Методика автоматизированного проектирования судов

Разработка трехмерной модели судна на уровне эскизного проекта в системе автоматизированного проектирования CATIA v5 R19. Технология и этапы автоматизированного проектирования. Параметризация и декомпозиция судна как сборки. Принципы работы в CATIA.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Методика автоматизированного проектирования судов

1. Технология автоматизированного проектирования

Процесс автоматизированного проектирования, изготовления и сопровождения наукоемких изделий в течении всего жизненного цикла представляет собой сложную в организационном плане технологию с большим объемом информации, множеством вертикальных и горизонтальных связей, с большим количеством участников и бизнес-процессов. Выбор рациональной технологии - это сложная задача по созданию единого информационного пространства и упорядочению информационных потоков. В большей степени это комбинация нескольких видов технологий, реализующих каждая свои преимущества и компенсирующих недостатки других.

Технология последовательного проектирования заключается в строго последовательном выполнении всех стадий проектирования: техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочий проект. Передача информации следующей стадии происходит после окончания и утверждения предыдущей. Рабочее проектирование и изготовление изделия могут происходить параллельно, а его испытания и опытная эксплуатация выводятся за рамки технологии проектирования. Однако ошибки, выявленные на последних стадиях, могут привести к необходимости корректировок проекта на его начальных стадиях. Такая технология проектирования обычно используется при традиционном проектировании изделий небольшой сложности.

Технология сквозного проектирования предполагает информационную взаимосвязь между отдельными этапами, такими как концептуальное проектирование, трехмерное моделирование, инженерный анализ, технологическая подготовка производства, выпуск конструкторско-технологической документации, изготовление, испытания, сертификация, сопровождение. На этапе концептуального проектирования создается математическая модель изделия и его концептуальный электронно-цифровой макет, позволяющий проводить работы на последующих этапах, не дожидаясь завершения предыдущих. Информационная взаимосвязь между этапами позволяет всем коллективам разработчиков оценить проектное решение и дать свои рекомендации по его улучшению до принятия окончательного решения и завершения проектирования. Данная технология ориентирована на создание программно-технических комплексов по видам деятельности, оснащенных специализированными программными продуктами или отдельными модулями базовой системы и обладающих развитыми предметными базами данных и позволяет практически одновременно выполнять работы на всех этапах проектирования.

Технология параллельного проектирования предполагает оптимизацию характеристик изделия на концептуальной стадии проектирования и передачу информации всем участникам работ для создания подсистем, инженерного анализа, технологической подготовки производства и т.п. Для организации параллельного проектирования создаются распределенные программно-технические комплексы и единое информационное пространство, позволяющие каждому участнику коллектива самостоятельно выполнять свои функции, проводить поиск наилучших решений и оценивать их эффективность с точки зрения повышения качества изделия в целом. Эта технология охватывает все этапы жизненного цикла изделия либо большую их часть, поэтому интегрированная информация о структуре изделия, технологии его изготовления, комплектующем оборудовании, поставщиках и заказчиках, технологии ликвидации позволяет принимать наилучшие решения. При использовании этой технологии нет необходимости возвращаться к начальным стадиям проектирования, так как основные характеристики и проектные решения определены и требуют лишь локальной оптимизации и детализации в рамках данной концепции. В этой технологии просматриваются элементы технологий последовательного и сквозного проектирования.

Технология проектирования «сверху вниз» или нисходящее проектирование предполагает иерархической структуры изделия как прародителя его основных подсистем и элементов, а так же проектных процедур, направленных на создание изделия в целом. То есть поддерживается концепция - от общего представления изделия к частным решениям. На каждом уровне проектируются подсистемы и элементы изделия, на каждом этапе на всех уровнях происходит последовательная детализация решений. На верхнем уровне проектирования происходит оптимизация характеристик изделия, на нижнем - оптимизация подсистем и элементов, а на последующих уровнях - детализация принятых проектных решений. Данную технологию легко реализовать с помощью ACD-систем среднего и верхнего уровней, однако при внесении существенных изменений в проект, процесс проектирования необходимо повторить сначала (в рамках одной процедуры или полностью).

Технология проектирования «снизу вверх» или восходящее проектирование предполагает создание изделия в целом из готовых унифицированных элементов и деталей. Функциональность и эффективность изделия при этом определяется составом и согласованностью между собой элементов и деталей. Предварительная подготовка и унификация элементов и деталей дает возможность получить наилучшие решения для каждого из них в отдельности, однако при проектировании изделия таким способом бывает трудно добиться его высокой эффективности из-за отсутствия глобальной цели при создании подсистем.

WAVE-технология предполагает создание управляющего макета изделия, состоящего из основных его элементов и заданных важнейших параметров, определяющих эффективность изделия и управляющих всей его моделью посредством многоуровневых ассоциативных связей. Использование ассоциативных связей между геометрическими моделями позволяет организовать на базе концептуального макета изделия его детально проработанную модель и, при необходимости, управление ее глобальными модификациями.

2. Этапы автоматизированного проектирования

Понятие автоматизированного проектирования подразумевает автоматизацию всего процесса проектирования, как до создания ЭЦМ (Электронно-цифрового макета), так и после. В основу технологии автоматизированного проектирования заложена концепция сквозного проектирования, изготовления и сопровождения по ЭЦМ. Процесс сквозного проектирования можно условно разбить на несколько этапов.

Концептуальное проектирование включает в себя процедуры структурного синтеза и технико-экономического анализа, определяющие основные качества изделия и подтверждающие его надежность и экономическую эффективность. Для судна это выбор и обоснование архитектурно-конструктивного типа, главных размерений и формы корпуса, определение основных конструкций и создание судовой поверхности. Современные CAD/CAM/CAE-системы общего назначения верхнего уровня не имеют специализированных процедур структурного синтеза и анализа таких сложных инженерных объектов как суда, а реализованные в специализированных системах, процедуры инженерного анализа не всегда в полной мере отвечают современным концепциям и требованиям. Однако практически в любой такой системе есть возможность заложить эвристические алгоритмы для структурного синтеза и анализа. Результатом работы на данном этапе является концептуальный ЭЦМ объекта, таблица параметров, информация о партнерах и поставщиках.

На основании информации, полученной на этапе концептуального проектирования, осуществляется создание трехмерной модели изделия. На данном этапе так же формируется законченный ЭЦМ объекта, предназначенный для его инженерного анализа и оптимизации в рамках заданной концепции проектирования.

На следующем этапе проектирования ЭЦМ объекта подвергается инженерному анализу, в целях обеспечения необходимых (в частности для судна - прочности, остойчивости, технологично) свойств изделия. Анализ производится в CAE системах, по его результатам возможна корректировка параметров изделия.

Следующим этапом проектирования является разработка технологии изготовления. В рамках этого этапа производится организация производства изделия, решаются задачи эффективного взаимодействия всех подразделений предприятия, планирование и управление технологическими процессами. Здесь же производятся расчеты норм расхода материалов, режимов их обработки, нормы затрат труда, режимы сварки и т.п. В основном этот этап предусматривает создание программ для станков с ЧПУ и организацию производства.

Следующим этапом является выпуск конструкторско-технологической документации, являющейся основой информационных ресурсов, используемых на различных этапах жизненного цикла изделия. Выпуск документации предполагает вывод информации на твердые носители в соответствии с ЕСКД и ее преобразование в электронный вид для удобства дальнейшей обработки.

Следующими шагами являются изготовление, испытания и сертификация изделия. В основе информационной поддержки изготовления изделия лежит формирование производственной программы, учет комплектации изделия, формирование цеховых планов и межцеховой кооперации, контроль движения деталей и заготовок по цехам, средства ведения центрального и цеховых складов, определение себестоимости изделия и т.п. Готовое изделие подвергается испытаниям и сертификации.

Заказчику, одновременно с изделием, передается пакет технических документов и руководств, необходимых для сопровождения изделия в процессе эксплуатации. Для сопровождения изделия во время его эксплуатации вплоть до утилизации создаются автономные системы для отслеживания данных о наработке, ремонте и движении аппаратуры и оборудования, а так же системы эксплуатации и ремонта.

Если автоматизированная система позволяет в автоматическом режиме находить наилучшие проектные и технологические решения когда задачи оптимизации поддаются точному математическому описанию,...