1Общая часть
1.1Введение
По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат так называемые CAD/CAM/CAE-системы (системы автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа).
Для автоматизированного проектирования характерно систематическое использование ЭВМ при рациональном распределении функций между человеком и ЭВМ. Человек занимается реализацией своих творческих замыслов, а на ЭВМ решаются задачи, поддающиеся формализации, при условии, что их машинное решение более эффективно, чем ручное. При этом наилучшая форма организации процесса проектирования достигается при применении САПР – комплекса средств автоматизации проектирования. Важно отметить, что программы для САПР разрабатываются не инженерами-пользователями, которые при применении имеющихся программ могут не знать многих особенностей их построения и реализованных в них методов, а специалистами по САПР. Программы разрабатываются единожды, а применяются многократно в различных ситуациях, возникающих при проектировании многих объектов. Несмотря на это, инженеру-пользователю необходимо знать методы и алгоритмы, реализованные в программах САПР, что поможет избежать ошибок в формулировке задач, выборе исходных данных, интерпретации результатов и получить их с наименьшими затратами общего и машинного времени.
Таким образом, современный инженер не мыслим без знания систем автоматизации проектирования — CAD (Computer Aided Design), автоматизированной подготовки производства — CAM (Computer Aided Manufacturing) и автоматизации инженерного анализа — CAE (Computer Aided Engineering).
CAD-системы предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации. Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной, объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т. д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.
В свою очередь, CAM-системы – предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства.
САЕ-системы — представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья.
В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем.
Современные CAD/CAM/CAE-системы не только дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая, тем самым, ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и экономит на стоимости изготовления физического прототипа. Таким образом, появляется возможность проводить на ЭВМ эксперименты на математических моделях объектов проектирования, отказавшись или значительно сократив дорогостоящее физическое моделирование.
Математическая модель – это совокупность математических объектов (чисел, переменных, векторов, множеств и т.п.) и отношений между ними, которая адекватно отображает некоторые свойства проектируемого или исследуемого технического объекта.
Математическое моделирование является главной методической основой автоматизации проектирования, конструирования и технологической подготовки производства. Широкое применение математического моделирования обусловлено:
ограниченностью возможностей других методов для моделирования очень сложных современных объектов, а в ряде случаев и принципиальной невозможностью их использования (например, при моделировании аварийных ситуаций);
необходимостью генерирования и анализа большого числа вариантов объекта за ограниченное время;
появлением ЭВМ как средства реализации новых методов математического моделирования в инженерной практике.
Математическое моделирование - состоит в использовании для исследования системы совокупности математических соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т.д.), определяющих структуру системы и описывающих ее поведение. Математические модели при этом должны удовлетворять требованиям универсальности, адекватности, точности и экономичности.
|
