Комплексное моделирование в среде САПР

Можно выделить две основные инженерные задачи, связанные с геометрическим моделированием в машиностроении:

· синтез формы ранее не существовавшего (даже в виде материальных моделей) проектируемого изделия;

· построение компьютерной модели уже существующего изделия или его материальной модели [9].

С точки зрения подходов компьютерного моделирования, CAD/CAM/CAE/...-подсистемы интегрированной САПР можно рассматривать как специализированные, объектно-ориентированные инструменты (среды) моделирования. При их совместном использовании создаются и связываются в единое целое (комплексную модель) геометрические (CAD/CAM), инженерно-физические (CAM/CAE) и информационные (САРР/ PDM) модели изделия.

Разговоры о полезности комплексного моделирования в САПР ведутся давно, однако воплощаться в практику эта идея стала только тогда, когда в машиностроении начал развиваться объектно-центричный подход, основанный на использовании универсальной геометрической модели изделия. На рис. 2 приведена принципиальная схема взаимодействия подсистем интегрированной САПР. Объемная геометрическая модель наиболее полно отражает структуру, точно описывает форму и наглядно представляет облик проектируемого изделия. При необходимости геометрическая модель может быть дополнена и всей другой важной для проектирования и производства информацией.

Рис.2

Геометрическое описание имеет очень важное объединяющее значение - не зря его иногда называют «двигателем» САПР. Пользователи подсистемы инженерного анализа (CAE), интегрированной в полномасштабную САПР, применяют полученную в подсистеме геометрического моделирования объемную твердотельную модель для генерации инженерно-физической конечно-элементной модели (МКЭ), с помощью которой производятся необходимые расчеты и оптимизация конструкции изделия. Результаты расчетов (поля перемещений, напряжений, температур и т.п.) визуализируются в наглядном и удобном для анализа человеком виде с помощью графических моделей. Далее производится имитация технологических процессов, например, механообработки, литья, штамповки и т.д., которые также не обходятся без геометрии и графики. Моделирование термообработки позволяет оценить качество детали с точки зрения усадки и деформации (коробления, перекоса, искривления). Для виртуальной оценки дизайна изделий, кинематики и динамики машин и механизмов строятся сложные компьютерные сборки. Наконец, твердотельная модель открывает уникальные возможности для повышения качества производства. При использовании точных геометрических моделей многократно улучшается точность обработки поверхностей и сокращается время программирования станков с ЧПУ. Геометрическая «мастер-модель» может служить самым точным эталоном для контроля и приемки готовой продукции. На основе геометрических моделей автоматически выполняется материальное моделирование (быстрое прототипирование - RP) изделий сложной формы. При этом на вход RP-системы подаются STL-файлы, генерируемые по 3D-моделям. Основанные на широчайшем применении геометрического моделирования и компьютерной графики, средства и технологии «виртуальной реальности» позволяют всесторонне оценить и «опробовать» компьютерный (виртуальный) проект еще до изготовления изделия. При необходимости на основе 3D-модели могут быть разработаны высокоэффективные эксплуатационные документы и учебные материалы. Таким образом, геометрически-центрированные системы автоматизированного проектирования занимают особое положение среди других компьютерных приложений и определяют ведущее направление автоматизации в машиностроении, а полученные в САПР компьютерные модели являются свидетельством достижений и высокого научного уровня проектирования и производства.