4.2 Автоматизация инженерных расчетов при проектировании
Чтобы выпустить на рынок конкурентоспособное изделие, необходимо придать ему высокие потребительские качества. Для этого, прежде всего, необходимо оценить, как поведет себя будущее изделие в реальных условиях эксплуатации.
Убедиться в работоспособности изделия, проверить его прочностные характеристики, оценить реакцию на внешние воздействия и рассчитать долговечность, не прибегая к большим затратам времени и средств, позволит использование предлагаемого набора программных модулей для проведения инженерного анализа. Ценность компьютерного «испытания» изделия заключается и в том, что оно позволяет оперативно вносить изменения в его конструкцию еще на этапе конструкторской разработки.
Теоретические основы машиностроения включают в себя множество различных дисциплин. Соответственно разнообразны и используемые методы проектирования. Независимо от дисциплин проектирование с использованием ЭВМ (основное назначение САПР) распространяется на решение двух наиболее актуальных задач, а именно: изготовление чертежей и на проведение вычислений. В 50-е годы XX века были предприняты первые попытки приложения матричных методов к непрерывным структурам путем дискретизации на конечное число областей с заданными функциями аппроксимации неизвестных параметров. Появление электронно-вычислительной техники в 60-х годах XX столетия оказало существенное влияние на аппарат численных методов, и дальнейшее их развитие неразрывно связано с прогрессом в области вычислительной техники. Воплотившись в универсальных программных пакетах (получивших название Computer Aided Engineering - CAE-системы), численные методы получили широкое распространение в инженерной среде. В конце 70-х годов XX столетия в расчетные пакеты был введен интерактивный режим работы. Это существенно упростило и ускорило процесс решения задач. Стремительное развитие и распространение персональных компьютеров в последние годы привело к тому, что тяжелые расчетные программные пакеты стали доступными широчайшему кругу пользователей. Современные CAE-системы представляют собой мощные средства инженерного анализа с развитым сервисным инструментарием. Анализ динамики развития CAE-систем позволяет выделить следующие основные тенденции и актуальные направления:
многодисциплинарность;
повышение скорости и эффективности;
повышение доступности тяжелых технологий.
В настоящее время задачи инженерного анализа и аналитические модули для их решения классифицировать следующим образом:
анализ технологичности проектируемых пресс-форм для литья;
прочностной анализ деталей и сборок;
анализ кинематики и динамики машин и механизмов;
анализ работоспособности изделий под воздействием нагрузок (анализ усталости);
расчет размерных цепей;
Наиболее очевидной и необходимой задачей, при проектировании CAE-систем, является развитие инструментария графического интерфейса. Первым способом, который стал воплощаться в среде CAE-систем является иконное построение меню. Данный метод заключается в предоставлении пользователю множества инструментов для выполнения отдельных операций (первый уровень автоматизации).
Типовую организацию систем инженерного анализа можно представить в виде следующей совокупности программных модулей (рис. 14):
|
Рис. 14. Организационная структура систем инженерного анализа |
Подготовка входных данных для анализа процессов в CAE-системах до недавнего времени являлась наиболее трудоемкой операцией. Одним из найденных наиболее эффективных решений является технологии Wizards. Wizards - технологии автоматизации логически структурированных определенных стандартных последовательностей действий.
При запуске Wizard последовательно проводит пользователя по всем этапам, начиная от импорта геометрической модели до автоматизированного создания отчета по результатам проведенного расчета. Скорость решения задачи определяется возможностями реализованного в решателе алгоритма. Главное требование к решателям - это их способность быстро и устойчиво решать задачи большой размерности.
С ростом производительности компьютерной техники системы автоматизации инженерного анализа, являясь стимулятором ее развития, все ближе подходят к практически полностью автоматизированным комплексам, моделирующим события в масштабе реального времени с визуализацией результатов расчета на уровне профессиональных программ анимации.