Министерство образования и науки Украины Приазовский государственный технический университет Кафедра «Технология машиностроения»
Лещенко А.И.
«САПР_ТП»
Конспект лекций
для студентов специальностей «Технология машиностроения», дневной формы обучения
Утверждено на заседании кафедры технологии машиностроения протокол № 4 от 20 декабря 2006 года
Мариуполь 2006
ЛЕКЦИЯ №1
Стандарты CALS технологий
В проекте руководства по применению CALS в НАТО, выпущенном 1 марта
2000г, термин CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) определяется
как «….совместная стратегия промышленности и правительства направленная на создание единого высокоавтоматизированного и интегрированный процесс управления жизненным циклом систем военного назначения, включающего
разработку изделий, их техническое обслуживание во эксплуатации и утилизацию по окончанию срока службы». Можно сказать, что CALS проект для изделия
воплощает все – его рождение – жизнь и ритуальные услуги. Считается, что применение стратегии CALS является условием выживания предприятий в условиях растущей конкуренции на международных рынках, т.е. складывается
ситуация, при которой заказчиков интересуют не только высокие технические характеристики продукции, но и послепродажное сопровождение на этапе
эксплуатации в соответствии с признанными стандартами США и стран Европы. Необходимость такого подхода мы видим на примерах задач утилизации боеприпасов и ракетной техники, железнодорожных цистерн для жидких нефтепродуктов,
полиэтиленовой тары и бытовых упаковок и пр. Уже применяют CALS технологии
объединении им Туполев, АВПК "Сухой", АНТК им Антонова.
Стратегия CALS объединяет в себя:
-применение современных информационных технологий;
-преобразование бизнес-процессов;
-применение методов "параллельной" разработки;
-стандартизацию в области совместного использования данных и
электронного обмена данными (без этого невозможно интегрироваться в Европу).
Стандарты по CALS-технологиям
Стандарты CALS представляют собой набор рекомендаций описывающих правила электронного представления данных об изделиях и процессах обмена
этими данными. Можно сказать, что техническая документация на 100%
соответствующая CALS стандартам не должна содержать ни оного бумажного документа. Условно нормативные документы в области CALS можно разделить на три основные группы:
-стандарты, описывающие общие принципы электронного обмена
данными;
-стандарты, регламентирующие технологии обеспечения безопасности данных, в частности, их шифрование в процессе обмена, применение электрон-
ной цифровой подписи для подтверждения их достоверности и т.д.
-технические стандарты, определяющие форматы и модели данных, технологии представления данных, способы доступа и использования данных, описывающих изделия, процессы и среду, в которой протекает жизненный цикл
изделия.
Вмировой практике уже несколько лет применяются разработанные в разных
странах стандарты CALS:
-стандарты Международной организации по стандартизации (ISO9000),
-стандарты Министерств обороны США и Великобритании,
-Федеральные стандарты США по обработке информации (стандарты FIPS).
ВРосси, в области CALS технологий, статус государственных получили три
стандарта серии ISO9000, по которым ведется сертификация предприятий: ГОСТ
РИСО 9001, ГОСТ Р ИСО 9002 и ГОСТ Р ИСО 9003.
Сдолей условности CALS систему можно разделить на три модуля:
-модуль подготовки производства. От его возможностей и функциональности
зависит, насколько успешно будут решаться задачи планирования и управления производством и, в конечном итоге, эффективна ли будет в масштабах предприя-
тия вся система;
-планирование и управление производством;
-учет, управление ресурсами и экономической деятельностью.
По функциональному назначению в системе можно выделить на три группы:
I.Конструкторская подготовка:
•составление и ведение спецификаций;
•ведение дерева применяемости деталей и сборочных единиц;
•контроль полноты заполнения спецификаций проекта;
•ведение библиотеки чертежей;
•получение сводных спецификаций на изделие любой сложности.
II.Технологическая подготовка:
•проектирование технологических процессов для деталей произвольной
сложности и различных видов производства;
•просмотр в графическом виде эскизов инструмента, комплектующих, оборудования;
•расчет режимов резания;
•нормирование основных и вспомогательных материалов;
•расчет операционной трудоемкости;
•проектирование технологических процессов сборки (с использованием архива спецификаций);
•обеспечение сквозного технологического процесса при разработке
отдельных его фрагментов с разных рабочих мест;
•Проектирование маршрутных, маршрутно-операционных и операционных технологических процессов;
III.Расчеты:
•разузлование спецификаций;
•расчет потребности в материалах, себестоимости изделия, потребности в
стандартных изделиях и комплектующих, циклограмм сборки;
•формирование карты сборки узла или изделия;
•получение сводных конструкторско-технологических документов;
•расчеты применяемости оборудования, материалов, номенклатуры цеха/участка.
Подсистема конструкторской подготовки обеспечивает ведение единичных и
групповых спецификаций (варианты и исполнения). Количество разделов и наименования в спецификациях пользователь выбирает и настраивает сам. Существует прямой интерфейс из спецификаций на систему проектирования
технологических процессов: из конструкторской части системы при необходимости
можно инициировать просмотр или редактирование технологического процесса, соответствующего тому или иному элементу изделия. Кроме того, предусмотрено введение спецификаций на позиции, непосредственно в состав изделия не
входящие, но необходимые в процессе производства (это, например, оснастка и инструмент собственного изготовления).
Подсистема технологической подготовки предназначена для ведения групповых, типовых и единичных технологических процессов, описание которых
очень информативно и включает следующие основные элементы (TECHCARD, Минск):
•технологическая операция (код, наименование, цех, участок, рабочее
место);
•основные материалы (материал заготовки);
•технологическое оборудование;
•временные и трудовые параметры (разряд работ, код профессии, подготовительно-заключительное и штучное время);
•технологический переход (текст, параметры работы оборудования);
•контрольно-измерительный инструмент;
•инструмент, оснастка технологического перехода;
•вспомогательные материалы.
Подсистема предусматривает три варианта проектирования технологических
процессов.
Прямое проектирование производится набором вышеперечисленных
элементов из справочников;
Заимствование. За основу берется какой-либо технологический процесс (полностью или частично), который затем дополняется элементами другого процесса;
Компоновка из готовых блоков. Под блоком здесь понимается
функционально законченный для какой-либо операции или их совокупности
технологический процесс.
Дополняет модуль подсистема планово-предупредительных ремонтов.
В информационном аспекте система реализована в архитектуре клиентсервер. В качестве SQL-сервера могут выступать, например, БД InterBase или MS
SQL-Server.
Подсистема администрирования прав доступа пользователей позволяет скоординировать работу сотрудников различных подразделений предприятия.
Подсистема ведения документации предусматривает возможность хранения в единой базе данных объектов различных приложений (чертежей, расчетов,
таблиц, УП для станков с ЧПУ и др.), что позволяет организовать электронный
архив, документы из которого связываются с позициями спецификаций и
элементами технологического процесса. Для работы с этими документами прямо из системы могут вызываться соответствующие приложения-обработчики --
например, TECHCARD или Gemma или SolidWorks.
Конструкторская подготовка производства
Проектно-конструкторская проработка представляет собой важную часть жизненного цикла будущего изделия. Принятые уже на этом этапе решения во
многом будут определять эффективность производства, сбыта и эксплуатации. В процессе конструкторской проработки формируется состав изделия, а закладыва-
емая конструктором информация о применяемых материалах, сортаменте, назначаемых допусках и отклонениях впоследствии окажет существенное влияние
на технологичность конструкции, сроки производства и стоимость продукции. Конструктор должен учитывать возможности производства изделия на своем предприятии, применения тех или иных материалов, а также покупных или комплектующих изделий.
В качестве инструмента решения конструкторских задач может быть использована система SolidWorks. Это мощная универсальная система высокого уровня,
область применения которой -- от инженерного дизайна, проектирования, инженерного анализа, выпуска конструкторской документации до разработки
управляющих программ для станков с ЧПУ и конструирования различной технологической оснастки.
Проектирование изделия в среде SolidWorks
SolidWorks -- трехмерная система твердотельного моделирования, работая
в которой инженер создает модель проектируемой детали, какой он ее себе представляет. Например, проектирование гидравлического насоса (рис. 1.1) может быть начато с создания сборочной модели как сверху вниз, так и снизу
вверх. Если у конструктора есть достаточно полное представление о геометрии той или иной детали, эта деталь может быть смоделирована предварительно
и затем размещена в сборке. При другом подходе в одном файле создаются модели разных деталей, которые позже определяются в качестве составляющих эту сборку разноуровневых компонент.
Рис.1.1 Сборочный чертеж насоса Для моделирования деталей применялось гибридное моделирование -
объединение возможностей моделировать как с помощью типовых элементов, так и традиционно, с помощью эскизов-профилей. Моделирование с использованием типовых элементов -- это составление модели посредством элементарных
компонентов типа параллелепипед, цилиндр, конус, сфера в качестве базовых
и операции с этими, а также дополнительными компонентами типа карман,
бобышка, проточка, отверстие и т. д. Например, центральная корпусная деталь насоса была смоделирована на основе базового компонента цилиндр, после чего применялись компоненты проточка, отверстие, фаска, скругление. Поскольку
некоторые компоненты (в частности, отверстия под качающие плунжеры) располо-
жены упорядоченно, строилось только одно отверстие, а затем выполнялась операция размещения копий этого отверстия в круговой массив.
Можно полностью обойтись без таких геометрических объектов, как точки, прямые, окружности, в качестве вспомогательных, а использовать их лишь
в случае необходимости (в нашем примере - при моделировании наклонных дисков). Когда в определении модели необходимо использовать отрезки и кривые, предоставляется выбор: пользоваться функцией эскизирования (Sketch) либо
определить некий профиль в пространстве модели. Определяя эскиз, достаточно сделать грубый набросок, после чего задать необходимые геометрические
условия и размеры. В любом из этих случаев определения модель детали ассоциативно завязана с определяющими ее элементами и в случае редактирования этих элементов будет изменяться.
Ассоциативная связь между деталями предполагает, что с изменением одной детали остальные, связанные с ней, автоматически перемещаются или
даже меняют свою геометрию. Каждая деталь имеет характеристики (атрибуты), которые описываются в файле этой детали и будут использованы при составлении спецификации сборочного изделия. В качестве таких атрибутов для
каждой детали были назначены обозначение, наименование, масса и материал.
Анализ модели
Система моделирования сборок располагает собственными средствами
контроля пересечений деталей и расчета массинерционных характеристик
сборочных узлов -- поэтому одним из этапов работы был анализ взаимных
пересечений деталей насоса с последующим их редактированием.
При работе насоса его детали совершают взаимные перемещения. На основе данной сборки можно определить механизм, то есть задать отдельные детали в качестве звеньев механизма, определить кинематические связи между звеньями, задать параметры вращения вала насоса. После чего по заданному временному интервалу осуществить имитацию движения, провести анализ работы насоса: проверить, нет ли взаимопересечений деталей насоса при его
работе, каковы значения сил, перемещений, скоростей и ускорений у различных
деталей. По результатам анализа работы насоса можно принимать решение о его последующей модификации.
Формирование чертежной документации и выпуск спецификации
Для выпуска чертежной документации в системе SolidWorks имеется набор средств, с помощью которых можно создать любой чертеж на базе существующей трехмерной геометрической модели твердого тела. Полная ассоциативная связь
чертежа с этой моделью позволяет всегда получать чертеж, точно соответствующий геометрической модели.
Процесс создания чертежа (рис. 1.2) представляет собой размещение назначенных и автоматически построенных ортогональных и дополнительных видов с удаленными невидимыми линиями. Далее чертеж дополняется необходимыми
сечения-ми, разрезами, детальными видами, местными разрезами. Остается проставить размеры, спецсимволы (сварка, шероховатость поверхности, допуски на геометрические отклонения) и разместить тексты.
Рис.1.2 Сборочный чертеж
Множество разнообразных функций, облегчающих создание чертежа любой степени сложности, делает выпуск чертежной документации делом совсем нетрудным. Спецификация (а точнее, список состава изделия) формируется на
этапе работы с моделью сборки. Поля спецификации назначаются, исходя из
списка атрибутов, который был определен в файле каждой детали. Помимо информации о компонентах, составляющих эту сборку, спецификация может быть дополнена информацией о применяемых материалах (смазке, герметике и т.д.). Спецификацию можно выводить как на поле чертежа, так и в информационном
окне или сохранить в виде файла.
Итак, по завершении конструкторской проработки насоса в SolidWorks и
оформления графической конструкторской документации, необходимо выпустить
комплект текстовой документации (спецификации, ведомости) в соответствии с ЕСКД и передать полный комплект КД в технологические подразделения для технологической подготовки производства и его дальнейшего планирования. Этим
целям как нельзя лучше отвечает система конструкторско-технологической подготовки производства TECHCARD.
ЛЕКЦИЯ №2
Введение SolidWorks 2006
Пакет SolidWorks, разработанный корпорацией SolidWorks (США), представляет собой приложение для автоматизированного объектно-
ориентированного конструирования твердотельных моделей изделий машиностроения. Это первое приложение автоматизированного проектирования,
в полной мере использующее графический пользовательский интерфейс Microsoft Windows. В SolidWorks реализованы возможности перетаскивания (drag-drop), благодаря чему этот пакет достаточно прост в освоении. Графический интерфейс
Windows позволяет конструктору реализовать свои решения в виде твердотельной модели, больших сборок, сборочных узлов, а также выполнить
деталировку и получить необходимую чертежную документацию. Пакет SolidWorks служит программной платформой для некоторых приложений.
Таким образом, в окне этой программы можно запускать приложения,
разработанные корпорацией SolidWorks как программное обеспечение, встраиваемое в SolidWorks. Перечислим некоторые программы, работающие на
платформе SolidWorks:
SolidWorks Animator - создание видеороликов;
PhotoWorks - средства для получения фотореалистичного изображения модели; FeatureWorks - распознавание геометрии импортированных элементов (можно
вставлять чертежи AutoCAD, и как эскизы для подготовки деталей и как сборку), не наоборот;
COSMOS/Works - инженерные расчеты; COSMOS/Motion - динамический анализ механизмов;
COSMOS/Flow - модуль для анализа поведения жидкостей и газов
еDrawing - средство коллективной работы над проектом; SolidWorks Piping - проектирование трубопроводов;
Toolbox - библиотека стандартных изделий;
Mold Base - библиотека пресс-форм.
SolidWorks - это полнофункциональное приложение для автоматизированного механико-машиностроительного конструирования, базирующееся на параметрической объектно-ориентированной методологии. Это позволяет легко
получать твердотельную модель из двумерного эскиза, применяя очень простые
инструменты моделирования.
Впринципе существуют два подхода к проектированию твердотельных моделей: построение по сечениям (типа extrude) и вращение области (revolve)
Враспоряжении конструктора имеются средства ассоциативного конструиро-
вания. Это означает, что вы можете создать прототип класса деталей, например
изготавливаемых штамповкой из листового металла, а затем использовать параметрическую модель при проектировании формы заготовки. Кроме того,
пакет SolidWorks упрощает проектирование полостных деталей, изготавливаемых литьем или в пресс-формах.
С помощью SolidWorks можно создавать также поверхностные параметрические модели. Отличие от AutoCAD – можно создать с помощью поверхностного моделирования некий замкнутый объем, а затем преобразовать
его в твердотельный объект.
Программа SolidWorks имеет несколько режимов работы. Остановимся на на наиболее важных из них.
Режим Part (Деталь)
Режим Part (Деталь) представляет собой параметрическую объектно - ориентированную среду, позволяющую строить твердотельные модели. По умолчанию пользователь получает в свое распоряжение три плоскости:
«Спереди», «Сверху» и «Справа» (рис. 2.1). Сначала необходимо выделить плоскость, в которой вы будете строить эскиз базового элемента и сделать ее
перпендикулярной точке зрения (панель «Стандартные виды, «перпендикулярно», можно нажать «пробел» появиться панель управления видами» После этого вы
оказываетесь в эскизной среде, располагающей всеми необходимыми инструментами для построения чертежей.
Рис. 2.1 Плоскости видов
Построив эскиз, можно нанести размеры и установить требуемые взаимосвязи между его элементами, находясь все в той же среде построений. Добавление взаимосвязей, уравнений и расчетных таблиц помогает конструктору
предельно четко выразить свой замысел.
В режиме Part (Деталь) доступна библиотека стандартных отверстий HOLE WIZARD. В ней представлены простые и секционные отверстия, а также расточенные, конические и т. д. Библиотека поддерживает стандарты ISO, ANSI, и другие. Кроме того, в режиме детали вы можете строить сложные поверхности,
используя средства моделирования поверхностей. В режиме Part (Деталь)
создаются такие элементы чертежа, как обозначения сварных швов,
геометрических допусков, базовых поверхностей, чистоты обработки поверхности.
Используемые часто элементы следует сохранять в библиотеке стандартных элементов, с тем чтобы их легко можно было использовать многократно. В пакет SolidWorks также входит панель библиотечных элементов Feature Palette, которая
включает стандартные детали машин и изделия. В режиме детали имеются и необходимые инструменты для конструирования компонентов из листового
металла.
SolidWorks обладает возможностями по анализу модели на различные
напряжения, возникающие при эксплуатации проектируемой конструкции в реальных условиях. Для этой цели предназначен специальный компонент COSMOSXpress с простым интерфейсом. Благодаря применению COSMOSXpress можно сократить стоимость и продолжительность тестирования конструкции в реальных физических условиях (разрушающие испытания), проведя необходимые инженерные расчеты и анализ на этапе моделирования в Solid Works.
Режим Assembly (Сборка)
В режиме Assembly (Сборка) с помощью соответствующих инструментов выполняется объединение компонентов в сборку. Сборка компонентов может осуществляться двумя методами:
сборка <снизу вверх>; сборка <сверху вниз>.
При подходе <снизу вверх> сборка формируется путем интеграции ранее созданных компонентов с сохранением всех конструкторских решений. Подход <сверху вниз> подразумевает начало создания сборки с каких-то готовых изделий
и далее в контексте сборки модифицировать существующие и добавлять другие компоненты. При этом можно задавать зависимость размеров одних компонентов
от размеров других. В процессе добавления компонентов в сборку в SolidWorks можно использовать операцию перетаскивания, а также проверять собираемость полученной сборки. Очень ценной возможностью SolidWorks является
обнаружение противоречий в сборке, что позволяет конструктору при повороте и перемещении деталей видеть возникающие несоответствия между
объединяемыми компонентами.
Благодаря поддержке динамических свойств конструкции в программе SolidWorksвы можете получить анимационную модель функционирующей сборки.
Имитация движения механизма выполняется с учетом воздействия двигателей, сил упругости и силы тяжести. Кроме того, в режиме сборки пакет SolidWorks предусматривает работу со сварными конструкциями путем обозначения кромок
сварочных швов. В программе доступны все стандартные типы и режимы сварки.
Режим Drawing (Чертеж)
Режим Drawing (Чертеж) предназначен для формирования технической докумен-тации на созданные ранее детали и сборки в виде чертежных видов и их
деталировок.
Начало работы в SolidWorks
После инициализации программы появиться диалоговое окно создания нового документа, выбираем «Деталь». В этом режиме окно имеет вид (рис. 2.2)
Строка меню панель инструментов менеджер команд
Дерево
конструирования
Менеджер
свойств
Менеджер
конфигурации
Система координат |
Исходная точка детали |
Рис. 2.2 Основные элементы окна программы