Оглавление

Введение 2

1. Функции CAD, САМ и САЕ 3

1.1. Aвтоматизированное проектирование (computer – aided design – CAD) 3

1.2. Автоматизированное производство (computer – aided manufacturing – САМ) 4

1.3. Автоматическое конструирование (computer – aided engineering – САЕ) 5

2. Назначение и область применения автоматизированной системы AutoCAD 8

Библиографический список 28

Введение

     Увеличение  производительности труда разработчиков  новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие проблемы, решение которых  определяет уровень ускорения науно- технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированого проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую  базу. Это - современные средства вычислительньной техники, новые способы представления  и обработки информа-ции, создание новых численных методов решения  инженерных задач и оптимиза-ции. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию  проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее  время созданы и при-меняются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутин-ных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преоб-разование  технических чертежей, построение графических  изображений и т.д..

1. Функции CAD, САМ и САЕ

1. Aвтоматизированное проектирование (computer – aided design – CAD)

     Представляет  собой технологию, состоящую в  использовании компьютерных систем для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов. Таким образом, любая программа, работающая с компьютерной графикой, так же как и любое приложение, используемое в инженерных расчетах, относится к системам автоматизированного  проектирования. Другими словами, множество  средств CAD простирается от геометрических прогpaмм для работы с формами  до специализированных приложений для  анализа и оптимизации. Между  этими крайностями умещаются  программы для анализа допусков, расчета масс инерционных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов  анализа. Самая основная функция CAD – определение геометрии конструкции (детали механизма, архитектурные элементы, электронные схемы, планы зданий и т.п.), поскольку геометрия определяет все последующие этапы жизненного цикла продукта. Для этой цели обычно используются системы разработки рабочих  чертежей и геометрического моделирования. Вот почему эти системы обычно и считаются системами автоматизированного  проектирования. Более того, геометрия, определенная в этих системах, может  использоваться в качестве основы для  дальнейших операций в системах САЕ  и САМ. Это одно из наиболее значительных преимуществ CAD, позволяющее экономить  время и сокращать количество ошибок, связанных с необходимостью определять геометрию конструкции  с нуля каждый раз, когда она требуется  в расчетах. Можно, следовательно, утверждать, что системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы  геометрического моделирования  являются наиболее важными компонентами автоматизированного проектирования.

2. Автоматизированное  производство (computer – aided manufacturing – САМ)

     Это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для планирования, управления и контроля операций производства через прямой или косвенный интерфейс с производственными ресурсами предприятия. Одним из наиболее зрелых подходов к автоматизации производства является числовое программное управление (ЧПУ, numerical control – NC). ЧПУ заключается в использовании запрограммированных команд для управления станком, который может шлифовать, резать, фрезеровать, штамповать, изгибать и иными способами превращать заготовки в готовые детали. В наше время компьютеры способны

     генерировать  большие программы для станков  с ЧПУ на основании геометрических параметров изделий из базы данных САD и дополнительных сведений, предоставляемых  оператором. Исследования в этой области  концентрируются на сокращении необходимости  вмешательства оператора.

     Еще одна важная функция систем автоматизированного  производства – программирование роботов, которые могут работать на гибких автоматизированных участках, выбирая  и устанавливая инструменты и  обрабатываемые детали на станках с  ЧПУ. Роботы могут также выполнять  свои собственные задачи, например, заниматься сваркой, сборкой и переносом  оборудования и деталей по цеху.

     Планирование  процессов также постепенно автоматизируется. План процессов может определять последовательность операций по изготовлению устройства от начала и до конца  на всем необходимом оборудовании. Хотя полностью автоматизированное планирование процессов, как уже  отмечалось, практически невозможно, план обработки конкретной детали вполне может быть сформирован автоматически, если уже имеются планы обработки  аналогичных деталей. Для этого  была разработана технология группировки, позволяющая объединять поxoжие детали в семейства. Детали считаются подобными, если они имеют общие производственные особенности (гнезда, пазы, фаски, отверстия и т.д.). Для автоматического обнаружения схожести деталей необходимо, чтобы база данных CAD содержала сведения о таких особенностях. Эта задача осуществляется при помощи объектно-ориентированного моделирования или распознавания элементов.

     Вдобавок, компьютер может использоваться для тoгo, чтобы выявлять необходимость  заказа исходных материалов и покупных деталей, а также определять их количество исходя из графика производства. Называется такая деятельность планированием  технических требований к материалу (material requirements planning – MRP). Компьютер может также использоваться для контроля состояния станков в цехе и отправки им соответствующих заданий.

3. Автоматическое  конструирование (computer – aided engineering – САЕ)

     Это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для анализа геометрии CAD, моделирования и изучения поведения продукта для усовершенствования и оптимизации eгo конструкции. Средства САЕ могут осуществлять множество различных вариантов анализа. Программы для кинематических pacчетов, например, способны определять траектории движения и скорости звеньев в механизмах. Программы динамического анализа с большими смещениями могут использоваться для определения нагрузок и смещений в сложных составных устройствах типа автомобилей. Прогpаммы верификации и анализа логики и синхронизации имитируют работу сложных электронных цепей.

     По  всей видимости, из всех методов компьютерного  анализа наиболее широко в конструировании  используется метод конечных элементов (finite element method – FЕМ). С eгo помощью рассчитываются напряжения, деформации, теплообмен, распределение магнитного поля, потоки жидкостей и другие задачи с непрерывными средами, решать которые каким-либо иным методом оказывается просто непрактично. В методе конечных элементов аналитическая модель структуры представляет собой соединение элементов, благодаря чему она разбивается на отдельные части, которые уже могут обрабатываться компьютером.

     Как отмечалось ранее, для использования  метода конечных элементов нужна абстрактная модель подходящего уровня, а не сама конструкция. Абстрактная модель отличается от конструкции тем, что она формируется путем исключения несущественных деталей и редуцирования размерностей. Например, трёхмерный объект небольшой толщины может быть представлен в виде двумерной оболочки. Модель создается либо в интерактивном режиме, либо автоматически. Готовая абстрактная модель разбивается на конечные элементы, образующие аналитическую модель. Программные средства, позволяющие конструировать абстрактную модель и разбивать ее на конечные элементы, называются пpeпpoцессорами (preprocessors). Проанализировав каждый элемент, компьютер собирает результаты воедино и представляет их в визуальном формате. Например, области с высоким напряжением могут быть выделены красным цветом. Программные средства, обеспечивающие визуализацию, называются пocтпpoцeccoрами (postprocessors). Существует множество программных средств для оптимизации конструкций.

     Хотя  средства оптимизации могут быть отнесены к классу САЕ, обычно их pacсматривают отдельно. Ведутся исследования возможности  автоматического определения формы  конструкции путем объединения  оптимизации и анализа.

     В этих подходах исходная форма конструкции  предполагается простой, как, например, у прямоугольного двумерного объекта, состоящего из небольших элементов различной плотности. Затем выполняется процедура оптимизации, позволяющая определить конкретные значения плотности, позволяющие достичь определенной цели с учетом ограничений на напряжения. Целью часто является минимизация веса. После определения оптимальных значений плотности рассчитывается оптимальная форма объекта. Она получается отбрасыванием элементов с низкими значениями плотности.

     Замечательное достоинство методов анализа  и оптимизации конструкций заключается  в том, что они позволяют конструктору увидеть поведение конечного  продукта и выявить возможные  ошибки до создания и тестирования реальных прототипов, избежав определенных затрат. Поскольку стоимость конструирования  на последних стадиях разработки и производства продукта экспоненциально  возрастает, ранняя оптимизация и  усовершенствование (возможные только благодаря аналитическим средствам  САЕ) окупаются значительным снижением  сроков и стоимости разработки.

     Таким образом, технологии CAD, САМ и САЕ  заключаются в автоматизации и повышении эффективности конкретных стадий жизненного цикла продукта. Развиваясь независимо, эти системы еще не до конца реализовали потенциал интеграции проектирования и производства. Для решения этой проблемы была предложена новая технология, получившая название компьютеризированного интегрированного производства (computer – integrated manufacturing – СIМ). CIM пытается соединить «островки автоматизации» вместе и превратить их в бесперебойно и эффективно работающую систему. CIM подразумевает использование компьютерной базы данных для более эффективного управления всем предприятием, в частности бухгалтерией, планированием, доставкой и другими задачами, а не только проектированием и производством, которые охватывались системами CAD, САМ и САЕ. CIM часто называют философией бизнеса, а не компьютерной системой.

2. Назначение  и область применения автоматизированной системы AutoCAD

     Одна  из самых популярных графических  систем автоматизированного проектирования — AutoCAD. В зависимости от квалификации пользователя, AutoCAD может эффективно использоваться для решения широкого круга задач: черчения, конструирования, дизайнерских работ, создания мульт- и слайд-фильмов и т.д.

     Несмотря  на большое количество команд (их в  последней версии более 300), AutoCAD обладает удобным для пользователя интерфейсом и эффективной системой ведения диалога с пользователем.

     AutoCAD представляет собой систему, позволяющую автоматизировать чертежно-графические работы. В графическом пакете AutoCAD есть все, что необходимо конструктору для создания чертежа. Инструментам ручного черчения в автоматизированной среде соответствуют графические примитивы (точка, отрезок, окружность и др.), команды их редактирования (стирание, перенос, копирование и т. п.), команды установки свойств примитива (задание толщины, типа и цвета графических объектов). Для выбора листа нужного формата и масштаба чертежа в системе есть соответствующие команды настройки чертежа. Для нанесения размера конструктору необходимо лишь задать место его расположения на чертеже. Размерная и выносная линии, а также стрелки и надписи выполняются автоматически, а в последних версиях AutoCAD есть режим полной автоматизации простановки размеров.

     В автоматизированной среде конструктору нет необходимости напрягать  зрение при выполнении отдельных  мелких частей чертежа, так как ему  предоставляются средства управления изображением на экране. Соответствующие  команды AutoCAD позволяют увеличивать изображение чертежа на экране или уменьшать его при необходимости (аналогично просмотру изображения через линзу), а также перемещать границы видимой на экране части чертежа без изменения масштаба изображения.