”Кредо”: большие возможности ”маленькой” системы
Юрий Давыдов
На рынке современных CAD/CAM/CAE-систем мировые лидеры, производители систем тяжелого класса, все больше ощущают конкуренцию со стороны “маленьких”, так называемых систем легкого и среднего класса (см. PC Week/RE, № 4/98, c. 38). С одной стороны, продажа тяжелых систем все более напоминает печально известные театральные билеты с нагрузкой, когда за приобретение системы с необходимыми функциональными возможностями приходится платить цену, намного превышающую стоимость этих возможностей. С другой стороны, благодаря возрастающей мощности относительно дешевых персональных компьютеров системы легкого и среднего класса на отдельных операциях демонстрируют производительность, вполне соизмеримую с производительностью тяжелых систем при несопоставимо более низкой стоимости. Не случайно продавцы тяжелых систем выступают противниками многоуровневой, или пирамидальной, архитектуры САПР (см. “САПР и графика”, № 1/98, с. 12).
Особенно остро конкуренция ощущается при решении задач технологической подготовки производства и, в частности, подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. Опыт внедрения систем ЧПУ в авиастроении показывает, что 80% задач по формированию управляющих программ не требует использования твердотельных моделей. Практически все задачи 2,5-координатного фрезерования, не говоря о сверлении и токарной обработке, могут быть решены на уровне каркасных и поверхностных моделей. При этом объем информации, необходимой и достаточной для решения этих задач, существенно меньше, чем при твердотельном параметрическом моделировании. Так, геометрическая информация для механической обработки фрезерованием монолитного шпангоута в формате IGES в каркасно-поверхностном представлении занимает объем около 0,5 Мб против 5 Мб в твердотельном представлении.
Сравнительно недавно на рынке программных продуктов CAD/CAM/CAE появилась автоматизированная система конструирования и технологической подготовки производства (АСК/ТПП) “Кредо” разработки ОАО “НИЦ АСК” (см. PC Week/RE, № 2/98, с. 35). Наряду с возможностями трехмерного моделирования и оформления конструкторской документации (модули CAD) система предоставляет набор средств для построения пользователем своих CAM- и CAE-систем.
Конечноэлементная модель перекрытия Большой спортивной арены в Лужниках
В модуле числового программного управления (ЧПУ) представлены средства для расчета траектории движения инструмента и подготовки управляющих программ (УП) в процессе обработки деталей на токарных, сверлильных, фрезерных или многооперационных станках с ЧПУ. Реализованные в модуле алгоритмы позволяют эффективно готовить УП для обработки деталей практически любой сложности.
Модуль ЧПУ, будучи одним из компонентов системы “Кредо”, использует необходимую информацию из единой базы данных системы. Внешней исходной информацией для модуля ЧПУ служит геометрическая модель обрабатываемой детали. Термин “внешняя” означает, что формирование геометрической модели детали осуществляется в других модулях системы “Кредо” или импортируется в геометрическую базу данных системы через форматы IGES и DXF. Модуль ЧПУ предъявляет оптимальные требования к геометрии детали, которая может быть представлена как совокупность плоских геометрических элементов, пространственного каркаса и набора поверхностей. При передаче твердотельной модели обрабатываемой детали в систему “Кредо” из других CAD- или CAD/CAM-систем эта модель автоматически преобразуется в геометрическую модель каркасного или поверхностного представления. Опыт работы с модулем ЧПУ показал, что оптимальные требования к геометрической модели обрабатываемой детали позволяют получать те же результаты при подготовке УП, что и при использовании твердотельных CAD/CAM-систем, но на более доступном классе вычислительной техники.
Для расчета траектории обрабатываемой детали помимо задания исходной геометрии необходимо определить целый ряд технологических и специальных параметров (режущий инструмент, точность обработки, припуск, режимы резания, виды обработки, методы формирования переходов и т. д.). Интерактивный режим работы с модулем ЧПУ позволяет шаг за шагом определять эти параметры, последовательно переходя от одной фазы предлагаемого сценария к другой. Этот подход позволяет максимально быстро освоить модуль ЧПУ, постепенно изучая и уточняя назначение каждого параметра. Подготовленные пользователи могут оптимизировать режим задания параметров и добиться максимальной производительности своей работы.
Генерация траектории инструмента в модуле ЧПУ может осуществляться в пошаговом и автоматическом режимах. Первый способ необходим для максимальной оптимизации траектории или для особых вариантов конструкторско-технологических решений. Второй режим служит базовым и, как правило, не требует корректировки рассчитанной траектории.
Одна из важных особенностей модуля ЧПУ - контроль за полученными результатами на каждой фазе подготовки УП. Визуальная обратная связь, отображение координат и вектора оси инструмента в любой точке траектории, отображение траектории и инструмента в любой проекции обрабатываемой детали, цветовая заливка следа движения инструмента, возможность импортирования полученной УП обратно в модуль ЧПУ и сравнения ее с исходной траекторией - вот неполный перечень средств, позволяющих контролировать полученный результат и быть уверенным в успехе при отработке программы на станке.
В модуле ЧПУ предусмотрен также анализ сформированных траекторий по времени работы инструмента и по объему УП. Если объем или время работы управляющей программы превышают заданные ограничения, то выходные файлы автоматически разбиваются на отдельные фрагменты. Для каждого фрагмента дополнительно формируются команды подвода и отвода инструмента.
Система “Кредо” в настоящее время широко используется при проектировании и производстве опытных и серийных летательных аппаратов.
При конструировании не менее важную роль, чем геометрическое моделирование, играют инженерные расчеты. Сейчас во всем мире основным инструментом анализа конструкций стал метод конечных элементов (МКЭ). Особенно возросла роль МКЭ в условиях рынка. Становится недопустимым, чтобы подготовка и запуск в серию изделий осуществлялись последовательно после статических, динамических и температурных испытаний опытных образцов, которые зачастую являются весьма дорогостоящими и характеризуются длительным циклом производства. Осуществляя все это параллельно, предприятия идут на известный риск. Существенно уменьшить риск, снизить материалоемкость и повысить надежность и качество изделий позволяет МКЭ, когда с его помощью на ранних этапах проектирования проводится математическое моделирование напряженно-деформированного состояния конструкции, динамических и тепловых процессов. МКЭ обладает уникальной возможностью проводить расчеты конструкции любой сложности с необходимой степенью точности. В настоящее время в АСК/ТПП “Кредо” включен модуль, обеспечивающий прямой интерфейс с системой конечноэлементного анализа “Диана”, разработанной инженерами АНТК им. А. Н. Туполева.
Система “Диана” позволяет решать широкий класс инженерных задач:
- анализировать напряженно-деформированное состояние конструкций;
- определять формы и частоты собственных колебаний;
- рассчитывать динамическую реакцию по времени;
- определять критические силы и формы потери устойчивости;
- анализировать стационарные и нестационарные температурные поля;
- рассчитывать аэроупругость;
- решать нелинейные задачи;
- моделировать механику разрушения;
- оптимизировать конструкции.
Истребитель XXI века. Элементы конструкции самолета выполнены с использованием системы “Кредо”
Для работы с большими массивами в системе принята трехуровневая клеточная форма хранения матриц. Это позволяет решать задачи практически любой сложности. Реальным ограничением является только объем свободной памяти на жестком диске, необходимый для хранения промежуточных данных. Решение задач можно проводить методом подконструкций (в том числе многоуровневым).
Система предназначена для расчета конструкций широкого класса. пространственные стержневые системы, тонкостенные конструкции, объемные и осесимметричные детали - все это обеспечивается развитой библиотекой конечных элементов, насчитывающей более 40 типов. При необходимости пользователь может подключить к системе конечные элементы своей разработки. Все элементы применимы в статическом, динамическом и температурном анализе. Система “Диана” может использоваться как одно из приложений АСК/ТПП “Кредо”.
Ограниченный объем статьи не позволяет остановиться более подробно на других приложениях системы “Кредо”. Так, подсистема “Архив конструкторской документации” не только позволяет организовать хранение чертежей в удобном для конструктора формате во внешней памяти или на магнитном носителе информации, но и отыскивать документацию по значащим полям штампа основной надписи чертежа и по ключевым словам технических требований и примечаний.
Подсистема “Спецификация”, разработанная совместно с ТАНТК им. Г. М. Бериева, позволяет при заполнении спецификации на сборочный чертеж вводить чертежные детали непосредственно с экрана монитора.
Для подготовки технологической документации, операционных и маршрутных карт для техпроцессов механической обработки деталей на станках с ЧПУ на предприятии “МАПО МИГ” создана система, автоматизирующая операции инженера-технолога.
За более детальной информацией по системе “Кредо” и ее приложениям можно обратиться по телефону: (095) 213-3126 или по адресу: sergei@rodnik.ru.
