Особенности современных САПР программ, применяемых для моделирования процессов ОМД

· Узнаваемость. Лидирующее положение операционной системы Windows в мире привело к тому, что практически все САПР-программы могут быть установлены на данную платформу. Поскольку пользователь пакета обязательно знаком с работой Windows и, как правило, MS Office то очевидно, что наличие знакомых операций и значков (например, копировать, вставить, вырезать) по ранее известной системе облегчают его работу. Данная тенденция выражается в том, что все САПР-программы становятся все более похожи по своему “внешнему” виду друг на друга.

· Сохранение собственного стиля оформления. В месте с подражанием Windows разработчики САПР помнят и о своих пользователях, которые по более ранним версиям уже знакомы с работой в том или ином прикладном пакете. Поэтому, несмотря на общую тенденцию к унификации “внешнего” вида различных пакетов сохраняется и присущая им индивидуальность.

· Простота и доступность расположения информации. В ходе работы пользователь работает с большим объемом самой разнообразной информации. Правильная организация доступа к этой информации позволяет облегчить работу. С одной стороны на экране должно содержаться, как можно больший объем информации с другой это приводит к “захламлению” и уменьшению полезной области экрана.

Основным принципом в данном случае является – принцип изображения только той информации, которая необходима для работы пользователя в данный момент, т. е. после указания пользователем объекта интерфейс должен измениться таким образом, чтобы на экране осталась только необходимая для работы с выделенным объектом. Как правило, данный принцип реализуется с помощью вложенных меню, раскрываемых по мере выполнения той или иной проектной процедуры. С другой стороны наличие большого количества вложенного друг в друга меню или окон усложняет работу, поскольку в этом случае из-за необходимости открытия большого количества окон возрастает время выполнения проектной процедуры.

Практически во всех САПР-программах есть возможность настроить пользовательский интерфейс для более удобной работы /25/.

· Правильная организация справочной информации. Другим немаловажным фактором влияющим на работу в САПР-программе является правильная организация справочной информации. Всю интерактивную справочною информацию, которая предоставляется пользователю можно разделить на две основные группы: к первой группе относятся всплывающие под курсором подсказки (например, при наведении на объект появляется подсказка о том, какой объект будет выделен); ко второй появление указаний в интерактивной строке о том, какую операцию необходимо совершить дальше.

· Интуитивность. Несомненно, важным моментом при работе с любой САПР является “понятность” того, что требуется выполнить на данном этапе проектирования, для того чтобы получить нужный результат. Поэтому разработчики САПР-программ всегда стремятся к тому, чтобы по возможности интерфейс содержал интуитивно понятные символы на кнопках и визуализировать задаваемые параметры (например, указывая стрелками направление выполнения операции).

· Активное использование устройств ввода вывода информации. Следует заметить, что для быстрого доступа к командам в современных САПР-программах широко используются клавиши мыши. Так, например, в Компасе с помощью колесика мыши при вращении можно увеличить или уменьшить масштаб изображения, а при нажатии на колесико и одновременное движение мыши можно вращать изображение модели на экране. В AutoForm помимо перечисленных операций есть возможность с помощью одновременного нажатия на правую кнопку и колесика мыши при ее одновременном движении перемещать изображение модели по экрану.

Возможность возращения на любой шаг построения для внесения возможных изменений.

В ходе выполнения работы зачастую появляется необходимость вернуться на несколько шагов назад, например, если была допущена или с тем чтобы просмотреть ход построения. Всю полноту информации о совершенных построениях содержит Дерево построений (Навигатор). Используя Дерево построения, появляется возможность вернуться на несколько шагов назад и при необходимости отредактировать тот или иной элемент. В случае если полученный результат не устраивает пользователя, то у него должна быть возможность вернутся к ранее построенной модели.

Широкий набор средств визуализации полученного изображения и отображения вспомогательных объектов.

В первую очередь это возможность отображения объекта с помощью проволочного каркаса и сплошного объема.

При работе с проволочным каркасом для удобства выделения (выбора) элементов объекта могут быть выбраны несколько режимов отображения:

- без отображения невидимых граней. В данном режиме работы невидимые грани не отображаются, и нет возможности их выбрать для редактирования;

- отображение невидимых граней с пониженной яркостью по отношению к видимым линиям модели. В ряде программ данный режим отсутствует. В других программах при работе в таком режиме невидимые грани не выделяются;

- отображение всех граней. Данный режим позволяет осуществить выбор любой грани, однако восприятие объекта в данном случае неоднозначно.

При работе со сплошным отображением появляется возможность использовать полутоновые и разноцветные изображения позволяющие создать видимость объема детали и выделить деталь на сборочном чертеже.

К средствам визуализации также можно отнести возможность скрывать вспомогательные элементы и элементы, отображать которые на данном этапе проектирования нет необходимости. В случае если элемент “скрывается” то он по-прежнему остается в дереве построения и при необходимости может быть показан на экране в отличие от операции удаления, при выполнении которой элемент удаляется из дерева построения.

При работе с небольшими элементами приходится увеличивать изображение при этом зачастую необходимо переключаться между элементами расположенными на разных участках модели. В этом случае для перехода к новому фрагменту модели необходимо пользоваться сначала командой “Показать все” для того, чтобы сориентировать на модели и затем для увеличения изображения командой “Увеличить масштаб рамкой”.

Иногда возникает необходимость обратиться к “стандартному” виду (вид сверху, справа, снизу, и т.д.) для того чтобы рассмотреть модель в нужной проекции. Для выполнения подобной операции существуют специальные команды (“Ориентация изображения”), позволяющая выбрать необходимую проекцию детали.

Широкий набор параметров устанавливаемых по умолчанию или устанавливаемых автоматически.

Разработчики современных САПР-программ стремятся построить свои системы таким образом, чтобы пользователь предоставлял минимум информации, необходимой для корректной работы программы. Достигается это благодаря специальным аналитическим алгоритмам способным проанализировать модель и выдать результаты своей работы пользователю в виде инструкций или указаний.

В качестве примера можно привести анализ геометрической модели на наличие подвнутрений при проектировании вытяжных операций в AutoForm, сшивка (исправление ошибок, возникающих при передаче модели между программами, работающими в разных форматах) – в AutoForm, PowerMILL и др., автоматическое наложение ограничений на параметры объекта в Unigraphics.

При моделировании процесса горячей штамповки на молотах в CAE системе Deform, вместо того чтобы задавать механические свойства материала (коэффициент трения, коэффициент линейного расширения и т.д.) можно указать марку обрабатываемого материала и массу падающих частей молота и этих данных будет достаточно для расчета.

Модульная структура.

Практически все САПР-программы состоят из отдельных модулей, как правило, специализирующихся на выполнении работы на разных этапах производственного цикла. Каждый модуль может быть как отдельной программой, так и встраиваемым элементом одной большой системы. Примером первых может быть пакет Power Solution компании DELCAM, состоящий из Power Shape – CAD система, Power Mill – CAM системы, Art Cam – система автоматизированного проектирования художественных барельефов, Power Inspect – система автоматизированного контроля, Copy CAD – система обратного проектирования и Solid Edge состоящий из модулей, обеспечивающих проектирование изделий из листового материала: Создание трехмерной модели, создание чертежной документации, чертежей и др.

Такой подход объясняется тем, что потребитель (предприятие, завод) в случае подобной структуры, состоящей из независимых модулей может приобрести только те модули, которые ему необходимы (например, для механического цеха можно приобрести программу Power Mill и Power Inspect из пакета Power Solution).

В качестве примера можно привести Unigraphics, все модули которого (более пятидесяти) запускаются из основного модуля Gateway (ворота). Следует заметить, что производителем как Unigraphics, так и Solid Edge является одна компании EDS.

В настоящее время все чаще стали применяться САПР-программы, устанавливаемые поверх CAD систем и позволяющие проводить инженерные расчеты. В результате использования таких программ появляется возможность, не выходя из CAD системы выполнить расчеты (например, на жесткость конструкции) и сразу внести корректировки в геометрическую модель (добавить ребро жесткости, изменить толщину стенки модели). Скорость выполнения расчетов в таких программах, как правило, высокая, но точность расчетов низкая, поэтому после построения модели в CAD системе следует проверочный расчет в CAE системе.

Одним из вариантов модульной структуры является разделение САПР на препроцессор, процессор и постпроцессор. Как правило, такое деление осуществляется в САПР программах на базе CAE систем.

В препроцессоре происходит подготовка к процессу вычисления заданных параметров (напряжений, деформаций и т.д.) которая включает в себя:

- построение или “втягивание” геометрической модели,

- исправление при необходимости, полученной геометрии,

- указание граничных условий (плоскостей симметрии, контактных поверхностей и т.д.),

- представление данных к расчету.

В процессоре осуществляется расчет полученных из препроцессора данных, а постпроцессоре визуализация полученного из процессора результата.

Возможность передачи и получения данных через интерфейсы в другие программы.

Поскольку при производстве изделия может использоваться программное обеспечение от различных производителей то необходимо обеспечить качественный обмен информации между данными системами. Например, в рамках одного завода для создания геометрической модели конструктором может использоваться продукт компании EDS - Solid Edge (на основе ядра Parasolid) а для создания управляющей программы станка с ЧПУ технологом программа фирмы DELCAM – PowerMILL (на основе ядра ACIS).

Для передачи данных между пакетами могут использоваться следующие стандарты: STL, VDA, IGES.

Широкий набор баз данных по типовым элементам, оборудованию, инструменту и материалам.

В ходе выполнения работы пользователям часто приходиться использовать информацию об оборудовании инструменте или материале. Например, при проектировании штамповой оснастки для вырубки в Компас можно с помощью менеджера библиотек Компас Штамп к уже начерченной матрице и пуансону добавить ряд элементов штамповой оснастки (нижнюю, верхнюю плиты, упоры, толкатели и т.д.) выполненные по ГОСТу или ОСТу. Практически все системы инженерных расчетов (CAE системы) содержат библиотеки со свойствами материалов, которые могут быть использованы при моделировании любого процесса.

Как правило, общим недостатком иностранных САПР систем является отсутствие в библиотеках отечественных материалов. Для компенсации этого недостатка в системах предусматривается возможность пополнения библиотек непосредственно материалами, которые используются пользователями.

Широкий набор различных операций.

Поскольку при создании модели пользователь не знает об возможных изменениях модели, которые могут возникнуть на последующих этапах проектирования (например, при анализе жесткости конструкции было решено добавить дополнительно ребра жесткости) то у него должен быть широкий набор возможностей (инструментов) для внесения подобных изменений. Ограничение подобных возможностей может привести к необходимости перестроить модель заново.

Для увеличения возможностей проектирования широко используется гибридное моделирование позволяющее совместить различные методы представления трехмерных моделей. Гибридное моделирование используется практически во всех CAD системах.

Наличие у модели свойств ассоциативности и параметризации.

Ассоциативностью называют способность системы запоминать логические связи между операциями построения и геометрическими объектами, которые использовались в этих операциях. В процессе построения модели создается связь, зависимость одних объектов (дочерних) от первоначальных объектов (родительских). Ассоциативность позволяет быстро исправлять дочерний объект путем редактирования его родительских объектов. Сколько бы ни было уровней между родительскими и дочерними объектами, редактирование “родителя” повлечет изменение всех дочерних объектов на всех уровнях. При этом любые изменения родительских элементов приводят к автоматическому обновлению операции построения.

Параметризация это возможность строить модель с помощью компонентов, определяемых набором параметров-размеров. Модель строиться из элементарных базовых объектов (параллелепипед, цилиндр, конус, сфера) и дополнительных объектов (отверстие, бобышка, проточка и т.п.). Кроме того, при построении может быть использован эскиз (Sketch) который является полностью параметризованным объектом. Для точной привязки эскиза или дополнительных компонентов к модели используются специальные объекты - ассоциативно связанные с этой моделью: оси и плоскости. Модифицировать такую модель можно путем изменения значений параметров.

Построенная модель ассоциативно зависит от всех элементов, на основе которых она была создана. Это означает, что при редактировании любого элемента будут изменяться результаты всех последующих построений вплоть до окончательной модели.