Технологии компьютерного проектирования ____________________ CAM системы Схема

Технологии компьютерного проектирования ____________________ CAM системы

Схема CALS/PLM

CAM o CAM-системы (computer-aided manufacturing компьютерная поддержка изготовления) 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. ). o Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

CAM o 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. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

История развития o o o Первый этап начался в 70 -е гг. В ходе его был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность проектирования сложных промышленных изделий. Во время второго этапа (80 -е гг. ) появились и начали быстро распространяться CAD/CAM/CAEсистемы массового применения. Третий этап развития рынка (с 90 -х гг. до настоящего времени) характеризуется совершенствованием функциональности CAD/CAM/CAE-систем и их дальнейшим распространением в высокотехнологичных производствах (где они лучше всего продемонстрировали свою эффективность).

Первый этап На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE -систем работали на графических терминалах, присоединенных к мэйнфреймам производства компаний IBM и Control Data, или же мини-ЭВМ PDP/11 (от Digital Equipment Corporation) и Nova (производства Data General). У мэйнфреймов того времени был ряд существенных недостатков. Например, при разделении системных ресурсов слишком большим числом пользователей нагрузка на центральный процессор увеличивалась до такой степени, что работать в интерактивном режиме становилось трудно.

Первый этап Развитие приложений для проектирования шаблонов печатных плат и слоев микросхем сделало возможным появление схем высокой степени интеграции (на базе которых и были созданы современные высокопроизводительные компьютерные системы). В течение 80 -х гг. был осуществлен постепенный перевод CAD-систем с мэйнфреймов на персональные компьютеры (ПК).

Второй этап Ø Ø Ø В начале 80 -х гг. произошло расслоение рынка CADсистем на специализированные секторы. Электрический и механический сегменты CAD-систем разделились на отрасли ECAD и MCAD. Разошлись по двум различным направлениям и производители рабочих станций для CAD-систем, созданных на базе ПК: • часть производителей сориентировалась на архитектуру IBM PC на базе микропроцессоров Intel х86; • другие производители предпочли ориентацию на архитектуру Motorola (ПК ее производства работали под управлением ОС Unix от AT&T, ОС Macintosh от Apple и Domain OS от Apollo).

Второй этап Производительность CAD-систем на ПК в то время была ограничена 16 -разрядной адресацией микропроцессоров Intel и MS DOS. Вследствие этого, пользователи, создающие сложные твердотельные модели и конструкции, предпочитали использовать графические рабочие станции под ОС Unix с 32 -разрядной адресацией и виртуальной памятью, позволяющей запускать ресурсоемкие приложения.

Второй этап К середине 80 -х гг. возможности архитектуры Motorola были полностью исчерпаны. На основе передовой концепции архитектуры микропроцессоров с усеченным набором команд (Reduced Instruction Set Computing RISC) были разработаны новые чипы для рабочих станций под ОС Unix (например, Sun SPARC). Архитектура RISC позволила существенно повысить производительность CAD-систем.

Третий этап С середины 90 -х гг. развитие микротехнологий позволило компании Intel удешевить производство своих транзисторов, повысив их производительность. Вследствие этого появилась возможность для успешного соревнования рабочих станций на базе ПК с RISC/Unix-станциями. Системы RISC/Unix были широко распространены во 2 -й половине 90 -х гг. , и их позиции все еще сильны в сегменте проектирования интегральных схем.

Третий этап Сейчас ОС MS Windows практически полностью доминируют в областях проектирования конструкций и механического инжиниринга, проектирования печатных плат и др. По данным Dataquest и IDC, начиная с 1997 г. рабочие станции на платформе Windows/Intel (Wintel) начали обгонять Unix-станции по объемам продаж.

Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем § § § Чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70 -е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор). Системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления. Системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD Electronic Product Definition).

Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем Существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA, EUCLID, I-DEAS (все они имеют расчетную часть CAE). CAD-системы нижнего уровня (например, Aut. CAD LT, Medusa, True. CAD, КОМПАС, БАЗИС и др. ) применяются только при автоматизации чертежных работ.

Ядро САМ-системы САМ-система должна иметь встроенный транслятор, предназначенный для чтения как нейтрального, так и специфического форматов файлов передачи данных от CAD-систем. Нейтральные форматы: IGES и STEP (International STandard for the Exchange of Product Model Data). Международный Комитет по Стандартизации (ISO) выработал глобальный стандарт для передачи информации в программных продуктах в течение всего производственного цикла проектирования и изготовления детали.

Ядро САМ-системы В файле будут накапливаться не только данные о геометрии (например, кривые, поверхности, твердые тела), но и протоколы испытаний или исследований. Специфические форматы данных. Файлы такого типа содержат полное описание данных о геометрии детали, поскольку используют внутренний формат баз данных CAD/CAM-системы. Каждая CAD/CAM-система имеет собственный формат баз, а следовательно и оригинальный формат файла обмена. Для импорта таких данных из разных систем потребуются уже несколько программтрансляторов.

? ? ? Выгоды от применения CAD/CAM/CAE-системы представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др. ) без применения CAD/CAM/CAEсистем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. 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. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долларов, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже

Примеры разработок Модель в CAD/CAM-системе Пример детали токарного оборудования в CAD/CAM-системе

Рынок CAM (2010 год)

Рынок CAM (2010 год)

Рынок CAM (2010 год)

CNC - компьютерное числовое управление Система управления технологическим оборудованием, применяемая при автоматизации промышленного производства. Аналог ЧПУ - CNC - компьютерное числовое управление

Осевая обработка

CNC Software с пакетом Mastercam - CAD/CAMсистема для программирования фрезерной, токарной, токарно-фрезерной и электроэрозионной обработки, а также деревообработки, гравировки, раскроя и резки листового материала на соответствующем оборудовании с ЧПУ

Mastercam. Фрезерная обработка Mastercam Mill Level 3 Ассоциативный CAD/CAM для 2 -3 -осевой обработки (полный функционал) и проектирования. Включает Mastercam Design, функционал Level 1 и Level 2 плюс: • Продвинутая, ассоциативная многоповерхностная черновая и чистовая обработка • 3 D высокоскоростная обработка сложных поверхностных форм (прессформы, штампы) • Уникальная динамическая черновая 3 D высокоскоростная обработка, уменьшающая машинное время в несколько раз • Комплексная 3 D высокоскоростная чистовая гибридная обработка • Обработка поверхностей, твёрдых тел, файлов STL и каркасной геометрии.

Mastercam. Электроэрозия Mastercam Wire Ассоциативный CAD/CAM для проволочной электроэрозионной обработки. Включает функционал Mastercam Design плюс: • Разнообразное задание углов в 2 - и 4 -осевой обработке • Синхронизация сложных контуров • Эффективное управление подходами и отходами к контуру • Автоматическое скругление углов и задание чистовых проходов • Эффективное создание перемычек, управление их размещением и обрезкой • Фильтрация траекторий для сокращения длины УП.

Mastercam. Моделирование Mastercam Design Мощный 3 D CAD добавлен к Mastercam Mill, Lathe, Router и Wire. • Быстрое моделирование и редактирование геометрии • Создание сложной геометрии, включая NURBS кривые и поверхности • 2 D- и 3 D-ассоциативное образмеривание • Продление поверхностей, сглаживание, обрезка, разделение, создание скруглений с переменным радиусом

Mastercam. Деревообработка Mastercam Router Ассоциативный CAD/CAM, специально созданный для деревообработки. Включает функционал Mastercam Design плюс: • Гибкая 2 D-обработка, автоматическая 2 D-обработка по твёрдотельной модели изделия • Создание и редактирование перемычек • Сложный раскрой деталей и траекторий • Поддержка блочных (сверление) и агрегатных инструментов (см. картинку) • Мощный функционал для 3 D-гравировки • Поддержка форматов. JPEG, . TIFF и других.

Mastercam. Токарнo -фрезерная обработка Mastercam Lathe Ассоциативный CAD/CAM для токарно-фрезерной обработки. Включает функционал Mastercam Design плюс: • Черновая, чистовая обработка, резьбонарезание, обработка канавок, растачивание, сверление, отрезка • Библиотеки инструментов, материалов и операций обработки • Автоматическая компенсация инструмента • Твёрдотельная верификация траекторий • Фрезерная обработка активным инструментом на станках с осями С и Y • Многоосевая токарно-фрезерная обработка в комбинации с Mastercam Mill.

Перспективы PLM до 2020 года Бизнес-модели для пользователей САПР: будут развиваться альтернативные : • Low-cost-клоны, бесплатные/open-source платформы • Saa. S и аренда ПО следующие преимущества: • Не требуется покупка лицензии и ее обновление • Не нужна установка ПО • Независимость от ОС • Независимость от оборудования • Инженерные расчеты в реальном времени • Сохранность и глобальная доступность данных

Перспективы PLM до 2020 года Прямое моделирование и параметризация Большинство современных MCAD среднего класса базируются на концепции параметрического моделирования с использованием истории построения модели для ее модификации (Inventor, Solid. Works, Pro/E, Solid Edge) Будет развивается концепция прямого моделирования, которое позволяет изменять модель простыми пользовательскими действиями, но без параметрического контроля над моделью.

Перспективы PLM до 2020 года Быстрое прототипирование Технологии трехмерной печати уже сейчас бурно развиваются и широко внедряются в проектную и технологическую практику: Снижение стоимости до $1000 и ниже для самых простых устройств. Появление новых материалов, включая металлические, прозрачные, эластичные. Возможность управлять свойствами материала внутри изготавливаемой модели. Увеличение скорости изготовления.

Развитие интерфейсов Прогресс в технологиях дисплеев обещает появление экранов размерности вплоть до А 1 -А 0. Экраны будут оснащаться средствами тактильного управления (Multitouch) Технология создания стереоизображений станет стандартом де-факто для профессиональных рабочих мест