Раздел 1. Задачи, решаемые в процессе разработки и производства продукта в машиностроении

В литературе по САПР часто используется англоязычная терминология. Познакомимся с ней. В зарубежной литературе САПР подразделяют на:

Ø компьютерный дизайн (computer-aided design – CAD), под которым понимают автоматизированную разработку чертежей узлов и деталей различных изделий;

Ø автоматизированное (с использованием компьютеров) производство (computer-aided manufacturing – CAM), которое в отечественной терминологии часто называют безбумажным проектированием, заключающееся, например, в том, что разработанный на компьютере чертеж в автоматическом режиме преобразуется в команды управления станками, изготавливающими деталь по этому чертежу;

Ø автоматизированную разработку или конструирование (computer-aided engineering – CAE), позволяющую в автоматическом режиме рассчитывать прочность деталей, взаимодействие узлов механизмов, анализ допусков, расчет масс-инерционных свойств и выполнять ряд других важных для проектирования расчетов.

Чтобы понять значение систем CAD/CAM/CAE, рассмотрим задачи и операции, которые приходится решать и выполнять в процессе разработки и производства продукта.

Два главных процесса в жизненном цикле любого продукта – это разработка и производство. Операции, относящиеся к процессу разработки, можно разделить на аналитические и синтетические. Первичные операции разработки, такие как определение необходимости разработки, формулирование технических требований, анализ осуществимости и сбор важной информации, а также концептуализация разработки, относятся к процессу синтеза. Результатом синтеза является концептуальный проект предполагаемого продукта в форме эскиза или чертежа, отражающего связи различных компонентов продукта. Большая часть информации, порождаемой и обрабатываемой в рамках процесса синтеза, является качественной, а следовательно неудобной для компьютерной обработки.

Готовый концептуальный проект анализируется и оптимизируется – это уже процесс анализа. Прежде всего, вырабатывается аналитическая модель, поскольку анализируется именно модель, а не сам проект. Аналитическая модель получается, если из проекта удалить маловажные детали, редуцировать размерности и учесть имеющуюся симметрию. Редукция размерностей, например, подразумевает замену тонкого листа из какого-либо материала на эквивалентную плоскость с параметром, характеризующим толщину, или длинного и тонкого участка на линию с определенными параметрами, характеризующими поперечное сечение. Симметричность геометрии тела и нагрузки, приложенной к нему, позволяет рассматривать в модели лишь часть этого тела. Типичные примеры анализа: анализ напряжений, позволяющий проверить прочность конструкции, контроль столкновений, позволяющий обнаружить возможность столкновений движущихся частей, составляющих механизм, а также кинематический анализ, показывающий, что проектируемое устройство будет совершать ожидаемые движения. Качество результатов, которые могут быть получены в результате анализа, непосредственно связанно с качеством выбранной аналитической модели, которым оно ограничивается.

После завершения проектирования и выбора оптимальных параметров начинается этап оценки проекта. Для этой цели могут использоваться прототипы. Если оценка проекта на основании прототипа показывает, что проект не удовлетворяет требованиям, описанный выше процесс разработки повторяется снова. Если же результат оценки проекта оказывается удовлетворительным, начинается подготовка проектной документации. К ней относятся чертежи, отчеты и списки материалов. Чертежи обычно копируются, а копии передаются на производство.

Процесс производства начинается с планирования, которое выполняется на основании полученных на этапе проектирования чертежей, а заканчивается готовым продуктом. Технологическая подготовка производства – это операция, устанавливающая список технологических процессов по изготовлению продукта и задающая их параметры. Одновременно выбирается оборудование, на котором будут производиться технологические операции. В результате подготовки производства составляются план выпуска, списки материалов и программы для оборудования. После завершения технологической подготовки начинается выпуск готового продукта и его проверка на соответствие требованиям. Детали, успешно прошедшие контроль качества, собираются вместе, проходят тестирование функциональности, упаковываются, маркируются и отгружаются заказчикам.