Уместността на използването на CAD в машиностроенето

Бързият растеж на системите за компютърно проектиране (CAD) в проектантските организации и машиностроителните предприятия допринесе за увеличаване на броя на висшите и средните учебни заведения, в които се преподава CAD. Вниманието, което се обръща на CAD в индустриализираните страни, се доказва от факта, че според препоръките на ЮНЕСКО в основната учебна програма по компютърни науки и информационни технологии (ИТ) е предвиден избираем блок „Компютърно подпомагано проектиране (CAD)“.

Днес започваме да публикуваме поредица от статии под заглавието „На бюрото“, предназначени да помогнат на младите професионалисти и студенти да разберат по-добре основите на CAD.

Успешната дейност на значителна част от фирмите и екипите в индустриализираните страни до голяма степен зависи от способността им да натрупват и обработват информация. Днес без компютърна автоматизация вече не е възможно да се произвежда модерно сложно оборудване, което изисква висока точност. В целия свят има рязко нарастване на компютъризацията на работното място и в ежедневието. Въвеждането на компютърни и телекомуникационни технологии повишава ефективността и производителността на труда. Изоставането в областта на високите технологии може да доведе до превръщането на страната в суровинен придатък.

Днес има бързо развитие на системите за компютърно проектиране (CAD) в индустрии като самолетостроене, автомобилостроене, тежко машиностроене, архитектура, строителство, нефт и газ, картография, географски информационни системи, както и в производството на потребителски стоки, като например домакински електроуреди. CAD в машиностроенето се използва за извършване на проектиране, технологична работа, включително работа по технологична подготовка на производството. С помощта на CAD се разработват чертежи,триизмерно моделиране на изделието и процеса на сглобяване, проектирано е спомагателното оборудване като матрици и форми, съставена е технологична документация и програми за управление (NC) на металорежещи машини с цифрово управление (CNC), поддържа се архив. Съвременните CAD системи се използват за цялостно компютърно проектиране, технологична подготовка, анализ и производство на продукти в машиностроенето, за електронен контрол на техническата документация.

В момента, когато продавате продукцията на всеки продукт в други страни, е необходимо да подадете цялата документация в електронен вид. Продаденият продукт, както и производството му, трябва да преминат през международна сертификация, потвърждаваща високата му производителност. Сертифицирането преминава не само самия продукт, но и методите за неговото проектиране, производство, методите и формите за предаване на информация за продукта. За преминаване на сертификация е необходимо работните места на дизайнера и технолога да бъдат оборудвани с компютърни и софтуерни продукти.

Комбинирането на CAD с автоматизирана система за управление на предприятието (счетоводство, икономически анализ и прогнозиране, въпроси на логистиката, управление на складове, планиране и изпращане на производствени процеси) ви позволява да създадете единен информационен комплекс. Внедряването на информационния комплекс позволява:

намаляване на цикъла на създаване на продукта с 1,5-2 пъти (от дизайна до пускането);
намаляване на материалната консумация на продукта с 20-25%;
намаляване на производствените разходи с 15-20%;
подобряване на качеството на продукта и конкурентоспособността на предприятието (STIN № 12’98).

Основни принципи на изграждане на CAD в машиностроенето

В условията на пазарна икономика и активна конкуренцияПроблемът с редовното актуализиране на продуктите, пускането на нови модификации на вече разработени продукти, за да се задоволят нуждите на максимален брой потребители, става особено остър за машиностроителните предприятия. Преди пускането на нови конкурентни продукти е необходимо да се извърши много работа по събирането, натрупването и оперативната обработка на информация. Обработката на големи обеми информация в момента е невъзможна без използването на компютри.

Създаването на ново оборудване в машиностроенето се извършва в следната последователност: въз основа на анализа на произведените продукти се проектира ново, което има по-високи естетически, експлоатационни или други свойства, след което се извършват инженерни изчисления и моделиране, технологична подготовка за производство, производство и маркетинг на продукта. В същото време получаваме затворен цикъл (виж фигурата), тъй като проектирането на нов продукт се извършва въз основа на пазарен анализ и данни за ефективността, надеждността и продажбите на произведените модели.

Използването на CAD позволява на членовете на дизайнерските екипи едновременно да работят върху продукта от различни ъгли: да решават проблемите на дизайна на стила, да проектират външния вид на продукта и паралелно разработване на продукта единица по единица. Нов продукт се създава в проектантския отдел, който е централното звено в компютъризацията на предприятието. В същото време група специалисти от различни профили, работещи върху пускането на нов продукт, изпълнява всички етапи от разработването на части, възли и възли, тяхното технологично развитие (паралелен инженеринг).

Продуктът започва да се произвежда още преди издаването на цялата документация да е завършено, което води до значително намаляване на сроковете и подобряване на качеството на дизайна. Улеснява автоматизираното управление на проектии предприятие, базирано на електронен документооборот. Всички промени във всеки елемент от продукта незабавно стават достъпни както за отделни дизайнери и технолози, така и за цели отдели и организации на всички етапи от създаването на продукта - благодарение на използването на единна база данни. По този начин CAD намалява разходите за време и труд за проектиране на продукта.

За производството на конкурентни продукти, отговарящи на световните стандарти, е необходимо да се осигури използването на единна интегрирана база данни. Интегрирането на софтуер за инженеринг, производство и работен процес позволява на потребителите да управляват всички видове информация за продукти и проекти, от промени в поръчки до контрол на качеството и случаи на обслужване на клиенти. Такава организация на труда е особено ефективна в условията на многопродуктово производство и в случаите, когато има повишени изисквания към ефективността и качеството на функциониране на производството.

Недостатъчното оборудване на дизайнерските и технологичните отдели със съвременни CAD води до непълно проучване на дизайнерските и технологични решения, до материални и времеви загуби на етапа на производство и по време на експлоатация.

Три нива на CAD

Една от най-важните задачи на съвременния CAD е да освободи инженера от рутинната работа, да му даде възможност да се включи в творчески процеси. Сега фабриките използват широка гама от CAD системи: от малки графични програми до мощни специализирани пакети. Цената им варира от сто до няколко десетки хиляди долара за работа. В зависимост от възможностите и съответно цената, съвременните CAD системи могат условно да бъдат разделени на три нива: по-ниско, средно и по-високо. Деление понивата в специализираната литература се произвеждат или според техните възможности, или според разходите, например: до 1000 $, от 1000 $ до 10 000 $, над 10 000 $.

При разделянето по възможности се приема, че системите от по-ниско ниво (например AutoCAD, VersaCAD, CADKEY) осигуряват работа по чертане.

Системите от средно ниво (например T-FLEX CAD, Solid Edge) намаляват времето за издаване на документация и времето за разработване на проекти чрез автоматизиране на издаването на проектна и технологична документация, програмиране на 2,5-координатна обработка на детайли на машини с ЦПУ. Тези системи позволяват да се създаде триизмерен модел на продукт, според който се определят инерционната маса, якостта и други характеристики, контролира се относителното положение на частите, се моделират всички видове CNC обработка, външният вид се разработва с помощта на фотореалистични изображения и се издава документация. Освен това се осигурява управление на проекти, базирано на електронно управление на документи. Икономическият ефект се състои в многократно увеличаване на производителността на труда с рязко намаляване на грешките и съответно в подобряване на качеството на продуктите.

Системите от по-високо ниво (EDS Unigraphics, Pro/Engineer, CATIA или CADDS) осигуряват интеграция на целия цикъл на разработка на продукта от проектиране, предпроизводство до производство. Те ви позволяват да проектирате части, като вземете предвид характеристиките на материала (пластмаса, метален лист), да провеждате динамичен анализ на монтажа с имитация на монтажни приспособления и инструменти, да проектирате инструментална екипировка със симулация на производствени процеси (щамповане, леене, огъване), което елиминира дефектите в инструменталната екипировка и прави ненужно производството на пълномащабни макети, т.е. разходите и времето за подготовка за производството на продукта са значително намалени. Програмиматематическият анализ на такива CAD системи може да включва якостен, кинематичен и динамичен анализ. Симулацията на обработка ви позволява да оцените качеството на частите по отношение на тяхната деформация. Икономическият ефект от такива системи зависи от заплатата на дизайнер или технолог и уменията за работа с CAD.

Модулен принцип на изграждане на CAD

Значителна част от съвременния CAD се състои от няколко модула: асемблиране, обработка, управление на инженерни данни и др. Те са обединени от обща методология и инструменти. Високата степен на интеграция на дизайнерските модули и технологичната подготовка на производството осигурява преобразуването на графичната информация за обекта в таблична, използвана в технологичния дизайн. Геометричните обекти, които имат математическо описание, се апроксимират с определена точност чрез криви и повърхнини.

Комбинирането на модули за проектиране и технологично развитие в една CAD система намалява разходите и намалява времето за навлизане на нови продукти на пазара, ви позволява да проектирате части, като вземете предвид тяхната технологичност и използвания материал (пластмаса, метален лист).

Модулната CAD архитектура улеснява разширяването на системата и адаптирането й според изискванията на потребителя, което ви позволява да закупите само необходимите компоненти. Много CAD системи са снабдени с контекстно-чувствителни справочници и собствени бази данни или предлагат интерфейс към съществуващи бази данни. Използването на езици за програмиране ви позволява да създавате свои собствени специализирани приложения.