Общие сведения о CAD/CAM/CAE-системах

Назначение

Основные группы функций CAD-систем:

Формирование пространственной геометрической модели объекта (3D геометрия — модели отдельных деталей и сборок).

Формирование отдельных видов, разрезов, сечений (2D геометрия).

Оформление документации согласно стандартам (размеры, допуски, условные обозначения — шероховатость и другие, таблицы, технические требования, основные надписи).

Информационный обмен со смежными системами (CAE, CAPP, CAM).

Подробный список характеристик систем конструирования может быть весьма обширным — например, для популярной системы T-FLEX CAD он составляет около 120 пунктов. Поэтому для предварительного знакомства с возможностями систем целесообразно сгруппировать их характеристики.

Прообразом такого сокращенного набора признаков может служить перечень тестируемых функций, приведенный в статье «CAD-системы среднего уровня» /САПР и графика, 1997, № 6/:

Работа с эскизами:

• -создание профилей эскиза;
• -задание параметров;
• -алгебраические соотношения размеров;
• -наименования параметров;
• -ограничения, накладываемые на параметры.

Моделирование:

• -создание и изменение 3D объектов при помощи профилей (выдавливанием, вращением и т. п.);
• -создание оболочек, в том числе со стенками, имеющими разные уклоны;;
• -добавление объектов (ребер, отверстий, оболочек) к детали;
• -расположение объектов с учетом других объектов и с учетом размещения детали;
• -копирование и размножение объектов;
• -скругление объектов, в том числе сложное (острые грани, исчезающие поверхности, пересечения и др.);
• -расчеты массо-инерционных характеристик и определение точности;
• -сохранение работоспособности модели при перемещении объектов.

Черчение и визуализация:

• -создание видов чертежа, в том числе изометрических, разрезов и сечений;
• -отображение размеров модели на чертеже;
• -добавление размеров;
• -изменение чертежа при изменении модели и изменение модели при изменении чертежа (геометрическая ассоциативность);
• -создание видов сборки в разобранном состоянии (exploded);
• -создание закрашенных изображений деталей и сборок.

Работа со сборками:

• -создание деталей в сборке (нисходящее проектирование);
• -создание сборок из деталей (восходящее проектирование);
• -размещение деталей на основании условий расположения огранич;
• -управление сборкой с использованием инженерных и геометрических ограничений;
• -внесение междетальных соотношений для управления сборкой;
• -измерение размеров между деталями;
• -изменение объектов детали для управления сборкой;
• -создание детали с использованием элементов сборки;
• -создание спецификации деталей.

Естественно предполагать наличие перечисленных функций у большинства современных CAD-систем.

В то же время эффективность решения проектных задач во многом определяется и такими возможностями, которые еще не могут рассматриваться как фактический стандарт, но демонстрируют определенные важные тенденции и реализованы в некоторых системах. Например, для модулей CAD к их числу могут быть отнесены:

• -наличие встроенных расчетных библиотек для массовых инженерных расчетов (например, элементов общемашиностроительных деталей и узлов — соединений, передач и др.);
• -наличие геометрических примитивов, совпадающих с конструкторско-технологическими элементами (шлицы, резьба, пазы, канавки и др.) — это облегчает генерацию геометрических моделей по результатам инженерных расчетов и передачу параметров детали в САПР технологических процессов;
• -возможность пересчета предельных отклонений размеров в условные обозначения допусков и посадок и наоборот, а также способ хранения этих данных в модели;
• -возможность восстановления (распознавания) дерева построения 3D модели (Feature Works в Solid Works; Feature Recognizer в Solid Edge);
• -функции восстановления импортированной геметрии («лечение» модели): ADEM 6.2, Cimatron;
• -возможность восстановления 3D модели по 2D проекциям (есть в Solid Works-2001 и в Pro/Engineer; обещана аналогичная возможность в ADEM A7;
• -средства переноса проектных данных из HTML-страницы в чертеж или модель (AutoCAD 2002);
• -менеджер стандартов и атрибутов (AutoCAD 2002);
• -возможность подключения внешних расчетных программ;
• -возможность генерации собственных графических программ по протоколу интерактивных построений (макросы).

Основой практически всех современных CAD-систем являются системы геометрического моделирования (СГМ), именуемые также моделерами или «геометрическими ядрами» САПР. Их основное назначение — формирование геометрических моделей объектов проектирования: деталей, узлов и изделий в целом.

CAD-системы (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т. д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

В свою очередь, 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.). 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.

САЕ-системы (computer-aided engineering поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Существует некоммерческая отраслевая организация CAD Society, занимающаяся вопросами популяризации CAD/CAM/CAE-систем в мире.