CAD | CAE | CAM | PDM | PLM | CALS системы | Описание | Применение
Приведем основные определения CAD/CAE/CAM/PDM/PLM систем.
CAD (Computer Aided Design) — система автоматизированного проектирования (САПР) — программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Современные системы автоматизированного проектирования обычно используются совместно с системами автоматизации инженерных расчётов и анализа CAE (Computer-aided engineering). Данные из CAD-систем передаются в CAM (Computer-aided manufacturing) — система автоматизированной разработки программ обработки деталей для станков с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем).
Обычно охватывает создание геометрических моделей изделия (твердотельных, трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем «CAD» — он включает в себя CAD, CAM и CAE.
CAE (Computer-aided engineering) — общее название для программ или программных пакетов, предназначенных для инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов. Расчётная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений, таких как: метод конечных элементов, метод конечных объёмов, метод конечных разностей и др. Позволяют при помощи расчетных методов оценить, как поведет себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств.
Современные системы автоматизации инженерных расчётов (CAE) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы).
CAM (Computer-aided manufacturing) — подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.
Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая подготовка сводится к автоматизации программирования оборудования с ЧПУ (2- осевые лазерные станки), (3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объемная гравировка).
PDM.
Следует отметить, что как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.
PDM ( Product Data Management ) — система управления данными об изделии — организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). PDM-системы являются неотъемлемой частью PLM-систем.
В PDM-системах обобщены такие технологии, как:
- управление инженерными данными (engineering data management — EDM)
- управление документами
- управление информацией об изделии (product information management — PIM)
- управление техническими данными (technical data management — TDM)
- управление технической информацией (technical information management — TIM)
- управление изображениями и манипулирование информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.
Базовые функциональные возможности PDM-систем охватывают следующие основные направления:
- управление хранением данных и документами
- управление потоками работ и процессами
- управление структурой продукта
- автоматизация генерации выборок и отчетов
- механизм авторизации
С помощью PDM-систем осуществляется отслеживание больших массивов данных и инженерно-технической информации, необходимых на этапах проектирования, производства или строительства, а также поддержка эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий. Такие данные, относящиеся к одному изделию и организованные PDM-системой, называются цифровым макетом. PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства). PDM-системы работают не только с текстовыми документами, но и с геометрическими моделями и данными, необходимыми для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др, причём доступ к таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы.
С помощью PDM-систем можно создавать отчеты о конфигурации выпускаемых систем, маршрутах прохождения изделий, частях или деталях, а также составлять списки материалов. Все эти документы при необходимости могут отображаться на экране монитора производственной или конструкторской системы из одной и той же БД. Одной из целей PDM-систем и является обеспечение возможности групповой работы над проектом, то есть, просмотра в реальном времени и совместного использования фрагментов общих информационных ресурсов предприятия.
PLM ( Product Lifecycle Management ) — технология управления жизненным циклом изделий. Организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). Информация об объекте, содержащаяся в PLM-cистеме является цифровым макетом этого объекта.
По-сути, как уже было сказано, PLM — является практически синонимом CALS технологий.
Самые читаемые статьи в этом разделе!
Рейтинг: 4.97
САПР системы и их основные направления. Внедрение BIM в объектную модель
Хей йо, Хабр! Меня зовут Королёв Николай. Я инженер-конструктор компании BIMeister и при этом успеваю доучиваться в Московском Политехническом Университете на факультете машиностроения. Наш отдел разрабатывает высокодетализированные 3D модели для крупнейших компаний на рынке, к примеру, Газпром, а также внедряет BIM технологии в объектные модели.
Технология САПР
Создание механизмов и машин в условиях прогрессивного роста современных технологий требуют от инженера владения современными методами расчёта и конструирования. При проектировании механизмов машин инженеры-конструкторы обращаются к цифровой модели. Но как её получить? Для разработки таких машин всё больше внедряется технология САПР.
САПР – это автоматизированная система, которая выполняет функции проектирования с упрощёнными способами по внедрению ряда информационных данных и технологий. Отсюда мы получаем главную функцию данной технологии — автоматизация.
Уже многие годы и всё чаще старые методы уходят на задний план. Лишь редкий представитель инженера, но опытный человек в своём деле, предпочитает бумажные чертежи электронным. Именно оптимизация процесса — великий “перестройщик” нашего времени.
Для выполнения разного вида оптимизации САПР делится на несколько типов системы:
- CAD (Computer-aided design) — системные комплексы для проектирования,
- CAE (Computer-aided engineering) — современные системы инженерного анализа,
- CAM (Computer-aided manufacturing) – прописывания алгоритма действий станков с ЧПУ.
Рассмотрим простейшие примеры из жизни.
CAD – это процесс создания объекта с использованием методов его воспроизведения. Например, стул. Ножки, спинка, гвозди, сиденье — это его комплектующие. Молоток, отвёртка, шуруповёрт — способ сборки. Его материал: дерево, сталь — то, из чего делают комплектующие. Рабочий рубит дерево, а на заводе его обрабатывают, чтобы в магазине вы купили необходимые части для своего стула.
Казалось бы, что сложного может быть в создании стула?
Именно процесс создания и подготовки для дальнейшего воссоздания объекта в жизни заменяет нам технология CAD. В свою очередь, такие же жизненные процессы воплощают в себе CAE и CAM системы. Например, CAE сейчас может заменить привычный для любого инженера расчёт на сопротивление материала, а CAM – прописать последовательность выполнения процессов для создания стула. Именно технология САПР позволяет современным инженерам тратить меньше усилий и выдавать наилучший результат.
Пример использования САПР
Теперь, когда мы разобрались, что такое САПР и какие основные направления входят в него, внедрим немного конкретики, и подробно разберём все нюансы на примере.
В рамках проектной деятельности моего университета я разработал выскодетализированную модель «Коробка перемены передачи» по предложенному техническому заданию заказчика на основе патента. Начнём поэтапно.
Проектная деятельность – это отдельное направление, которое присутствует на каждом факультете вуза. Можно выбрать как тематику своего направления, так и вовсе изменить направление. Здесь важно понимать, что в 45% случаев при ведении успешной проектной работы эта тематика используется на защите диплома. Признаюсь, я не стал искать в себе что-то новое, а, наоборот, решил подкрепить уже полученные знания и выбрал своё направление.
На проектной деятельности я контролирую выполнение проектирования объектной модели «отдела моделирования», а также сам попутно принимаю участие в создании 3D визуализации изобретений.
Итак, вернёмся к модели.
По описанию патента и прилежащим эскизом (Рис. 1) была разработана модель (Рис. 2). Работа осуществлялась в программе Autodesk Inventor. При помощи CAD программы получилось не только воссоздать реалистичную модель изобретения, но также внедрить ряд полезных функций, а именно — модель полностью параметризированная. Это значит, что если изобретение пойдёт на эксплуатацию, то будет весьма просто автоматически подобрать просчитанные размеры.
Также в рамках данного изобретения была внедрена BIM технология. Давайте разберём, что это такое.
Технология BIM
BIM (Building Informational Modeling) — информационное моделирование зданий (термин 1992 года). Но причём здесь здания, когда мы говорим о механизмах и возможности визуализации их с применением САПР-систем?
Джон Месснер, профессор PennState говорил: «Через десять лет термин BIM исчезнет из употребления, поскольку информационное моделирование станет обычной работой со зданиями».
Важно выделить из цитаты профессора, что ключевое понятие в BIM — это информационное моделирование.
Моё видение такое: BIM — это информационная модель объекта с использованием цифровых данных. Какую ценную информацию мы можем внести в 3D модель. К примеру: вес, материал, стоимость изделия, расчёты, чертежи, визуализация работы механизма и многое другое.
Внедрение BIM
Отдельным вопросом стоит рассмотреть, как внедрить данную технологию в проект.
Внедрение в моём проекте происходило следующим образом: поскольку это должна быть атрибутивная информация, я задал параметры каждому элементу механизма, основные из которых: вес, материал, вычисления прочности, и вычисление стоимости конкретной детали по усреднённым значениям на рынке. Добавил чертежи и визуализацию принципа работы оборудования.
Итогом проекта стал полный пакет информационной модели. Теперь это не только твёрдое тело, но это и носитель информации — он позволяет изобретателю увидеть все параметры, чтобы воссоздать механизм вживую.
Примечание. Более подробно вы можете ознакомиться с изобретением на сайте заказчика технопарк.рф, где я описываю принцип работы механизма.
Проект получился весьма неплохим, поэтому мне предложили презентовать его на ежегодной студенческой научной конференции. Рассказывать сильно не о чем, примерная выдержка содержится выше, но а итогом стало почётное второе место с разрывом в 0.01 балла.
И конечно, я не мог оставить вас без интерактивной части. Давайте посмотрим на принцип работы механизма по предложенному описанию из патента.
Итоги
Я постарался наглядно показать и рассказать простым языком, что такое САПР, и BIM технологии, и для чего они нужны. Также на примере разработанной модели КПП мы посмотрели, какую актуальность играет CAD и BIM в сегодняшнее время.
Так нужно ли внедрять САПР и BIM технологии при проектировании механизмов? Однозначно, да. Это не просто технология визуализации параметров — это процесс контроля качества изобретения с использованием информационной цифровой модели, который позволяет устранить все ошибки на этапе разработке до начала эксплуатации изделия.
В заключении хотелось бы сказать, что время течёт словно река, а мы лишь следуем его течению.
С вами был Николай и компания BIMeister, оставляйте свои мысли по поводу статьи в комментариях. Пишите, на какие темы вам бы хотелось поговорить в уютном уголке Habr.
P.S. В следующем блоге, мы поговорим на тему актуальности IT образования и внедрения программирования при проектировании.
Что такое CAD и САМ?
Сегодня для достижения успеха на рынке промышленное предприятие вынуждено работать над сокращением срока выпуска продукции, снижением ее себестоимости и повышением качества. Стремительное развитие компьютерных и информационных технологий привело к появлению CAD/CAM/CAE-систем, которые являются наиболее продуктивными инструментами для решения этих задач.
Под CAD-системами (computer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) понимают программное обеспечение, которое автоматизирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компьютера.
САМ-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) автоматизируют расчеты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ и обеспечивают выдачу управляющих программ с помощью компьютера.
САЕ-системы (computer-aided engineering – компьютерная поддержка инженерных расчетов) предназначены для решения различных инженерных задач, например для расчетов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчетов гидравлических систем и механизмов.
Оглавление
- Основы числового программного управления
- Автоматическое управление
- Особенности устройства и конструкции фрезерного станка с ЧПУ
- Функциональные составляющие (подсистемы) ЧПУ
- Языки для программирования обработки
- Процесс фрезерования
- Режущий инструмент
- Вспомогательный инструмент
- Основные определения и формулы
- Рекомендации по фрезерованию
- Прямоугольная система координат
- Написание простой управляющей программы
- Создание УП на персональном компьютере
- Передача управляющей программы на станок
- Проверка управляющей программы на станке
- Советы по технике безопасности при эксплуатации станков с ЧПУ
- Нулевая точка станка и направления перемещений
- Нулевая точка программы и рабочая система координат
- Компенсация длины инструмента
- Абсолютные и относительные координаты
- Комментарии в УП и карта наладки
- G- и М-коды
- Структура программы
- Слово данных, адрес и число
- Модальные и немодальные коды
- Формат программы
- Строка безопасности
- Ускоренное перемещение – G00
- Линейная интерполяция – G01
- Круговая интерполяция – G02 и G03
- Введение
- Останов выполнения управляющей программы – М00 и М01
- Управление вращением шпинделя – М03, М04, М05
- Управление подачей СОЖ – М07, М08, М09
- Автоматическая смена инструмента – М06
- Завершение программы – М30 и М02
- Основные принципы
- Использование автоматической коррекции на радиус инструмента
- Активация, подвод и отвод
- Подпрограмма
- Работа с осью вращения (4-ой координатой)
- Параметрическое программирование
- Методы программирования
- Что такое CAD и САМ?
- Общая схема работы с CAD/САМ-системой
- Виды моделирования
- Уровни САМ-системы
- Геометрия и траектория
- Алгоритм работы в САМ-системе и постпроцессор
- Ассоциативность
- Пятикоординатное фрезерование и ЗD-коррекция
- Высокоскоростная (ВСО) и высокопроизводительная обработка
- Критерии для оценки, сравнения и выбора CAM-систем
При подготовке материала использовались источники:
https://techgidravlika.net/view_post.php?id=45
https://habr.com/ru/companies/bimeister/articles/663048/
https://www.planetacam.ru/college/learn/12-2/