данных, обеспечивается стандартизация и унификация проектных решений на основе параметризации, выполняются типовые инженерные расчеты, предлагаются компьютерные архивы с контролем и управлением чертежного документооборота. Имеющиеся в составе системы средства позволяют решать одними и теми же модулями разнородные задачи. Например, модули геометрического трехмерного моделирования используются для решения задач компоновки электронных блоков и автоматических линий, агрегатного станка и расстановки мебели. Система предлагает пользователю самому создавать необходимые ему программные модули.

Круг использования этой системы очень широк: от информационного обеспечения процессов управления городским хозяйством и его эксплуатации, до сквозных технологий параметрического проектирования изделий и технологических процессов их изготовления.

В качестве представителя САD/CAM систем среднего уровня рассмотрим Cimatron it. Он представляет собой полный набор средств для конструирования, анализа, черчения и производства на станках с ЧПУ и удовлетворяет всем современным требованиям, предъявляемым к системам такого класса предприятиями различных машино- и приборо cтроительных отраслей.

Модульная структура программного обеспечения позволяет выбрать требуемую пользователю конфигурацию:

- двумерное проектирование и изготовление чертежей;

- трехмерное проектирование и изготовление чертежей;

- трехмерное проектирование и разработка управляющих программ;

- трехмерное проектирование, изготовление чертежей и разработка управляющих программ;

- твердотельное параметрическое моделирование деталей и их сборка;

- параметрическое эскизное проектирование.

Любая базовая конфигурация может быть расширена.

У нас в стране АО "Аскон" предприняло попытку создания аналогичной СAD/CAM системы "КОМПАС 5.0 для Windows". Цель проекта - создание массовой полномасштабной интегрированной системы для моделирования сложных изделий с мощными средствами черчения и разработки приложений, а также многочисленными готовыми прикладными САПР и библиотеками. В настоящее время разработчики предоставили пользователям возможность работы с ее чертежно-конструкторским редактором "КОМПАС-ГРАФИК". Предстоит написание интерактивной параметризации и полнофункциональной системы объемного моделирования.

Представление о возможностях полномасштабных CAD/CAM/CAE систем можно получить, рассмотрев один из самых распространенных программных продуктов - Pro/ENGINEER.

Система Pro/ENGENEER представляет собой модульную структуру, ядро которой - базовый модуль Pro/ENGINEER, к которому подключается множество различных модулей, охватывающих весь спектр конструкторско-технологических разработок.

Pro/ENGINEER спроектирован таким образом, что он используется конструктором с самого начала работы над изделием - с момента определения объектов и характеристик конструкции. Каскадное меню обеспечивает логический выбор и установку большинства предвыборных опций. В любой момент доступна полная помощь по выполняемой функции и короткая подсказка в строке подсказок. Это делает систему Pro/ENGINEER простой в использовании даже для неподготовленных конструкторов. Опытные пользователи при помощи "макроклавиш" (для выполнения часто используемых последовательностей команд) заданных ими пользовательских меню значительно увеличивают производительность работы с системой. Возможность системы выполнять эскизную геометрию непосредственно на твердотельной модели позволяет легко и просто помещать объекты ("фичеры") в конструкцию модели.

Система основана на единой структуре данных, с возможностью делать изменения непосредственно в системе. Таким образом, изменения, внесенные в какой-то момент разработки, автоматически переносятся на все реализованные этапы конструкторско-технологического процесса, обеспечивая преемственность инженерных разработок.

Литература:

1. Ткачев Е.А. Автоматизация проектирования автоматизированных систем и средств управления.– Серпухов: ИПК СВИ РВ, 2009. - 156 с.

2. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е изд. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. – 336 с.

3. Разработка САПР. Практич. пособие в 10 кн./ под ред. А.В. Петрова. – М.: Высшая школа, 1990.

4. Норенков И.П. Разработка систем автоматизированного проектирования. Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 1994. – 207 с.

5. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР. – М.: Энергоатомиздат, 1987. 400с.

Дата добавления: 2014-10-17; просмотров: 618; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!