Cae система это: Компьютерное моделирование изделий и CAE-системы

Компьютерное моделирование изделий и CAE-системы

Андрей Мазурин

Пропасть между геометрической и расчетной моделями

Расчет и анализ для всех

Прочностной анализ изделия в DesignSpace

Динамический и кинематический анализ в Dynamic Designer

Пути сближения CAD и CAE

Современный рынок информационных технологий предлагает широкий спектр универсальных и специализированных

CAD/CAM- и CAE-систем, позволяющих пользователям обеспечить сквозную цепочку автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства новых изделий любой степени сложности. Высокий уровень развития этих программных средств в сочетании с их простотой и доступностью в процессе работы позволяет легко приобщиться к их использованию в повседневной производственной практике широкому кругу инженеров, не обладающих глубокими знаниями в области информационных технологий. В то же время даже самые «умные» на сегодняшний день компьютерные программы являются всего лишь инструментом в руках человека, а результат работы указанных систем существенно зависит от степени владения предметной областью специалиста, интеллектуальный труд которого и призваны автоматизировать эти программы. Это особенно актуально в отношении современных CAE-систем, где без глубинного понимания исследуемых процессов и овладения методами расчета, заложенным в программе, сегодня просто не обойтись.

Говоря об автоматизированном проектировании нового изделия, мы основную часть внимания уделяем вопросам создания CAD-моделей (графических моделей) отдельных деталей и сборок и разработке технологии изготовления деталей по построенным графическим моделям с привлечением CAM-систем. При этом за кадром остается важная часть процесса проектирования, связанная, в частности, с анализом работоспособности этого изделия, его способности воспринимать планируемые нагрузки и адекватно реагировать на окружающую среду. Прочностной и прочие виды анализа нового изделия, разумеется, требуются не во всех случаях, но и там, где это необходимо, они нередко игнорируются.

Современные программные средства в подавляющем большинстве случаев позволяют полностью или частично отказаться от натурного эксперимента, переведя все в область компьютерного моделирования с привлечением CAE-систем. Чем больше работ выполняется с применением CAD-систем и чем больше разрабатывается трехмерных графических моделей новых изделий, тем заманчивее представляется использование компьютерного анализа.

В то же время сближение CAD- и CAE-систем проходит крайне трудно. Настаивая на том, что графические и расчетные модели существенно различаются, разработчики последних зачастую настаивают на целесообразности разработки расчетных моделей с нуля, с использованием встроенных в CAE-программы редакторов.

Дыма без огня не бывает, и позиция разработчиков CAE-программ, безусловно, небеспочвенна. Попробуем на примере конечно-элементных программ разобраться в проблемах, возникающих на пути преобразования графических моделей в расчетные.

Пропасть между геометрической и расчетной моделями

Конечно-элементные программы решают задачи деформируемого твердого тела, теплофизики, гидрогазодинамики (в этом случае сам метод конечных элементов, возможно, не самый подходящий, однако часть задач гидрогазодинамики решается на его основе), позволяют анализировать электромагнитные поля, получать решения в области акустики.

Работа расчетчика в современной конечно-элементной программе начинается с постановки задачи и изучения особенностей чертежа или графической 3D-модели спроектированного изделия. При наличии графической модели логично использовать ее в CAE-программе для построения расчетной модели. Отличие расчетной модели от графической определяется в первую очередь наложением граничных условий в расчетной модели. К граничным условиям относятся действующие на изделие нагрузки, закон их изменения и условие закрепления. Кроме того, для выполнения расчета необходимо определить свойства материала изделия и условия окружающей среды, а также задать критерии жесткости (как правило, предел текучести) и прочности (зазоры — для прогноза возможного заклинивания). Таковы необходимые исходные данные, требующие корректного определения для успешного проведения расчетов.

По перемещениям и напряжениям, выдаваемым конечно-элементной программой в каждой точке изделия, производится оценка превышения допустимых пределов жесткости и прочности. Результатом оценки может стать конструктивное изменение, изменение условий нагружения, изменение свойств или использование другого материала. При этом конструктивные изменения выполняются вручную в исходной графической модели изделия.

Однако наложение граничных условий — это только часть преобразования графической модели в расчетную, к тому же, на мой взгляд, самая безобидная, поскольку не связана с изменением формы в исходной графической модели. Для того чтобы воспользоваться любым из существующих методов расчета в конечно-элементной программе, графическую модель следует разбить на некоторое число конечных элементов определенной формы.

Исходя из расчета конструкции на прочность, различают три типа расчетных моделей, которые могут одновременно применяться в одной расчетной модели:

• модели из стержневых элементов;
• модели из оболочечных элементов;
• модели из сплошных объемных элементов (солидов).

К одномерным стержневым элементам относятся тела, один из размеров которых на порядок (то есть в 10 раз) превышает два других размера. Оболочка — это когда один из размеров тела на порядок меньше двух остальных размеров (крыша автомобиля, днище автомобиля, крыло самолета, обшивка самолета и т.п.). Все остальные тела, имеющие соизмеримые по трем направлениям размеры, рассматриваются как солиды (типичные представители этой группы деталей — блок цилиндров, шатун, коленчатый вал). Степень сложности расчета растет от моделей из стержневых элементов к моделям из солидов.

Этап приведения геометрической модели к расчетной является самым сложным и пока мало поддающимся автоматизации. Без квалифицированного специалиста, разбирающегося не только в методах расчета, но и в исследуемом процессе, на сегодняшний день обойтись невозможно.

Вот несколько примеров. Нужно ли обшивку самолета или корабля рассчитывать с использованием модели из сплошных объемных элементов? Наверное, нет, поскольку здесь скорее применимы оболочечные модели, имеющие существенно меньшую размерность в расчетах. Да и точность результата может оказаться в этом случае выше именно у оболочечных моделей в сравнении с трехмерными.

Другим примером может служить прочностной анализ обычной лестницы. Есть ли смысл разбивать трехмерную модель лестницы или пролета моста на солиды или проще представить их в виде стержневой модели, сведя задачу до расчета балок и рам, и таким образом намного эффективнее достичь конечного результата?

Довольно большое число реальных объектов идеально вписываются в оболочечные и стержневые модели. Однако не все так просто. Вот один из примеров расчетов, проводимых в ЦАГИ и связанных с анализом напряженно-деформированного состояния крюка планера, за который он цепляется веревкой к самолету для разгона и набора необходимой высоты. Казалось бы, расчетчики имеют дело с самым что ни на есть классическим примером плосконапряженного состояния детали, изготавливаемой, кстати, из обыкновенного листа, что и было учтено в расчетной модели. Первый же расчет выявил достаточно нагруженную зону, на которую прежде никогда не обращали внимание. Но как только расчетчики перешли к модели из солидов и посчитали деталь с учетом других особенностей, выяснилось, что критическая по нагружению зона «размазалась», напряжения перераспределились, а выявленная зона на самом деле не является критичной по напряжениям.

Это к вопросу о выборе расчетной модели. Мы живем в трехмерном пространстве и не всегда его следует упрощать. При приведении объекта к любой из существующих расчетных моделей важно давать себе полный отчет в том, что именно мы считаем. Любая из моделей в приведенных примерах построена на определенных гипотезах и допущениях, упрощающих представление анализируемого объекта. Игнорирование этого факта может привести к неверной интерпретации результатов анализа. Поэтому важно знать, до какого предела возможно упрощение расчетных моделей.

На сегодняшний день любой CAE-комплекс следует рассматривать лишь как инструмент, который может «зазвучать» только в руках мастера.

Расчет и анализ для всех

Несмотря на кажущуюся неразрешимость противоречий, возникающих на пути сближения CAD и CAE, логика прогресса неумолима. Шаг за шагом разработчики информационных технологий накапливают знания в области интеллектуализации компьютерных программ и неуклонно расширяют их функциональные возможности. Безусловно, человек-эксперт будет занимать главенствующую позицию всегда (по крайней мере, я на это надеюсь), но доступ к знаниям будут получать все большее число специалистов, не имеющих специальных познаний в смежных областях.

Что можно в работе конструктора автоматизировать уже сегодня? Если задача и сам расчет не очень сложны, а алгоритмы, заложенные в программе, уже десятилетиями апробированы и всесторонне изучены (так что сам факт возникновения ошибки маловероятен и пользователь не нуждается в глубоком и всестороннем анализе процесса — ему требуется только некоторый оценочный результат для принятия дальнейших шагов в разработке нового изделия), то возможно использование уже имеющихся для этих целей интегрированных с CAD приложений, специально разработанных для инженеров-конструкторов.

Примером таких приложений являются DesignSpace (ANSYS, Inc.) и Dynamic Designer (Mechanical Dynamics, Inc.), использующие графические модели, разработанные конструктором, как есть — без модификации формы изделия.

Dynamic Designer и DesignSpace выполнены в рамках общей концепции, предусматривающей обмен данными через CAD-систему. Данные, полученные в результате работы одного из приложений, сохраняются вместе с данными графической модели и доступны для работы в другом приложении. В рамках концепции могут быть задействованы такие CAD-системы среднего уровня, как Mechanical Desktop, Microstation Modeler, Solid Edge, SolidWorks. Системы Dynamic Designer и DesignSpace служат ярким примером переноса идеологии тяжелых САПР на уровень средних.

Прочностной анализ изделия в DesignSpace

Программа DesignSpace относится к классу систем среднего уровня. Кроме прочностных расчетов в DesignSpace могут решаться тепловые задачи, выполняться топологическая оптимизация формы изделия (предсказание оптимальной формы изделия под конкретные эксплуатационные условия) и анализироваться собственные частоты. В рамках DesignSpace полностью автоматизированы операции, выполняемые расчетчиками на профессиональных конечно-элементных пакетах, в том числе и построение конечно-элементной сетки. Сетки строятся из квадратичных параметрических тетраэдров с узлами при вершине и на серединах ребер, что позволяет достигать неплохих результатов.

Для прикидочной оценки работоспособности конструкции возможностей программы DesignSpace вполне достаточно. Программа без участия пользователя автоматически выполняет оптимизацию расчетных моделей. Апробированные многолетней практикой приемы позволяют достигать хороших результатов расчета. В частности, речь идет о разбиении на конечные элементы. Например, если внутри тела изделия встречается цилиндрическое отверстие, которое в плане может быть рассмотрено как окружность, то при построении сетки, в случае использования конечных элементов первого порядка, разбиение по дуге окружности должно идти через каждые 15°, а если используются элементы второго порядка, то не реже чем через 20-25°. В этом случае ошибка по напряжениям составит не более 5-10%. И если специалисты-прочнисты знают это, то инженер-конструктор может и не знать, поэтому вся работа по созданию конечно-элементной сетки в DesignSpace скрыта от его глаз. DesignSpace как бы ведет конструктора шаг за шагом по узкому коридору, выполняя за него требуемые операции и не позволяя ему ошибиться.

Разумеется, программа DesignSpace имеет свои пределы применимости — это большие перемещения и большие деформации, а также используется для решения сложных связанных задач. Для определения выхода за рамки ограничений по перемещениям и деформациям рекомендуется сделать поверочный расчет и убедиться, что полученные в результате деформации и напряжения не выходят за рамки, накладываемые упругими деформациями. В противном случае решение будет неверным.

Интересным представляется решение в программе задачи топологической оптимизации изделия. Идея заключается в том, что пользователь задает один или несколько расчетных случаев, в которых полностью определяет граничные условия и задает некоторый процент редукции веса (например, 25 или 30%), который планируют достичь в результате анализа. В рамках заданных допущений выполняется расчет, в процессе которого итерационно для каждого случая определяется и строится поле главных напряжений. По полученным полям выявляются наименее нагруженные участки. Далее программа, с учетом заданного процента редуцирования, исключает их из анализа, выполняет повторный расчет с построением поля главных напряжений. Таким образом, в результате нескольких итераций пользователь получает некоторую приближенную к равнопрочностной конструкцию, получаемую отсечением «лишних», не несущих для заданных нагрузок, участков материала. Визуализация решения возможна в виде цветовых заливок, подсказывающих конструктору, в каких местах изделие можно утончить и где убрать лишний материал.

В качестве алгоритма оптимизации веса детали взят один из двух доступных в системе ANSYS — как наиболее простой и основанный на так называемой псевдоплотности материала.

Другой интересной возможностью, о которой нельзя не сказать, является функция автоматической генерации отчетов о проведенном в заданный период времени анализе. Отчет формируется (правда, к сожалению, на английском языке) в формате HTML и включает в себя как все исходные данные по постановке задачи, так и самые подробные сведения о результатах расчета (напряжения, частоты, температуры и т.д.). В отчет также включаются и визуальные трехмерные изображения в формате JPG и VRML 2.0. Подобную функцию предполагается включить и в профессиональный CAE-пакет ANSYS.

Динамический и кинематический анализ в Dynamic Designer

Схожим, ориентированным на инженера-конструктора приложением, для двухмерного и трехмерного кинематического и динамического анализа является Dynamic Designer. Работая с ним, конструктор использует в качестве исходных данных CAD-модель сборки или отдельной детали, доступ к которой не требует выхода из графического пакета. Активизация приложения выполняется щелчком мыши на соответствующей пиктограмме, после чего пользователь расставляет необходимые связи, задает начальные и граничные условия, прикладывает внешние нагрузки, описывает заданные углы поворота и перемещения (а также силы, моменты, ускорения) и доводит тем самым графическую модель до расчетной, не меняя формы изделия. Характерными возможностями Dynamic Designer являются:

• анализ 2D- и 3D-механизмов;
• полная ассоциативность расчетных параметров с геометрией;
• использование всех типов геометрии — проволочной, поверхностной, твердотельной;
• интуитивно понятное, «ведущее» пользователя меню;
• построение шарниров при помощи функции drag-and-drop в окне отображения состава модели;
• прямое приложение предписанных перемещений и поворотов.

Кроме того, система оценивает работоспособность механизма, предсказывает вероятность заклинивания.

Пути сближения CAD и CAE

Один из путей сближения CAD- и CAE-систем мы уже фактически рассмотрели (когда берется «кусочек» профессиональной тяжелой CAE-системы и встраивается в CAD). Кстати, полученная в таком встроенном приложении расчетная модель может быть передана в профессиональную CAE-систему высокого уровня для дальнейшего более углубленного анализа и исследования.

Второй путь — это развитие и совершенствование средств создания расчетных моделей, ассоциативно связанных с геометрической моделью и переданных из CAD-систем.

Третий путь — использование универсальных сеточных генераторов. Сеточный генератор представляет собой компьютерную программу для создания дискретных моделей, так называемые сетки (плоские и пространственные), используемые в дальнейшем в любых расчетных программах, использующих принцип дискретизации пространства. Работа сеточных генераторов основана на принципе минимизации увязки ошибок. Он заключается в том, что строится первая сетка, выполняется расчет, проводится оценка разницы между работой упругих и внешних сил. Определяются такие места, где эта разница максимальна, и в них выполняется доразбивка конечного элемента. И так до тех пор, пока разность не достигнет заданного процента (чаще всего 5%).

В настоящее время сложно привести пример программы, в которой не требовалось бы участие квалифицированного расчетчика. По-прежнему главным остается понимание анализируемого процесса, владение спецификой предметной области и методиками расчета. В то же время сеточные генераторы год от года совершенствуются, становясь все менее притязательными к пользователю, в результате чего появляются все более совершенные сетки для расчетов.

Построение таких сеток по графической модели в значительной мере сопряжено с необходимостью учета дальнейшего ее использования. В зависимости от решаемой задачи на основе конечно-элементной сетки будет получено то или иное разбиение на конечные элементы. Другими словами, речь идет о развитии направления создания адаптивных сеток. Для быстрого получения наиболее точного решения очень важно оптимальное сгущение или разряжение сетки в критичных местах, соответствующее конкретной решаемой задаче. Например, если решается задача гидрогазодинамики, то очень важным становится качество сетки (или ее регулярности) в районе пограничного слоя. В связи с этим сеточные генераторы могут быть узкоспециализированными (направленными на решение определенных задач) или универсальными.

Между CAD-системой и сеточным генератором существует промежуточное звено, например уникальный в своем роде пакет CADfix, который занимается трансформацией геометрии с целью приведения ее к расчетной модели. Кроме того, программа является великолепным транслятором данных из одного формата в другой для различных CAD-систем. При работе с расчетными моделями в CADfix возможно удаление («сглаживание») различных несущественных для проводимого расчета геометрических тонкостей. В частности, могут быть удалены некоторые отверстия или фаски. А если есть некая сложная замкнутая область, она может быть разбита на более простые тела для гибкого оперирования с каждой из них.

Преобразованная в CADfix графическая модель может быть передана непосредственно в CAE-систему либо в сеточный генератор.

В приложениях, подобных CADfix, или в сеточных генераторах работа идет с графическими моделями из солидов. Это связано с тем, что стержневые или оболочечные расчетные модели, как правило, не нуждаются в очень сложных преобразованиях. Практически в каждой профессиональной CAE-системе есть собственный редактор, с помощью которого легко и просто формируются стержневые расчетные модели любой сложности.

«САПР и графика» 1’2001

SprutCAM среди CAD/CAM/CAE систем в машиностроении

CAD-система — сокращение от Computer-Aided-Design. Это переводят как проектирование при помощи компьютера. В таких программах рисуют объемные или плоские модели деталей, которые будут изготавливать.

CAD-системы разделили на три вида по способу рисования: скульптурное моделирование, моделирование произвольных форм с некоторыми точными размерами, параметрическое моделирование.

Так называется создание моделей методом свободных деформаций. В таких программах из тела произвольной формы получают необходимую модель детали. Это похоже на ручную лепку. Вот примеры таких программ:

• Silo3d
• Zbrush
• Mudbox
• Blender

Здесь отличие от программ скульптурного моделирования в том, что модели изготавливают с заданной точностью для сборки с остальными деталями проекта. Для знакомства с такими программами перейдите по ссылкам:

Используют для изготовления деталей с точными размерами. В таких программах при изменении параметров модели происходит автоматическое перестроение изображения модели или всей сборки. Это главное преимущество для инженера-конструктора. Примеры параметрических CAD-систем:

• OnShape
• Компас
• Inventor
• SolidWorks
• Creo

Среди этих программ выделяется Onshape – это CAD система, работающая в браузере непосредственно через Интернет. Onshape доступен с любого устройства, не теряет данные, облегчает их обмен и совместную работу с другими системами. Onshape доступен как в бесплатной, так и в платной версиях. Отличие платной версии от бесплатной состоит в том,что в ней можно создавать личные проекты.

Спроектированные 3D модели деталей изготавливают на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Система ЧПУ – компьютер с программой управления электромоторами станка. Станок с ЧПУ обрабатывает заготовку по программе в G-кодах. G-код это набор стандартных команд, которые поддерживают станки с ЧПУ. Эти команды содержат информацию куда и с какой скоростью двигать режущий инструмент, чтобы обработать деталь.

CAM-система – сокращение от Computer-Aided Manufacturing. Это переводят как изготовление при помощи компьютера. В CAM-систему загружают 3D модель детали, выбирают последовательность изготовления, рассчитывают траекторию движения режущего инструмента. В CAM-системе передвижение режущего инструмента называется траектория. Полученную траекторию режущего инструмента из CAM-системы передают на станок в G-кодах. Для этого используют постпроцессор. Постпроцессор переводит внутренние команды CAM-системы на команды G-кода для станка с ЧПУ. Это похоже на перевод с иностранного языка.

Программисты ООО “СПРУТ-Технология” разрабатывают CAM-систему SprutCAM с 1986 г.В SprutCAM программируют от простых двухкоординатных станков с ЧПУ до многоосевых обрабатывающих центров. Есть специальная версия для программирования промышленных роботов — SprutCAM Robot.

CAE-система — сокращение от Computer-Aided Engineering. Это переводят как использование компьютера для инженерных расчетов: анализ результата проектирования.

CAE-модуль в SprutCAM показывает различие между 3D моделью детали и результатом обработки: недоработанные участки, зарезы. Эта информация помогает технологу до запуска детали в производство избежать брака или поломок.

Для совместной работы инженеров-технологов и конструкторов SprutCAM поддерживает прямой импорт 3D моделей из 16 CAD-систем. А Плагин SprutCAM-Onshape обеспечивает прямой доступ к документам Onshape из SprutCAM. В дополнении, к работе с 3D-моделями этот плагин поддерживает импорт и экспорт проектов SprutCAM непосредственно в Onshape. Больше информации по ссылке: Подробнее об интеграции

Предприятия внедряют SprutCAM, чтобы быстро программировать станки с ЧПУ, не тратить деньги на дополнительные заготовки, реже покупать фрезы, сверла, пластины и не допускать поломки дорогостоящего оборудования.

Интернет-издание о высоких технологиях

CAD/CAM/CAE-системы определяют конкурентоспособность Использование САПР сегодня является для промышленных предприятий не просто способом получения конкурентного преимущества, а, фактически, условием конкурентоспособности. В современных условиях невозможно соответствовать требованиям рынка, разрабатывая продукцию вручную и затрачивая на это годы. Большинство отечественных предприятий, особенно машиностроительных, использует в своей деятельности CAD/CAM/CAE-системы, но уровень полностью «безбумажной» разработки новых изделий пока не достигнут, что не позволяет воспользоваться всеми их преимуществами. Осознание предприятиями этой проблемы подтверждается растущим спросом на системы ведения проектно-конструкторской документации (PDM) и решения CALS/PLM. Однако, сейчас под PLM понимается просто интеграция систем CAD/CAM/CAE/PDM и ERP. С другой стороны, более глубокое понимание концепции CALS/PLM на данном уровне автоматизации отечественных предприятий и не даст особого эффекта. В целом же ситуация с применением САПР в промышленности намного лучшетаковой с применением систем ERP или CRM в силу «понятности» этих систем и наглядности результатов их внедрения. Наибольшим спросом, скорее всего, будут пользоваться «лёгкие» и средние решения, спрос же на «тяжёлые» будет обеспечиваться лидерами отраслей промышленного сектора. Современные промышленные предприятия, выпускающие большую номенклатуру продукции и активно конкурирующие друг с другом на рынке, постоянно находятся в стадии проектирования новых продуктов и разработки соответствующих технологических процессов. В данном случае оптимальным вариантом является «работа на опережение», поскольку если предприятие будет проектировать продукцию на основе существующего спроса, то до стадии промышленного производства дойдёт уже морально устаревший продукт. Это, в значительной степени относится к машиностроению, где, к сожалению, отрицательным примером является производство отечественных легковых автомобилей, однако и в других отраслях промышленности, например, лёгкой, проектирование новой продукции и обновление её ассортимента является сейчас одним из ключевых факторов успеха на рынке. В условиях жёстких ограничений по срокам проектирования и разработки нового изделия, а также по затратам на этот процесс, традиционные «ручные» методы не могут обеспечить необходимой для обеспечения конкурентного преимущества скорости и экономичности. Для решения этой проблемы ещё с 70 — 80-х годов XX века начали создавать и внедрять в производство системы автоматизации проектирования (САПР). Изначально они делились на системы инженерной графики (CAD) и системы инженерных расчётов (CAE), с развитием станков и технологических линий с числовым программным управлением (ЧПУ) появились и системы автоматизации подготовки производства (CAE). Современные системы автоматизации проектирования обеспечивают возможность двумерного и трёхмерного (поверхностного и твердотельного) моделирования промышленных изделий, их узлов и деталей, расчёта их прочностных и других характеристик, моделирования различных нагрузок и иных воздействий, генерации программ для автоматических производственных линий, а также ведения сопутствующей проектно-технической документации и поддержки коллективной работы над проектами. Применение САПР в отечественной промышленности По существующим оценкам значительная доля отечественных промышленных предприятий уже применяет в своей деятельности САПР. Правда, определённая часть этих систем используется без приобретения соответствующих лицензий, на что жалуются производители этих систем. Вместе с тем ситуация в этом плане должна исправляться, поскольку сейчас САПР стали для предприятий фактически ещё одним видом средств производства, при появлении финансовой возможности они стараются приобретать лицензионные версии «освоенных» продуктов. Это косвенно подтверждается ростом продаж лицензионного программного обеспечения автоматизации проектирования. Спадающие же темпы указанного роста продаж свидетельствуют о близости рынка отечественного САПР к насыщению. Вместе с тем, большинство предприятий, работающих с CAD/CAM/CAE-системами,  используют их для разработки изделий и подготовки соответствующей проектно-конструкторской документации, которая в дальнейшем используется в «бумажном» виде. Это вызвано как отсутствием полностью автоматизированных производств, в АСУ ТП которых можно было бы непосредственно загружать данные об изделии, так и слабой совместимостью САПР разных производителей. Второе, в частности, создаёт трудности при разработке изделий и узлов силами нескольких предприятий, использующих разное программное обеспечение. Таким образом, средства CAD/CAM/CAE используются отечественными предприятиями по назначению, но, всё равно, не в «полную силу». Для получения дополнительных преимуществ от систем автоматизации проектирования необходимо более широкое внедрение гибких автоматизированных производств (ГАП) и необходимых инфраструктурных решений. CALS/PLM — логическое продолжение САПР и двигатель рынка Судя по существующим отзывам, отечественные предприятия хорошо осознают необходимость перехода на новый уровень использования САПР. В настоящее время начинается постепенный переход к внедрению решений, интегрирующих процессы управления предприятием (MRPII/ERP) с процессами проектирования (CAD/CAE), подготовки производства (CAM) и выпуска промышленной продукции (АСУ ТП).  Промышленные компании заинтересованы в переходе к модели PLM/CALS, основанной на организации единого информационного пространства, покрывающего все этапы жизненного цикла выпускаемого изделия. Правда, под управлением жизненным циклом изделия пока принято понимать лишь внедрение решений в области PDM и взаимоувязку данных в системах ERP и CAD/CAM/CAE. Что касается специалистов по CALS/PLM, то они указывают на то, что основным преимуществом указанного подхода является возможность «изъятия» жизненного цикла продукта из контекста бизнес-процессов конкретной компании и возможность оптимальной реализации отдельных его частей силами разных предприятий. По сути, модель CALS/PLM позволяет полностью «виртуализировать» процесс производства продукта и организовывать его реальное производство, максимально приспосабливаясь к бизнес-процессам целевого предприятия или группы предприятий. Указанная система максимально облегчает использование аутсорсинга, как в части проектирования, так и в части производства продукции, обеспечивает максимально возможную гибкость и масштабируемость производственных ресурсов и, в конечном итоге, дополняет концепцию виртуальных корпораций концепцией глобальной разработки продукта (Global Product Development — GPD). Сама по себе концепция не нова, ещё Жюль Верн описал её в своём романе «20 тысяч лье под водой». Западные компании используют средства CALS/PLM, в основном, для вынесения части проектных и конструкторских работ в страны с наиболее выгодными экономическими условиями для их выполнения. Отечественные промышленные компании могут использовать эти средства двояко: для обеспечения возможности сотрудничать с западными компаниями и выполнять часть работ для их «виртуального производственного цикла», либо для объединения своих усилий в конкуренции с зарубежными производителями и создания конкурентоспособных отечественных продуктов. Скорее всего, работоспособными окажутся оба варианта. Сегодня комплексные решения, действительно полно реализующие модель CALS/PLM, предлагаются лишь лидерами мирового рынка: IBM/Dassault, UGS PLM и PTC. Остальные же поставщики, включая отечественных, предлагают, фактически, PDM-решения и средства интеграции данных CAD/CAM/CAE с данными ERP. Вместе с тем, для отечественных предприятий сегодня применение именно модели  CALS/PLM не критично, поскольку для этого пока просто нет инфраструктуры. Соответственно, постепенный переход к ней через внедрение PDM и интеграцию систем управления предприятием с системами управления производством закономерен. «Перешагнуть» через этот этап сейчас могут лишь крупные промышленные компании, работающие по контрактам с западными заказчиками. У них есть соответствующие финансовые возможности, плюс внедрение CALS/PLM просто является условием выхода на рынки промышленно-развитых стран. Остальные же компании будут продолжать идти к применению этой модели эволюционным путём. Преимуществом такой стратегии является «временная фора» для поставщиков средних и «легких» решений, которые воспользуются ей для выпуска на рынок менее дорогих аналогов интегрированных CALS/PLM-систем, предлагаемых сегодня «гигантами». Общие выводы В целом же CAD/CAM/CAE-системы являются для отечественных предприятий вполне знакомыми и привычными инструментами, активно используемыми в повседневной деятельности. Более того, эти системы для предприятий более привычны и понятны, чем, например, системы ERP или CRM. Объясняется это тем, что эффект от использования САПР является прямым и сказывается непосредственно на проектировании и производстве изделий  (время проектирования и подготовки производства сокращается в 4-5 раз), в то время как эффект от использования ERP и CRM носит системный характер и сказывается на общих показателях экономической эффективности компании. Сказывается и разница в сроках внедрения и времени «проявления» положительного эффекта от применяемой системы. Таким образом, можно предположить, что спрос на решения PDM/PLM будет расти по мере развития отечественных предприятий и их выхода на рынки ближнего и дальнего зарубежья. При этом, в силу экономической ситуации и общего состояния автоматизации предприятий, повышенным спросом будут пользоваться «лёгкие» и средние решения, в области которых неплохие перспективы у отечественных поставщиков. «Тяжелые» решения (как и в других областях автоматизации) будут приобретаться лидерами отраслей, активно присутствующими на рынках промышленно-развитых стран. Сергей Середа / CNews Analytics

ЛОГОС

17.12.2020

Москва, 10 декабря 2020 года – Госкорпорация «Росатом» объявила о выводе на рынок нового программного модуля «Логос Прочность» – цифрового продукта Госкорпорации «Росатом» для решения инженерных задач прочности в высокотехнологичных отраслях промышленности.

«Логос Прочность» стал третьим модулем пакета программ для инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования класса CAE (Computer-Aided Engineering). С его выходом на рынок Госкорпорация «Росатом» завершила трехлетний этап работы над ключевыми элементами импортонезависимой CAE-системы «Логос», в которую также входят представленные ранее «Логос Аэро-Гидро» и «Логос Тепло». Уже сейчас данная система может закрыть максимум потребностей в математическом моделировании физических процессов различных отраслей промышленности, а в перспективе она будет развиваться в соответствии с новыми задачами российских предприятий.

«Логос Прочность» является высокоточным инструментом для определения напряженно-деформированного состояния деталей, узлов и конструкций при проектировании высокотехнологичных промышленных изделий. Создан на основе многолетних разработок Госкорпорации «Росатом», которые начались в 2009 году в ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ».

После выхода третьего модуля CAE-система «Логос» позволяет комплексно в едином интерфейсе решать мультифизические задачи, включающие расчеты в области гидрогазодинамики, тепломассообмена, динамической, статической и вибрационной прочности.

«Логос Прочность» является отечественной разработкой, состоит в едином реестре российских программ для электронных вычислительных машин и баз данных Министерства цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации. Продукт соответствует требованиям защиты информации и безопасности высокотехнологичных производств в различных отраслях промышленности, включая авиастроение, космическую отрасль, двигателестроение, автомобилестроение, судостроение, а также эффективно решает задачи атомной отрасли.

«Важно, что «Логос Прочность», как и вся линейка «Логос» – это российский цифровой продукт. Он прошел многолетнее тестирование в рамках атомной отрасли: система применялась при решении самых ответственных задач, которые требуют высочайшего качества, точности расчетов и обеспечения безопасности инженерных систем и сооружений. Поэтому мы уверены в его высокой конкурентоспособности. Сегодня «Логос Прочность» выходит на открытый рынок, а значит, его возможности станут доступны российским предприятиям из других индустрий», – отметила на состоявшейся онлайн-презентации директор по цифровизации Госкорпорации «Росатом» Екатерина Солнцева. Она добавила, что использование системы «Логос» позволит предприятиям избежать любых внешних рисков, связанных с возможными изменениями рыночной политики зарубежных поставщиков сопоставимых решений, а у государственных компаний и предприятий с государственным участием система будет востребована в рамках программ по импортозамещению ПО.

Применение «Логос Прочность» позволяет моделировать режимы, недоступные или крайне ресурсоемкие для натурных и стендовых экспериментов. В их числе автомобильные краш-тесты, проверка прочности элементов конструкции воздушных судов, моделирование аварийных ситуаций. Наряду с этим, цифровой продукт позволяет сокращать количество испытаний, сроки и стоимость разработки новых изделий.

В числе прикладных задач прочности, которые позволяет решать «Логос Прочность», – расчет напряженно-деформированного состояния при квазистатическом нагружении и интенсивных динамических нагрузках, моделирование процессов разрушения конструкций при различных аварийных ситуациях, а также проведение различных видов вибрационного анализа: модального анализа для получения собственных частот и форм колебаний конструкции, анализа для получения отклика конструкции при действии нагрузок, заданных гармоническим образом, анализа воздействия широкополосной случайной вибрации для получения отклика конструкции при действии нагрузок, заданных вероятностным образом.

Начальник научно-исследовательской лаборатории Института теоретической и математической физики Российского федерального ядерного центра (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ») Андрей Шемякин назвал одним из принципиальных преимуществ «Логоса» адаптацию продукта под задачи потребителей, которая достигается за счет тесного взаимодействия заказчика с разработчиками: «Технологически пользователи получают продукт, который создан при их участии. Разработчики в процессе формирования функциональных возможностей, внешнего вида слышат пожелания пользователей и ориентируются на них. Это позволяет создать продукты, предоставляющие возможности быстрого формирования оптимального облика изделий, а также определения и устранения проблемных зон. Это же сказывается и на экономической выгоде: сокращение сроков проектирования, снижение затрат на производство, оптимизация технических характеристик».

Директор по математическому моделированию Госкорпорации «Росатом» Дмитрий Фомичев в ряду важных характеристик системы назвал высокую скорость и точность решения задач, отсутствие в большинстве случаев дополнительных финансовых затрат на аппаратное обеспечение, а также наличие библиотек расчетных моделей: «Заложенные в систему еще на этапе проектирования компетенции РФЯЦ ВНИИЭФ в области высокопроизводительных (суперкомпьютерных) вычислений позволяют добиваться высокой скорости и точности решения наиболее ресурсоемких задач. При этом для большинства распространенных задач вполне достаточно мощности стандартных рабочих станций разработчиков, собранных с использованием современных многоядерных процессоров. Таким образом, во многих случаях переход к использованию системы «Логос» не требует существенных дополнительных инвестиций в аппаратное обеспечение. Еще одно важное преимущество программных продуктов семейства «Логос» – обширный набор расчетных моделей (библиотек), полностью соответствующих лучшим практикам, принципам и стандартам проектирования, используемым российской инженерной школой».

При внедрении «Логоса» специалисты Госкорпорации «Росатом» в соответствии с задачами и бизнес-процессами предприятия-потребителя формируют индивидуальную дорожную карту, а в случае, если цифровой продукт внедряется в рамках импортозамещения ПО, потребители получают консультации по вопросам соответствующей государственной поддержки. Техническое сопровождение включает в себя как консультации по установке и настройке системы, включая обучение пользователей, так и системное сопровождение ее использования со стороны разработчика с предоставлением помощи в создании расчетных технологий для новых инженерных задач и проведения НИОКР. Система поставляется заказчикам с полной документацией на русском языке. В постоянном режиме осуществляется анализ потребностей заказчиков системы «Логос» и учитываются их пожелания в рамках развития системы.

_____________________

Справка

     I.        Общая информация о «Логосе»

«Логос» – пакет программ суперкомпьютерного моделирования и инженерного анализа класса CAE (Computer-Aided Engineering), применяемый для моделирования аэро-, гидро- и газодинамических процессов, теплопередачи, химической кинетики, фазовых переходов, статической и динамической прочности, деформации и разрушения, протекающих в сложных инженерных объектах и конструкциях. Разработка пакета программ началась в 2009 году в Институте теоретической математики и физики (ИТМФ) ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (г. Саров, Нижегородская обл., входит в Госкорпорацию «Росатом»). Специалисты института решали проблему отсутствия отечественных инструментов подобного класса (класса САЕ), применимых ко всем базовым инженерным задачам различных отраслей промышленности. Уникальные компетенции атомной отрасли в области численного моделирования стали основой для создания отечественного цифрового продукта мирового класса.

До 2017 года «Логос» развивался в рамках ряда крупных проектов для предприятий стратегических отраслей промышленности. В настоящее время пакет программ применяется на более чем 70 российских предприятиях.

В 2018 году стартовал процесс продуктизации этой разработки. 12 декабря 2018 года состоялась официальная презентация первого тиражируемого цифрового продукта Госкорпорации «Росатом» – «Логос Аэро-Гидро». Это инструмент 3D-моделирования процессов гидрогазодинамики, который призван решать задачи широкого круга высокотехнологичных отраслей промышленности, включая авиастроение, судостроение, атомную энергетику и автомобилестроение. На базе цифрового продукта «Логос Аэро-Гидро» можно не только выполнять специализированные расчеты, но и разрабатывать новые уникальные расчетные технологии, в том числе недоступные для экспериментальной отработки. 17 декабря 2019 года Госкорпорация «Росатом» объявила о запуске второго модуля – «Логос Тепло». Это модуль пакета программ «Логос», предназначенный для решения расчетных инженерных задач в области оценки тепловых характеристик и режимов деталей и узлов в авиастроении, двигателестроении, транспортном машиностроении, атомной энергетике и других отраслях промышленности. 10 декабря 2020 года состоялось официальное представление рынку еще одного продукта линейки «Логос» – «Логос Прочность» для решения динамических, статических и вибрационных задач прочности, деформации и разрушения.

     II.        Примеры отраслевых процессов, требующих применения «Логос Прочность»

Авиастроение: моделирование прочности в авиадвигателях; расчеты НДС элементов конструкций летательных аппаратов, аэроупругость (сопряженные расчеты аэродинамики и прочности).

Космическая отрасль: НДС и термопрочность элементов РКТ; моделирование прочности в ракетных двигателях.

Двигателестроение: НДС и термопрочность деталей и узлов двигателей, сопряженные расчеты тепломассопереноса и прочности; определение собственных частот и форм колебаний.

Автомобилестроение: определение НДС узлов транспортной техники; моделирование краш-тестов; оценка эксплуатационных характеристик автомобиля.

     III.        Функциональные возможности модуля «Логос Прочность»

1.     Высоконелинейная динамическая прочность

–         Явное интегрирование по времени

–         3D и 2D постановки (плоская, осесимметричная)

–         МКЭ и SPH подходы

–         Более 40 моделей деформирования и уравнений состояний

–         Библиотека конечных элементов: объемные, оболочечные, балочные, специализированные элементы

–         Библиотека сглаживаний искажений типа «песочных часов»: жесткостные, вязкостные, комбинированные

–         Граничные условия: кинематические закрепления, навязанное перемещение, условие совместности деформаций, линейное многоточечное ограничение, циклическая симметрия, жесткие стенки, шарнирные соединения, пользовательские

–         Нагрузки: поверхностное давление, узловые силы/моменты, инерционная нагрузка в виде линейных поступательных ускорений, тепловое нагружение, внешние поля, пользовательские

–         Контактные алгоритмы: автоматический и выборочный контакт для всех типов элементов, учет силы трения, перестройка контактных границ при разрушении, метод штрафа, метод лагранжевых множителей

–         Модели распараллеливания: MPI, OpenMP, смешенная OpenMP + MPI

2.     Квазистатическая прочность

–         Линейное/нелинейное приближения

–         Объемные, оболочечные, балочные элементы

–         Упругое деформирование

–         Физическая нелинейность – пластичность, ползучесть, повреждаемость, разномодульность

–         Геометрическая нелинейность – большие деформации/вращения

–         Контактное взаимодействие

–         Модели механики разрушения

–         Изотропные, ортотропные, анизотропные материалы

–         Слоистые композиционные материалы

–         Гибридное распараллеливание (OpenMP+MPI)

–         Технология субмоделирования

–         ТермоНДС

–         Связное моделирование аэрогидродинамика/тепло и прочность

3.     Вибрационные типы анализа

–         Модальный анализ для получения собственных частот конструкции с учетом и без учета демпфирования

–         Гармонический анализ для получения отклика конструкции при действии нагрузок, заданных гармоническим образом: полный метод и метод суперпозиции собственных форм

–         Анализ воздействия широкополосной случайной вибрации на конструкцию: вибрация в закреплениях и нагрузки в незакрепленных частях конструкции

–         Линейный анализ потери устойчивости для получения коэффициентов запаса

–         Изотропные, ортотропные и анизотропные материалы

–         Набор различных видов демпфирования

–         Учет предварительного НДС

–         Учет контактного взаимодействия между частями конструкции

Системы проектирования. САПР. CAD/CAM/CAE. Рабочие станции для проектирования

 

САПР(cистема автоматизированного проектирования) – это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают в результате вычисления и составления математических моделей на ЭВМ.

В настоящий момент выделяют три основные подгруппы САПР:

• машиностроительные САПР (MCAD – Mechanical Computer Aided Design)
• архитектурно-строительные САПР (CAD/AEC – Architectural, Engineering, and Construction)
• САПР печатных плат (ECAD – Electronic CAD/EDA – Electronic Design Automation)

Наиболее развитым среди них является рынок MCAD, по сравнению с которым секторы ECAD и CAD/AEC довольно статичны и развиваются слабо.

 

CAD (сomputer-aided design) – средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения. CADD (Сomputer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей и CAGD (Сomputer-aided geometric design) — геометрическое моделирование. 

MCAD (mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования 

 

CAM (сomputer-aided manufacturing) — подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, полученных из систем CAD.

 

CAE (сomputer-aided engineering) — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений (метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др.). Современные системы автоматизации инженерных расчётов (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы). CAE-системы — это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.

 

Как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.

 

Универсальной конфигурации графической рабочей станции для оптимальной работы с CAD/CAM/CAE-приложениями не существует. В связи с различной сложностью программных продуктов, которых, к слову, на рынке предостаточно, конфигурации могут варьироваться очень сильно и их необходимо подбирать сугубо индивидуально, т.е. под задачи. Конечно же, все CAD/CAM/CAE-приложения относятся к ресурсоёмким, так что вычислительная мощность в данном случае точно не помешает. Однако, целью индивидуального подбора конфигурации является именно поиск системы с наилучшим соотношением “цена/производительность” для решения конкретных задач.

 

Приведем несколько примеров конфигураций, рекомендованных для использования с теми или иными приложениями:

 

ANSYS “ANSYS“

• Нормально: CPU Xeon E5 6C, 64GB RAM, NVIDIA Quadro K600/AMD FirePro V3900, SSD (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)
• Хорошо: 2xCPU Xeon E5 8C, 96GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W7000, SSD (см. HP z620, Dell T5600, Lenovo C30)
• Отлично: 2xCPU Xeon E5 8C, 128GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W7000, 2xSSD (см. HP z820, Dell T7600, Lenovo D30, Fujitsu R920)

 

Autodesk “Inventor“

• Нормально: CPU Xeon E3, 8GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W5000, SATA 7200rpm HDD (см. HP z230 Tower, Dell T1700 MT, Lenovo E31 Tower, Fujitsu W520)
• Хорошо: CPU Xeon E5, 16GB RAM, NVIDIA Quadro K4000/AMD FirePro W7000, 2xSATA 10000rpm HDD (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)
• Отлично: 2xCPU Xeon E5, 32GB RAM, NVIDIA Quadro 6000, 3xSAS 15000rpm HHD (см. HP z820, Dell T7600, Lenovo D30, Fujitsu R920)

 

PTC “Creo Elements/Pro“

• Нормально: CPU Xeon E3, 8GB RAM, NVIDIA Quadro K600/AMD FirePro V4900, 2xSATA 10000rpm HDD (см. HP z230 Tower, Dell T1700 MT, Lenovo E31 Tower, Fujitsu W520)
• Хорошо: CPU Xeon E5, 16GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W5000, 3xSAS 10000rpm HDD RAID0 (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)
• Отлично: 2xCPU Xeon E5, 32GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W5000, 3xSSD 15000rpm HHD RAID0 (см. HP z820, Dell T7600, Lenovo D30, Fujitsu R920)

 

Dassault Systemes “CATIA“

• Нормально: CPU Xeon E3, 8GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W5000, SATA 7200rpm HDD (см. HP z230 Tower, Dell T1700 MT, Lenovo E31 Tower, Fujitsu W520)
• Хорошо: CPU Xeon E5 4C, 16GB RAM, NVIDIA Quadro K4000/AMD FirePro W7000, SAS 15000rpm HDD (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)
• Отлично: CPU Xeon E5 6C, 32GB RAM, NVIDIA Quadro K5000/AMD FirePro W8000, SSD (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)

 

Dassault Systemes “SolidWorks“

• Нормально: CPU Xeon E3, 8GB RAM, NVIDIA Quadro K2000/AMD FirePro W5000, SATA 7200rpm HDD (см. HP z230 Tower, Dell T1700 MT, Lenovo E31 Tower, Fujitsu W520)
• Хорошо: CPU Xeon E5, 16GB RAM, NVIDIA Quadro K4000/AMD FirePro W7000, SATA 10000rpm HDD (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)
• Отлично: 2xCPU Xeon E5, 32GB RAM, NVIDIA Quadro K5000/AMD FirePro W8000, SSD (см. HP z620, Dell T5600, Lenovo C30)

 

Siemens PLM “NX“

• Нормально: CPU Xeon E3, 16GB RAM, NVIDIA Quadro K4000/AMD FirePro W7000, SSD (см. HP z230 Tower, Dell T1700 MT, Lenovo E31 Tower, Fujitsu W520)
• Хорошо: CPU Xeon E5 4C, 16GB RAM, NVIDIA Quadro K4000/AMD FirePro W7000, SSD (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)
• Отлично: CPU Xeon E5 6C, 32GB RAM, NVIDIA Quadro K5000/AMD FirePro W8000, 2xSSD RAID0 (см. HP z420, Dell T3600, Lenovo S30, Fujitsu M720C)

 

К вашему вниманию несколько познавательных видео на данную тему:

 

HP Z Workstation + Nvidia Quadro + Solidworks в проекте подготовки прыжка австрийца Феликса Баумгартнера с высоты 39 км.

 

Технология NVIDIA Maximus в работе с Autodesk Maya

 

Сравнение видеокарт в Solidworks

 

Модель работающего двигателя внутреннего сгорания в Solidworks

Быстрее, гибче, нагляднее | ComNews

Форум открыл директор Центра компетенции по импортозамещению в сфере ИКТ Илья Массух. По его оценке, задача импортозамещения в сфере базовой информатизации практически решена, нужно просто набирать темп. А вот в области более сложного профессионального ПО все существенно сложнее. Директор по математическому моделированию ЧУ “Цифрум” Дмитрий Фомичев напомнил, что в настоящее время 70% CAE-систем, эксплуатируемых в России, в том числе и на оборонных предприятиях, имеют зарубежное происхождение. И своим доминированием в сфере ПО зарубежные правительства активно пользуются, вводя разного рода ограничения, причем компании-разработчики, как напомнил Илья Массух, широко внедряют технические средства, которые мешают дальнейшему использованию локальных систем. Так что задача импортозамещения в сфере САПР также должна решаться. Нужно создавать ПО для соответствующих рабочих мест, при этом не стремясь копировать лидирующие зарубежные решения. Во главе угла, по его мнению, должна быть обратная связь между разработчиком и потребителем, чему надо учиться у “Росатома”. Также Илья Массух напомнил о мерах поддержки, которые касаются не только разработчиков, но и тех, кто использует российское ПО, особенно такое сложное и дорогое, как системы CAD/CAM/CAE.

“Логос” – пакет программ для инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования, относящийся к классу CAE (Computer-Aided Engineering). Разработка данной системы началась в 2009 г. во ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ”, головном НИИ ГК “Росатом”. Как особо отметил начальник отдела Института теоретической и математической физики ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ” Роман Королев, ГК “Росатом” всегда была под жестким санкционным прессингом со стороны зарубежных правительств, и очередная волна ограничений и привела к появлению “Логоса”.

Первоначально данная система разрабатывалась исключительно для проведения инженерных расчетов (прочностных, теплотехнических) в собственных целях предприятий “Росатома”. При этом как функциональность, так и удобство в использовании росли, что неизбежно тогда, когда программным средством реально пользуются, а взаимодействие между разработчиком и пользователем хорошо налажено. Но затем “Логос” начал адаптироваться под нужды потребителей из других отраслей, а именно – разных видов машиностроения и строительства. Все это, как особо отметила Екатерина Солнцева, потребовало значительных усилий по организации продвижения продукта, организации технической поддержки, обучения потенциальных пользователей, подготовки документации и прочих мер, которые делают пакет программ продуктом.

Также создан консорциум разработчиков, целью которого стало не просто избежание конкуренции между разными разработчиками, но и стремление совместными усилиями создавать решения на базе единой платформы, в качестве которой и выступает “Логос”. Роман Королев отметил, что на использование платформенного подхода к развитию “Логоса” разработчиков подтолкнуло изучение опыта прямых конкурентов, прежде всего ANSYS. Именно такой подход позволил адаптировать продукт для нужд других отраслей – авиа-, автомобиле- и судостроения, производства ракетно-космической техники, строительства, где требуется проведение сложных расчетов с учетом многих факторов, а также имитационное моделирование. Причем, по мнению Екатерины Солнцевой, решения на базе платформы “Логос” будут предлагаться и для зарубежных рынков, так как есть хорошие перспективы. Прежде всего экспортная версия “Логоса” будет ориентирована на атомную промышленность.

Тем более что продукт постоянно развивается. Появляются новые функции, описанию которых на конференции была посвящена целая секция, появляется интеграция с разными программными средствами, как тиражными, так и собственной разработки. Становится более наглядным интерфейс, применяются более точные и/или быстродействующие алгоритмы.

Как подчеркнул Дмитрий Фомичев, моделирование все шире применяется российскими компаниями. Использование моделирования вместо натурных испытаний, как показывает опыт, позволяет существенно ускорить выход готового изделия. Особенно велик эффект в таких отраслях, как авиастроение и разработка ракетно-космической техники. При этом расхождение между натурными испытаниями и использованием модели с помощью “Логоса”, как отметил в своем выступлении начальник отдела АО “ГРЦ Макеева” Антон Чешко, не превысило 6%. Это оказалось намного лучшим показателем, на который рассчитывали. Схожие показатели получены и в АО “Компания “Сухой”, о чем рассказал главный конструктор суперкомпьютерных технологий Александр Корнев. В АО “Компания “Сухой” “Логос” применяется в ходе проектирования беспилотника “Охотник” и трех перспективных образцов авиационной техники.

CAD, CAM, CAE-системы: применение, классификация, использование

Структура

Как и любые другие сложные системы, CAD включают в себя несколько подсистем, которые могут быть проектирующими или обслуживающими.

Первые занимаются непосредственным выполнением разнообразных проектных работ. В качестве примера таковых можно привести подсистемы трехмерного геометрического моделирования всевозможных механических объектов, схемотехнического анализа, создания конструкторской документации или же трассировки соединений печатных плат.

Обслуживающие подсистемы предназначаются для того, чтобы обеспечить нормальную работоспособность проектирующих, а их комбинацию довольно часто среди специалистов принято называть системной средой САПР. В качестве типичных обслуживающих подсистем часто используются базы управления проектными данными, всевозможные подсистемы разработки и последующего сопровождения программного обеспечения CASE, а также обучающие, предназначенные для облегчения освоения пользователями технологий, реализованных в CAD.

Структурирование по различным аспектам позволило появиться видам обеспечения САПР, которых сегодня выделяют всего семь:

• техническое, которое включает в себя различные аппаратные средства;
• математическое, объединяющее всевозможные математические методы, алгоритмы и модели;
• программное, представляющее собой компьютерные программы САПР;
• информационное, в состав которого включены базы данных, системы управления этими базами, а также множество другой информации, использующейся в процессе проектирования;
• лингвистическое, выражающееся в виде языков общения между ЭВМ и проектировщиками, языками обмена данными между техническими средствами CAD и языками программирования;
• методическое, в которое входят всевозможные технологии проектирования;
• организационное, выполненное в виде должностных инструкций, штатных расписаний и прочей документации, при помощи которой осуществляется регламентирование работы проектных предприятий.

Стоит отметить, что вся совокупность информации, которая применяется в процессе проектирования, специалистами называется информационным фондом CAD. База данных представляет собой упорядоченную совокупность информации, в которой отражаются различные характеристики объектов и их взаимосвязь в определенной предметной области. Доступ к базе данных для изучения, записи и последующей корректировки данных проводится через СУБД, а совокупность СУБД и БД принято называть БнД, то есть банк данных.

Особенности систем

Стоит несколько слов сказать об особенностях сканирования имплантатов среди разных систем.

1. CEREC IN LAB фирма (SIRONA): использование трех распознанных насечек с порогом распознавания 100 мкм
2. PRECIDENT фирма (DCS): три насечки, порог распознавания аналогично предыдущему 100 мкм.
3. Система HINT ELS фирма (HINT ELS GmbH): одна распознаваемая насечка, порог распознавания 150 мкм.
4. Система EVEREST фирма (KAVO): ряд насечек не распознан, порог распознавания более 150 мкм.

Соответственно, наиболее хороший порог распознавания у систем PRECIDENT и CEREC IN LAB, значит, они могут качественно отобразить микротрещины и грани, которые могут быть незаметны для других сканеров. В таком случае виртуальная модель будет идентична реальной.

У каждой системы есть свои особенности

Каким образом данные системы могут быть использованы в стоматологии?

Самый популярный процесс, где они используются, – это изготовление заготовок зубных пломб и получение конечного продукта в виде самой пломбы. Из-за использования в стоматологии определенного количества материалов для выполнения имплантатов, не каждый раз есть возможность добиться желаемого результата, отличающегося высокой надежностью.

Однако благодаря CAD/CAM системам есть возможность расширить выбор используемых для изготовления пломбы материалов. Например, так можно создавать долговечные керамические пломбы высокого качества.

С помощью таких технологий можно изготавливать пломбы, коронки и протезы из различных материалов

Вот какими плюсами обладает использование автоматизированных систем в протезировании по сравнению с привычными методами.

1. Есть возможность изготовления основы для пломбы естественного цвета, не отличающегося от натурального цвета эмали.
2. Пломбы, изготовленные из керамики, отличаются повышенной стойкостью.
3. Такой материал, как керамика, отлично воспринимается организмом.
4. Есть возможность укрепления разрушенных зубов.

Классификация САПР

Для более укрупненного описания систем автоматизированного проектирования принята классификация САПР по набору определенных отличительных особенностей. В отечественной практике применяется ГОСТ 23501.108-85, выделяющий среди таких особенностей тип, разновидность и сложность разрабатываемого объекта, уровень автоматизации и ее комплексность, номенклатура подготавливаемой документации, а также сложность структуры технического обеспечения.

Международные стандарты рассматривают такие комплексы в аспекте отраслевого и целевого назначения.

По отраслевому назначению

Признак классификации по отраслевому назначению отчасти перекликается с отечественным типом объекта проектирования и подразделяет все САПР на:

• Машиностроительные — позволяют выполнять разработку элементов механических систем, а также создавать из них сборки, получая сложные механизмы.
• Приборостроительные — используются для создания радиоэлектронного оборудования, интегральных микросхем и трассировки печатных плат.
• Архитектурные — применяются в промышленном и гражданском строительстве, позволяют моделировать конструкции зданий и сооружений.

Следует отметить, что приведенная классификация несколько условна и не охватывает весь перечень отраслей, в которых применяются САПР. Комплексы не попавшие в общепринятую классификацию, трактуются стандартом как «Прочие».

По целевому назначению

Согласно данному классификационному признаку различают CAD-, CAE- и CAM-системы.

• CAD-системы объединяют в себе инструментарий конструирования различных деталей, подготовки чертежей, спецификаций и сопутствующей документации. Большинство современных программ обладают функциями создания 3D-моделей, используемых в CAM и CAE-системах.
• CAM-системы позволяют выполнять технологическую поддержку производства изделия. Примером может служить генерация управляющей программы для станков и обрабатывающих центров с ЧПУ.
• CAE-системы обладают обширными средствами поддержки математического анализа. С помощью них моделируют и прогнозируют процессы в области теплотехники, гидравлики, механики; выполняют сложные расчеты с использованием расширенного математического аппарата. CAE системы позволяют оценить работоспособность проектируемого изделия до его производства.

Классификация CAD/CAM-технологий.

Все CAD/CAM-системы делятся на два типа:

• «Закрытые системы»;
• «Отрытые системы»

К «закрытым» системам относятся такое оборудование, которое может работать только с определенными расходными материалами, производимыми как правило одной компанией.

Открытые CAD/CAM-системы имеют ряд преимуществ для пользователей:

• Выбор любых CAD/CAM материалов из спектра имеющихся на рынке для фрезерования готовой реставрации;
• Сканер для оцифровки оттиска или оставшейся субстанции зуба, так и фрезеровальный аппарат, выбираются оператором. То есть полученные клиницистом снимки с помощью интраоральной сканирующей камеры одной открытой CAD/CAM-системы могут беспрепятственно использоваться для моделирования в программном обеспечении другой открытой системы и фрезероваться на станке третьей открытой системы другого производителя.

По второй основной классификации все CAD/CAM-технологии разделяют на:

• врачебные;
• лабораторные.

Лучшие компании производители CAD/CAM систем.

Dyamach — Современная конструкция от итальянского изготовителя. Ее отличает повышенная точность и возможность работать и комбинировать различные материалы. Фрезерный станок, обтачивающий изделия в непрерывном режиме, сокращает время выполнения операции. Минусом системы можно считать ее высокую цену в сравнении с аналоговыми версиями других производителей конкурирующих брендов.

Roland — Продукт японских разработчиков, основное преимущество которого – абсолютная бесшумность фрезерного аппарата в процессе обтачивания изделия. Также отмечается повышенная точность в обработке и придании необходимой формы протезам, сделанным из материалов повышенной твердости, например, коронки из циркония. Недостаток – высокая цена оборудования, что ограничивает его применение в отечественных стоматологических клиниках.

Sirona Dental Systems — Является представителем немецких производителей. Как и все, выполненное в Германии, отличается высоким качеством и соблюдением всех требований стандартов. Относится к оборудованию средней ценовой группы. Аппараты получили широкое распространение в российских стоматологических центрах. Идеальное решение для клиник с небольшой проходимостью и наличием современных лабораторий.

Zirkonzahn — Имеет самую высокую производительность – порядка 1000 единиц моделей ежемесячно. Совместим с внутриоральными сканирующими устройствами. Обрабатывает любые материалы. Относится к продукту среднего ценового сегмента. На европейском рынке с 2009 года. Продукт швейцарских производителей.

WIELAND — Фрезерная машина Wieland имеет массивное шасси и прочную гранитную рабочую поверхность. Предназначена для работы в больших лабораториях и фрезерных центрах. Основное преимущество — встроенный высококачественный жидкокристаллический экран, позволяющий моментальный вывод изображения в процессе обтачивания материала. Комплектуется автономным вытяжным механизмом.

WIELAND — Фрезерная машина Wieland имеет массивное шасси и прочную гранитную рабочую поверхность. Предназначена для работы в больших лабораториях и фрезерных центрах. Основное преимущество — встроенный высококачественный жидкокристаллический экран, позволяющий моментальный вывод изображения в процессе обтачивания материала. Комплектуется автономным вытяжным механизмом.

Общее представление

CAD CAM – это уникальная современная технология производства зубных протезных изделий с использованием панорамного компьютерного 3D-моделирования и дальнейшего изготовления протеза на фрезерном электронном оборудовании.

Методика коренным образом отличается от стандартных технологий производства с ручным способом более высокой точностью готовых изделий, скоростью изготовления и удобством эксплуатации.

Процедура включает следующие этапы:

• диагностика с помощью компьютера;
• панорамное моделирование системы;
• производство протеза;
• установка конструкции.

Основная цель CAD CAM ― обработка высокопрочных материалов и изготовление их них качественных протезных конструкций, не вызывающих дискомфорт и имеющих высокие эстетические характеристики.

Общепринятая международная классификация

Современная классификация распределяет их на несколько категорий:

• чертежно-ориентированные системы, которые впервые появились в семидесятые года прошлого века, но до сих пор могут использоваться в некоторых ситуациях;
• системы, создающие трехмерные электронные модели объектов, за счет чего появляется возможность решения различных задач, связанных с моделированием вплоть до процедуры производства;
• системы, с помощью которых поддерживается концепция полного электронного описания объекта.

Последний тип представляет собой технологию, обеспечивающую разработку и последующую поддержку информационной электронной модели на протяжении всего ее жизненного цикла, включая концептуальное и рабочее проектирование, полноценный маркетинг, производство, технологическую подготовку, эксплуатацию, а также утилизацию и ремонт.

В современной технической и учебной литературе, а также различных государственных стандартах аббревиатура САПР трактуется как «Система автоматизированного проектирования», но при этом наиболее точно здесь соответствует понятие «Система автоматизации проектных работ», но оно является более тяжелым для восприятия, поэтому встречается на порядок реже. Нередко случается так, что, проводя проектирование в системах CAD, можно заметить некорректное толкование «Система автоматического проектирования», хотя на самом деле это по своей сути ошибочно. Не стоит забывать о том, что понятие «автоматический» предусматривает полностью самостоятельную работу системы без необходимости в каком-либо участии человека, в то время как САПР все-таки требует исполнения некоторых задач самим человеком, а полная автоматика относится только к отдельным процедурам и операциям.

Не совсем верным является также такое понятие, как «Программное средство автоматизированного проектирования», так как его можно назвать слишком узконаправленным. Конечно, на данный момент САПР рассматривается исключительно в качестве прикладного программного обеспечения, необходимого для проведения проектной деятельности, однако на самом деле в отечественной литературе и различных государственных стандартах САПР рассматривается как более объемное понятие, в которое входят не только программные инструменты.

Прочностной анализ изделия в DesignSpace

Программа DesignSpace относится к классу систем среднего уровня. Кроме прочностных
расчетов в DesignSpace могут решаться тепловые задачи, выполняться топологическая
оптимизация формы изделия (предсказание оптимальной формы изделия под конкретные
эксплуатационные условия) и анализироваться собственные
частоты. В рамках DesignSpace полностью автоматизированы операции, выполняемые
расчетчиками на профессиональных конечно-элементных пакетах, в том числе и построение
конечно-элементной сетки. Сетки строятся из квадратичных параметрических тетраэдров
с узлами при вершине и на серединах ребер, что позволяет достигать неплохих
результатов.

Для прикидочной оценки работоспособности конструкции возможностей программы
DesignSpace вполне достаточно. Программа без участия пользователя автоматически
выполняет оптимизацию расчетных моделей. Апробированные многолетней практикой
приемы позволяют достигать хороших результатов расчета. В частности, речь идет
о разбиении на конечные элементы. Например, если внутри тела изделия встречается
цилиндрическое отверстие, которое в плане может быть рассмотрено как окружность,
то при построении сетки, в случае использования конечных элементов первого порядка,
разбиение по дуге окружности должно идти через каждые 15°, а если используются
элементы второго порядка, то не реже чем через 20-25°. В этом случае ошибка
по напряжениям составит не более 5-10%. И если специалисты-прочнисты знают это,
то инженер-конструктор может и не знать, поэтому вся работа по созданию конечно-элементной
сетки в DesignSpace скрыта от его глаз. DesignSpace как бы ведет конструктора
шаг за шагом по узкому коридору, выполняя за него требуемые операции и не позволяя
ему ошибиться.

Разумеется, программа DesignSpace имеет свои пределы применимости — это большие
перемещения и большие деформации, а также используется для решения сложных связанных
задач. Для определения выхода за рамки ограничений по перемещениям и деформациям
рекомендуется сделать поверочный расчет и убедиться, что полученные в результате
деформации и напряжения не выходят за рамки, накладываемые упругими деформациями.
В противном случае решение будет неверным.

Интересным представляется решение в программе задачи топологической
оптимизации изделия. Идея заключается в том, что пользователь задает один
или несколько расчетных случаев, в которых полностью определяет граничные условия
и задает некоторый процент редукции веса (например, 25 или 30%), который планируют
достичь в результате анализа. В рамках заданных допущений выполняется расчет,
в процессе которого итерационно для каждого случая определяется и строится поле
главных напряжений. По полученным полям выявляются наименее нагруженные участки.
Далее программа, с учетом заданного процента редуцирования, исключает их из
анализа, выполняет повторный расчет с построением поля главных напряжений. Таким
образом, в результате нескольких итераций пользователь получает некоторую приближенную
к равнопрочностной конструкцию, получаемую отсечением «лишних», не несущих для
заданных нагрузок, участков материала. Визуализация решения возможна в виде
цветовых заливок, подсказывающих конструктору, в каких местах изделие можно
утончить и где убрать лишний материал.

В качестве алгоритма оптимизации веса детали взят один из двух доступных в системе
ANSYS — как наиболее простой и основанный на так называемой псевдоплотности
материала.

Другой интересной возможностью, о которой нельзя не сказать, является функция
автоматической генерации отчетов о проведенном в заданный период времени анализе.
Отчет формируется (правда, к сожалению, на английском языке) в формате HTML
и включает в себя как все исходные данные по постановке задачи, так и самые
подробные сведения о результатах расчета (напряжения, частоты, температуры и
т.д.). В отчет также включаются и визуальные трехмерные изображения в формате
JPG и VRML 2.0. Подобную функцию предполагается включить и в профессиональный
CAE-пакет ANSYS.

Расчет и анализ для всех

Несмотря на кажущуюся неразрешимость противоречий, возникающих на пути сближения
CAD и CAE, логика прогресса неумолима. Шаг за шагом разработчики информационных
технологий накапливают знания в области интеллектуализации компьютерных программ
и неуклонно расширяют их функциональные возможности. Безусловно, человек-эксперт
будет занимать главенствующую позицию всегда (по крайней мере, я на это надеюсь),
но доступ к знаниям будут получать все большее число специалистов, не имеющих
специальных познаний в смежных областях.

Что можно в работе конструктора автоматизировать уже сегодня? Если задача и
сам расчет не очень сложны, а алгоритмы, заложенные в программе, уже десятилетиями
апробированы и всесторонне изучены (так что сам факт возникновения ошибки маловероятен
и пользователь не нуждается в глубоком и всестороннем анализе процесса — ему
требуется только некоторый оценочный результат для принятия дальнейших шагов
в разработке нового изделия), то возможно использование уже имеющихся для этих
целей интегрированных с CAD приложений, специально разработанных для инженеров-конструкторов.

Примером таких приложений являются DesignSpace (ANSYS,
Inc.) и Dynamic Designer (Mechanical Dynamics, Inc.), использующие графические
модели, разработанные конструктором, как есть — без модификации формы изделия.

Dynamic Designer и DesignSpace выполнены в рамках общей концепции, предусматривающей
обмен данными через CAD-систему. Данные, полученные в результате работы одного
из приложений, сохраняются вместе с данными графической модели и доступны для
работы в другом приложении. В рамках концепции могут быть задействованы такие
CAD-системы среднего уровня, как Mechanical Desktop, Microstation Modeler, Solid
Edge, SolidWorks. Системы Dynamic Designer и DesignSpace служат ярким примером
переноса идеологии тяжелых САПР на уровень средних.

Разработка геометрии кузова автомобиля и разбиение кузова на детали

Известно несколько способов проектирования кузова автомобиля. Один из них, практикуемый в дизайн-центре «АвтоВАЗа», использован в данной работе. Он предусматривает прохождение ряда проектных шагов.

В основу проектирования автомобиля как симметричного объекта положен принцип, определяющий положение его системы координат (СК), — автомобиль имеет главную нулевую плоскость ZX, вертикально расположенную на его продольной оси, горизонтальную плоскость XY и вертикальную ZY, проходящую через ось передних колес. Работа начинается с выбора местоположения начала координат кузова автомобиля.

Следующим этапом является построение поверхностей кузова по характерным кривым (рис. 13), постоянно присутствующим на автомобиле (разъемы дверей, разъемы между соединенными деталями кузова и т.д.). По этим очеркам составляется некая «проволочная» модель, пересечение кривых, и появляется каркас поверхности.

Рис. 13. Построение каркаса кузова

Рис. 14. Построение ортогональных проекций

Далее выполняется построение каркаса поверхности в ортогональных проекциях (вид сбоку, сверху, спереди) — рис. 14.

Затем из ортогональных проекций кривых получают 3D-кривые, по ним конструктор начинает работу по проектированию кузовных поверхностей.

Наконец, на пятом этапе полученные от дизайнера трехмерные кривые обрабатываются в CAD-системе (в нашем случае — в PowerSHAPE). Остановимся на этом этапе подробнее.

Сначала по каркасу кривых (рис. 15) «натягивают» поверхности, позволяющие видеть общую структуру кузова болида, после чего дизайнер и конструктор прорабатывают элементы аэродинамики и тем самым приходят к общей композиции автомобиля (рис. 16). Дизайнер использует в работе эскизное проектирование в системе для промышленного дизайна Rhino (компании Rhinoceros), позволяющее быстро строить поверхности, но дизайнерское построение характеризуется большой погрешностью.

Рис. 15. Проектирование скульптуры каркаса

Работа конструктора заключается в детальной проработке полученных от дизайнера данных, то есть все каркасные кривые и «натянутые» по ним поверхности перестраиваются с высокой точностью с целью получения окончательных кузовных поверхностей (рис. 17) и принятия дальнейших конструкторско-технологических решений. Параллельно с проектированием кузовных поверхностей идет разработка рамного каркаса, который является несущей силовой конструкцией автомобиля (рис. 18).

Рис. 16. Решение общей композиции кузовных поверхностей

Рис. 17. Сборка кузовных деталей
в общую компоновку

Рис. 18. Базовый вариант
рамы

На заключительном этапе кузовные поверхности делятся на детали (с учетом требований регламента соревнований), идет их конструктивное оформление (проработка мест разъема с сопряженными деталями). Также выполняется сборка всех полученных деталей кузова в общую компоновку.

За время работы над конструкцией болида в ней были выявлены определенные недочеты. Когда уже были полностью спроектированы и изготовлены кузовные детали, для уменьшения веса автомобиля, упрощения доступа к внутренним узлам и агрегатам, а также для удобства управления гоночным автомобилем потребовалось модернизировать существующий рамный каркас и некоторые кузовные детали (рис. 19).

Рис. 19. Модернизация деталей кузова

Проектирование оснастки для получения деталей кузова и разработка управляющих программ для изготовления оснастки на станках с ЧПУ

CAD/CAM-технологии — основная платформа современного машиностроения. Интеграция CAD/CAM обеспечивает оперативную конструкторско-технологическую подготовку производства, что позволяет снизить издержки производства и существенно сократить цикл выпуска изделия. Для выполнения этого этапа работы были использованы CAD/CAM-системы фирмы Delcam — PowerSHAPE и PowerMILL.

Геометрическое моделирование технологической оснастки проводилось в CAD-системе PowerSHAPE. Проектирование технологической оснастки для изготовления всех деталей кузова осуществляется примерно одинаково. За основу берется 3D-модель изделия. По модели, на основе практического опыта проектирования пресс­форм, а также с использованием инструмента для анализа поднутрений, в системе PowerSHAPE назначаются базы и направления снятия детали в зависимости от уклонов поверхностей, определяются линии разъема, после чего делается вывод о необходимом количестве элементов оснастки для изготовления каждой детали кузова. По линиям разъема 3D-модель детали разбивается на элементы, которые будут получены в разных технологических формах. Далее выполняется доработка 3D-модели элемента детали до технологического перехода — добавляется технологическая надстройка (поверхности уклона, прижима и разъема, а также оптимальные радиусы переходов). Для получения высокого качества изделия необходимо спроектировать технологическую оснастку с учетом необходимых уклонов для обеспечения извлекаемости изделия из формы, чтобы избежать дефектов при усадке при полимеризации композитного материала детали. Из минимального объема (с учетом припусков на развертке) вычитаем технологический переход и получаем простейшую форму для получения деталей кузова. В итоге окончательная технологическая оснастка для большинства деталей кузова имеет достаточно простую конструкцию. В рамках журнальной статьи мы можем продемонстрировать лишь несколько самых важных элементов (рис. 20-23).

Рис. 20. Оснастка для верхней панели кузова

Рис. 21. Оснастка для боковой панели кузова

Рис. 22. Оснастка
для сиденья

Изготовление технологической оснастки для деталей кузова осуществлялось на фрезерном станке, оснащенном ЧПУ-контроллером. Управляющая программа создавалась по математической модели оснастки, с учетом оптимизации стратегии обработки, минимизации времени обработки и с контролем столкновений и отсутствия зарезов. Для расчета черновых и чистовых стратегий обработки была использована CAM-система PowerMILL.

Для каждой оснастки, с учетом особенностей геометрии, были выбраны наиболее подходящие черновые и чистовые стратегии фрезерования с последующей визуализацией, позволившей оптимизировать траектории движения режущего инструмента.

Кроме того, решался вопрос, из чего изготавливать оснастку для пластиковых деталей кузова. Выбор материалов для технологической оснастки (матрицы, пуансона) для формовки пластика зависит от требований к качеству поверхности изделия, программы выпуска, точности изготовления и цены. Вообще, используют эпоксидные смолы, МДФ (для опытных образцов), пенопласт (для единичного производства), комбинированные формы (например, бакелизированную фанеру). Для изготовления спроектированных элементов оснастки, учитывая единичное производство, было решено применять пенопласт и МДФ.

Процесс обработки на станках с ЧПУ и готовая оснастка представлены на рис. 23 и 24. Оборудование и всё необходимое для изготовления оснастки было предоставлено прессовым производством ОАО «АвтоВАЗ» и Управлением экспериментального производства (УЭП) автозавода.

Рис. 23. Изготовление технологической оснастки на станке с ЧПУ: а — форма для боковой панели кузова; б — элемент формы для облицовки дуги безопасности

Рис. 24. Готовая технологическая оснастка для изготовления деталей кузова

Достоинства и недостатки методики

К преимуществам систем специалисты относят:

• сжатые сроки изготовления изделия – нет необходимости выполнять процедуру снятия слепка, что позволило провести реставрацию зубной единицы за одно посещение стоматолога. В процессе протезирования рекомендована местная анестезия и только на этапе подготовки органа к предстоящему вживлению конструкции. Исключение составляет установке керамических мостовидных систем цельного типа – их ставят за два посещения;
• возможность увидеть результат заранее на мониторе компьютера. Кроме того, пациент может подобрать оттенок, максимально подходящий по цвету к природным органам и врач выберет детальную форму модели;
• работа под ключ. Использование компьютерных программ и современных инновационных технологий позволило там, где раньше в течение первого визита только ставили пломбу, теперь завершить все манипуляции под ключ. Материал разрешает смешивать керамические элементы в необходимых концентрациях и получить в результате отличную их совместимость, гипоаллергенность и высокие сроки эксплуатации;
• каркас довольно тонкий – не более 0,4 мм, что избавляет от необходимости обтачивать зубы, их лишь слегка шлифуют, создавая шероховатый рельеф, усиливающий сцепление материалов;
• отсутствие появления затемнений в местах, граничащих с коронками, в составе которых есть металлические сплавы;
• возможность качественно обработать пломбу и поверхностную часть эмали так, что они будут выглядеть цельно;
• фрезерные реставрации – это высокая износостойкость коронок, прочность и длительные сроки эксплуатации;
• возможность корректировать и подгонять систему;
• исключение погрешностей. Поскольку в процессе производства детали человеческий фактор задействован по минимуму, следовательно, и вероятность ошибки практически исключена;
• высокая точность на всех этапах изготовления изделия, обеспечить которую способны только современные компьютерные технологии;
• устройства, изготовленные подобным образом, не взывают физического дискомфорта, не наносят механической травмы мягким тканям десны и почти не деформируются в процессе эксплуатации, в отличие от аналоговых версий, изготовленных ручным способом.

Есть у технологии и свои минусы:

• не каждый вариант протезирования можно выполнить по данному методу, и насколько оправдано применение CAD CAM, врач решает индивидуально;
• в отдельных случаях готовый результат может отличаться от компьютерной версии – системы могут отличаться по цвету и выглядеть не совсем естественно;
• достаточно высокая стоимость услуги, что ограничивает ее применение пациентам с низким уровнем достатка.

Что такое CAE | Компьютерная инженерия?

CAE или Computer-Aided Engineering – это термин, используемый для описания процедуры всего процесса разработки продукта, от проектирования и виртуального тестирования со сложными аналитическими алгоритмами до планирования производства. Компьютерное проектирование является стандартом практически в любой отрасли, где для разработки продуктов используется какое-либо программное обеспечение для проектирования. CAE – это следующий шаг не только в разработке продукта, но и в поддержке процесса проектирования, поскольку он позволяет проводить испытания и моделирование физических свойств продукта без необходимости физического прототипа.В контексте CAE наиболее часто используемые типы анализа моделирования включают анализ методом конечных элементов, вычислительную гидродинамику, термический анализ, многотельную динамику и оптимизацию.

Анимация 1: Моделирование гребного винта корабля с помощью SimScale с использованием вычислительной гидродинамики помогает оптимизировать конструкцию гребного винта без физического прототипа.

Используя преимущества инженерного моделирования, особенно в сочетании с мощностью и скоростью высокопроизводительных облачных вычислений, можно значительно снизить стоимость и время каждого цикла итерации проектирования, а также всего процесса разработки.Стандартный рабочий процесс CAE состоит в том, чтобы сначала создать первоначальный проект, а затем моделировать геометрию САПР. Затем результаты моделирования оцениваются и используются для улучшения дизайна. Этот процесс повторяется до тех пор, пока все требования к продукту не будут выполнены и виртуально подтверждены. В случае каких-либо слабых мест или областей, где производительность цифрового прототипа не соответствует ожиданиям, инженеры и дизайнеры могут улучшить модель САПР и проверить влияние их изменений, протестировав обновленный дизайн в новой симуляции.Этот процесс поддерживает более быструю разработку продукта, поскольку нет необходимости создавать физические прототипы на ранних этапах разработки.

Важность CAE в процессе разработки продукта может быть осознана только в том случае, если вы сами решите моделирование. Возьмите любую геометрию или воспользуйтесь одним из наших руководств и проанализируйте результаты за считанные минуты. Если вы еще этого не сделали, зарегистрируйтесь с учетной записью Community или Professional , чтобы получить дополнительные преимущества.

Моделирование с помощью методов CAE занимает самое большее несколько часов по сравнению с днями или, возможно, неделями, которые потребуются для создания физического прототипа. Поскольку создание физического прототипа продукта до начала серийного производства неизбежно, моделирование может помочь уменьшить количество таких прототипов. Планируя интегрировать методы моделирования в процесс разработки продукта, важно знать об окружающей среде (силы, температуры и т. Д.).), которому будет подвергаться продукт. Знание этих условий имеет решающее значение для правильной настройки моделирования. Прогнозирующая ценность любого моделирования может заключаться только в точности заданных граничных условий. До сих пор, помимо прогнозирования факторов окружающей среды, инженерное моделирование само по себе было сложной задачей, в основном предназначенной для опытных инженеров и экспертов по моделированию. Современные инструменты моделирования CAE, такие как SimScale, пытаются преодолеть эти барьеры, позволяя неопытным пользователям без глубоких знаний физических процессов и характеристик решателя получать достоверные результаты моделирования.

Моделирование сложных геометрических форм затруднено даже на современных компьютерах, поскольку для их производительности требуются огромные вычислительные мощности. Крупные компании со сложной ИТ-инфраструктурой используют свои собственные серверы для размещения и проведения симуляций. Однако развитие HPC (высокопроизводительных вычислений) в облаке теперь также дает небольшим компаниям, которые обычно не могут позволить себе покупать и обслуживать необходимое оборудование, доступ к тем же инструментам и возможностям моделирования, которые ранее были зарезервированы только для выберите несколько.Этот прорыв на рынке продуктов для моделирования позволяет каждому смоделировать продукты, которые они проектируют.

Сферы применения

Основная цель CAE – тестировать, прогнозировать и улучшать надежность, производительность, энергоэффективность и долговечность компонентов и узлов, в конечном итоге создавая более совершенные продукты и сокращая количество необходимых физических прототипов и время вывода на рынок. Расход жидкости, массо- и теплоперенос, взаимодействие жидкость-твердое тело, статический или динамический анализ, анализ напряжений в компонентах и ​​узлах, сопряженная теплопередача, теплопроводность, конвекция, излучение и многое другое можно протестировать для широкого диапазона конструкций с помощью программного обеспечения CAE.

Computer Aided Engineering (CAE) может использоваться практически в любой отрасли, где проектируются изделия, работающие в различных средах. Отрасли, использующие автоматизированное проектирование, включают, помимо прочего, автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, машиностроение, электронику, энергетику, потребительские товары и HVAC. Продукция варьируется от очень мелких деталей до больших и сложных конструкций, таких как гоночные автомобили, мосты или даже электростанции.

Проверка структурной целостности крана, несущего определенный груз на крышу, оценка акустического дизайна концертного зала или конвективного потока внутри электрической лампочки; все это примеры приложений, в которых моделирование может иметь огромное, а иногда и жизненно важное значение.

Последнее обновление: 1 сентября 2021 г.

Эта статья решила вашу проблему?

Как мы можем добиться большего?

Мы ценим и ценим ваши отзывы.

Отправьте свой отзыв

Что дальше

Предварительная обработка Моделирование

CAE – Что такое CAE?

CAE позволяет значительно расширить цифровую фазу в процессе проектирования, так что проблемы, традиционно возникающие на этапе прототипа и после него, могут быть устранены еще в цифровой среде.Проще говоря, внедрение CAE может сократить затраты и время вывода на рынок.

Что такое CAE?

CAE – это включение компьютерного моделирования для решения проблем без необходимости использования физической модели или прототипа, что потенциально полностью исключает необходимость в прототипе. Технология тестирования может применяться на этапах проектирования и разработки намного раньше в жизненном цикле продукта.

Где можно использовать CAE? CAE может устранить разрыв между данными моделирования и данными реального мира и обеспечить синергию в любой отрасли.Преимущества внедрения CAE становятся более заметными в отраслях, где затраты на изменения конструкции возрастают по мере того, как они происходят позже в процессе разработки продукта.

Автомобильная и авиакосмическая промышленность являются яркими примерами, где стоимость производства новых прототипов может быть непомерно высокой.

Какие преимущества дает тестирование CAE?

Включение данных CAE в разработку продукта дает инженерам возможность визуально взаимодействовать с воздействиями проекта и понимать последствия этих изменений.

Двумерные данные NVH не всегда так легко понять, как трехмерную модель готового продукта, взаимодействующую с смоделированным реальным миром. Связывая возможности моделирования с результатами испытаний, можно более эффективно передавать данные и принимать более обоснованные решения на ранних этапах процесса.

Есть причина, по которой боятся словосочетания «вернуться к чертежной доске». Если первые испытания не будут выполнены до тех пор, пока не появятся физические модели и прототипы, существует любое количество потенциальных конструктивных особенностей, которые могут потребовать новых чертежей, что приведет к дополнительным затратам времени и ресурсов для новых моделей или прототипов.

За счет уменьшения количества прототипов и включения CAE в процесс можно снизить накладные расходы на сборку и принимать решения быстрее и раньше в процессе, избегая исправлений на поздних этапах разработки, которые могут быть чрезвычайно дорогостоящими.

Разработка автомобиля с помощью CAE Simulation

Используя возможности моделирования и виртуальные инструменты CAE, инженеры могут перенести принятие решений по NVH на более ранние этапы процесса.

---

Во многих секторах автомобильной и авиакосмической промышленности CAE получает все большее распространение.Компании стремятся достичь стадии точности данных и анализа, когда моделирование приводит к созданию первоначального прототипа, который фактически является продуктом, выпущенным для продажи.

Computer Aided Engineering – обзор

ВЫБОР ИНСТРУМЕНТОВ И МОДЕЛЕЙ

Средство HF / CAE будет представлять собой развивающийся набор инструментов, основанный на растущем количестве моделей. Важно, чтобы исходный набор инструментов и моделей был выбран правильно, потому что они будут иметь большое влияние на успех любых усилий по разработке средства проектирования.Цель должна состоять в том, чтобы выбрать начальный набор инструментов, которые существенно улучшат процесс проектирования. Вероятно, это хорошая стратегия – сосредоточиться на улучшении процесса проектирования, а не на улучшении дизайна, поскольку легче увидеть, как инструменты меняют процесс, чем увидеть, как они изменяют дизайн.

При выборе инструментов полезно подумать о видах инженерного анализа, необходимого для проектирования, о вопросах, на которые необходимо ответить в ходе этого анализа, и о моделях, которые могут помочь ответить на эти вопросы.Следует выбирать такие анализы, которые важны для проектирования, требуются для процесса проектирования и которые сложно или требуют много времени. Следует выбирать вопросы, на которые сложно или хорошо ответить с помощью текущих методов проектирования, и для каких моделей существуют модели, которые могут дать понимание, важное для ответа на эти вопросы. Необязательно проделывать безупречную работу с этими анализами или вопросами, необходимо только сделать значительно лучше, чем это возможно в настоящее время.

Хотя мы далеки от полной имитационной модели человеческого зрения, обзоры в частях II и III показывают, что у нас есть много моделей, которые на самом деле предоставляют полезные идеи, необходимые для ответа на ряд важных вопросов проектирования.Характеристики, которые зависят в первую очередь от аспектов раннего видения и оценки состояния самолета на основе информации о двумерном оптическом потоке, а также от некоторой связанной реакции в определенных ограниченных случаях, кажутся совместимыми с текущими моделями. Для разделения времени и рабочей нагрузки доступны практические модели. Современные методы сценария могут быть расширены и применены с пользой. Существуют подходы, которые можно использовать для прогнозирования ошибок, которые имеют ограниченную полезность. Модели поведения при принятии решений имеют потенциальное краткосрочное применение при проектировании систем.

Этот ограниченный набор моделей может поддерживать анализ в ряде областей. Многое можно сделать с помощью компоновки приборной панели, видимости дисплеев, их видимости и удобочитаемости, а также с помощью обнаружения целей. Модели оценки состояния в сочетании с моделями характеристик управления человеком могут использоваться во множестве анализов характеристик управления полетом транспортного средства. Сценарные методы и модели рабочей нагрузки поддерживают различные виды анализа выполнимости миссии, анализа задач рабочей нагрузки экипажа и распределения функций между экипажем.Может быть проведен некоторый ограниченный анализ прогнозирования ошибок. Наконец, анализ эффективности принятия решения пилотом возможен, но необходимо учитывать особые характеристики поведения человека при принятии решения. Выбор из набора поддерживаемых анализов должен производиться только при хорошем знании практик, которым следуют опытные группы проектирования кабины экипажа. Они являются заказчиками проектного объекта и должны быть готовы и заинтересованы в его использовании в своей работе.

После выбора анализов, которые должны поддерживаться, можно подумать о том, каким образом следует разработать инструмент для поддержки и улучшения каждого отдельного типа анализа.Каждый инструмент должен включать в себя наиболее подходящие методы и модели, доступные для ответа на вопросы, имеющие центральное значение для этого анализа. Если опыт из других дисциплин является руководством, то первоначальный набор инструментов будет довольно грубым и ограниченным по широте и глубине анализа, который они рассматривают, но со временем они будут улучшаться при условии, что они действительно будут использоваться. Обратная связь от реального приложения является убедительной и стимулирует развитие подобных систем, если первоначальная версия системы окажется достаточно интересной для привлечения и вознаграждения первых пользователей.

В следующем разделе показано, как оборудование HF / CAE может быть использовано для выполнения некоторых инженерных анализов, необходимых для проектирования кабины вертолета. При этом приводятся некоторые примеры того, как можно использовать инструменты и типы моделей, встроенные в объект.

Компьютерное проектирование, процессы и преимущества CAE, инструменты и обучение CAE.

Введение

Дизайн и производство очень важны для прогресса цивилизации.Прежде чем углубляться в CAE, давайте сначала разберемся с основами инженерного проектирования.

Инженерное проектирование продукта можно разбить на четыре этапа:

1. Определение проблемы – на начальных этапах разработки продукта необходимо четко определить, что продукт предназначен для достижения и / или выполнения.

2. Творческий процесс – как только цель продукта определена, необходимо синтезировать его форму. Это включает в себя мозговые штурмы, на которых дизайнеры и инженеры встречаются и взаимодействуют.Различные формы оцениваются и выбираются в набор из нескольких рабочих решений.

3. Аналитический процесс. Следующий шаг – приведение продукта в форму. Это требует анализа прочности и надежности, определения стоимости и т. Д. Этот шаг очень важный и повторяющийся. Множественные решения для продукта могут быть оценены, пока не будут достигнуты оптимальные значения. Здесь CAE сочетается с CAD. Используя программное обеспечение CAE, обученные инженеры могут оценить различные параметры желаемого объекта.

4. Разработка и тестирование прототипа – здесь теория претворяется в жизнь. Прототипы разрабатываются и тестируются, обычно с использованием 3D-принтеров для быстрой разработки.

Компьютерное проектирование

Компьютерное проектирование (CAE) – быстро развивающаяся область, которая выводит САПР на новый уровень.

В то время как САПР полезен при создании 2D и 3D моделей продукта, программное обеспечение CAE позволяет проводить более глубокий инженерный анализ объектов.

CAE, таким образом, находит применение в инженерных областях, таких как гидродинамика, кинематика, анализ напряжений, анализ методом конечных элементов и т. Д., Обычно это касается разработки продуктов. CAE охватывает не только CAD, но и автоматизированное производство (CAM), анализ методом конечных элементов (FEA), вычислительную гидродинамику (CFD) и некоторые другие аспекты проектирования. Проще говоря, вы можете создавать 2D- и 3D-объекты с помощью САПР, а вы можете анализировать, как этот объект будет вести себя, с помощью инструментов CAE. Инструменты автоматизированного проектирования, предоставленные CAE, превратили инженерный анализ из практического опыта в виртуальное моделирование.

Процесс CAE

На первом этапе проектируется объект / продукт / система, обычно с использованием программного обеспечения CAD. Инженеры манипулируют параметрами оцениваемого объекта / системы. Эти параметры включают физические свойства, геометрию и ограничения, в соответствии с которыми должен разрабатываться объект.

На втором этапе объект тщательно оценивается с использованием процессов CAE, таких как FEA, NVH (шум, вибрация и резкость), CFD и т. Д.

На третьем этапе результаты демонстрируются группе инженеров-проектировщиков и параметры системы / объекта настраиваются для получения оптимальных результатов.Процесс повторяется до тех пор, пока не будут достигнуты желаемые преимущества.

Преимущества CAE

• Поскольку моделирование реальности занимает меньше времени, процессы CAE экономят время и деньги
• CAE уменьшает количество ошибок в процессе проектирования и чертежа
• Влияние изменения параметров на систему можно изучить с помощью более высокая точность
• Можно проанализировать надежность и производительность компонентов и узлов
• CAE позволяет легко визуализировать и улучшает дизайн
• CAE упрощает производство

Профессиональные инструменты

Поскольку существует несколько инженерных аспектов, требующих При проектировании / моделировании системы или объекта необходимо учитывать множество аспектов программных инструментов CAE.Некоторые из ведущих инструментов CAE включают CATIA, HyperMesh Software.

Обучение CAE

По мере роста вычислительной мощности инструменты CAE становятся все более мощными. Программное обеспечение вроде CATIA и HyperMesh предлагает множество параметров, с которыми практически невозможно легко справиться. Именно здесь вступают в игру учебные заведения CAE (и CAD). В известных институтах есть опытные преподаватели, которые знакомят студентов с огромным потенциалом этого программного обеспечения. Более того, ведущие учебные заведения CAD и CAE (например, DesignTech CAD Academy в Пуне, Индия) поддерживают связи с производственными предприятиями, чтобы их студенты могли получить практический опыт работы с проектами в реальном времени

Что такое компьютерная инженерия (CAE)?

CAE обычно включает этапы предварительной обработки, решения и последующей обработки.

На этапе предварительной обработки инженеры моделируют систему и физические свойства конструкции вместе с рабочей средой в виде ограничений или приложенных нагрузок. Важно, чтобы это моделирование включало все аспекты окружающей среды, которой будет подвергаться продукт (включая силы, температуры и т. Д.), Чтобы правильно настроить итоговые модели. Качество моделирования зависит от точности граничных условий, которым будет подвергаться продукт.

Затем модель решается с использованием моделирования, согласованного с соответствующими условиями и физикой, прежде чем результаты будут представлены для просмотра во время постобработки.

Моделирование сложной геометрии может быть затруднено даже на современных компьютерах, поскольку для этого требуются большие вычислительные мощности, обеспечиваемые сложной ИТ-инфраструктурой. Это стало проще с появлением высокопроизводительных облачных вычислений, которые позволяют небольшим компаниям получать доступ к CAE без необходимости покупать и обслуживать дорогостоящее оборудование.Этот прорыв на рынке означает, что все больше компаний могут использовать преимущества компьютерного моделирования для своих продуктов.

Одним из основных преимуществ CAE является то, что создание и тестирование физических прототипов занимает всего несколько часов по сравнению с несколькими днями или даже неделями. Конечно, в какой-то момент обычно требуется физический прототип, но CAE значительно сокращает их количество. Использование CAE и последующее снижение требований к физическим прототипам экономят затраты и время на разработку продукта, обеспечивая при этом повышение качества продукта.

К преимуществам CAE относятся:

1. экономит деньги: использование компьютерного моделирования для оценки проектов дешевле, чем создание нескольких физических прототипов.
2. экономит время: программное обеспечение CAE для проектирования экономит время, позволяя быстрее создавать более эффективные проекты.
3. Легко редактировать проекты. Внесение изменений в дизайн выполняется быстро и легко с помощью CAE, что позволяет исправлять ошибки и изменять дизайн, обеспечивая более раннее разрешение проблем и дальнейшее снижение затрат.
4. Меньше ошибок: программное обеспечение автоматизированного проектирования (САПР) может снизить вероятность ошибок по сравнению с ручным проектированием.
5. Меньше усилий: проектирование различных моделей с использованием CAE требует меньше усилий, поскольку программное обеспечение CAE автоматизирует большую часть задачи.
6. Меньше дублирования работы: поскольку компьютерное кодирование можно использовать многократно, нет необходимости повторять одни и те же задачи. Вместо этого различные части кода можно копировать и повторно использовать в дизайне по мере его разработки.
7. Легко обмениваться: файлы дизайна CAE можно легко хранить и совместно использовать.
8. Повышенная точность: программное обеспечение САПР предлагает более высокий уровень точности по сравнению с ручным проектированием, что позволяет работать с повышенной точностью для получения лучших результатов.
9. Улучшенное принятие решений: проектные решения могут быть основаны на их влиянии на производительность, в то время как это влияние будет определено раньше в процессе разработки, когда любые изменения конструкции сделать проще и дешевле.

Хотя CAE предлагает ряд преимуществ, некоторые считают, что точные результаты появляются только на более поздних этапах цикла разработки продукта, что затрудняет разработку более сложных деталей.Однако компании-разработчики программного обеспечения CAE постоянно разрабатывают инструменты и совершенствуют процессы для решения этой проблемы. Помимо этого, у CAE есть еще несколько потенциальных недостатков:

.

1. Отказ оборудования: поломка компьютера может привести к потере работы
2. Безопасность: работа может быть подвержена вирусам или взломана
3. Навыки персонала: для работы с программным обеспечением CAE может потребоваться обучение.
4. Стоимость систем: новые системы могут быть дорогими для приобретения
Обновления
5. : системы могут требовать регулярного обновления

Разработчики и инженеры продуктов используют CAE для проектирования, тестирования, прогнозирования и улучшения компонентов и узлов, чтобы гарантировать соответствие готовой продукции требованиям к производительности, энергопотреблению и долговечности.

Такой широкий диапазон означает, что CAE используется в любой отрасли, где необходимо создавать продукты для различных сред, включая автомобилестроение, аэрокосмическую промышленность, потребительские товары, электронику, энергетику, машиностроение и т.д. целые электростанции.

Как отмечалось выше, CAE используют во многих отраслях, от аэрокосмической до электроэнергетики. Эти методы могут использоваться в любой отрасли, которая разрабатывает или производит продукты, повышая безопасность и снижая затраты, обеспечивая при этом соответствие готового продукта потребностям конечного пользователя, и все это без необходимости в нескольких дорогостоящих физических прототипах.

Из-за объема CAE существует широкий спектр различных промышленных приложений и технологий, в том числе:

• Расчет напряжений и динамики с использованием анализа конечных элементов (FEA)
• Акустический анализ методом МКЭ
• Гидравлический и термический анализ посредством вычислительной гидродинамики (CFD)
• Многотельный динамический (MBD) и кинематический анализ
• 1D CAE, или моделирование мехатронной системы
• Моделирование механических событий (MES)
• Моделирование производственного процесса
• Оптимизация продукта
• Анализ системы управления

Для каждого из этих методов может потребоваться цикл этапов предварительной обработки, анализа и последующей обработки, который может повторяться несколько раз.

Инженер CAE использует инструменты CAE и программное обеспечение автоматизированного проектирования (CAD) для моделирования, проверки и оптимизации продуктов и производственных инструментов. Это может происходить на этапе проектирования, чтобы помочь в принятии решений, а также для дальнейшей оптимизации продукта или процесса.

Инженер CAE может даже поделиться данными с другими пользователями системы, чтобы создать общую стандартизированную информационную сеть, чтобы помочь с улучшениями в более широком масштабе, например, для вопросов безопасности воздушных судов.

Инженеры

CAE могут работать в различных областях, включая автомобилестроение, авиацию, космонавтику, железнодорожный транспорт, судостроение и другие.

Объединение инженерного моделирования и высокопроизводительных вычислений позволяет автоматизированному проектированию обеспечивать преимущества в целом ряде отраслей. Обеспечивая экономию времени и средств как при проектировании, так и при разработке продуктов, CAE, похоже, будет и дальше оставаться важной частью производства и совершенствования процессов.

Создавая новые инновационные методы проектирования и разработки, CAE работает над рационализацией и улучшением процедур разработки продуктов с помощью моделирования, обеспечивая при этом общий стандарт качества продукта.

CAE и дизайн | Школа машиностроения Джорджа В. Вудраффа

Целью CAE-Design Research Group является разработка компьютерных, системно-ориентированных методов и вспомогательной инфраструктуры, которые способствуют эффективному проектированию и реализации инженерных продуктов и систем для глобального рынка. . В фокус наших исследований входят компьютерное проектирование (CAD), компьютерное проектирование (CAE), автоматизированное производство (CAM), компьютерно-интегрированное производство (CIM), распределенное проектирование и производство, информационная инженерия и дизайн как наука и дисциплина. в себе.

Приложения

сосредоточены на методах и инструментах для поддержки инженерного анализа, проектирования, производства, эксплуатации, обслуживания, переработки продукции и устойчивого развития. На протяжении многих лет наше финансирование поступало из Национального научного фонда (NSF), Национального института стандартов и технологий / Программы передовых технологий (NIST / ATP), Агентства перспективных исследовательских проектов в области обороны (DARPA), Исследовательской лаборатории ВВС США (USAFRL). , Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), Корпорация полупроводниковых исследований (SRC), а также автомобильная, аэрокосмическая, электронная и другие отрасли.

Некоторые исследования проводятся совместно с другими дисциплинарными исследованиями Школы. Наши интересы включают: дизайн и системную реализацию; Поддержка дизайнерских решений; Методы и технологии быстрого прототипирования продукта; Реализация; Прочная конструкция; Экологически сознательный дизайн и производство; Управление знаниями и информационная инженерия; Управление жизненным циклом продукта; Совместное, распределенное проектирование и производство; Инженерные информационные технологии и стандарты; Электронная коммерция; Микро- и наноструктуры и приложения; Термомеханическое моделирование и надежное проектирование цифровых, оптических и радиочастотных систем; Биоанализы; Моделирование, изготовление и характеристика наноструктур и интерфейсов; и Дизайн материалов, моделирование и моделирование обработки материалов.

Председатель исследовательской группы

Джули Линси – [email protected]

Спецификация и оценка систем автоматизированного проектирования (CAE)

Резюме

Функциональная инженерная деятельность в том виде, в котором она осуществляется сегодня, в основном состоит из ряда поддерживаемых ручных махинаций с помощью компьютера, в том, что все больше становится средой управления информацией. Однако текущие разработки в технологии обработки данных ясно указывают на виртуальную революцию в том, как такие инженерные работы будут выполняться в будущем.Эти разработки включают появление интегрированных систем автоматизированного проектирования (CAE).

Для целей этого документа интегрированная система CAE рассматривается как соединение автономных пакетов прикладного программного обеспечения непосредственно с подходящей системой управления базами данных (СУБД), где СУБД обеспечивает доступ к соответствующим инженерным и другим базам данных. .

Потенциальные выгоды, которые могут быть получены от такой интегрированной системы CAE, заключаются в возможности значительного повышения как производительности, так и качества предоставляемых инженерных услуг; надеюсь, с экономической ценой.Однако опыт работы с такими системами на сегодняшний день не доказал безоговорочного успеха, и следует соблюдать осторожность, если нужно избежать компьютерной анархии.

В этом документе определены проблемы и критерии, которые считаются важными при первоначальной разработке спецификации для системы CAE; и в последующей оценке и выборе такой системы; с целью максимальной перспективы успешной реализации. Содержание этого документа основано на опыте, полученном во время недавней оценки CAE, проведенной Fluor (Great Britain) Limited, и любые мнения или выводы, выраженные или подразумеваемые, являются личным мнением автора.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр.