CAD-systemen (computerondersteund ontwerp - computerondersteuning voor ontwerp) zijn ontworpen om ontwerpproblemen op te lossen en ontwerpdocumentatie voor te bereiden (vaker worden ze computerondersteunde ontwerpsystemen genoemd - CAD). Moderne CAD-systemen bevatten in de regel modules voor het modelleren van een driedimensionale driedimensionale structuur (onderdelen) en het ontwerpen van tekeningen en tekstontwerpdocumentatie (specificaties, verklaringen, enz.). Toonaangevende driedimensionale CAD-systemen maken het mogelijk om het idee te implementeren van een end-to-end cyclus voor de bereiding en productie van complexe industriële producten. CAD-systemen worden veel gebruikt in de architectuur, meubel- en interieurontwerp (ARC+ en Deco Design (Frankrijk) systemen) en webdesign.
CAM-systemen (computerondersteunde productie - computerondersteuning voor productie) zijn bedoeld voor het ontwerpen van de verwerking van producten op machines met numerieke besturing (CNC) en het uitgeven van programma's voor deze machines (frezen, boren, erosie, ponsen, draaien, slijpen, enz.) CAM - systemen worden ook wel systemen voor technologische voorbereiding van de productie genoemd. Momenteel zijn ze vrijwel de enige manier om onderdelen met complexe profielen te vervaardigen en hun productiecyclus te verkorten. CAM-systemen gebruiken een driedimensionaal model van een onderdeel dat in een CAD-systeem is gemaakt.
CAE-systemen (computerondersteunde engineering - ondersteuning voor technische berekeningen) vertegenwoordigen een brede klasse van systemen, die elk de oplossing van een specifiek rekenprobleem (groep problemen) mogelijk maken, variërend van sterkteberekeningen, analyse en modellering van thermische processen tot berekeningen van hydraulische systemen en machines, berekeningen van gietprocessen. CAE-systemen gebruiken ook een driedimensionaal model van het product dat in een CAD-systeem is gemaakt. CAE-systemen worden ook wel technische analysesystemen genoemd.
PDM-technologie (Product Data Management) is ontworpen om alle productgegevens en informatieprocessen over de productlevenscyclus te beheren die deze gegevens creëren en gebruiken. Leis de ondersteuning van verschillende procedures die productgegevens creëren en gebruiken (productwijzigingsprocedures), d.w.z. in feite ondersteuning voor elektronisch documentbeheer (ontwerpdocumentbeheer). Om PDM-technologie te implementeren, zijn er gespecialiseerde softwaretools die PDM-systemen worden genoemd (d.w.z. productgegevensbeheersystemen; een andere naam is projectbeheersystemen).
CAD/CAM/CAE/PDM-systemen worden gebruikt in de machinebouw. Geïntegreerde automatisering van ontwerp- en engineeringafdelingen van ontwerpbureaus en industriële machinebouwbedrijven op basis van moderne computertechnologieën.
CASE-technologie (computerondersteunde software-engineering) technologie voor het creëren en onderhouden van informatiesystemen. De term CASE wordt tegenwoordig vrij breed opgevat. De oorspronkelijke betekenis van de term, beperkt tot kwesties van automatisering van softwareontwikkeling, heeft nu een nieuwe betekenis gekregen
En etc.).
Moderne automatiseringssystemen voor technische berekeningen (CAE) worden gebruikt in combinatie met CAD-systemen (vaak daarin geïntegreerd, in welk geval hybride CAD/CAE-systemen worden verkregen).
CAE-systemen zijn een verscheidenheid aan softwareproducten waarmee met behulp van berekeningsmethoden (eindige elementenmethode, eindige differentiemethode, eindige volumemethode) kan worden geëvalueerd hoe een computermodel van een product zich onder reële bedrijfsomstandigheden zal gedragen. Ze helpen de functionaliteit van het product te garanderen zonder dat dit veel tijd en geld kost.
In het Russisch bestaat de term CAD, wat CAD/CAM/CAE/PDM betekent.
De meest voorkomende CAE-systemen
Geschiedenis van ontwikkeling
De geschiedenis van de ontwikkeling van de markt voor CAD/CAM/CAE-systemen kan grofweg worden onderverdeeld in drie hoofdfasen, die elk ongeveer tien jaar duurden.
Begin jaren tachtig werd de markt voor CAD-systemen gestratificeerd in gespecialiseerde sectoren. De elektrische en mechanische segmenten van CAD-systemen zijn onderverdeeld in de ECAD- en MCAD-industrieën. Fabrikanten van werkstations voor pc-gebaseerde CAD-systemen zijn ook twee verschillende richtingen ingeslagen:
- sommige fabrikanten hebben zich geconcentreerd op de IBM PC-architectuur gebaseerd op Intel x86-microprocessors;
- andere fabrikanten concentreerden zich liever op de architectuur van Motorola (de pc's draaiden AT&T's Unix OS, Apple's Macintosh OS en Apollo's Domain OS).
De prestaties van PC CAD-systemen werden destijds beperkt door de 16-bits adressering van Intel-microprocessors en MS-DOS. Als gevolg hiervan gaven gebruikers die complexe solide modellen en structuren creëerden de voorkeur aan grafische werkstations met Unix OS met 32-bits adressering en virtueel geheugen, waardoor ze resource-intensieve applicaties konden draaien.
Halverwege de jaren tachtig waren de mogelijkheden van de Motorola-architectuur volledig uitgeput. Gebaseerd op het geavanceerde concept van microprocessorarchitectuur met een getrunceerde instructiesetcomputer (RISC), werden nieuwe chips ontwikkeld voor werkstations met Unix OS (bijvoorbeeld Sun SPARC). De RISC-architectuur heeft de prestaties van CAD-systemen aanzienlijk verbeterd.
Sinds het midden van de jaren negentig hebben ontwikkelingen in de microtechnologie Intel in staat gesteld de productiekosten van zijn transistors te verlagen en tegelijkertijd de prestaties ervan te verbeteren. Als gevolg hiervan werd het voor pc-gebaseerde werkstations mogelijk om succesvol te concurreren met RISC/Unix-stations. RISC/Unix-systemen waren wijdverspreid in de tweede helft van de jaren negentig, en hun positie is nog steeds sterk in het ontwerpsegment van geïntegreerde schakelingen. Maar nu domineren Windows NT en Windows 2000 bijna volledig op het gebied van structurele en mechanische engineering, printplaatontwerp, enz. Volgens Dataquest en IDC begonnen werkstations op het Windows NT/Intel (Wintel) platform sinds 1997 Unix in te halen. stations op basis van verkoopvolumes. In de loop der jaren sinds de komst van CAD/CAM/CAE-systemen zijn de kosten van een licentie daarvoor gedaald tot enkele duizenden dollars (bijvoorbeeld $ 6.000 voor Pro/Engineer).
Opmerkingen
Koppelingen
- Conferentie CAD2000 (voorheen CAD2K), gewijd aan het gebruik van CAD/CAE/CAM-technologieën
Wikimedia Stichting. 2010.
Zie wat "Computerondersteunde engineering" is in andere woordenboeken:
Computerondersteunde techniek- (dt. rechnergestützte Entwicklung), abgekürzt CAE, umfasst alle Varianten der Computerunterstützung von Arbeitsprozessen in der Technik: CAD (computer aided design, rechnerunterstützte Konstruktion) Digital Mock Up (DMU, Ein en… … Deutsch Wikipedia
Computerondersteunde techniek- ,CAE…Universeel-Lexikon
Computerondersteunde techniek- Niet-lineaire statische analyse van een 3D-structuur die onderhevig is aan plastische vervormingen. Computerondersteunde engineering (CAE) is het brede gebruik van computersoftware ter ondersteuning van technische taken. ... Wikipedia
computerondersteunde techniek- kompiuterinis konstravimas statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. CAE; computerondersteunde techniek vok. CAE; rechnergestütztes Engineering, n rus. computerondersteund ontwerp, n pranc. IAO; ingénierie assistée par ordineur, f … Automatikos terminų žodynas
Computerondersteunde techniek- Dit Stichwort-cadeau is een leuk artikel. Möglicherweise is het begrip ‘computerondersteunde engineering’. Categorie: Wikipedia:Falschschreibung … Duitse Wikipedia
computerondersteunde techniek- in de industrie: de integratie van ontwerp en productie in een systeem onder directe controle van digitale computers. CAE combineert het gebruik van computers in industrieel ontwerpwerk, computer aided design (CAD), met het gebruik ervan in de productie... ... Universalium
computerondersteunde techniek- /kəmˌpjutər eɪdəd ɛndʒənɪərɪŋ/ (zeg kuhm.pyoohtuhr ayduhd enjuh nearring) zelfstandig naamwoordtechniek die computers gebruikt om vooral te helpen bij het verzamelen en analyseren van gegevens, maar ook bij de productie van grafische afbeeldingen, zoals bij computerondersteund ontwerp. Ook...Australisch Engels woordenboek
De functies van CAD-systemen in de machinebouw zijn onderverdeeld in tweedimensionale (2D) en driedimensionale (3D) ontwerpfuncties. 2D-functies omvatten tekenen, opstellen van ontwerpdocumentatie; naar 3D-functies - verkrijgen van driedimensionale modellen, metrische berekeningen, realistische visualisatie, wederzijdse transformatie van 2D- en 3D-modellen.
Bij CAD-systemen wordt onderscheid gemaakt tussen ‘lichte’ en ‘zware’ systemen. De eerste zijn vooral gericht op 2D-graphics, zijn relatief goedkoop en minder veeleisend qua computerbronnen. Deze laatste zijn gericht op geometrische modellering (3D), zijn universeler, duurder en de tekendocumentatie daarin wordt meestal uitgevoerd met behulp van de voorlopige ontwikkeling van driedimensionale geometrische modellen.
De belangrijkste functies van CAM-systemen: ontwikkeling van technologische processen, synthese van besturingsprogramma's voor technologische apparatuur met numerieke besturing (CNC), modellering van verwerkingsprocessen, inclusief constructie van trajecten van relatieve beweging van het gereedschap en werkstuk tijdens verwerking, generatie van postprocessors voor specifieke soorten CNC-apparatuur (NC - Numerical Control), berekening van verwerkingstijdnormen.
De bekendste (per 1999) zijn de volgende CAE/CAD/CAM-systemen bedoeld voor de machinebouw. “Zware” systemen (tussen haakjes staat het bedrijf dat het product heeft ontwikkeld of gedistribueerd): Unigraphics (EDS Unigraphics); Solide rand (Intergraph); Pro/Engineer (PTC - Parametric Technology Corp.), SLT1L (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, nu onderdeel van PTC), enz.
“Lichte” systemen: AutoCAD (Autodesk); ADEM; bCAD (ProPro Group, Novosibirsk); Caddy (Ziegler Informatica); Kompas (Askon, Sint-Petersburg); Sprut (Sprut-technologie, Naberezhnye Chelny); Credo (NIVC ASK, Moskou).
Systemen die een tussenpositie innemen (middelgrote schaal): Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (Top Systems, Moskou), enz. Met de toenemende mogelijkheden van personal computers vervagen de grenzen tussen “zware ” en “lichte” CAD/CAM-systemen worden geleidelijk gewist.
De functies van CAE-systemen zijn behoorlijk divers, omdat ze verband houden met ontwerpprocedures voor analyse, modellering en optimalisatie van ontwerpoplossingen. CAE-systemen voor de machinebouw omvatten voornamelijk programma's voor de volgende procedures:
Modellering van velden met fysieke grootheden, inclusief sterkteanalyse, die meestal wordt uitgevoerd in overeenstemming met FEM;
Berekening van toestanden en voorbijgaande processen op macroniveau;
Simulatiemodellering van complexe productiesystemen op basis van wachtrijmodellen en Petri-netten.
Voorbeelden van systemen voor het modelleren van velden met fysieke grootheden in overeenstemming met FEM: Nastran, Ansys, Cosmos, Nisa, Moldflow.
Voorbeelden van systemen voor het modelleren van dynamische processen op macroniveau: Adams en Dyna - in mechanische systemen, Spice - in elektronische schakelingen, PA9 - voor multi-aspect modellering, d.w.z. voor het modelleren van systemen waarvan de werkingsprincipes gebaseerd zijn op de wederzijdse invloed van fysieke processen van verschillende aard.
Voor het gemak van het aanpassen van CAD aan de behoeften van specifieke toepassingen, is het voor de ontwikkeling ervan raadzaam om hulpmiddelen voor aanpassing en ontwikkeling te hebben als onderdeel van CAD. Deze tools worden vertegenwoordigd door een of andere CASE-technologie, inclusief uitbreidingstalen. Sommige CAD-systemen maken gebruik van originele toolingomgevingen.
Voorbeelden hiervan zijn de objectgeoriënteerde interactieve omgeving CAS.CADE in het EUCLID-systeem, met daarin een bibliotheek met componenten; het T-Flex CAD 3D CAD-systeem zorgt voor de ontwikkeling van add-ons in de Visual C++- en Visual Basic-omgevingen.
Interfaces die worden weergegeven door interprogramma-uitwisselingsformaten die in het systeem zijn geïmplementeerd, zijn belangrijk om de openheid van CAD en de integreerbaarheid ervan met andere geautomatiseerde systemen (AS) te garanderen. Het is duidelijk dat het in de eerste plaats noodzakelijk is om verbindingen tussen CAE-, CAD- en CAM-subsystemen te garanderen.
De talen die worden gebruikt als interprogramma-uitwisselingsformaten zijn IGES, DXF, Express (ISO 10303-11-standaard, onderdeel van de STEP-set van standaarden), SAT (AC1S-kernelformaat), enz.
Er wordt aangenomen dat de meest veelbelovende dialecten van de Express-taal te wijten zijn aan de algemene aard van de STEP-standaarden, hun focus op verschillende toepassingen, evenals hun gebruik in moderne gedistribueerde ontwerp- en productiesystemen. Formaten zoals IGES of DXF beschrijven alleen de geometrie van objecten, terwijl gegevens over verschillende eigenschappen en attributen van producten verschijnen in uitwisselingen tussen verschillende CAD-systemen en hun subsystemen.
De Express-taal wordt in veel interfacesystemen tussen CAD/CAM-systemen gebruikt. In het bijzonder omvat het CAD++ STEP-systeem de SDA1-omgeving (Standard Data Access Interface), waarin het mogelijk is om gegevens over objecten uit verschillende CAD-systemen en applicaties (maar beschreven volgens de regels van de Express-taal) te presenteren. CAD++ STEP biedt toegang tot databases van de meeste bekende CAD-systemen met de weergave van de geëxtraheerde gegevens in de vorm van STEP-bestanden. Met de programmeerinterface kunt u projectbestanden in databases openen en sluiten, en entiteiten lezen en schrijven. Punten, curven, vlakken, tekst, voorbeelden van ontwerpoplossingen, afmetingen, verbindingen, standaardafbeeldingen, datacomplexen, etc. kunnen als objecten worden gebruikt.
Definitie van CAD, CAM en CAE
Volgens de vorige sectie is computerondersteund ontwerp (CAD) een technologie die bestaat uit het gebruik van computersystemen om het maken, wijzigen, analyseren en optimaliseren van ontwerpen te vergemakkelijken. Elk programma dat met computergraphics werkt, evenals elke toepassing die bij technische berekeningen wordt gebruikt, behoort dus tot computerondersteunde ontwerpsystemen. Met andere woorden: de verscheidenheid aan CAD-tools varieert van geometrieprogramma's voor het werken met vormen tot gespecialiseerde toepassingen voor analyse en optimalisatie. Tussen deze uitersten bevinden zich programma's voor tolerantieanalyse, massatraagheidsberekeningen, eindige elementenmodellering en visualisatie van analyseresultaten. De meest fundamentele functie van GAD is het bepalen van de geometrie van een constructie (mechanische onderdelen, architectonische elementen, elektronische schakelingen, bouwplannen, enz.), aangezien geometrie alle volgende fasen van de productlevenscyclus bepaalt. Voor dit doel worden werkteken- en geometrische modelleringssystemen vaak gebruikt. Dit is de reden waarom deze systemen meestal worden beschouwd als computerondersteunde ontwerpsystemen. Bovendien kan de in deze systemen gedefinieerde geometrie worden gebruikt als basis voor verdere bewerkingen in CAE- en CAM-systemen. Dit is een van de belangrijkste voordelen van CAD: het bespaart tijd en vermindert de fouten die gepaard gaan met het opnieuw definiëren van de geometrie van een constructie elke keer dat dit nodig is in een berekening. Daarom kan worden gesteld dat computerondersteunde productietekensystemen en geometrische modelleringssystemen de belangrijkste componenten zijn van computerondersteund ontwerp.
Computerondersteunde productie (CAM) is een technologie die bestaat uit het gebruik van computersystemen voor het plannen, beheren en controleren van productieactiviteiten via een directe of indirecte interface met de productiemiddelen van een onderneming. Een van de meest volwassen benaderingen van productieautomatisering is computernumerieke besturing (NC, numerieke besturing - NC). CNC omvat het gebruik van geprogrammeerde commando's om een machine te besturen die blanco's kan slijpen, snijden, frezen, stempelen, buigen en anderszins in afgewerkte onderdelen kan transformeren. Tegenwoordig zijn computers in staat grote programma's voor CNC-machines te genereren op basis van de geometrische productparameters uit een CAD-database en aanvullende informatie die door de operator wordt verstrekt. Onderzoek op dit gebied richt zich op het verminderen van de noodzaak voor tussenkomst van operators.
Een andere belangrijke functie van geautomatiseerde productiesystemen is het programmeren van robots, die in flexibele geautomatiseerde ruimtes kunnen werken en gereedschappen en werkstukken op CNC-machines kunnen selecteren en installeren. Robots kunnen ook hun eigen taken uitvoeren, zoals lassen, assembleren en apparatuur en onderdelen overbrengen werkplaats.
Ook de procesplanning wordt geleidelijk geautomatiseerd. Een procesplan kan de volgorde van de handelingen definiëren om een apparaat van begin tot eind te vervaardigen met gebruikmaking van alle benodigde apparatuur. Hoewel een volledig geautomatiseerde procesplanning, zoals al opgemerkt, praktisch onmogelijk is, kan er wel automatisch een plan voor de verwerking van een specifiek onderdeel worden gegenereerd als er al plannen zijn voor de verwerking van soortgelijke onderdelen. Voor dit doel is een groeperingstechnologie ontwikkeld waarmee u vergelijkbare details over een gezin kunt combineren. Onderdelen worden als vergelijkbaar beschouwd als ze gemeenschappelijke productiekenmerken hebben (bussen, groeven, afschuiningen, gaten, enz.). Voor automatische detectie van de gelijkenis van onderdelen is het noodzakelijk dat de CAD-gegevens informatie over dergelijke kenmerken bevatten. Deze taak wordt uitgevoerd met behulp van objectgeoriënteerde modellering of elementherkenning.
Bovendien kan de computer worden gebruikt om de noodzaak van het bestellen van grondstoffen en ingekochte onderdelen te bepalen en de hoeveelheden ervan te bepalen op basis van het productieschema. Deze activiteit wordt materiaalbehoefteplanning (MRP) genoemd. De computer kan ook worden gebruikt om de status van machines op de werkvloer te monitoren en hen passende taken te sturen.
Computer-aided engineering (CAE) is een technologie die computersystemen gebruikt om CAD-geometrie te analyseren, productgedrag te modelleren en te bestuderen om het ontwerp ervan te verbeteren en te optimaliseren. CAE-tools kunnen veel verschillende analyseopties uitvoeren. Programma's voor kinematische berekeningen zijn bijvoorbeeld in staat de bewegingstrajecten en snelheden van verbindingen en mechanismen te bepalen. Grote dynamische analyseprogramma's voor verplaatsingen kunnen worden gebruikt om belastingen en verplaatsingen in complexe composietconstructies zoals auto's te bepalen. Logica- en timingverificatie- en analyseprogramma's simuleren de werking van complexe elektronische circuits.
Blijkbaar wordt van alle methoden voor computeranalyse de eindige-elementenmethode (FEM) het meest gebruikt in het ontwerp. Met zijn hulp worden spanningen, vervormingen, warmteoverdracht, magnetische veldverdeling, vloeistofstromen en andere problemen met continue media berekend, die simpelweg onpraktisch zijn om op een andere manier op te lossen. Bij de eindige elementenmethode is het analytische model van een constructie een combinatie van elementen, waardoor het in afzonderlijke delen wordt verdeeld die al door een computer kunnen worden verwerkt.
Zoals eerder opgemerkt, heb je voor het gebruik van de eindige-elementenmethode een abstract model op een geschikt niveau nodig, en niet de structuur zelf. Een abstract model verschilt van een ontwerp doordat het wordt gevormd door onbelangrijke details uit te sluiten en afmetingen te verkleinen. Een driedimensionaal object met een kleine dikte kan bijvoorbeeld worden weergegeven als een tweedimensionale schaal. Het model wordt interactief of automatisch gemaakt. Het voltooide abstracte model is verdeeld in eindige elementen die een analytisch model vormen. Softwaretools waarmee u een abstract model kunt construeren en dit in eindige elementen kunt opsplitsen, worden preprocessors genoemd. Na analyse van elk element voegt de computer de resultaten samen en presenteert deze in een visueel formaat. Gebieden met hoge spanning kunnen bijvoorbeeld rood worden gemarkeerd. Softwaretools die voor visualisatie zorgen, worden postprocessors genoemd.
Er zijn veel softwaretools beschikbaar voor ontwerpoptimalisatie. Hoewel optimalisatietools kunnen worden geclassificeerd als CAE, worden ze meestal afzonderlijk beschouwd. Er wordt onderzoek gedaan naar de mogelijkheid om automatisch de vorm van een constructie te bepalen door optimalisatie en analyse te combineren. Bij deze benaderingen wordt aangenomen dat de oorspronkelijke vorm van de structuur eenvoudig is, zoals een rechthoekig tweedimensionaal object dat bestaat uit kleine elementen met verschillende dichtheden. Vervolgens wordt een optimalisatieprocedure uitgevoerd om de specifieke dichtheidswaarden te bepalen waarmee een specifiek doel zal worden bereikt, afhankelijk van spanningsbeperkingen. Het doel is vaak om het gewicht te minimaliseren. Na het bepalen van de optimale dichtheidswaarden wordt de optimale vorm van het object berekend. Het wordt verkregen door elementen met lage dichtheidswaarden weg te gooien.
Het mooie van ontwerpanalyse- en optimalisatietechnieken is dat ze de ontwerper in staat stellen het gedrag van het eindproduct te zien en mogelijke fouten te identificeren voordat daadwerkelijke prototypes worden gebouwd en getest, waardoor bepaalde kosten worden vermeden. Omdat de ontwerpkosten exponentieel stijgen in de late stadia van productontwikkeling en productie, werpt vroege optimalisatie en verbetering (alleen mogelijk via CAE-analyses) zijn vruchten af in een aanzienlijke vermindering van de ontwikkelingstijd en -kosten.
CAD-, CAM- en CAE-technologieën gaan dus over het automatiseren en verhogen van de efficiëntie van specifieke fasen van de productlevenscyclus. Hoewel ze onafhankelijk zijn ontwikkeld, hebben deze systemen het potentieel van de integratie van ontwerp en productie nog niet volledig gerealiseerd. Om dit probleem op te lossen werd een nieuwe technologie voorgesteld, genaamd geautomatiseerd
geïntegreerde productie (computer - geïntegreerde productie - S/M). CIM probeert ‘eilanden van automatisering’ met elkaar te verbinden en er een soepel en efficiënt besturingssysteem van te maken. CIM omvat het gebruik van een computerdatabase om de hele onderneming effectiever te beheren, met name de boekhouding, planning, levering en andere taken, niet alleen ontwerp en productie, die werden gedekt door CAD-, CAM- en CAE-systemen. C1M wordt vaak een bedrijfsfilosofie genoemd in plaats van een computersysteem.
Ten slotte zorgen engineering data management systemen (PDM - Product Data Management) voor de opslag en het beheer van ontwerpdocumentatie van ontwikkelde producten, het bijhouden van wijzigingen in de documentatie, het opslaan van de geschiedenis van deze wijzigingen, enz.
De term CAD (ontwerpautomatiseringssysteem) impliceert dus een geïntegreerde benadering van productontwikkeling en omvat een reeks CAD/CAM/CAE-systemen. De ontwikkeling van systemen voor geometrische modellering, analyse en berekening van productkenmerken gaat gepaard met integratie binnen de onderneming. De mondiale markt voor stand-alone CAD/CAM-oplossingen is al verzadigd, de systemen zijn qua functionaliteit vergelijkbaar en de groeisnelheid van dit marktsegment is minimaal. Om deze reden is er een toenemende integratie van CAD/CAM/CAE-systemen met PDM-systemen, waarmee u ontwerpdocumentatie voor producten in ontwikkeling kunt opslaan en beheren, wijzigingen in de documentatie kunt aanbrengen en de opslag van de geschiedenis van deze wijzigingen kunt bijhouden. . Door de functies van PDM-systemen uit te breiden naar alle fasen van de productlevenscyclus, worden ze PLM-systemen (Product Lifecycle Management). De ontwikkeling van PLM-systemen zorgt voor maximale integratie van de processen van ontwerp, productie, modernisering en onderhoud van bedrijfsproducten en heeft in essentie veel gemeen met het concept van geïntegreerde (CALb-technologie).
systeemcontroletaal spice
CAE (Computerondersteunde engineering) is een algemene naam voor programma's en softwarepakketten die zijn ontworpen om verschillende technische problemen op te lossen: berekeningen, analyse en simulatie van fysieke processen. Het berekeningsgedeelte van de pakketten is meestal gebaseerd op numerieke methoden voor het oplossen van differentiaalvergelijkingen. Moderne automatiseringssystemen voor technische berekeningen (CAE) worden gebruikt in combinatie met CAD-systemen (vaak daarin geïntegreerd, in welk geval hybride CAD/CAE-systemen worden verkregen).
CAE-systemen zijn een verscheidenheid aan softwareproducten waarmee met behulp van berekeningsmethoden (eindige elementenmethode, eindige differentiemethode, eindige volumemethode) kan worden geëvalueerd hoe een computermodel van een product zich onder reële bedrijfsomstandigheden zal gedragen. Ze helpen de functionaliteit van het product te garanderen zonder dat dit veel tijd en geld kost.
Functies van CAE-systemen
De functies van CAE-systemen zijn behoorlijk divers, omdat ze verband houden met ontwerpprocedures voor analyse, modellering en optimalisatie van ontwerpoplossingen. Bij het functioneel ontwerpen van een besturingssysteem wordt het gebruikte type CAE-systeem bepaald door het niveau van beschrijving van het besturingssysteem: het niveau van het systeem als geheel; besturingssysteem apparaatniveau; niveau van elementen van besturingssystemen.
CAE-systemen voor objecten van elektrische aard bevatten meestal rekenprogramma's:
· frequentiekarakteristieken;
· berekening van steady-state-processen (statische analyse);
· berekening van transiënte processen (dynamische analyse);
· berekening van ruis, spectra, temperatuurvariaties;
· statistische analyse met behulp van de Monte Carlo-methode;
· berekening van de gevoeligheid;
· berekening van het ergste geval;
· rekening houden met sin digitale componenten;
· parametrische optimalisatie.
De meeste moderne CAE-systemen voor het ontwerpen van elektronische apparaten gebruiken het SPICE-formaat. Dit is een invoerontwerptaalformaat dat wordt ondersteund door de meeste universele CAD-systemen voor elektronische apparaten: Protel, OrCAD, MicroCAP, Proteus, enz. Deze CAD-systemen kunnen worden gebruikt bij het ontwerpen van besturingssystemen op het niveau van het systeem als geheel en de controlesystemen. systemen apparaten
CAE-systemen, traditioneel werktuigbouwkunde genoemd, omvatten voornamelijk programma's voor het modelleren van velden met fysieke grootheden, inclusief sterkteanalyse, die meestal wordt uitgevoerd in overeenstemming met FEM. Dergelijke CAD-systemen worden gebruikt bij het ontwerp van elementen van besturingssystemen.
SPICE-formaat
De taal is ontworpen om elektrische circuits met verschillende complexiteit te beschrijven, en wordt gebruikt om circuits in de tijd- en frequentiedomeinen te berekenen, evenals in de statische modus. Dit soort berekeningen worden het meest gebruikt in de techniekpraktijk. Bij het modelleren worden alle elementen van het circuit vervangen door hun wiskundige modellen. SPICE-modellen zijn dus compleet.
De SPICE-taal en de daarop gebaseerde systemen worden in veel CAD-systemen gebruikt; Er zijn verschillende wijzigingen ervan. OrCAD 9.2 gebruikt bijvoorbeeld PSPICE. Merk op dat het OrCAD-systeem voorziet in de berekening van logische apparaten op basis van Booleaanse algebra. Naast PSPICE zijn er nog andere programma's WinSPICE (een niet-commercieel programma, gratis verspreid), HSPICE, XSPICE, etc. De talen die in alle systemen worden gebruikt, hebben kleine verschillen en toevoegingen vergeleken met de originele versie van SPICE.
De SPICE-taal kan worden gebruikt om digitale knooppunten te modelleren met alleen elektrische signalen. Hierbij worden complete SPICE-modellen van de chips gebruikt. De grootste moeilijkheid die zich voordoet bij het volledig modelleren van het interne elektrische circuit van een microschakeling tijdens computerondersteund ontwerp houdt verband met de dimensie van het rekenprobleem en de hoge orde van de systemen van vergelijkingen die het digitale knooppunt beschrijven. Reeds voor microschakelingen met een gemiddelde mate van integratie wordt het rekenvolume onredelijk groot.
Eén van de methoden die de omvang van het probleem aanzienlijk kan verkleinen is het gebruik van macromodellen. Ze kunnen echter alleen worden gebouwd voor een zeer beperkte klasse digitale elementen: flip-flops en logische elementen.
Een andere moeilijkheid die zich voordoet op weg naar een volledige circuitmodellering van een digitaal knooppunt op basis van SPICE-modellen van de samenstellende elementen is het gebrek aan vrij beschikbare schematische diagrammen, vooral met beoordelingen van passieve elementen en kenmerken van actieve elementen. Integendeel, de meeste grote bedrijven proberen deze informatie geheim te houden (vooral voor nieuwe ontwikkelingen).
In de technische documentatie voor microschakelingen bieden ze slechts af en toe een blokdiagram, wat vrijwel niets oplevert voor het opstellen van SPICE-modellen.
Soorten SPICE-analyse
· AC-analyse;
· DC-analyse;
· DC-overdrachtscurve-analyse;
· geluidsanalyse;
· overdrachtsfunctieanalyse;
· analyse van voorbijgaande processen.
Voorbeeld van het gebruik van PSICE in OrCAD 9.2
Boost-convertercircuit
Figuur 4.1 -- Boost ISN met transistor IRFJ120 in het stroomcircuit
Laten we een Monte Carlo-analyse uitvoeren en het geleverde vermogen op R5 analyseren. Statistische analyse met behulp van de Monte Carlo-methode wordt uitgevoerd met een statistische spreiding van parameters beschreven door de MODEL-richtlijn. Laten we een statische spreiding van parameters introduceren in de parameters van de elementen R_VD en C_out:
Figuur 4.2 -- Parameters van statische spreiding van elementen
Figuur 4.3 -- Simulatieparameters
Figuur 4.4 -- Simulatieresultaten
Als resultaat van de analyse met behulp van de Monte Carlo-methode bij N=10 ligt het uitgangsvermogen met de hoogste waarschijnlijkheid van 30% in de intervallen 8,428 m - 8,434 m W, en met de laagste waarschijnlijkheid van 15% - in de intervallen 8,397 m - 8.417m en 8.434 - 8.447m W .
CAE-systemen
CAE-systemen zijn een algemene term voor het aanduiden van informatieondersteuning voor geautomatiseerde analyse van een project gericht op het opsporen van fouten (sterkteberekeningen, kinematische botsingen, etc.) of het optimaliseren van producteigenschappen.
Berekenings- en technische analysesystemen (CAE) zijn de meest betrouwbare middelen om de vaststelling van technische (ontwerp- en technologische) beslissingen te rechtvaardigen en bestrijken een breed scala aan taken: berekeningen van het toekomstige product voor sterkte (stabiliteit, resonante trillingen, thermische analyse), het oplossen van problemen met betrekking tot de stroming van vloeistoffen en gassen
Computertechnische analysesystemen maken het mogelijk om de prestaties van de genomen beslissingen te evalueren en het ontwerp dat wordt ontwikkeld te optimaliseren (de kosten en productietijd te verlagen). De afgelopen jaren is er een tendens geweest dat bedrijven die software-analysetools ontwikkelen zich meer gaan specialiseren. Wereldleiders in de ontwikkeling, levering en ondersteuning van softwaresystemen voor technische analyse van werktuigbouwkundige producten zijn MSC, Software Corporation, SAMTECH, ANSYS en enkele anderen.
Vergelijkingscriteria voor CAE-systemen:
De wiskundige methode die wordt gebruikt om geometrie weer te geven;
Beschikbaarheid van een ingebouwde meshgenerator;
Functionaliteit;
Mogelijkheid om gegevens uit verschillende CAD-systemen te importeren.
Om elk type analyse uit te voeren, wordt in een CAD-systeem, gebaseerd op een exact geometrisch model, eerst een rekenmodel (vereenvoudigd) gemaakt door die structurele elementen te verwijderen die geen significante impact hebben op de analyseresultaten. Het rekenmodel wordt via standaardinterfaces naar het analysepakket overgebracht. Afzonderlijke analysepakketten hebben interne tools voor het construeren van een geometrisch model, met behulp waarvan het probleem van het modelleren van eenvoudige vormen kan worden opgelost.
Hieronder vindt u voorbeelden van pakketten, een lijst met de belangrijkste taken die met hun hulp zijn opgelost en de bedrijven die de ontwikkeling hebben uitgevoerd:
Euler - dynamische analyse van mechanische systemen met meerdere componenten (automechanica);
ISPA - sterkteberekening en -analyse (ALEXOFT);
POLYGON - eindige elementensysteem voor het modelleren van gieterijprocessen: hydrodynamische, thermische en krimpprocessen in 3D - setting (Central Research Institute of Materials);
Riemann - berekening en analyse van de spanning-rektoestand van constructies, oplossen van elastische en plastische problemen, inclusief stempel- en slagspanningen (ProGroup);
AWP WinMachine - een reeks programma's voor het ontwerp en de berekening van machineonderdelen, analyse van de spanning-rektoestand van constructies en hun elementen met behulp van de eindige elementenmethode (STC APM);
Diana - analyse van structuren en hun elementen (SRC ASK);
GasDinamics Tool - modellering van gasdynamische processen (Tula State University).
Een aparte groep technische analysesoftware bestaat uit pakketten die zijn ontworpen voor de analyse van dynamische processen. Deze groep omvat ADAMS, MVTU, PA-9, enz.
Het ADAMS-pakket (Mechanical Dynamics, Inc.) kan worden gebruikt voor dynamische en kinematische analyse van complexe mechanische circuits, statische en modale analyse. Met dit pakket kunnen problemen worden opgelost, bijvoorbeeld het aanmeren van ruimtevaartuigen, de vlucht- en landingsdynamiek, enz. Tweerichtingscommunicatie met eindige-elementenpakketten (ANSYS, MSC.NASTRAN, ABAQUS, I-DEAS) stelt u in staat een onbeperkt aantal eindige-elementenmodellen in het mechanisme in te bedden om rekening te houden met de invloed van vervormbaarheid op het gedrag van het systeem. ADAMS biedt informatie-uitwisseling met CAD-systemen en pakketten met wiskundige methoden (MATLAB, MATRIX, EASY5).
Zelftestvragen
1. Noem de belangrijkste fasen van de levenscyclus van radio-elektronische producten. Welke subsystemen zorgen voor de implementatie van elke fase?
2. Wat zijn end-to-end, top-down en parallelle ontwerptechnologieën?
3. Welke modules bevat het CAD-ontwerpsysteem? Wat zijn de belangrijkste functies?
4. Welke problemen lost het CAM-systeem voor technologische voorbereiding van de productie op?
5. In welke fase van de levenscyclus van hernieuwbare energiebronnen worden technische analysesystemen (SAE-systemen) gebruikt? Wat zijn de taken van deze systemen?
6. Met welke moderne systemen ter ondersteuning van het RES-ontwerpproces bent u bekend? Beschrijf ze.
