Принципы и методы конструирования

 

С увеличением номенклатуры и усложнением конструкций техники стали интенсивно развиваться методы и приёмы конструирования. Всё более широкое применение находят при конструировании изделий методы моделирования рабочих процессов, макетный метод проектирования. Строятся математические модели отдельных рабочих элементов, их подсистем и систем, определяющих СХМ или агрегат, и с помощью ЭВМ производится их параметрическая и структурная оптимизация (см. гл. 12-13).

При конструировании сложных изделий в процессе проектирования часто возникает необходимость экспериментальной проверки намеченных технических решений. Для этого часто применяют конструктивно несложные макеты, которые воспроизводят отдельные, интересующие конструктора, элементы конструкции изделия, позволяют осуществить экспериментальную проверку и отработку этих элементов до изготовления опытных образцов изделия.

Выбор методов и приемов конструирования при выполнении конкретной конструкторской работы обусловлен характером разрабатываемого объекта, степенью его сложности и новизны, масштабами и сроками разработки, наличием материальных средств для её выполнения, квалификацией конструкторских кадров и др.

Однако все методы и приемы, используемые при конструкторской разработке, как правило, базируются на четырех взаимосвязанных принципах конструирования [68]:

1) принцип группового проектирования;

2) принцип агрегатирования;

3) принцип унификации;

4) принцип взаимозаменяемости.

Принцип группового проектирования необходим тогда, когда возникает задача одновременной разработки целого комплекта (ряда, семейства, групп исполнений или модификаций) конструктивно подобных изделий многоцелевого назначения, соответствующих самым разнообразным условиям их использования. Разработка и стандартизация практических и типоразмерных изделий определенного вида способствуют упорядочению номенклатуры этих изделий и благодаря принципам конструктивной преемственности, агрегатирования, унификации и взаимозаменяемости позволяют существенно сократить общий цикл технической подготовки производства, создать условия для развития специализаций и кооперирования производства, снизить себестоимость и повысить качество изделий.

Принцип агрегатирования связан с усложнением конструкции машин и необходимостью организации их крупносерийного и массового производства.

Агрегатирование – это метод конструирования изделия, основанный на таком членении его на составные части (сборочные единицы и детали), при котором обеспечиваются наиболее рациональные способы производства, эксплуатационного обслуживания и ремонта изделия и последующее многократное использование его составных частей при разработке новых исполнений изделия. Внедрение принципа агрегатирования позволяет:

1) организовать правильное изготовление, сборку, испытания и отработку составных частей изделия на специализированных участках предприятия;

2) организовать специализированное крупносерийное массовое производство унифицированных составных частей;

3) сократить сроки разработки и подготовки новых изделий;

4) повысить качество изделий благодаря тщательной отработке конструкции составных частей и технологии их изготовления;

5) внедрить агрегатный метод ремонта изделий.

Внедрение агрегатирования машин способствовало ускорению процесса разработки и освоения образцов новой техники и совершенствованию форм и методов организации производства (производство дизелей, редукторов, шасси, кабины, колеса и т.д.).

Принцип унификации  заключается в том, что составные части изделия конструируются таким образом, чтобы их номенклатура была минимальной, но достаточной для рациональной компоновки и эффективного функционирования изделия.

Унификация – это эффективный и экономичный способ создания на базе исходной модели ряда производных машин одинакового назначения, но с различными показателями мощности, производительности и т.д. или машин различного назначения, выполняющих качественно другие операции, а также рассчитанных на выпуск иной продукции. Используя этот принцип, можно выделить следующие методы создания унифицированных машин.

1. Секционирование – заключается в разделении машин на одинаковые секции и образования производных машин набором унифицированных секций. Этому способу конструирования хорошо поддаются транспортерно - подъемные машины, например, однопоточная, 2-х поточная и др.

2. Метод изменения линейных размеров – с целью получения различной производительности машин и агрегатов изменяют их длину, сохраняя форму поперечного сечения. Например: молотильный барабан "Вектор", =1118 мм, Дон-1500, =1500мм. Главный экономический эффект при этом - сохранение технологического оборудования в производстве.

3. Базовый метод унификации – при разработке группы изделий, обладающих конструктивной общностью, одна из моделей группы определяется в качестве базовой. Для базовой модели характерно наибольшее количество конструктивных элементов или других признаков, свойственных всей группе изделий. Конструкции остальных изделий группы являются производными от базовой модели, т.е. модифицированными.

Этот метод обеспечивает высокий уровень конструктивной преемственности изделия и позволяет получить в сжатые сроки при ограниченной общей номенклатуре составных частей путём их различных сочетаний разнообразные изделия высокого качества. Например: зернокомбайны Дон-1500 – базовая модель; Дон-1500А, Дон-1500Б, «Вектор»-зернокомбайны, обладающие конструктивной общностью.

4. Конвертирование – базовую машину или её основные элементы используют для создания агрегатов различного назначения, иногда близких, а иногда различных по рабочему процессу. Например: перевод двигателя внутреннего сгорания с одного вида топлива на другой (другая степень сжатия, варьируется высотой поршневой головки); с цикла искрового зажигания – на цикл воспламенения и сжатия.

5. Компаундирование – параллельное соединение машин или агрегатов; применяют с целью увеличения общей мощности или производительности машины. Спаренные машины могут быть или установлены рядом как независимые агрегаты, или связаны с другими синхронизирующими, транспортными и другими устройствами, или конструктивно объединены в один агрегат. Например: парная установка судовых двигателей, работающих каждый на свой винт; параллельно работающие две зерноочистительные машины в агрегате типа ЗАВ-40 (каждая линия 20 т/ч, две линии – 40 т/ч).

Принцип унификации способствует улучшению показателей технологичности изделий, повышению серийности производства и применению высокопроизводительных методов производства СХМ. Унификация применима также к маркам и сортаменту материалов, размерам, допускам и т.п. (канавки под резьбу, центровые отверстия и т.п.). При повышении уровня унификации до 60-80% сроки разработки этих изделий сокращаются в 1,5-2 раза.

Принцип взаимозаменяемости – это свойство детали или сборочной единицы занимать свое место в изделии без дополнительной обработки и выполнять установленные функции. При этом различают взаимозаменяемость полную и неполную, для которой характерно применение искусственных приемов (компенсация, регулировки и т.д.). В действительности этот принцип конструирования более многогранный. Различают монтажную и функциональную взаимозаменяемость, причем каждая из них может быть полной или неполной (частичной). Например: ходовая часть зернокомбайна должна иметь полную монтажную и частично функциональную взаимозаменяемость, т.е. может несколько измениться (улучшиться) конструкция переднего или заднего моста, но обеспечивается обязательная монтажная взаимозаменяемость, т.е. этот мост приемлем для всех машин, где использовался старый.

Монтажная взаимозаменяемость агрегатов, узлов и деталей обеспечивается соблюдением требований к конструкциям по габаритно-установочным и присоединительным размерам и норм общего назначения (шероховатость поверхности, отклонения формы и расположения отверстий и т.п.)

Метод базового агрегата - в его основе лежит применение главного агрегата, который превращается в машины различного назначения с помощью присоединения к нему специального оборудования. Этот метод довольно распространен при проектировании СХМ, дорожно- и подъемно-транспортных машин.

Базовым агрегатом является обычно энергетическое средство (тракторное или автомобильное шасси), выпускаемое серийно. Монтируя на нем дополнительное оборудование, получают серию машин различного назначения. Присоединение спецоборудования требует разработки дополнительных механизмов и агрегатов (системы навески), коробок отбора мощности, лебедок, тормозов, которые можно также унифицировать.

Конструктивная преемственность – это использование при проектировании предшествующего опыта машиностроения данного профиля и смежных отраслей, введение в проектируемый агрегат всего полезного, что есть в существующих конструкциях машин.

Почти каждая современная машина представляет собой итог работы конструкторов нескольких поколений. Наряду с изучением опыта своей отрасли машиностроения следует использовать опыт других, даже отдаленных по профилю отраслей, так как часто те или иные конструктивные решения отработаны и используются в других отраслях. На основании этого сделаем вывод: конструктор должен смотреть вперед, оглядываться назад и озираться по сторонам.

 

Система автоматизированного

Проектирования (САПР)

 

Современные предприятия не смогут выжить во всемирной конкуренции, если не будут выпускать новые продукты лучшего качества (quality, Q), более низкой стоимости (cost, С) и за меньшее время (delivery, D). Поэтому они стремятся ис­пользовать огромные возможности памяти компьютеров, их высокое быстродей­ствие и возможности удобного графического интерфейса для того, чтобы авто­матизировать и связать друг с другом задачи проектирования и производства, которые раньше были весьма утомительными и совершенно не связанными друг с другом. Таким образом сокращается время и стоимость разработки и выпуска продукта. Для этой цели используется система автоматизированного проектирования включающая (САПР) технологии автоматизированного проектирования (computer-aided design — CAD), автоматизированного производства (computer-aided manufacturing — САМ) и автоматизированной разработки или конструирования (computer-aided engineering — CAE) [69]. САПР - организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП) (ГОСТ 23501-87). При этом выделяется основная функция САПР, которая состоит в выполнении автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей.

Различные задачи и опера­ции, которые приходится решать и выполнять в процессе разработки и произ­водства продукта взятые вместе, называются жизненным циклом продукта (product cycle).

Целью создания САПР является повышение качества объектов проектирования, сокращение сроков их создания, снижение трудоемкости проектирования и повышение качества проектной документации.

Система автоматизированного проектирования как любая искусственная или смешанная система должна удовлетворять постоянно изменяющимся потребностям человека (в частности, инженера-конструктора). Эти потребности обусловлены жесткими требованиями, предъявляемыми к срокам проектирования объектов машиностроения и качеству проектных решений. Отсюда следует, что вопросами обоснования целесообразности существования и развития конкретной САПР должно уделяться первостепенное значение [3].

Возможность удовлетворять изменяющимся потребностям закладывается при создании САПР и их составных частей. Процесс создания САПР характеризуется наличием признаков системности, среди которых наиболее четко просматриваются следующие:

- наличие определенной структуры системы;

- взаимозаменяемость ее составных частей;

- подчиненность всей системы заданной цели.

Эффективность функционирования САПР обусловливается применением общесистемных принципов, например, системного единства, совместимости, типизации и др. Реализация этих принципов при создании САПР позволит обеспечить:

- целостность как системы, так и процесса проектирования;

- эффективное совместное функционирование составных частей САПР;

- снижение затрат на создание САПР за счет использования типовых и унифицированных элементов, а также тиражирования базовых компонентов САПР;

- адаптацию конкретной САПР к системам другого уровня или другого функционального назначения, а также модификацию и обновление её частей.

Процесс создания САПР тесно связан с процессом проектирования технической системы. Важно обеспечить единство подходов как в первом, так и в последующих процессах, основанное на использовании следующих принципов:

- экономическая целесообразность;

- решение новых задач;

- иерархичность;

- декомпозиция;

- итерационность проектирования;

- стандартизация и типизация проектных решений.

Система автоматизированного проектирования состоит из подсистем, выполняющих заданные функции и обладающих определенной самостоятельностью. По назначению подсистемы разделяются на проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы имеют объектную ориентацию. Применение таких подсистем позволяет решать одну или несколько связанных проектных задач при проектировании машины или технологического процесса обработки и изготовления деталей. В свою очередь, проектирующие подсистемы можно разделить на объектно-ориентированные и объектно-независимые. Примерами проектирующих объектно-ориентированных подсистем могут служить:

- подсистема проектирования корпусов плугов;

- подсистема генерирования кинематической схемы жаток;

- подсистема расчета несущих конструкций зерноуборочных комбайнов.

Приведенные примеры характеризуются спецификой решаемых проектных задач, обусловленной узостью класса объектов проектирования.

Проектирующие объектно-независимые подсистемы предназначены для эффективного решения типовых, широко распространенных проектных процедур. Например:

- подсистема конструирования клиноременных передач;

- подсистема конструирования вариаторов;

- подсистема расчета соединений вал-ступица и др.

Действительно, последние подсистемы способны решать поставленные задачи независимо от объектов проектирования – будь то зерноуборочный комбайн или трактор.

Обслуживающие подсистемы обеспечивают поддержку функционирования проектирующих подсистем, а также оформление, передачу и выдачу полученных в них результатов. Примеры обслуживающих подсистем:

- система управления базами данных;

- подсистема документирования на различных носителях;

- подсистема графического ввода/вывода.

Структурными частями комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП) являются виды обеспечения: организационное, программное, информационное, методическое, математическое, лингвистическое, техническое, правовое, эргономическое.

Техническое обеспечение САПР. Под техническим обеспечением САПР подразумевают со­вокупность всех технических средств, используемых при авто­матизированном проектировании. К ним относятся: сетевое оборудование, ЭВМ различных типов, периферийные устройст­ва, линии связи, измерительные средства, различные электрон­ные, электрические и механические устройства, обеспечиваю­щие работу всех подсистем САПР, а также эксплуатационные материалы. Техническое обеспечение САПР включает в себя принтеры, сканеры, системы цифрового копирования, плоттеры, графичес­кие планшеты, 3D-манипуляторы. Общая структура техническо­го обеспечения САПР представляет собой сеть автоматизирован­ных рабочих мест (АРМ). В зависимости от выполняемых работ используют АРМ конструктора, АРМ технолога, АРМ руково­дителя проекта и т. п. Они отличаются составом периферийных устройств.

Программное обеспечение САПР. Программное обеспечение САПР — это совокупность про­грамм на носителях данных и программных документов, предназ­наченных для отладки, функционирования и проверки работо­способности системы. Среди программного обеспечения САПР можно выделить три основные группы: базовое, общесистемное и прикладное. Базовое программное обеспечение обеспечивает со­гласованную работу технических средств, используемых для авто­матизации проектирования. Оно разрабатывается для конкретных аппаратных средств и, как правило, поставляются вместе с ними. Общесистемное программное обеспечение представляет со­бой совокупность программ, служащих для обеспечения работы компьютера и сетей ЭВМ, связи пользователя с комплексом тех­нических средств, а также для обеспечения согласованной рабо­ты различных технических средств. Основой общесистемного программного обеспечения явля­ются операционные системы, которые управляют процессом выполнения прикладных программ, распределением и исполь­зованием ресурсов, а также обеспечивают диалог пользователя с компьютером. Ресурсом является любой компонент компьютера: центральный процессор, оперативная память, периферийные устройства компьютера или вычислительной сети, например, диски, принтер, факс, а также данные и приложения. Прикладное программное обеспечение отражает специфику конкретной САПР и служит для реализации проектных процедур, необходимых для создания проектируемого объекта. Прикладное программное обеспечение предназначено для решения задач в определенной области, например - в машино­строении. Обязательной составной частью используемых в про­ектировании прикладных программ являются средства двумер­ной и трехмерной машинной графики, а также твердотельного моделирования. Современное программное обеспечение позво­ляет сократить время проектирования, повысить качество и кон­курентоспособность продукции.

Математическое обеспечение САПР представляет собой совокупность методов математического моделирования объектов и процессов проектирования, самих математических моделей объектов и процессов проектирования, а также алгоритмов решений задач при автоматизированном проектировании. Некоторые свойства объекта модель передает приближенно. Модель считается адекватной, если она отражает заданные свойства объекта с необходимой точностью.

Информационное обеспечение САПР представляет собой совокупность сведений, необходимых для выполнения проектных процедур при выработке проектных решений Оно содержит сово­купность форм документов, классификаторов, нормативной базы и реализованных решений по объемам, размещению и формам существования информации, применяемой в САПР при ее функци­онировании. В информационное обеспечение включают следующие материалы: ГОСТы, ЕСТД, ЕСКД, национальные и отраслевые стан­дарты (ISO, ANSI, BS1, DIN, JIS, CISC, РЕМ, SKF), стандарты предприятий (СТП), классификаторы и коды, например, ГОСТы на черные и цветные металлы и спла­вы, композиционные материалы и неметаллы; характеристики конструкционных материалов: черных и цветных металлов и их сплавов, пластмасс, смазок, кле­ев, а также других неметаллических материалов, сорта­ментов и их параметров (на каждый материал заведена своеобразная «карточка» свойств, в которой содержится информация об обозначении материала и документе на его поставку, физические и физико-механические дан­ные для разных состояний, сведения об области приме­нения материала и другие данные); базу данных по сортаментам, строительным и прочим материалам; библиотеки профилей сварных конструкций, сведения о сортаменте (уголках, швеллерах, двутаврах, трубах кругло­го, квадратного, прямоугольного сечений и т. д.), элемен­тах разделки под сварку (база данных профилей настраи­вается под конкретный набор типоразмеров профилей, используемых в производстве, и может быть пополнена непосредственно пользователем); чертежи и справочные сведения о крепежных деталях, подшипниках, их трехмерные модели и т. д.; сведения об используемых в производстве заготовках, маршрутах обработки заготовок, станках, инструментах и т. д. (электронные справочники могут содержать не только номенклатуру, но и всевозможные характеристи­ки и параметры станков, инструмента, материалов; подпрограммы для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ); программы, используемые при проектировании, расче­тах, оформлении входных и выходных документов; шаблоны для ввода информации и оформления доку­ментов, например, технологических карт и т. п.

Лингвистическое обеспечение САПР включает совокупность средств и правил для формализации естественного языка, используемых при общении пользователей и эксплуатационного персонала САПР с комплексом средств автоматизации при функционирова­нии. Термин язык, в контексте лингвистического обеспечения, обозначает средство общения проектировщика с САПР — систему символов, знаков (алфавит языка) и правил, используемых для обмена информацией. Основу лингвистического обеспечения составляют формаль­ные языки, предназначенные для общения пользователя с техни­ческими и программными средствами автоматизации. Формали­зация естественного языка позволяет более полно представить информацию о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования. Языки подразделяют на языки программирования, управления и проектирования. Языки программирования применяются для записи исход­ного текста (кода) разрабатываемых программ. К наиболее рас­пространенным относятся Си, Pascal, Fortran, Basic. В настоящее время на их базе разработаны среды программирования, такие как Visual Си, Delphi, Visual Fortran, Visual Basic. Использование языков программирования позволяет создавать собственные спе­циализированные приложения. Языки управления предназначены для описания управляю­щей информации для программноуправляемого технологическо­го оборудования: фотонаборных установок, графопостроителей, металлообрабатывающих станков с ЧПУ и т. п. Они позволяют управлять ЭВМ и периферийными устройствами. Языки проектирования применяются в процессе эксплуата­ции САПР для описания информации об объектах. Они могут быть построены на базе классификации и используются для опи­сания детали и поиска ее аналога и типового технологического процесса в базе данных.

Организационное обеспечение САПР - это совокупность документов, устанавливающих организационную структуру, пра­ва и обязанности пользователей и эксплуатационного персонала в условиях функционирования, проверки и обеспечения работо­способности САПР. Оно реализуется в виде штатных расписа­ний, квалификационных требований, руководящих технических материалов (РТМ), определяющих состав и организационную структуру взаимосвязанных подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизированного проектирования. Организационное обеспечение используется при подготовке тех­нического задания на проектирование объекта и технико-эконо­мического обоснования эффективности принятых решений. Организационное обеспечение включает программы подго­товки специалистов-пользователей САПР и перечень необходи­мых пособий и методических материалов. В его состав входит также ряд документов, устанавливающих состав проектной организации и ее подразделений, связи между ними, их функции, а также форму представления результата проектирования и поря­док рассмотрения проектных документов. Организационные ос­новы создания САПР изложены в ГОСТ 23501.101-87.

Правовое обеспечение САПР — это совокупность правовых норм, регламентирующих правовые отношения при функционировании САПР и юридический статус результатов ее функционирования. Оно включает нормативные акты, связанные с приобретением и эксплуатацией системы, права и обязанности персонала, квали­фикационные требования к ним, порядок создания, хранения, использования и защиты документов. Правовые вопросы разра­ботки и применения САПР решаются на государственном уровне. Каждый пользователь, участвующий в составлении докумен­та несет юридическую ответственность за вносимую им инфор­мацию. Типовые нарушения правовых норм в области САПР; использование нелицензионного программного обеспе­чения; использование программного обеспечения на большем количестве компьютеров, чем это оговорено лицензион­ным соглашением; разглашение конфиденциальной информации, храня­щейся в документах; незаконное создание и распространение компьютерных вирусов, наносящих вред программному обеспечению САПР; нарушение правил эксплуатации системы, приведших к нарушениям в ее работе.

Эргономическое обеспечение САПР - совокуп­ность реализованных решений по согласованию психологических, психофизиологических, антропометрических, физиологических характеристик и возможностей пользователей САПР с техничес­кими характеристиками комплекса средств автоматизации систе­мы и параметрами рабочей среды на рабочих местах ее персонала.

Классификация задач САПР. Задачи, решаемы САПР, можно классифицировать следующим образом:

1) вычислительные задачи (например, прочностные расчеты стержневых систем и рам, оптимизация, моделирование), предъявляющие повышенные требования к производительности процессора и объему оперативной памяти;

2) задачи обработки больших массивов информации (например, задачи создания и введения баз данных конструкторской документации, задачи информационного поиска, доступа к базам данных), требующие наличия внешних накопителей большой емкости и достаточно малого времени доступа;

3) задачи интерактивного (диалогового) проектирования (например, речевой ввод или интерактивная графика), требующие специальных аппаратных средств (графический дисплей, графопостроитель, диджитайзер и др.), обеспечивающих удобство работы и малое время ответа;

4) задачи обмена информацией между подсистемами САПР (например, передача в комплексную САПР информации от технологической подсистемы к программно-управляемому оборудованию); к этим же задачам относится дистанционное, сетевое и межсетевое взаимодействие технических средств САПР;

задачи, решаемые с применением методологии искусственного интеллекта, в частности, экспертных систем.

Классификация САПР. Область применения систем автоматизированного проектирования очень широка и включает в себя практически все отрасли машиностроения. Классификация САПР по различным определяющим признакам позволяет внести достаточно стройный порядок в их обширное множество. При этом полученные категории могут служить различным целям, например, наглядности, каталогизации, оценке научно-технического уровня, планированию и др.

Установлены признаки классификации САПР:

- тип объекта проектирования;

- разновидность объекта проектирования;

- сложность объекта проектирования;

- уровень автоматизации;

- комплексность;

- характер и количество выпускаемых документов;

- количество уровней в структуре технического обеспечения [5].

На современном уровне развития САПР не возможно представить без компьютера, однако компьютеры не могут широко использоваться в подпроцессе синтеза, поскольку они не обладают способностью хорошо обра­батывать качественную информацию. Однако даже на этом этапе разработчик может, например, при помощи коммерческих баз данных успешно собирать важ­ную для анализа осуществимости информацию, а также пользоваться данными из каталогов. Непросто представить себе использование компьютера и в процессе концептуа­лизации проекта, потому что компьютер пока еще не стал мощным средством для интеллектуального творчества. На этом этапе компьютер может сделать свой вклад, обеспечивая эффективность создания различных концептуальных проек­тов. Полезными могут оказаться средства параметрического и геометрического моделирования, а также макропрограммы в системах автоматизированной раз­работки чертежей (computer - aided drafting). Все это типичные примеры систем CAD. Система геометрического моделирования (geometric modeling system) — это трехмерный эквивалент системы автоматизированной разработки чертежей, то есть программный пакет, работающий с трехмерными, а не с плоскими объекта­ми. В аналитической фазе проектирования ценность компьютеров проявляется по-настоящему. Программных пакетов для анализа напряжений, контроля столк­новений и кинематического анализа существует столько, что приводить какие-либо названия смысла не имеет. Эти программные пакеты относятся к средствам автоматизированного конструирования (CAE). Главная проблема, связанная с их использованием, заключается в необходимости формирования аналитической модели. Проблемы не существовало бы если аналитическая модель автоматически выводилась из концептуального проекта. Однако, как уже отме­чалось, аналитическая модель не идентична концептуальному проекту — она вы­водится из него путем исключения несущественных деталей и редукции размер­ностей. Необходимый уровень абстракции зависит от типа анализа и желаемой точности решения. Следовательно, автоматизировать процесс абстрагирова­ния достаточно сложно, поэтому аналитическую модель часто создают отдельно. Обычно абстрактная модель проекта создается в системе разработки рабочих чертежей или в системе геометрического моделирования, а иногда с помощью встроенных средств аналитического пакета. Аналитические пакеты обычно тре­буют, чтобы исследуемая структура была представлена в виде объединения свя­занных сеток, разделяющих объект на отдельные участки, удобные для ком­пьютерной обработки. Если аналитический пакет может генерировать сетку автоматически, человеку остается задать только границы абстрактного объекта. В противном случае сетка также создается пользователем либо в интерактивном режиме, либо автоматически, но в другой программе. Процесс создания сетки называется моделированием методом конечных элементов (finite - element modeling). Моделирование этим методом включает в себя также задание граничных усло­вий и внешних нагрузок.

Подпроцесс анализа может выполняться в цикле оптимизации проекта по ка­ким-либо параметрам. Разработано множество алгоритмов поиска оптимальных решений, а на их основе построены коммерчески доступные программы. Проце­дура оптимизации может считаться компонентом системы автоматизированного проектирования, но более естественно рассматривать эту процедуру отдельно.

Фаза оценки проекта также выигрывает от использования компьютера. Если для оценки проекта нужен прототип, мы можем быстро сконструировать его по за­данному проекту при помощи программных пакетов, генерирующих код для ма­шины быстрого прототипирования. Такие пакеты считаются программами для автоматизированной подготовки производства (САМ). Разумеется, форма про­тотипа должна быть определена заранее в наборе входных данных. Данные, определяющие форму, получаются в результате геометрического моделирования. Быстрое прототипирование — удобный способ конструирования прототипа, од­нако еще удобнее пользоваться виртуальным прототипом, который часто назы­вается «цифровой копией» (digital mock - up) и позволяет получить столь же по­лезные сведения. Когда аналитические средства для работы с цифровыми копиями станут доста­точно мощными, чтобы давать столь же точные результаты, что и эквивалент­ные эксперименты на реальных прототипах, цифровые копии начнут вытеснение обычных прототипов. Эта тенденция будет усиливаться по мере совершенство­вания технологий виртуальной реальности, позволяющих нам ощущать цифро­вую копию так же, как реальный прототип. Построение цифровой копии назы­вается виртуальным прототипированием. Виртуальный прототип может быть создан и в специализированной программе геометрического моделирования. Последняя фаза процесса разработки — подготовка проектной документации. На этом этапе чрезвычайно полезным оказывается использование систем подготов­ки рабочих чертежей. Способность подобных систем работать с файлами позво­ляет систематизировать хранение и обеспечить удобство поиска документов.

Компьютерные технологии используются и на стадии производства. Процесс про­изводства включает в себя планирование выпуска, проектирование и приобрете­ние новых инструментов, заказ материалов, программирование машин с ЧПУ, контроль качества и упаковку. Компьютерные системы, используемые в этих операциях, могут быть классифицированы как системы автоматизированного производства. Например, программа автоматизированной технологической под­готовки (computer-aided process planning — САРР) используется на этапе подго­товки производства и относится к системам автоматизированного производства (САМ). Как отмечалось выше, подготовка производства с трудом поддается авто­матизации, поэтому полностью автоматических систем технологической подго­товки в настоящий момент не существует. Однако существует множество хороших программных пакетов, генерирующих код для станков с числовым программным управлением. Станки этого класса позволяют получить деталь нужной формы по данным, хранящимся в компьютере. Они аналогичны машинам для быстрого прототипирования. К системам автоматизированного производства относят также программные па­кеты, управляющие движением роботов при сборке компонентов и перемещении их между операциями, а также пакеты, позволяющие программировать координатно-измерительную машину (coordinate measuring machine — СММ), исполь­зуемую для проверки продукта.

А втоматизированное проектирование (compu ­ ter - aided design — CAD) представляет собой технологию, состоящую в исполь­зовании компьютерных систем для облегчения создания, изменения, анализа и оптимизации проектов. Таким образом, любая программа, работающая с компьютерной графикой, так же как и любое приложение, используемое в инже­нерных расчетах, относится к системам автоматизированного проектирования. Другими словами, множество средств CAD простирается от геометрических программ для работы с формами до специализированных приложений для анализа и оптимизации. Между этими крайностями умещаются программы для анализа допусков, расчета масс-инерционных свойств, моделирования методом конечных элементов и визуализации результатов анализа. Самая основная функция CAD — определение геометрии конструкции (детали механизма, архи­тектурные элементы, электронные схемы, планы зданий и т. п.), поскольку гео­метрия определяет все последующие этапы жизненного цикла продукта. Для этой цели обычно используются системы разработки рабочих чертежей и геометриче­ского моделирования. Вот почему эти системы обычно и считаются системами автоматизированного проектирования. Более того, геометрия, определенная в этих системах, может использоваться в качестве основы для дальнейших опера­ций в системах CAE и САМ. Это одно из наиболее значительных преимуществ CAD, позволяющее экономить время и сокращать количество ошибок, связан­ных с необходимостью определять геометрию конструкции с нуля каждый раз, когда она требуется в расчетах. Можно, следовательно, утверждать, что системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы геометрического моделирования являются наиболее важными компонентами автоматизированно­го проектирования.

Автоматизированное производство (computer - aided manufacturing — САМ) — это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для планиро­вания, управления и контроля операций произ