Информационные технологии в различных областях деятельности. Актуальность применения информационных технологий в машиностроении

Информационные технологии в различных областях деятельности. Актуальность применения информационных технологий в машиностроении

Компьютерные программы на производстве

Роботы в машиностроении

Компьютерные программы на производстве

Роботы в машиностроении

Еще на эту тему:

Другие статьи:

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

Информационные технологии в машиностроении

Нужен ли предмет «Информатика» в техникуме? Я работаю в Машиностроительном техникуме многие ребята приходя на урок говорят: «А зачем нам это учить?»

Технология - это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических, энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Поэтому технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной техники.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационная технология - это комплекс взаимосвязанных, научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков в системах подготовки специалистов.

Примерно 15 лет назад, мы и представить не могли, как тесно будет связано машиностроение и информационные технологии. Задача современного производства – это как можно скорее выдать готовый продукт при минимальных затратах. Это позволяет добиться прежде всего экономической эффективности, и, как следствие, окупаемости производства. В условиях жесткой конкуренции необходимо представить качественный продукт как можно быстрее, пока то же самое не успели сделать конкуренты. А если учесть, что на современном рынке множество фирм предлагают практически однотипную продукцию, то надо прилагать достаточно большие усилия, чтобы товар оставался конкурентоспособным. На мой взгляд для этого нужна система автоматизации проектирования. В машиностроении это средство для представления какого-либо объекта и представлении его модели. всеми заданными свойствами, что нас интересуют. Модель создается ради исследований, которые провести на реальном объекте либо невозможно, либо дорого, либо просто неудобно. Можно выделить несколько целей, ради которых создается модель:

–Модель как средство осмысления помогает выявить взаимозависимости переменных, характер их изменения во времени, найти существующие закономерности. При составлении модели изучается, классифицируется и становиться наиболее понятной структура объекта производства.

–Модель как средство прогнозирования позволяет научиться предсказывать поведение объекта производства и управлять им, испытывая различные варианты поведения модели. Эксперименты с реальным объектом достовернее, но они занимают больше времени и требуют гораздо более больших затрат, а иногда такие эксперименты и просто невозможны (в том случае, если объект производства еще только проектируется).

–Построенные модели могут использоваться для нахождения оптимальных параметров, исследования особых режимов и параметров объекта производства.

–Модель может так же в некоторых случаях заменить исходный объект при обучении.

С помощью системы автоматизации проектирования, возможно, наиболее быстро сформировать модель практически любого объекта производства.

Существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся.

В основном существует такая классификация пакетов САПР.

1. Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования, полную привязку всей конструкции. Полный цикл – это совокупность всего, что необходимо – от разработки внешнего вида объекта (то, что иностранцы называют модным словом «дизайн»), до подготовки документации и разработки управляющих программ.

2. Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования, не обеспечивая полного цикла. Но в рамках своей задачи эти САПР справляются весьма успешно. Средние САПР разрабатывались либо фирмами, не обладающими достаточной квалификацией для создания тяжелого САПР, либо не ставящими перед собой такой задачи. В основном, средние САПР имеют обязательно понятие «сборка-деталь», и ряд модулей для помощи в процессе проектирования-производства.

3. Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. Иногда такие САПР называют «экзотическими», потому что они решают отдельную узкую задачу под конкретное небольшое производство.

Современное производство тесно связано с информационными технологиями! Учите информатику!

Компьютерные технологии в машиностроении

Машиностроение одна из старейших и главнейших отраслей промышленности. Но, как и любая другая область, машиностроение не могло обойтись без модернизации и внедрения новых технологий. Компьютерные технологии в производстве начали применяться сравнительно недавно, но уже смогли заметно облегчить труд работников и улучшить качество производства.

Однако, не смотря на общепринятое мнение, применение компьютерных технологий направлено не столько на автоматизацию производства, сколько на изменение самой технологии проектирования и производства, что само по себе существенно сокращает сроки создания продукции, позволяет снизить затраты на весь жизненный цикл изделия, а также повысить его качество.

Компьютерные технологии применяются не только для автоматизации станков и оборудования, но и для проектирования макета изделия. Это прежде всего применимо для сложных машиностроительных деталей. От компьютерных технологий требуется создание точного и подробного макета изготовляемой детали, в первую очередь это дает огромные возможности для создания более качественной продукции в более сжатые сроки.

В процессе проектирования за частую участвует несколько человек, и для более точной и быстрой работы они должны смотреть за работой друг друга, и одновременно создавать на компьютерах модели детали, узлов, агрегатов и т.п.

В процессе так же должен решаться ряд косвенных вопросов, таких как, виды инженерного анализа, моделирование всевозможных ситуаций, компоновка изделий и т.д.

Одновременно с созданием проекта вся возможная информация передается на производство для налаживания его процесса еще до создания готового макета.

Для компьютерного проектирования на производстве применяются системы автоматизированного проектирования инженерного анализа, а также технологии подготовки производства (CAD/CAE/CAM).

Подобные технологии получили широкое применение на Западе, в различных отраслях машиностроения. В России же подобные технологии применяются в крупных компаниях.

Многие российские компании внедрили в свое производство такие программы проектирования как: AUTOCAD, CATIAV6, Компас-3D и многие другие.

Наиболее значимые компьютерные технологии применены в компаниях с массовым и крупносерийным производством. В России так же широко применяются для автоматизации производства отечественные разработки (1C Предприятие).

Опыт внедрения компьютерных технологий оказал существенное влияние на производительность. В плане экономики отрасли, применяющие компьютерные технологии, развиваются на 1,5 раза быстрее.

Однако не многие предприятия готовы к переходу на компьютерное производство полностью - зачастую на них заменяется 30-40% оборудования, учитывая это не многие из них могут достичь хотя бы 50% ожидаемого роста.

Замечание 1

Большинство компьютерных программ сделаны на основе западных стандартов, что значительно тормозит процесс их внедрения, так как управленческие и производственные процессы не соответствуют зарубежным стандартам.

На мелкосерийном производстве компьютерные технологии практически не применяются, в частности это относится к судостроению. Так как все судно собирается поэтапно, а подгонка и проверка проводится на месте, что делает каждое судно уникальным. А это значит, что для каждого судна изготавливается свой проект и своя документация.

Зачастую в судостроении отсутствует выпуск одинаковых деталей. При этом важным моментом считается при внедрении то, что довольно сложно наладить работу с документацией, а любая компьютерная система не способна работать исправно при недостатке информации.

Так же компьютеры широко применяются непосредственно на производстве. Каждый диспетчер на заводе в своем распоряжении имеет автоматизированную систему, которая отвечает за работу нескольких станков, программ, технологий. Так же компьютеры применяются при контроле давления и температур, подавая сигнал об их чрезмерном снижении или повышении.

Так же не стоит забывать о применении роботов на производстве. Первым полноценным роботом стал Unimate, который представляет собой механическую руку, произведенный в 1961 году для General Motors. Он выполнял последовательность действий, которые были записаны на барабан.

Начиная с 1970-х годов производство и использование роботов начало активно развиваться. в начале они применялись для использования опасных и не сложных, однообразных работ. Наиболее востребованы роботы были на автомобильном производстве, где они осуществляли:

сварку,
штамповку,
покраску,
сборку.

Внедрение подобных технологий значительно сократило рабочий труд на заводах.

Замечание 2

Существует ряд полностью автоматизированных фабрик, например, фабрика в Техасе по производству клавиатур – IBM, такие фабрики называют «без освещения».

На подобных фабриках все производство автоматизировано, людей полностью заменили компьютеры, и фабрика может работать без выходных.

К тому же компьютеры не нуждаются в перерывах на обед, а, следовательно, значительно увеличивают количество производимой продукции. Так же стоит заметить, что компьютерная система не способна сбиться или что-то пропустить.

Так же компьютеры и автоматизированные системы могут выполнять работу, которая является для людей сложной, а зачастую и опасной.

В настоящее время компьютеры стали неотъемлемой частью технологического процесса на производстве. Круг предметов и явлений попадающих под влияние компьютерных технологий постоянно расширяется. В любой инженерной деятельности используются компьютерные технологии. Он сопровождают деталь на всем ее жизненном цикле, от планирования до выпуска. На многих заводах стали применять технологии пространственного проектирования, а для некоторых она стала главным инструментом конструкторской документации и технологического процесса. Так же компьютерные технологии помогают решить проблемы связывания нескольких технологий, с применением общей базы данных.

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ »

Направление подготовки: 151000 - Технологические машины и оборудование

Программа подготовки:

«Металлургические машины и оборудование»

«Оборудование нефтегазопереработки»

«Технологические машины и оборудование для разработки торфяных месторождений»

«Технологические процессы в машиностроении»

Квалификация (степень) выпускника : магистр

Составитель: доцент

Санкт-Петербург

1.Цель изучения дисциплины – повышение основ знаний, умений и навыков по проектированию и современным методам расчета деталей, сборок и механизмов на прочность, жесткость, устойчивость и колебания при действии статических и динамических нагрузок.

Основной задачей изучения дисциплины является приобретение студентами методики построения физических и математических моделей рассчитываемых конструкций и выработка ими практических навыков работы на ЭВМ с современными программами CAD+CAE, используя метод конечных элементов (МКЭ).

2. Место дисциплины в учебном процессе

Дисциплина «Компьютерные технологии в машиностроении» относится к профессиональному циклу дисциплин и входит в его базовую часть. Для изучения дисциплины студент должен обладать знаниями, устанавливаемыми ФГОС для высшего профессионально образования по общепрофессиональным дисциплинам : Детали машин и основы конструирования, Теория механизмов и машин, Технологические процессы в машиностроении, Начертательная геометрия, Инженерная графика. Для успешного освоения дисциплины необходимо знание высшей математики и программирования на ЭВМ в следующем объеме: дифференциальное исчисление, интегральное исчисление, дифференциальные уравнения, элементы математического программирования, основы программирования на одном из алгоритмических языков; а также умение использовать компьютер в качестве пользователя в объеме курса «Информатика».

3. Требования к результатам освоения дисциплины

В результате освоения данной ООП магистратуры выпускник должен обладать следующими компетенциями:

общекультурными:

– способен совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

– способен к обобщению, анализу, критическому осмыслению, систематизации, прогнозированию при постановке целей в сфере профессиональной деятельности с выбором путей их достижения (ОК-2);

– способен собирать, обрабатывать с использованием современных информационных технологий и интерпретировать необходимые данные для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам (ОК-4);

– способен самостоятельно применять методы и средства познания, обучения и самоконтроля для приобретения новых знаний и умений, в том числе в новых областях, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-5);

– способен выбирать аналитические и численные методы при разработке математических моделей машин, приводов, оборудования, систем, технологических процессов в машиностроении (ОК-6);

– способен на научной основе организовывать свой труд, самостоятельно оценивать результаты свой деятельности, владеть навыками самостоятельной работы в сфере проведения научных исследований (ОК-7);

– способен получать и обрабатывать информацию из различных источников с использованием современных информационных технологий, умеет применять прикладные программные средства при решении практических вопросов с использованием персональных компьютеров с применением программных средств общего и специального назначения в том числе в режиме удаленного доступа (ОК‑8);

профессиональными:

– умеет разрабатывать методические и нормативные материалы , а также предложения и мероприятия по осуществлению разработанных проектов и программ (ПК-4);

– разрабатывать физические и математические модели исследуемых машин, приводов, систем, процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере, разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов с анализом их результатов (ПК-20);

– разрабатывать методические и нормативные документы, предложения и проводить мероприятия по реализации разработанных проектов и программ (ПК-25);

профильными профессиональными:

– участвовать в составлении аналитических обзоров и научно-технических отчетов по результатам выполненной работы , в подготовке публикаций результатов исследований и разработок в виде презентаций, статей и докладов (ПКД-2).

– производить расчеты и проектировать отдельные узлы и устройства технологических машин и оборудования в соответствии с техническим заданием (ПКД-5);

– способность разрабатывать прикладные (функциональные) программы с использованием сред программирования, осуществлять моделирование технических объектов и их элементов с использованием математических методов в инженерии (ПКД-8).

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать : твёрдотельное объёмное параметрическое проектирование на современных CAD программах; компьютерные технологии в машиностроении; основные идеи метода конечных элементов (МКЭ) и область его применения; типы основных конечных элементов (КЭ), их характеристики и области применения; современные методы прочностных расчетов оборудования и гидроаэромеханику потоков в аппаратах; наиболее мощные пакеты прикладных программ, реализующих МКЭ; методику организации расчётов МКЭ на ЭВМ; методики построения физической и математической моделей; соотношения между напряжениями, деформациями и температурой, а также между деформациями и перемещениями; уравнения равновесия и граничные условия;

уметь: работать с графическими редакторами CAD программ; создавать с помощью программы SolidWorks объёмные параметрические детали, сборки, оборудование и механизмы; создавать их расчетные схемы; выбирать типы КЭ; моделировать конструкцию с помощью КЭ; задавать свойства материалов и различные нагрузки; описывать начальные и граничные условия; задавать контактные условия; проводить расчеты на прочность, жесткость и устойчивость; рассчитывать собственные частоты и формы колебаний; проводить динамический анализ механизмов; визуализировать результаты расчетов; проводить анализ результатов расчета; принимать решения, направленные на достижение необходимой работоспособности и надёжности конструкции;

владеть: методиками расчёта запаса прочности, жесткости, устойчивости и надёжности конструкции в условиях статических и динамических нагрузок; приёмами работы на ПК.

4. Объем дисциплины и виды учебной работы

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц.

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры

Аудиторные занятия (всего)
В том числе:

Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графические работы

Другие виды самостоятельной работы
Подготовка к практическим занятиям
Подготовка к зачету
	Защита, зачет	Защита, зачет
Общая трудоемкость час

№ п/п	Наименование раздела дисциплины

	Введение	Структура дисциплины, ее цель и задачи. Основные тенденции внедрения компьютерных технологий машиностроении. Автоматизация конструкторской (КПП) и технологической подготовки производства (ТПП). Понятие единого информационного пространства предприятия.
	Имитационное моделирование.	Классификация моделей, используемых в технике: инженерно - физические, структурные, геометрические, информационные. Основные свойства моделей. Цели и задачи компьютерного моделирования. Структурная оптимизация. Параметрическая оптимизация. Содержание основных этапов компьютерного моделирования. Методология имитационного моделирования. Методы формализации в компьютерном моделировании. Основные этапы и подходы к реализации имитационного моделирования. Программные средства имитационного моделирования. Языки имитационного моделирования GPSS Word Автоматизированные инструментальные среды: математический редактор MathCad, математический пакет программ MATLAB, среда имитационного моделирования Arena, автоматизированная система моделирования AnyLogic.
		Основные принципы и соотношение численных методов инженерного анализа. Сравнительный анализ существующих методов расчета деталей машин и оборудования. Классификация и применимость конечных элементов. Общая схема компьютерной реализации МКЭ. Учет нелинейности в процедурах МКЭ. Методы оптимизации в инженерном анализе: параметрическая оптимизация, структурная оптимизация. Комплексные решения задач оптимального проектирования. Методы визуализации в системах инженерного анализа. Ошибки идеализации. Погрешности моделирования. Погрешности расчетов. Ошибки интерпретации результатов. Принятие проектного решения.
		Векторные графические модели. Растровые графические модели. Компьютерные геометрические модели: плоские, объемные (трехмерные), конструктивная твердотельная геометрия, представление с помощью границ, позиционный подход. Моделирование линий. Построение поверхностей. Геометрическое моделирование объемных тел. Гибридные геометрические модели. Параметризация геометрических моделей. Моделирование объемных сборок. Проекционные виды и ассоциативные связи 3D и 2D – моделей. Прикладное программное обеспечение геометрического моделирования. Комплексное использование геометрических моделей. Экономическая эффективность использования технологий компьютерного геометрического моделирования
		Системы автоматизированного проектирования. Ретроспективный обзор развития автоматизированных систем промышленного назначения. История автоматизации машиностроения в России. Этапы развития САПР. Научные основы и стандарты САПР. Основные термины и определения компьютерных технологий и автоматизированных систем. Структура, состав и компоненты САПР. Международная классификация САПР. Полно масштабные автоматизированные системы. Отечественные машиностроительные программно – методические комплексы САПР. Типовой состав модулей машиностроительной САПР
		SolidWorks – это полнофункциональное приложение для автоматизированного механико-машиностроительного конструирования, базирующееся на параметрической объектно-ориентированной методологии. Этот пакет служит программной платформой для прочностных расчетов методом конечных элементов деталей и сборок с помощью программ SolidWorks Simulation и Cosmos/M, для динамического анализа механизмов в среде SolidWorks Motion. Составные части пакета и их назначение. Предварительная подготовка и вход в программу. Основные стадии решения задач. Предпроцессорная подготовка; задание начальных и граничных условий; физических и механических свойств материалов; построение сетки конечных элементов; приложение поверхностных и объёмных нагрузок; выбор решателя. Решение задачи. Постпроцессорная обработка. Основные этапы твердотельного проектирования в SolidWorks: построение эскиза, создание объемной модели, создание сборок, генерация чертежей. Примеры расчётов деталей и оборудования.

5.2. Разделы дисциплин и виды занятий

	Наименование раздела дисциплины		Практ. зан.
	Введение
	Имитационное моделирование.
	Инженерный анализ и компьютерное моделирование.
	Компьютерная графика и геометрическое моделирование.
	Компьютерные технологии и моделирование в САПР.
	Основы объемного проектирования в программе SolidWorks.
	Заключение

6. Лабораторный практикум. Не предусмотрен учебным планом.

7. Практические занятия (семинары).

№ раздела дисциплины

Тематика практических занятий (семинаров)

Трудо-емкость

Моделирование простейшего потока событий.

Определение показателей системы массового обслуживания.

Динамический расчет плоской рамы методом конечных элементов.

Расчет кольца методом конечных элементов.

Использование прямоугольного квадратичного элемента в методе конечных элементов.

Векторные графические модели. Растровые графические модели

Компьютерные геометрические модели. Геометрическое моделирование объемных тел

Гибридные геометрические модели. Параметризация геометрических моделей

Моделирование объемных сборок

Проекционные виды и ассоциативные связи 3D и 2D-моделей

Моделирование изделий в КОМПАС 3D.

Чертежный редактор КОМПАС-ГРАФИК

Знакомство с интерфейсом пакета трехмерного моделирования SolidWorks 2009. Создание эскиза.

Создание деталей в SolidWorks. Конфигурация деталей.

Создание деталей из листового материала в SolidWorks.

SolidWorks. Создание сварных деталей.

Сборка

«Разработка конструкции редуктора технологической машины с использованием компьютерных технологий».

Примерные темы рефератов представлены ниже:

Информационные системы поддержки жизненного цикла изделий

Безбумажный документооборот в машиностроительном производстве

Системы управления проектами

Автоматизированная классификация и кодирование объектов в процессах конструирования и изготовления изделий машиностроения

Сравнительный анализ CAD/CAM/CAE систем

Развитие и применение высокопроизводительных вычислительных кластерных технологий в машиностроении

Самостоятельная работа студентов предполагает теоретическую и практическую подготовку по дисциплине.

Теоретическая подготовка состоит в изучении учебного материала по конспектам и учебникам из перечня рекомендованной литературы. Полезно обращение к специализированным периодическим изданиям. Особого внимания заслуживает посещение (участие в) выставок, научных семинаров и конференций. В сети ИНТЕРНЕТ ежегодно появляется много статей и электронных материалов о современном состоянии и направлениях слияния компьютерных и машиностроительных технологий.

Самостоятельная практическая подготовка состоит в выполнении учебных заданий, курсовой работы по программе изучения дисциплины. Закрепление приобретенных навыков производится при прохождении производственных практик, выполнении заданий по смежным дисциплинам. Возможности самостоятельной практической подготовки значительно ограничиваются политикой лицензирования специализированных программных продуктов (в настоящее время доступна только ограниченная версия КОМПАС-3D V13). Поэтому практическую работу целесообразно проводить в учебных помещениях кафедры.

Виды контроля занятий

В ходе изучения дисциплины проводится контроль уровня знаний студентов, состоящий из:

1. Текущего – по результатам практических занятий, а также в виде экспресс-опроса после лекции (или в форме тестов);

2. Рубежного – по результатам написания реферата и выполнения курсовой работы;

3. Промежуточного – дифференцированного зачета.

Для допуска к зачету необходимо успешное выполнение всех заданий текущего и рубежного контроля.

9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:

а) основная литература

1. Черепашков А. А., Носов Н. В. Компьютерные технологии, моделирование и автоматизированные системы в машиностроении: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. Гриф УМО АМ. – Волгоград: Издательский Дом «Ин-Фолио», 2009, 592 с.

2. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженернорй практике. / и др. – BHV-Петербург, 2008, 1040 с.

3. Дударева Н. Ю., Загайко С. А. SolidWorks 2009 на примерах. СПб: БХВ-Петербург, 2009, 544 с..

б) дополнительная литература

1. Ковшов А. Н. Информационная поддержка жизненного цикла изделий машиностроения: принципы, системы и технологии CALS/ИПИ/ Ковшов А. Н. и др. – М.: Академия, 2007, 304 с.

2. Кондаков А. И. САПР технологических процессов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2007, 272 с.

3. Макаров Е. Г. Инженерные расчеты в Mathcad 15: Учебный курс. – СПб.: Питер, 2011, 400 с.

4. Потемкин А. Инженерная графика. – М.: Лори, 2002, 446 с.

5. Потемкин А . Трехмерное твердотельное моделирование. – М.: Компьютер Пресс, 2002, 296 с.

6. Рыжиков моделирование. Теория и технологии. – М.: Альтекс, 2004, 384 с.

7. Черепашков А. А. Компьютерная графика и геометрическое моделирование в машиностроении. Учебное пособие. Гриф УМО. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008, 134 с.

8. Черепашков А. А. Компьютерные технологии. Создание, внедрение и интеграция промышленных автоматизированных систем в машиностроении: Учебное пособие. Гриф УМО. – Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2008, 143 с.

9. Беляев. В.В., Журов Г. Н., Косовцева Т. Р Системы массового обслуживания. Методические указания к лабораторным работам . СПб.:СПГГИ(ТУ),. 2011, 58 с.

в) программное обеспечение

Система трехмерного твердотельного параметрического моделирования механических узлов и конструкций SolidWorks 2009, разработанная американской фирмой SolidWorks Inc. специально для Windows XP и Window Vista.

Dassault Systèmes [сайт] URL: http:/// (дата обращения: 29.11.2012);

SolidWorks Russia [сайт] URL: http://www. ***** (дата обращения: 29.11.2012);

Autodesk [сайт] URL: http://www. *****/ (дата обращения: 29.11.2012);

САПР и графика [сайт] URL: http://www. *****/(дата обращения: 29.11.2012).

10. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Специализированные лаборатории учебного компьютерного центра. При выполнении лабораторных работ студенты используют ПЭВМ с установленным соответствующим дисциплине программным обеспечением (КОМПАС-3D, MathCad, GPSS).

Разработчик

Доцент каф. И и КТ

Схема слева идеальна.

На первом уровне формулируются какие-то требования к детали, требования к ее свойствам, к финансовым затратам. Можно сказать, что на этом уровне формируется объект, обладающий рядом свойств. Свойства эти необходимо обеспечить тем или иным образом, и эта задача возлагается на исполнителя.

Следующий уровень – конструкторско-технологический. Тут объект формируется окончательно, происходит его разработка с точки зрения конструктора и технолога. Конструктор разрабатывает объект, технолог продумывает, как этот объект будет воплощаться в реальности.

Производственный уровень – это реальное воплощение объекта, подготовка оснастки для его производства – тут идея объекта воплощается материально.

Последний уровень – выдача заказа.

Со второго и третьего уровня происходит пополнение базы конструкторских и технологических решений, оттуда же берутся уже готовые решения, когда-то отработанные и проверенные, либо какие-то решения отвергаются как заведомо невыполнимые, убыточные.

Но это, как уже говорилось, идеальная схема.

На деле, в данной схеме возможны многочисленные обратные связи, показанные на схеме справа синими стрелками.

Самый простой пример – недостаточно определены требования на первом уровне. Приходиться вновь обращаться к заказчикам (будь это заказчики со стороны или дизайнерский отдел), и просить их доработать изделие заново.

И идеальная схема приобретает такой вот вид – множество обратных связей, от производства к конструкторам, и прочих. Слишком много времени будет теряться на доработку уже готового продукта.

Приведенный ранее пример – достаточно простой, и его легко избегать, просто требуя возможно большую информацию об изделии. Но возможен и такой вариант, на примере пресс-форм. Предположим, что геометрические параметры литниковых каналов, через которые в пресс-форму заливается расплав, определены неправильно – размер канала оказался слишком велик. И придется переделывать всю формообразующую. Или готовое изделие прилипает к толкателям, и не сбрасывается.

В таком случае приходиться переделывать всю пресс-форму, а это затраты не только материальные, но и временные.

Как же выходят из этого положения в мире?

Фирма Siemens (Германия), являющаяся одной из старейших промышленных компаний мира, считает, что существует два решающих фактора, позволяющих сильно сократить время в практически любой технологической цепочке и избежать подобных ситуаций. Это:

1. Использование технологии CAE-CAD-CAM.

2. Использование технологических баз данных при работе над проектами.

(Например, в случае с пресс-формой использование технологических баз данных – это базы данных фирм, которые занимаются производством пресс-форм и разработкой новых стандартов для их производства).

Надо отметить, что оптимальный эффект получается при использовании обеих факторов совместно.

Технология CAE-CAD-CAM призвана обеспечить ускорение и упрощение процесса производства.

Данная технология направлена не на исключение человека из процесса производства – она всего лишь позволяет сильно сократить количество занятых на производстве людей, то есть – позволить меньшему количеству людей управлять сложным циклом разработки и производства детали, избежать ошибок, учесть многие факторы, которые ранее не учитывались из-за сложности расчетов.

Одно из средств, позволяющих сильно сократить время проектирования – это САПР, системы автоматизации проектирования.

В машиностроении САПР – это средство для представления объекта производства, создание его модели. Объект производства можно представить разным образом – от двухмерного чертежа по правилам ЕСКД до математической формулы. Модули (о которых будет рассказано ниже) всего лишь выполняют вспомогательную роль.

Вообще, любой объект в машиностроении требует представления – один человек должен объяснить другому, что именно он имеет в виду. Для этого была разработана система ЕСКД – чтобы избежать разночтений в способах представления объекта производства.

Так возникло понятие «модель объекта» - моделью объекта называется любой другой объект, все либо отдельные свойства которого полностью или частично совпадают со свойствами исходного. То есть, мы создаем какой-то объект производства со всеми заданными свойствами, что нас интересуют.

Модель создается ради исследований, которые провести на реальном объекте проводить либо невозможно, либо дорого, либо просто неудобно. Можно выделить несколько целей, ради которых создается модель:

–Модель может так же в некоторых случаях заменить исходный объект при обучении.

С помощью САПР возможно наиболее быстро сформировать модель практически любого объекта производства.

Как уже говорилось, существуют множество самых разных САПР, как похожих друг на друга, так и весьма отличающихся.

В основном существует такая классификация пакетов САПР.

1.Тяжелые САПР. Обеспечивают полный цикл проектирования, полную привязку всей конструкции. Полный цикл – это совокупность всего, что необходимо – от разработки внешнего вида объекта (то, что иностранцы называют модным словом «дизайн»), до подготовки документации и разработки управляющих программ.

2.Средние САПР. Полного цикла не обеспечивают, обычно имеют провалы в цепи проектирования, не обеспечивая полного цикла. Но в рамках своей задачи эти САПР справляются весьма успешно. Средние САПР разрабатывались либо фирмами, не обладающими достаточной квалификацией для создания тяжелого САПР, либо не ставящими перед собой такой задачи. В основном, средние САПР имеют обязательно понятие «сборка-деталь», и ряд модулей для помощи в процессе проектирования-производства.

3.Легкие, или т.н. «специализированные» САПР, которые решают только узкие задачи проектирования – например, только проектирование кулачков или пресс-форм. Иногда такие САПР называют «экзотическими», потому что они решают отдельную узкую задачу под конкретное небольшое производство.

Рассмотрим все три типа несколько подробнее.

Тяжелые САПР предлагают полный цикл проектирования – все, что только может понадобиться конструктору. Скажем, при проектировании самолета в тяжелый САПР вкладываются модули, предназначенные для аэродинамических расчетов, расчеты по сопротивлению материалов, производство пресс-форм для отливки корпуса приборной панели, модули ЧПУ – все, что только может понадобиться при расчете и подготовке к производству конструкции. В России пока что не создано что-то подобное, в частности, из-за недостаточной квалификации программистов.

Обычно завод имеет один пакет тяжелой САПР с набором необходимых модулей, создаваемых либо самостоятельно, либо закупаемых на стороне, которая и решает все задачи по проектированию. ТакиеСАПР – это Unigraphi сs, CATIA, Pro/Engineer.

Средние САПР такого полного проектирования не дают, хотя и очень стараются к этому приблизиться, как Solid Works и AutoDesk Inventor . Нельзя сказать, что в этом они не добились определенных успехов, но все же пока что отстают от тяжелых САПР. Средним САПР нельзя доверить весь цикл производства, потому что они просто его не обеспечат на должном уровне. Из российских производителей среднего САПР наиболее широко известны фирма «Аскон», САПР «Компас», и фирма «Топ-системы», которая разрабатывает САПР Тфлекс (на примере продукции этой фирмы можно проследить наиболее широко известные ошибки создателей подобного программного обеспечения).

Специализированные САПР полностью провязывают только что-то одно, и им обычно нет нужды в тщательной проработке деталей. Честно говоря, с такой задачей может справиться и модуль под тяжевый или даже средний САПР – например, специальная программа для расчета раскроя материала или специальная программа для проектирования пресс-форм. При некоторых условия такие САПР могут полностью удовлетворить какие-то отдельные потребности производства – например, технологии литья или подготовка управляющих программ для станковс ЧПУ. В качестве примера можно привести продукцию фирмы Delcam , которая никак не может обеспечить полный цикл проектирования (Power Shape , хотя и обладает великолепными средствами построения поверхностей, не может быть использован как полноценный CAD для моделирования, так как лишен параметризации и многих весьма важных для проектирования возможностей), но зато обеспечивает великолепные инструменты создания управляющих программ для фрезерных станков с ЧПУ. Из российских вариантов специализированного САПР можно выделить ГЕММУ и ADEM .

Все САПР основываются на представлении каким-либо образом объектов производства, т.е. определении объекта производства. Под определением объекта производства (детали или какой-либо конструкции) понимается четкое и недвусмысленное толкование всех ее параметров – геометрических, физических, химических и прочих.

Рассмотрим подробнее используемые на сегодняшний день способы определения объекта производства.

Это может быть:

1.Двухмерный чертеж.

2.Трехмерная модель.

3.Математическая модель объекта.

4.Готовая деталь.

Двухмерные чертежи – это те же ручные чертежи, только в электронной форме. Скорость черчения увеличивалась ненамного, в среднем в полтора раза, но зато сам процесс черчения становился намного удобнее. Пример таких чертежей – это AutoCAD , который нацелен именно на двухмерное черчение (Аналог AutoCAD а, Mechanical Desktop , все же использует большей частью трехмерные модели). Двухмерное черчение обогатилось новыми инструментами – создание фасок, скруглений и прочих атрибутов чертежа, и весьма сильно упростилось по сравнению с ручным проектированием.

Трехмерные модели сегодня используют большинство САПР, но одним из первых это сделал Unigraphiсs. Преимущества трехмерных моделей – это прежде всего простота их создания и однозначность толкования. Если в составлении двухмерного чертежа еще возможны какие-то ошибки, которые могут привести к пространственному искажению поверхности, то при трехмерном проектировании такие искажения исключены (при правильной работе ядра САПР). Трехмерные модели создавать быстрее, и получать по ним двухмерные чертежи удобнее, чем рисовать эти чертежи в двухмерной проекции.

Математическая модель объекта – это прежде всего расчеты, которые каким-то образом определяют объект производства. Рассмотрим пример – человек создает модель детали, о которой до того времени ничего не слышал. Более того, данная деталь уникальна для своего класса, которые до сих пор не создавались. В таком случае нужно сначала провести серию экспериментов с похожими деталями, чтобы выявить обще закономерности и хоть как-то описать создаваемый объект.

Но такие уникальные объекты – вещь довольно редкая в инженерной практике. Скорее всего для описания данной детали можно применить универсальные законы физики, химии, механики – и модели похожих деталей можно отыскать в справочной литературе.

Такую форму используют в основном тяжелые САПР, а также специализированные программы, предназначенные для каких-то конкретных действий, например, программы, предназначенные для математического моделирования.

Также возможно представление по модели – то есть по готовой уже детали. Например, требуется сделать пресс-форму на уже известную деталь, которая у нас уже есть, и нам нет необходимости готовить на нее рабочую документацию. Готовая деталь измеряется на измерительной машине, эти данные передаются в САПР, которая уже сама строит деталь в электронной форме – например, как море точек.

Вспомним схемы вверху. Основные проблемы там – это недостаток информации об обете производства и/или ее неверное истолкование, а также большие затраты времени на обработку этой информации. То есть информация есть, а как корректно передать ее с одного уровня на другой, не знают.

Какой же вид представления детали (или конструкции) для нас наиболее удобен? Предложим ряд требований, которые нам будут крайне необходимы.

Итак.

Нам необходимо, чтобы деталь (или конструкцию) можно было просто разработать – то есть, создать, провести какие-то расчеты, скорректировать по ним готовую деталь (или конструкцию).

Нам необходимо полностью исключить возможность двойного толкования детали (или конструкции). Чтобы любой человек понял абсолютно правильно каждую линию, каждый размер.

Нам необходимо сделать так, чтобы деталь (или конструкция) была понятна всем – или, по крайней мере, мы могли бы ее перевести в понятный на конкретном этапе производства формат. Проще говоря, мы должны обмениваться информацией с минимальными потерями и минимальными искажениями.

Несомненно, существует еще ряд требований, но все вышеизложенное – это главное, остальные требования будут второстепенны.

Рассмотрим с этих трех позиций все изложенные выше способы определения деталей.

Двухмерные чертежи слишком сложны, их слишком долго создавать, особенно если деталь сложной пространственной формы. При определенных навыках искажения информации об объекте производства (детали или конструкции) будет минимальна, но такие навыки требуют долгого развития и не каждый начинающий инженер обладает ими в должной мере.

Трехмерная модель – создавать ее намного проще, чем двухмерные чертежи. Это обусловлено тем, что любая деталь прежде всего представляется в трех измерениях, в том числе и на начальных этапах проектирования. С точки зрения геометрических характеристик трехмерная модель идеальна. Но с ней нельзя провести расчеты, определить ее прочие, не геометрические параметры. Трехмерная модель определяет только пространственную геометрию объекта, а в некоторых случаях этого нам недостаточно.

Математическая модель, которая определяет не только пространственную геометрию, но и физико-химические параметры модели – идеальна для проведения расчетов, но не все САПР ее могут создавать и корректно с ней работать.

Готовая модель объекта – не всегда она присутствует в наличии.

Наибольшее распространение сейчас получили все же трехмерные модели – как наиболее простые и функциональные, исключающие возможность двойного толкования и удобные в построении. В самом деле, гораздо удобнее представить большинство деталей в трехмерном построении, чем в виде математических зависимостей. Но математическое моделирование все больше и больше распространяется в мире, уже во многие САПР умеют работать именно с математическими моделями.

Рассмотрим трехмерные детали подробнее.

Мне удалось выделить три основных метода получения трехмерной твердотельной модели, используемой практически повсеместно.

1. Большинство деталей машиностроения можно представить как совокупность простых геометрических тел – параллелепипед, шар, тороид и прочих. То есть, рисуется простейший эскиз – контур, с ним проводятся операции – вытягивание или вращение, и получается твердое тело. Из этих фигур методами логических операций – логическое сложение, логическое вычитание, логическое пересечение – получают желаемую фигуру. Наиболее удобные инструменты проектирования простых геометрических фигур представляет Solid Works.

Машиностроение – одна из тех отраслей, где ИТ внедряются полным ходом на большей части предприятий. ИТ участвует во всех областях промышленности: планирование, учет материальных и товарных ценностей, непосредственное управление производством и многие другие внутренние процессы, характерные для машиностроительных предприятий. Применение информационных технологий и автоматизация производственных процессов, столь высокие в этой отрасли по сравнению с другими, объясняется в первую очередь высокой конкуренцией. Совершенствование и автоматизация способов и методов производства и является гарантией успешности предприятия.

Конечная цель ИТ-проектов автоматизации производства очевидна и связана с необходимостью не только получать на любом уровне оперативную и актуальную информацию для принятия эффективных и своевременных решений, но и заботиться о снижении себестоимости и улучшении качества продукции, а также об оптимизации производства. Прежде многие ИТ-задачи решались собственными силами, при этом квалифицированных кадров, способных разобраться с пробелами автоматизации в целом, не хватало - в результате автоматизация проводилась локально, то есть компьютеризировались лишь отдельные рабочие места, остальные же сотрудники действовали по старинке. Сегодня же для решения комплексных задач автоматизации машиностроительных предприятий применяются такие продукты, как "1С", "Компас", "Парус", SiteLine, "Галактика ERP", IFS Applications, а также бизнес-решения Microsoft, SAP и Oracle.

Решения для проектирования и дизайна, используемые в различных отраслях промышленности, включая машиностроительную, электромеханическую, автомобильную производство промышленного оборудования и потребительских товаров. Многие продукты основаны на технологии цифровых прототипов. К решениям этого сегмента относятся: Autodesk Inventor, продукты семейства Autodesk Alias, AutoCAD Electrical, AutoCAD Mechanical, Autodesk Vault и др.

Autodesk Inventor - базовое решение на основе параметрического 3D моделирования для промышленности. Программа позволяет проектировать, визуализировать и моделировать различные трехмерные объекты в цифровой среде. В результате получается так называемый «цифровой прототип», свойства которого полностью соответствуют свойствам будущего физического прототипа вплоть до характеристик материалов.

AutoCAD Mechanical и AutoCAD Electrical - cпециализированные решения для промышленности на основе AutoCAD, предназначенные для проектирования механических и электрических систем соответственно. Содержат дополнительные инструменты и библиотеки компонентов, ориентированные именно на использование в машиностроительных отраслях.

Autodesk Showcase - продукт, предназначенный для создания трехмерных визуализаций на основе данных САПР.

Аutodesk SketchBook Pro - приложение для рисования и черчения, разработанное специально для использования с цифровыми планшетами и планшетными ПК.

Autodesk Alias - семейство программ (Alias Sketch, Alias Design, Alias Surface и Alias Automotive), предназначенных для моделирования поверхностей и дизайна внешнего облика промышленных изделий сложной формы.

Autodesk Algor Simulation и Autodesk Moldflow - инструменты для расчета и моделирования деталей и сборок конструкций на основе цифрового прототипа, а также процесса их литья.

Autodesk Vault - семейство программ (Vault Manufacturing и Vault Workgroup) на основе технологии цифровых прототипов для управления проектами в рабочей группе.

Autodesk Inventor Publisher - решение, предназначенное для создания технических инструкций и документации на продукцию на основе того же цифрового прототипа, что был использован в ходе проектирования.

ИТ используют не только при проектировании изделия и разработках тпп, но и в управленческой структуре, бухгалтерии и управление персоналом. Так широко используют отраслевые ERP (планирование ресурсов предприятия ), семейство программ "1С: Предприятие", с помощью которых автоматизируются складские операции, продукты SAP, которая занимается разработкой автоматизированных систем управления такими внутренними процессами предприятия, как: бухгалтерский учет, торговля, производство, финансы, управление персоналом, управление складами, и т. д. Поэтому ИТ в машиностроении являются основополагающими, которые упрощают весь процесс промышленности.

2. Жизненный цикл изделия (продукции) - это совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенной продукции до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта.

Этот цикл проходит последовательно этапы, которые могут называться по разному, но содержание этапов остается одинаковым. ЖЦИ образуется в соответствии с принципом нисходящего проектирования и носит итерационный характер. Реализованные этапы, начиная с самых ранних, могут циклически повторяться что, из-за изменения требований и/или внешних условий, введения дополнительных ограничений и т.п. приводит к изменениям в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах. Применяется по отношению к продукции с высокими потребительскими свойствами и к сложной наукоёмкой продукции высокотехнологичных предприятий.

Наименование оргтехники

Номера учебных помещений

1. Мультимедиа-проектор

2. Проекционный экран «MEDIUM»

3. Автоматизированные рабочие места обучаемых (ПЭВМ)