Комплексные решения для автоматизации конструкторской и технологической подготовки производства: CAD (САПР), CAPP, CAM, CAE, PDM. Трехмерное моделирование, выпуск документации, разработка технологии, управление инженерными данными.

САПР и графика, №1/2004 2004

Шаги навстречу

А.Н.Мухин, Л.В.Теверовский

Читатели журнала "САПР и Графика», наверное, обратили внимание, что в последнее время акцент публикаций сместился в сторону различного рода комплексных решений. Пользователи систем автоматизированного проектирования требуют от поставщиков программного обеспечения не просто отдельных продуктов, пусть даже и хорошо отлаженных, а законченных системных решений. Клиент всегда прав — эта формула либо заствляет разработчиков создавать недостающие прикладные модули, либо требует от менеджмента искать партнеров среди компаний, уже зарекомендовавших себя на "сапровском" рынке. В линейке продуктов, предлагаемых компанией АСКОН, отсутствовали средства для полной интеграции прочностных и других расчетов методами конечных элементов (FEM). "Пироги должен печь пирожник, а сапоги тачать сапожник" — этим принципом руководствовались в компании, откликнувшись на предложение о сотрудничестве фирмы АЛЕКСОФТ — разработчика и поставщика "Системы прочностного анализа ИСПА». В результате совместных работ был создан механизм интеграции КОМПАС-3D с ИСПА. Данный механизм является универсальным и может быть использован при передаче данных из CAD-системы и в другие расчетные пакеты.

О системе ИСПА много рассказывалось в ряде статей в журнале "САПР и Графика». С последней публикацией можно ознакомиться в №7'2003. Здесь описаны некоторые особенности системы, приведено ее сравнение с аналогами, рассказано о приемах и способах работы с пакетом. На российском рынке предлагаются несколько зарубежных систем подобного направления, однако они пока чрезвычайно дороги. Кроме того зарубежное программное обеспечение изначально проектировалось для использования на суперкомпьютерах типа CRAY или на специальных рабочих станциях, функционировавших под управлением операционной системы UNIX. Математические алгоритмы были оптимизированы под иные вычислительные ресурсы, нежели те, которые установлены на персональных машинах. Система ИСПА изначально написана для работы на "персоналках». Сначала она работала под управлением MS-DOS, сейчас — под управлением WINDOWS.

Мы хотим обратить внимание читателей не столько на технические аспекты, сколько на создание цельного программного комплекса для работы коллектива, состоящего из конструкторов, расчетчиков и технологов (рис.1).

Рис. 1. Комплекс программ
Рис. 1. Комплекс программ

При создании комплекса ставилась достаточно очевидная задача: дать проектировщикам мощный и доступный набор инструментов для трехмерного моделирования изделий машиностроения и приборостроения, для расчета прочностных, тепловых, вибрационных нагрузок и для быстрого внедрения изделий в производство.

Система трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D не нуждается в специальном представлении. Она прочно заняла ведущее место в России среди САПР среднего класса, позволяя успешно решать задачи, стоящие перед отечественными инженерами-конструкторами. Возрастающие возможности математического ядра собственной разработки (в версии КОМПАС-3D V6 Plus появились средства поверхностного моделирования и другие функции) дают пользователям систем КОМПАС все больше преимуществ. Большой набор дополнительных модулей и электронных справочников делает работу инженеров производительной и интересной.

Приемы и методы 3D-моделирования уже многократно описывались в различных статьях и руководствах, поэтому останавливаться на этом нет смысла. Достаточно лишь привести несколько примеров изделий, спроектированных с использованием КОМПАС-3D (рис.2).

Рис. 2. Примеры деталей
Рис. 2. Примеры деталей

В принципе, такие модели уже можно использовать для создания программы числового управления обрабатывающим центром. Или же можно начать разрабатывать для нее технологический процесс с помощью САПР ТП КОМПАС-АВТОПРОЕКТ.

Однако настоящего конструктора не может удовлетворить то, что детали спроектированы "интуитивно». Перефразировав поэта, можно сказать, что "гармонию" интуиции хотелось бы "поверить алгеброй" расчетов. Именно здесь на помощь и приходит ИСПА.

Сделаем небольшое лирическое отступление. К сожалению, во всех случаях, когда для проектирования используется система одного разработчика, а для расчетов — другого, возникают проблемы передачи данных о модели из одного продукта в другой. Эти коллизии свойственны как отечественным, так и зарубежным системам. Обычно для передачи дан-ных используются общепринятые форматы обмена, такие как SAT, STEP, IGES и некото-рые другие. Для некоторых деталей это вполне применимо, однако зачастую качество пе-редачи страдает, геометрия моделей передается с искажениями. Все выходят из этой ситуации по-разному. Как же поступили в АСКОН? Компания приняла решение разработать собственный универсальный транслятор из КОМПАС-3D напрямую в формат системы ИСПА. Казалось бы, противоречие: транслятор применяется только для связи этих двух программ? Однако все не так просто. Принципы, заложенные в основу такого транслятора, как уже отмечено выше, позволяют с успехом применить его и при передаче данных в любые другие расчетные системы.

Разработанный транслятор позволяет передавать в расчетную систему триангуляционную сетку, накладываемую на поверхность детали. При этом, варьируя размер стороны треугольника разбиения, можно устанавливать различную степень точности будущих расчетов.Но вернемся к нашей задаче. В системе КОМПАС-3D была спроектирована деталь "Картер нижний" (на рис.2 она показана справа). Эта деталь является частью корпуса небольшого двигателя внутреннего сгорания. В процессе эксплуатации деталь подвергается воздействию различных факторов — давление картерных газов, повышенные температуры, вибрационные нагрузки при вращении коленчатого вала и т.п. Деталь же должна быть спроектирована с учетом минимального веса при соблюдении прочностных показателей. Кроме того, жесткость картера должна быть максимальна, т.к. возможные деформации приводят к перекосу посадочных мест под подшипники, увеличивают вибрации и нагрузки на валы и приводят к иным нежелательным последствиям.

Естественно, что сразу просчитать все геометрические параметры модели чрезвычайно сложно. Поэтому на первом этапе конструктор проектирует деталь, руководствуясь своим предыдущим опытом. При этом толщина ребер жесткости, количество точек крепления, геометрия других элементов могли быть выбраны неоптимальным образом.

Вот тут-то и пора переходить к вышеупомянутой "алгебре». Деталь импортируется в формат "04" системы ИСПА. Затем расчетчик производит визуализацию модели уже в системе ИСПА и формирует сетку конечных элементов (рис.3).

Рис. 3. Разбиение на конечные элементы
Рис. 3. Разбиение на конечные элементы

Повышение плотности сетки существенно увеличивает точность расчетов, но также растет и время их выполнения. Можно произвести несколько последовательных изменений плотности, чтобы добиться компромисса между этими показателями.

Помимо наложения сетки, специалист непосредственно в системе ИСПА может визуализировать приложенные нагрузки (также задавая их величину и закон распределения) и за-дать места закрепления детали. Для большей наглядности нагрузки условно обозначаются объемными стрелками красного цвета (рис. 4), а закрепления — чем-то вроде "булавок" сиреневого цвета (рис. 5).

Рис.4.  Приложение нагрузок
Рис.4. Приложение нагрузок
Рис.5. Приложение закреплений
Рис.5. Приложение закреплений

До сих пор мы ничего не говорили о материале, из которого изготовлена деталь. Материал может быть назначен в любой момент времени из списка материалов, имеющегося в системе ИСПА. Но оптимальным решением, раз уж мы говорим о едином комплексе, будет использование "Справочника материалов" для КОМПАС (в корпоративной поставке — "ЛОЦМАН: Материалы и сортаменты»). Этот справочник сегодня содержит информацию о физико-механических свойствах 465 марок различных металлов и сплавов и 515 марок неметаллических материалов.

Таким образом, все необходимые данные для расчетов получены. Можно начать вычисления. Занимают они, в зависимости от плотности сетки, от нескольких десятков секунд, до нескольких минут.

Результаты расчетов можно получить как в виде специальных списков, так и очень наглядно — на модели изделия (рис. 6). Причем можно прямо на модели увидеть и деформацию отдельных ее элементов — стенок, ребер и т.п. С помощью встроенного аниматора можно даже "оживить" деформируемую деталь. Цветные диаграммы сразу информируют специалиста о "тонких" местах, которые необходимо либо усилить, либо переконструировать.

Рис. 6. Визуализация напряжений
Рис. 6. Визуализация напряжений

Рекомендации, которые конструктор получает от расчетчика, помогут ему быстро внести в детали необходимые изменения с тем, чтобы в технологическую подготовку, а затем и в производство не пошло заведомо негодное изделие. Таким образом, еще на этапе электронного проектирования можно исключить ряд натурных испытаний, которые ранее составляли неотъемлемую часть производственного цикла.

На примере этой детали мы смогли продемонстрировать удачное совместное решение для отечественных пользователей, предлагаемое компаниями АСКОН и АЛЕКСОФТ. Оно призвано не только повысить качество проектирования и технологической подготовки, но и существенно снизить затраты предприятия и повысить его прибыль и конкурентоспособность. Эти предложения сегодня чрезвычайно актуальны для российского CAD/CAМ/CAE рынка.


© ООО "АСКОН-КР", 1994-2018

Информация о сайте
Машиностроительный комплексАрхитектура и cтроительствоНефтегазовый комплекс
ПриборостроениеАтомная промышленностьХимическая промышленность
СудостроениеПроизводство автокомпонентовГорно-металлургический комплекс

Закрыть список