Система автоматизированного проектирования КОМПАС -3D
САПР – система включающая пользователя(инженер, конструктор) и комплекс средств (программно-аппаратных), участвующих в автоматизации разработки изделия.
САПР объединяет следующие компоненты:
· технические или аппаратные средства
· математич. Обеспечение
· программное обеспечение
· информационное обеспечение
· лингвистическое обеспечение
· организационное
Основные функции САПР – выполнение автоматического проектирования объектов на всех или отдельных этапах.
Объект проектирования – это продукция производственно-технического назначения, в результате которой проекты приобретают материально-вещественную форму.
Проект – совокупность документов, соответствующих законному требованию. В процессе проектирования получается проектное решение.
Проектное решение – это результат, который может носить форму окончательного или промежуточного описания объекта проекта.
Предоставление этого решения в определённом виде – это составление проектной документации.
Существуют следующие модели:
1. модели формы и геометрических . параметров
2. модели структуры
3. модели временных и пространственно-временных отношений
4. функционирования
5. изменения состояний или значений свойств предмета
6. имитационные
Поясним эти модели.
1. это плоские и объёмные изображения предметов проектирования
2. это кинематические., гидравлические., электронные, релейно-контактные схемы
3. набор циклограмм, сетевых графиков, определяющих отношение м/у составными элементами объекта
4. это кинематические схемы (работа динамики какого-то механизма)
5. набор свойств и значений, применяемых для анализа устройства, имеющих рассчётный характер или служащих для постановки эксперимента
6. модели, учитывающие ряд случайных факторов на объект проектирования.
Составные части подсистемы (в каждой решается функционально законченная процедура). Проектирующая подсистема имеет объекты ориентации и реализует определённый этап проектирования.
Обслуживающая подсистема обеспечивает это всё и служит для поддержки процесса проведения проекта.
По типу объекта проектирования:
-изделия машиностроения
-изделия приборостроения
-техпроцессы в машинно и приборостроении
-объекты строительства
-технологические объекты в строительстве
-программные изделия
-организационные системы
2. По равноправности объекта проектирования
3. По сложности объекта проектирования
простые – до 100 компонентов
средней сложности 100-1000 компонентов
сложные 1000-10000
очень сложные 10000-1000000
суперсложные свыше 1000000
4. По уровню автоматизации проектирования
-низко автоматизированные - до 25% проектных процедур автоматизированы
-среднеавтоматизированы 25%-50%
-высокоавтоматизированные сывше 50%
5. По комплектности проектирования (какой этап проектирования автоматизирован)
-одноэтапные (всё делается за 1 этап)
-многоэтапные
-комплексные
6. По выпускаемым проектным документам
-на бумажных носителях и листах
-на машинных носителях
-на фотоносителях
-комбинированные
-резервные
7. По числу проектных документов
-САПР малые до 1000 документов в год
-средние 1000-100000
-высокой – больше 100000 документов
8. По числу уровней в структуре технологического обеспечения
-одно (наличие базового комплекса рабоч. станций и периферийного оборудования)
-двух (разделение этапа проектирования на 2 уровня)
-трёхуровневые
Общесистемное ПО не зависит от конкретной Среды проектирования.
Включает:
1. мониторную диалоговую систему
2. СУБД
3. Информац. поисковые системы
4. средства формирования графич. и текстовой информации
5. средства выполнения общетехнических расчетов
Функции:
1. Ввод-вывод и обработка инструкций пользователя
2. обеспечение диалога между ЭВМ и пользователем
3. обеспечение поиска, хранения и защиты целостности данных
4. контроль и диагностика системы
Прикладное ПО представлено пакетами прикладных программ и средствами API. Пакеты программ, используемые в САПР:
-пакеты двумерной графики
-пакеты трёхмерной графики
-пакеты, обеспечивающие анализ с помощью компьютера конечных элементов
-пакеты эргономческого анализа
-пакеты для рассчёта различных процедур
Основные группы системы САПР:
1. Простые - выполняют функции электронного кульмана (AutoCad)
2. Системы среднего уровня (SolidWorks) позволяют создавать трёхмерные модели, собрать прибор из простейших элементов.
3. Сложные.
Case технологии это технология реализуемая мета-инструментальной средой, позволяющей регенерировать программные коды из специальной прикладной системы (без участия человека).
Отличительной особенностью CASE технологий явл. объектный подход к моделям прикладной области на основе методов искусственного интеллекта. В CASE технологиях анализ предметной области, создание проекта автоматизируемой системы, кодирование и тестирование идут параллельно, т.е. сопровождение и развитие системы в отдельный этап не выделяется.
Важный момент - определение спецификации:
1. текстовое описание процесса
2. структурированный естественный язык
3. таблица решений
4. дерево решений
5. визуальный язык
6. язык программирования
В CASE технологиях используется язык (набор объединённых языков), которые автоматически транслируются в исполняемый программный код с динамически изменяемой программной ориентацией.
Реализация технологии на начальном этапе производится системными аналитиками совместно с экспертами в прикладных областях данного предприятия. Эксплуатация и развитие системы на этом этапе не требует серьёзных знаний информатики. После этого исполнителями производится адаптация данных используемым методом с применением базовых инструментальных средств, производится отладка и передача заказчику, который сопровождает систему в дальнейшем.
Особенности RAD технологии:
1. Пользователь активно учавствует в разработке системы от начала обследования предметной области до внедрения
2. Полное определение требований к системе не требуется, детали можно добавлять в ходе разработки. Это сокращает время анализа и даётсвободу при определении требований низкого уровня для создания прототипов и консультаций с конечными пользователями.
3. Разработка идёт командой из 4-6 человек, включая 1-2 пользователей.
4. Процесс разработки идёт итерациями. Нет смысла заниматься настройкой системы, когда основные требования не выполнены. Каждый этап закончен настолько, насколько необходимо для последующего.
5. Тестирование проводиться постепенно в течение всего цикла.
6. Большие приложения разбиваются на мелкие функциональные компоненты, для которых определяется отдельная группа пользователей.
Графическая система САПР
Является основным элементом ПО и служит для:
1. Обеспечения взаимодействия с графич. терминалом с целью создания и редактирования изображений.
2. Разработки модели какого-либо физич. объекта из изображения на экране (разработка прикладной модели)
3. Ввод сканированной модели в ОЗУ и запоминающее устройство.
Программные средства делятся на:
-пакет программ
-прикладные программы
-прикладные базы данных
Схема работы систем машинной графики
Центр. модулем явл. прикладная программа. Она управляет загрузкой и поиском данных. прикладной БД. Прикладная программа запускает из пакета программ ту которая используется для построения модели физического объекта. Графич. система есть средство взаимодействия пользователя с графическим терминалом (интерфейс между пользователем и прикладным ПО).
Пакет программ машинной графики состоит из подпрограмм ввода/вывода. Первые воспринимают от пользователя входные коды и данные и передают прикладной программе, вторые управляют устройствами вывода.
Прикладные БД содержат математич., числовые и логические определения прикладных моделей, а также необходимую атрибутную информацию.
Базы данных в САПР, их роль и особенности
В САПР данные группируются:
1. геометрические данные (точки, отрезки, окружности, полигоны)
2. данные о типах линий (непрерывная, штриховая, пунктирная и т.д.)
3. текстовые данные
4. данные, определяющие способ штриховки, закраски области
5. данные о слоях
6. ассоциативные данные (регулируют взаимоотношения между геометрией и окружающими элементами)
7. данные связи (определяют способ увязки компонентов сборки)
8. атрибутные данные: спецификация материала, данные поставщика, параметры элементов.
В САПР роль архива документов играет конструкторская БД. Её состояние определяет тот эффект, который можно получить от использования САПР. В БД хранится информация о созданных и проектируемых изделиях. Это модели (прототипы) проектируемых изделий, информационные структуры, данные в различных св-вах объектов, конструкторские документы, информация о текущем состоянии проектирования.
Конструкторская БД
БД делятся на:
-БД подлинников
-рабочие БД
Рабочая БД - конструкторские документы, находящиеся на стадии разработки и согласования, нормативно-справочная информация, ПО, пользовательская информация.
В БД подлинников хранится утверждённая КД, исходные и рассчётные данные сложных объектов проектирования, библиотека алгоритмов, другие документы имеющие информационную ценность.
В рабочей БД хранится информация, используемая ежедневно. Основными объектами явл. графические и текстовые документы. Когда разработка завершена, результаты подаются в БД подлинников. Доступ к БД подлинников возможен через администратора.
Основные стадии:
N этапа Стадия содержание
1 Техническое задание Сбор исходных материалов, выбор и обоснование критериев эффективности и качества. Проведение оценки возможности использования ранее созданного ПО. Выбор (приближённый) между решениями задач. Определение технических требований, критериев к разрабатываемому ПО. Также выполняется технологическое обоснование и согласование.
2 Эскизный проект Внешнее проектируемое ПО, уточнение метода решения задач. Предварительное проектирование внутренних структур данных, разработка общего алгоритма(укрупнённая структурная схема программы). Результат – пояснительная записка, согласованная со всеми заинтересованными .
3 Технический проект Проектирование архитектуры программы, структур данных. Оформление в виде документа
4 Рабочий проект Кодирование, тестирование и отладка программного пролукта, разработка проектных документов в соответствии с ЕСКД и правилами испытания.
5 Стадия внедрения Сопровождение ПО после передачи продукции заказчику, устранение возможных сбоев и причин их возникновения, сдача.
a. Предпроектное исследование: изучение проектирующей организации (заказчика). Результат – технический отчёт
b. Техническое задание: разработка техн. Задания с учётом имеющегося оборудования, объёмов задач, специфики. Согласование и утверждение
c. Техническое предложение: выбор и обоснованпие рационального варианта САПР, разработка документации, согласовании и утверждение.
d. Эскизный проект: разработка принципиальных решений САПР, разработка этапов работ. Согласование и утверждение.
e. Технический проект: разработка окончательных решений, документации. Согласование и утверждение.
f. Рабочий проект: разработка рабочей документации, кодирование, разработка программ, настройка оборудования, решение сетевых вопросов.
g. Изготовление, отладка, испытание.
h. Ввод в действие.
Начальные шаги по автоматизации:
a. Выявление, анализ и классификация объектов проектирования.
b. Определение семейств типовых деталей
c. Выявление наиболее часто применяемых деталей и составление чертежей комплексных деталей для программирования
d. Изготовление шаблонов и оформление документации
Модель – это математическое представление геометрич. формы, процесса или явления с помощью компьютерных средств САПР.
Различают:
-одномерную модель (изменение по одной координате)
-двумерная модель
-трёхмерная модель
-nмерная модель
3D модели применяются для:
1. проектирования и размещения технологического оборудования
2. разводка инженерных коммуникаций
3. строительстве
Методы 3D моделирования:
1. каркасное
2. поверхностное
3. твёрдотельное
Каркасная модель описывается в терминах точек и линий, явл. Моделированием самого низкого уровня, вследствие серьёзных ограничений и недостаточной информации об объектах, невозможности разделения границ внешней и внутренней области.
Операции по удалению скрытых линий в каркасной модели можно выполнить только вручную, редактируя каждую линию в отдельности. В результате может нарушиться конструкция в целом.
Линии, видимые на одних проекциях после удаления вызовут удаление их на др. проекциях, что затруднит восприятие детали в целом.
Сложнее с криволинейными поверхностями. На каркасных моделях кривые линии не явл. тождественными, следов, если они видимы на одних проекциях, то они не будут видимы на других.
Применение:
1. Построение линейных отрезков, сети(графов), инженерных коммуникаций
2. Для описания траектории движения инструмента, манипулятора, робота.
Для каркасных моделей не возможно выполнение булевых операций.
Преимущества – более простые программы => дешевле, требуют меньше ресурсов.
Поверхностное моделирование: модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей наиболее эффективно при построении моделей оболочек, каркасных моделей и т.п.
Преимущества:
a. способность создавать сложные геометрические поверхности (криволинейные)
b. возможность получения трехмерного изображения
c. способность распознавать особое построение на чертежах
d. получения качественного изображения путем использования Rendering
Типы поверхностей:
1. базовые (цилиндр, сфера, куб и т.д.)
2. базовые поверхности вращения (тор, сфера, цилиндр)
3. поверхности, полученные путем мефтинга
4. аналитические: контур получен по определенному математическому закону
5. поверхности свободных форм
Недостатки:
1. Сложность удаления невидимых линий.
2. Трудность отображения внутренних областей.
Твердотельное моделирование : модель описывается в терминах того трехмерного объема, который занимает определяемого ею тело
Преимущества:
1. полное определение объема, формы и взаимное расположения элементов
2. автоматическое удаление скрытых линий
3. автоматизированные построение 3-х мерных разрядов проектируемого изделия
4. возможность получение декомпозиции сборочных узлов
5. автоматическое получение точных значений математической площади поверхности, центра тяжести, момента инерции для любой детали и изделия в целости
6. наличие разнообразной цветовой гаммы для создания качественного изображения
7. возможность производств булевых операций
Существуют 2-а метода 3D – моделирования:
1. Метод конструктивного представления (C-REP)
2. Метод графического представления (B-REP)
Метод конструктивного представления заключается в представлении сложной модели из элементарных объектов путем применения булевых операций.
Метод графического представления заключается в построении деталей в результате выполнения нескольких шагов:
1. задание оси и контур образующей
2. построение области, занятой контуром
3. вращение области относительно оси на заданном участке
4. удаление скрытых линий
5. закраска поверхности с учетом их свойств
Недостатки модели:
1. сложный математический аппарат
2. мощные аппаратные средства и ПО
значительные ресурсы системной памяти
Метод конечных элементов. Основные понятия, назначение, сфера применения.
Основной принцип метода конечных элементов: для анализа расчета сложной криволинейной поверхности трудно построить и математически описать модель действующей схемы нагрузок. Поэтому поверхность представляют в виде сетки, составляющей из простейших математически описываемых ячеек (конечные элементы), для которых легко определить действующие нагрузки. После того, как известно напряжение, действующее на каждый элемент с помощью матричных операций производят расчёт для всей поверхности.
Основные понятия:
Конечный элемент – элементарная структура, являющаяся звеном конечной элементной сетки. Конечный элемент характеризуется количеством узлов и степеней свободы
Узел – это точка ограничивающая элемент и образуемая первичными линиями сетки.
Степень свободы – это направление возможного перемещения элемента.
Зная величины перемещений в характерных точках (узлах) конечного элемента и напряжения, действующие на элемент, можно определить опасные зоны, содержащие критические точки – зоны возможной деформации. Совокупность элементов поверхности представляются в виде схемы (массива) в матричном виде. Её называют матрицей жёсткости. Она зависит от геометрической и физической характеристик элементов.
Численно матрица жёсткости представляется в следующем виде:
M- матрица жёсткости
V-объём элементов
N-количество элементов
B-матрица описания геометрии
D-матрица отношения напряжения к деформации
T-транспонированная матрица действующих напряжений
1.Постановка задачи (определяется графический объект, уточняется количество частей объекта, местоположение объекта на чертеже).
2.Выявление основной закономерностей и особенностей (количественных и качественных).
3.Разработка последовательности действий решения задач.
4.Разработка программы непосредственно на языке AutoLISP.
5.Отладка программы.
6.Сохранение программы на диске.
7.Вариант запуска программы.