19141_lec1_2

Моделирование приборов, систем
и производственных процессов
Методы и средства
3D моделирования изделий
Лекционный объем курса: 20 часов
Виды 3D моделирования
Каркасно-поверхностное
Твердотельное
Элементы модели
Точки
Отрезки
Дуги
Сплайны
Поверхности (линейчатые,
вращения, кинематические,
галтельного сопряжения,
проходящие через продольные
и поперечные сечения,
NURBS-поверхности и др.)
Элементы модели
Элементы вытягивания
Элементы вращения
Фаски
Скругления
Оболочки
Ребра жесткости и др.
Гибридное
Элементы модели
Каркасно-поверхностные
элементы
Твердотельные элементы
Отличия видов 3D моделирования
Понятия “тело” в режиме поверхностного моделирования не существует, даже если поверхности
ограничивают замкнутый объем. Это наиболее важное отличие поверхностного моделирования от
твердотельного.
Элементы каркасно-поверхностной модели никак не связаны друг с другом. Изменение одного из
элементов не влечет за собой автоматического изменения других. Это дает большую свободу при
моделировании, но одновременно значительно усложняет работу с моделью.
Твердотельная модель представляет собой целостный объект, занимающий замкнутую часть
пространства. Всегда можно точно сказать, находится ли точка внутри твердого тела, на его
поверхности или вне тела. При изменении в модели любого элемента будут изменяться все другие
элементы, которые связаны с ним. В результате изменится форма твердого тела, но сохранится его
целостность.
Твердотельное моделирование предполагает возможность установки параметрических
зависимостей между элементами твердого тела или нескольких тел. При этом изменение одного из
параметров (например, длины элемента) приводит к соответствующей перестройке всех
параметрически связанных элементов.
При гибридном моделировании обеспечивается возможность одновременной работы с
твердотельными объектами и с поверхностями. При этом можно “отрезать” поверхностью часть
твердого тела, превращать замкнутый поверхностями объем в твердое тело и т. п. Гибридное
моделирование позволяет сочетать все удобства твердотельного моделирования с возможностью
построения объектов сколь угодно сложной геометрической формы.
Классификация CAD (CAD/CAM) систем
Тяжелые
Средние
Легкие
CAD/CAM-системы, обеспечивающие решение задач
проектирования и ТПП на наиболее высоком уровне
автоматизации (high-eng). Эти 3D-системы предназначены
для работы на корпоративном уровне, ориентированы не
на решение отдельных задач, а на связанные процессы,
имеют развитый комплекс инженерных приложений,
обеспечивают использование знаний. Представителями
являются: CATIA, Unigraphics и Pro/Engineer.
3D-системы с менее высоким уровнем автоматизации
процессов проектирования (middle-end), имеющим
относительно небольшое число инженерных приложений и
некоторые ограничения. Обеспечивают полноценное
пространственное моделирование изделий и получение
чертежно-конструкторской документации (а для CAD/CAM –
разработку УП для оборудования с ЧПУ). Примерами
являются: Cimatron E, SolidWorks, КОМПАС 3D и др.
2D-системы для автоматизации чертежных работ или 3Dсистемы с рядом существенных ограничений (по сложности
создаваемых моделей, по числу деталей в сборке и др.). К
этим системам относятся: AutoCAD, КОМПАС-График и др.
CAD/CAM/CAE
V5
CATIA – Computer Aided Three Dimensional
Interactive Application
(компьютерный комплекс трехмерных интерактивных
инженерных приложений)
Направленность CATIA V5 на 7 сегментов
промышленности
Некоторые внедрения последних лет
Автомобилестроение и
транспорт
Общее
машиностроение
Авиастроение
Потребительские
товары
Электрика и
электроника
FORD, TOYOTA, EDAG,
LOCKHEED MARTIN,
EADS , SCANIA, AIRBUS,
MAN, PRATT&WHITNEY,
DASSAULT AVIATION,
LATECOERE
NSC SCHLUMBERGER,
ELECTROLUX, BOBST,
AUTOMATIC SYSTEMS,
VANDERLANDE, TICO,
SIEMENS VDO
CONSOL ENERGY,
FARNHAM&PFILE,
MITSUBISHI SHIP, HSD
Проектирование
промышленных объектов
Судостроение
Платформы CATIA V5
Конфигурации и модули (продукты) V5
Ядро и подсистемы CATIA V5
Средства расширения
(САА)
Представление
проекта в базе
данных
Ядро CNEXT
Функциональные подсистемы
Структура (дерево) проекта
Дерево содержит всю
информацию,
относящуюся к проекту
Элементы дерева проекта
Механические сборочные единицы и
детали, геометрические компоненты
деталей
Объекты данной предметной области
(электрожгуты, кабели, трубопроводы,
конструкции и т.д.)
Чертежи, листы и виды чертежей
Технологические процессы обработки
на станках с ЧПУ
Механические связи (Consraints)
Параметры, формулы, правила и базы
правил (знания)
3D-аннотации, закладки, множества,
сцены, гиперссылки и др.
Формат экрана CATIA V5 Главное меню
Дерево
проекта
Команды
(функции)
конкретной
области
проектирования
Область
графики
Команды работы с
файлами и буфером
Команды работы
со знаниями
Команды визуализации проекта
и управления изображением
Предметные области (домены) CATIA V5
Машиностроительное проектирование (Mechanical
Design)
Разработка дизайна изделий (Shape Design & Styling)
Системный синтез изделий (Product Synthesis)
Производственные системы и коммуникации
(Equipment & Systems engineering)
Инженерный анализ (Analysis)
Обработка на станках с ЧПУ (NC Manufacturing)
Интерфейсы и управление данными (Infrastructure)
Машиностроительное проектирование
Моделирование деталей и сборочных единиц
Формирование чертежно-конструкторской документации
Простановка допусков и обозначений на модели с их контролем
Импорт моделей призматических деталей с восстановлением дерева
компонентов
Проверка корректности и “лечение” импортируемой геометрии
Проектирование формообразующих элементов пресс-форм и штампов
Проектирование конструкции (пакетов) формообразующей оснастки
Конструирование изделий из листового металла
Проектирование сварных конструкций
Проектирование сборок на основе каталогов и пользовательских библиотек
Проектирование конструкций из листового металла в авиастроении
Проектирование деталей из композитных материалов с использованием баз
знаний
Функциональное проектирование изделий из пластмасс
Машиностроительное проектирование
Машиностроительное проектирование
Машиностроительное проектирование
Разработка дизайна изделий
CATIA V5 содержит набор
инновационных и простых в
эксплуатации средств для
создания и модификации
сложных поверхностных форм с
учетом требуемых инженерных
характеристик, а также для их
реалистичной визуализации
Разработка дизайна изделий
Глобальная динамическая деформация поверхностной модели
Разработка дизайна изделий
Реалистичная визуализация и получение фотоизображений
Инженерный анализ
Интегрированное выполнение анализа: единый пользовательский
интерфейс поддерживает CAE-функции в процессе проектирования.
Не требуется преобразования геометрии: сокращается или устраняется
необходимость преобразований из формата IGES или других форматов,
что существенно сокращает цикл разработки.
Конструктор/Расчетчик: упрощается совместная работа конструктора и
расчетчика (специалиста по инженерному анализу).
Простота в освоении: достигается благодаря интуитивному
пользовательскому интерфейсу.
Ассоциативность: связь анализа с геометрией существенно упрощает
выполнение итераций в процессе проектирования.
Использование знаний: обеспечивает учет имеющегося практического
опыта и гибкость при выборе вариантов проектирования.
Открытость для стандартных решений: решения CATIA V5 являются
базисом для стандартных промышленных САЕ-решений (MSC, LMS, FTI,
HKS, SAMTECH, MECALOG, ICEM)
1
3
2
4
Инженерный анализ
Обработка на станках с ЧПУ
Высокая эффективность программирования обработки за счет тесной
интеграции построения и расчета траектории инструмента, верификации
траектории и формирования управляющей программы
Эффективное управление изменениями за счет высокого уровня
ассоциативности между проектированием детали, процессами ее
обработки и используемыми ресурсами
Оптимизация траектории и сокращение времени обработки благодаря
использованию возможностей высокоскоростной обработки (HSM)
Простота в освоении за счет интуитивного пользовательского
интерфейса
Высокий уровень автоматизации благодаря возможности
использования типовых технологических решений и баз знаний
Уменьшение требований к подготовке технологов ЧПУ за счет наличия
спектра интегрированных приложений (токарная обработка,
5координатное фрезерование и др.)
Обработка на станках с ЧПУ
Системный синтез: работа со знаниями
Ценность знаний (аргументация Dassault Systemes):
 Знания являются таким ресурсом, который может
эксплуатироваться с получением прибыли
 Конкуренция на рынке и число инноваций непрерывно
возрастают, так что знания должны эволюционировать
и использоваться во все большей степени
 Давление конкуренции уменьшает число специалистов,
владеющих знаниями. Когда они уходят, их знания
уходят с ними
 Знания требуют времени на их приобретение и
овладение ими. Сотрудники не имеют времени для
этого, это слишком дорого
Системный синтез: работа со знаниями
Проблемы предприятий, связанные со знаниями:
 Нехватка знаний: индивидуальное искусство или опыт являются
причиной узких мест, сдерживающих выполнение проектов,
использующих эти знания;
 Формулирование знаний: предприятия не могут сохранить
приобретенные знания и полученный ранее опыт. Специалисты,
обладавшие знаниями, уходят и не оставляют их в документированном
виде;
 Эффективное использование знаний: даже лучшие знания должны
использоваться корректно, приводя к принятию решений, близких к
оптимальным;
 Ресурсы знаний не востребуются: так как предприятие не знает реально,
какими ресурсами знаний оно обладает, из них не извлекается выгода
при реализации новых инициатив;
 Знания и стандарты предприятий: корпоративные стандарты
предприятия могут быть несогласованными, сложными и неудобными
для использования.
Системный синтез: работа со знаниями
Позволяет конструкторам и инженерам
встраивать знания в проект и ускорять
разработку за счет снижения числа ошибок,
автоматизации и повышения эффективности
проектирования
Обеспечивает соответствие проекта
техническим условиям за счет управления
корпоративными знаниями, размещения
знаний в базах правил и их использования
специалистами предприятия
Ускоряет исследование и оптимизацию
альтернативных вариантов проекта, повышая
эффективность проектирования
Позволяет в интерактивном режиме создавать
интеллектуальные темплейты компонент,
деталей и сборок, содержащие геометрию и
передовые конструкторские решения
Представление знаний
Параметры, формулы, правила, базы правил, темплейты
Выполнимость
A
Пример правила:
H:Hole if (H.Diameter < 10mm) H.Diameter = 10mm
Концепция
Синтез
Детализация
Изготовление
Правила и базы правил
Темплейты
Параметризация
Системный синтез: поддержка цифрового
макета изделия (DMU)
DMU (Digital Mock-Up) – это модель
сборки изделия, освобожденная от
излишних подробностей и
рассматриваемая не с точки зрения
ее создания, а с точки зрения ее
просмотра, оценки, анализа и
документирования
Средства поддержки цифрового макета
изделия (DMU)
Добавление в проект различных
приложений (сцен, видов, 3D-аннотаций,
гиперссылок, фильмов и др.)
Верификация проекта (контроль
взаимопересечений объектов, анализ
расстояний, сравнение объектов)
Создание триангулированных “макетов”
деталей / сборочных единиц и замещение
3D-моделей макетами для оптимизации
работы с проектом
Визуализация сборки / разборки изделия
Анализ кинематики механизмов
Системный синтез: обеспечение
эргономичности изделия
Производственные системы и коммуникации
Электрические системы
• Circuit Board Design (CBD)
• Electrical System Functional Definition (EFD)
• Electrical Library (EL1/ELB)
• Electrical Harness Installation (EH1/EHI)
• Electrical Wire Routing (EWR)
• Electrical Harness Flattening (EHF)
Системы металлоконструкций
• Structure Design (SR1)
• Structure Design (STD)
• Equipment Support Structures (ESS)
• Structure Functional Design (SFD)
• Structure Preliminary Layout (SPL)
• Ship Structure Detail Design (SDD)
• Compartment & Access (CNA)
Планировка цехов и производ. участков
• Plant Layout 1 (PLO)
Трубопроводы, вентиляция и др.
Electrical Connectivity Diagrams (ELD)
Electrical Cableway Routing (ECR)
Tubing Diagrams (TUD)
Tubing Design (TUB)
Piping & Instrumentation Diagrams (PID)
Piping Design (PIP)
HVAC Diagrams (HVD)
HVAC Design (HVA)
Waveguide Diagrams (WGD)
Waveguide Design (WAV)
• Systems Routing 1 (SRT)
• Systems Space Reservation (SSR)
• Systems Diagrams (SDI)
• Equipment Arrangement (EQT)
• Hanger Design (HGR)
• Raceway & Conduit Design (RCD)
Проектирование монтажных плат (Circuit Board)
Модули
Part Design (необходим для CBD)
PDG
Circuit Board Design
CBD
Основные характеристики:
– Двунаправленный интерфейс между CATIA и “электрическими”
CAD-системами
– Поддержка стандартного формата ECAD
– Проектирование платы в контексте ее функций
– Учет пространственных и технологических ограничений
Проектирование электрожгутов (Electrical Harness)
Функциональное проектирование (схемы)
Партнеры
*)
*)
*)
Проектирование прокладки проводов
Размещение компонент и проектирование жгутов
Проектирование компонент (каталоги)
EL1
ELB
Процесс
Модули:
Electrical Functional Definition
Electrical Library
Electrical Harness Installation
Electrical Wire Routing
Electrical Harness Flattening
Конфигурации:
Electrical System Functional Definition
Electrical Signal Routing
Electrical Wire and Harness Installation
*) Интерфейс с другими
системами через CAA/XML
EFD
EFD
ELB/EL1
EHI/EH1
EWR
EHF
EF2
ER2
EI2
EWR
EL1 EH1
ELB EHI
Документирование
EHF
Прокладка кабелей
(Cabling)
Модули
Interactive Drafting (необходим для SDI)
ID1
Systems Diagrams (необходим для ELD)
SDI
Electrical Connectivity Diagrams
ELD
Systems Space Reservation (необх. для ECR)
SSR
Electrical Cableway Routing
ECR
Raceway & Conduit Design (вспомогат.)
RCD
Hanger Design (вспомогат.)
HGR
Конфигурации
Systems Diagrams (для использ. с ELD)
DI2
Прокладка соединений между компонентами системы
(Systems Routing)
Модули
Systems Routing 1
Основные характеристики:
• Концептуальная прокладка
соединений в виртуальной 3D
модели системы для
авиастроения, судостроения,
автомобилестроения и общего
машиностроения
• Не требует интеграции на
уровне схем
• Непосредственно создается в
3D
SRT
Прокладка трубопроводов (Piping)
Схемное проектирование трубопроводов PID
PIP
Проектирование трубопр. в среде DMU
Размещение оборудования в среде DMU EQT
Проектир. оборудования (каталоги) EQT PIP
Процесс
Модули
Interactive Drafting (необх. для SDI)
ID1
Systems Diagrams (необх. для PID)
SDI
Piping Diagrams
PID
Equipment Arrangement (рекоменд.)
EQT
Piping Design
PIP
Hanger Design (вспомог.)
HGR
Конфигурации
Systems Diagrams (использ. с PID)
DI2
HGR
Партнеры
Производственная документация
Прокладка трубопроводов (Tubing)
Схемное проектирование трубопроводов
TUD
TUB
Проектирование трубопр. в среде DMU
HGR
Размещение оборудования в среде DMU EQT
Проектир. оборудования (каталоги) EQTTUB
Процесс
Модули
Interactive Drafting (необх. для SDI)
ID1
Systems Diagrams (необх. для TUD)
SDI
Tubing Diagrams
TUD
Equipment Arrangement (по желанию)
EQT
Tubing Design
TUB
Hanger Design (по желанию)
HGR
Конфигурации
Systems Diagrams (использ. с TUD)
DI2
Партнеры
Производственная документация
Проектирование систем вентиляции
и кондиционирования (HVAC)
Схемное 2D-проектирование
HVAC (Heat Ventilation Air Conditioning)
обеспечивает проектирование систем
вентиляции и кондиционирования воздуха
Сначала системы HVAC проектируются на
уровне схем
Далее можно продолжить проектирование
на уровне 3D в среде виртуального макета
изделия (DMU)
Модули
3D-проектирование в среде DMU
Interactive Drafting (необх. для SDI)
ID1
Systems Diagrams (необх. для HVD)
SDI
HVAC Diagrams
HVD
Equipment Arrangement (по желанию)
EQT
HVAC Design
HVA
Hanger Design (по желанию)
HGR
Конфигурации
Systems Diagrams (использ. c HVD)
DI2
Проектирование волноводов (Waveguide)
Волноводы используются для
преобразования электромагнитной
энергии в волны сверхвысоких частот
(СВЧ)
Модули
Interactive Drafting (необх. для SDI)
ID1
Systems Diagrams (необх. для WGD)
SDI
Waveguide Diagrams
WGD
Equipment Arrangement
EQT
Waveguide Design
WAV
Конфигурации
Systems Diagrams (использ. с WGD)
DI2
Проектирование металлоконструкций (Structures)
Общие металлоконструкции
SR1
Технологическая оснастка
Каркас судна
(палубы, переборки и др.)
ESS
SFD
SPL
SDD
Несущие фермы оборудования
Процесс проектирования конструкции
Функциональное
Конструкторское
проектирование
проектирование
Модули
Structure Design 1
SR1
Equipment Support Structures
ESS
Structure Preliminary Layout
SPL
Structure Functional Design
SFD
Compartment & Access
CNA
Ship Structure Detailed Design
SDD
System Space Reservation (вспомогат.)
SSR
Изготовление
Проектирование подвесных систем (Hangers)
Модули
System Space Reservation (вспомог.)
SSR
Hanger Design
HGR
Помогает размещать системы
трубопроводов, HVAC, кабелей,
волноводов
Проектирование кабельных каналов (Raceway &
Conduit)
Модули
Raceway & Conduit Design
RCD
Systems Space Reservation (вспомог.)
SSR
Electrical Cableway Routing (вспомог.)
ECR
Hangers (вспомог.)
HGR
Помогает размещать линии
кабельной связи при
проектировании судов и цехов
промышленных предприятий
Планировка цехов (Plant Layout)
Модули
Plant Layout 1
PLO
Systems Space Reservation (вспомог.)
SSR
Конфигурации
Plant Layout
PL2
Основные характеристики:
– Интеграция с описанием
производственного процесса
– Оптимизация 3D-проектирования
планировки цеха
Создание 3D-видов размещения
оборудования и коммуникаций в цехе
Партнеры CAA V5 (Component Application
Architecture) по областям
Конец лекции
Следующая тема:
Инженерный анализ изделий и
виртуальное моделирование
технологических процессов