УМКДП 5В071000 Спецкурс по информатике

Министерство образования и науки Республики Казахстан Карагандинский государственный технический университет     Утверждаю Первый проректор ________Исагулов А.З. «____» _________ 2014 г.           УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ          по дисциплине  Спецкурс по информатике   для студентов специальности 050710 «Материаловедение и технология материалов»   Факультет    машиностроительный                            Кафедра       МЛП и КМ   2014

 

Предисловие Учебно-методический комплекс дисциплины преподавателя разработан:   к.т.н., доц. кафедры МЛП и КМ Кипнис Л.С. к.т.н., доц. кафедры МЛП и КМ Кузембаев С.Б. ассистент кафедры МЛП и КМ Альсенова Г.Б.   Обсужден на заседании кафедры МЛП и КМ Протокол № _______ от «____»______________200___ г. Зав. кафедрой ________________         «____»____________200___ г.     Одобрен методическим бюро машиностроительного факультета   Протокол № ________ от «_____»_____________200___ г. Председатель ________________        «____»____________ 200___ г.

1 Рабочая учебная программа

 

1.1 Сведения о преподавателе и контактная информация

Кипнис Лев Семенович, к.т.н., доц. кафедры МЛП и КМ

Кузембаев Серик Баппаевич, к.т.н., доц. кафедры МЛП и КМ

Альсенова Гульнара Бимендиновна, ассистент кафедры МЛП и КМ

Кафедра МЛП и КМ находится в гл. корпусе КарГТУ (Караганда, Б.Мира 56), аудитория 313, контактный телефон 56-75-92 доб. 124

 

1.2 Трудоемкость дисциплины

 

Семестр	Количество кредитов	Вид занятий					Количество часов СРС	Общее количество часов	Форма контроля
		количество контактных часов			количество часов СРСП	всего часов
		лекции	практические занятия	лабораторные занятия
6	3	15	30		45	90	45	135	Курсовая работа

 

1.3 Характеристика дисциплины

 

Дисциплина «Спецкурс информатики» является  вузовской компонентой цикла общеобразовательных дисциплин.

1.4 Цель дисциплины

Целью преподавания дисциплины является расширение и углубление знаний студентов в области информационных технологий, формирование основных навыков, необходимых в дальнейшем для активного использования компьютерной техники в  профессиональной деятельности.

На занятиях по данной дисциплине студенты рассмотрят теоретические и методические проблемы применения  информатики к процессам проектирования и подготовки  производства  изделий машиностроения, овладеют практическими навыками  работы с прикладными программными продуктами.

1.5 Задачи дисциплины

Задачи дисциплины – дать будущим  специалистам знания в области  систем автоматизированного  проектирования (САПР) машин и технологических процессов, познакомить  с современными разработками и основными направлениями развития автоматизированного  проектирования  машин и технологии.

В результате изучения данной дисциплины студенты должны:

иметь представление о принципах автоматизированного проектирования машин и технологических процессов в машиностроении;

знать: структуру и возможности современных САПР машин и технологических процессов получения литых изделий;

уметь: использовать  элементы  систем  автоматизированного проектирования при решении технологических и конструкторских задач;

приобрести практические навыки: в компьютерной графике, работе с базами данных, пакетами прикладных программ, формирующими системы автоматизированного проектирования машин и технологических процессов.

 

1.6 Пререквизиты

Для изучения данной дисциплины необходимо усвоение следующих дисциплин (с указанием разделов (тем)):

 

1.7 Постреквизиты

Знания и навыки, полученные при  изучении дисциплины «Спецкурс по информатике» студенты используют при изучении курсов и выполнении работы:

1. Оборудование, автоматизация машиностроительного производства.

2. Проектирование и производство заготовок.

3. Выпускная работа.

 

1.8 Содержание дисциплины

1.8.1 Содержание дисциплины по видам занятий и их трудоемкость

 

 

1.8.2 Тематика курсовых работ

Вычертить контуры деталей узла в сборе, расставить стандартные изделия и нанести размеры, надписи, выноски, технические требования:

1. Гидроцилиндр.
2. Вентиль угловой.
3. Клапан питательный.
4. Пневмоцилиндр.
5. Кран спускной.
6. Клапан предохранительный.
7. Цилиндр упора.
8. Насос.
9. Вентиль угловой.
10. Камера диафрагменная.

 

1.9 Список основной литературы

1. Симонович С. В. Информатика: Базовый курс. — Питер, 2003.

2. Основы современных компьютерных технологий: Учебное пособие/ Под ред. проф. Хомоненко А.Д.- СПб., 2001.

3. Симонович С. В., Евсеев Г. А., Алексеев А. Г. Специальная информатика: Учебное пособие. — М.: АСТ-ПРЕСС, 2001.

4. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Учебник для ВУЗов — М.: Изд. МГТУ им. Баумана, 2000.

5. Большаков В.П. Инженерная и компьютерная графика. Практикум. СПб.: БХВ-Петербург, 2004

6. Корячко В. П. , Норенков И.П. Теоретические основы САПР. Учебник для ВУЗов. — М.: Высшая школа, 1987.

7. Разработка САПР: в 10 книгах. Под ред. Петрова А.В.- М: Высшая школа, 1990.

8. КОМПАС-3D V7, Руководство пользователя, Том I  — 2004г. ЗАО АСКОН

9. Кипнис Л.С., Альсенова Г.Б. Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Спецкурс по информатике». Изд. КарГТУ, 2006

 

1.10 Список дополнительной литературы

10.  Залогова Л.А. Информатика: практика по компьютерной графике. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.

11. Глушков О. И. Автоматизация проектирования пресс-форм. – М.: Машиностроение, 1990.

12. Горстко А.Б., Кочковская С.В. Азбука программирования. М., Знание, 2000.

13. Неуструев А.А., Моисеев В.С Автоматизированное проектирование технологических процессов литья. Учебное пособие. — М.: МГАТУ,1994.

14. Курейчик В. М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР. – М.: Высшая школа, 1990.

15. Журнал «САПР и графика», 2000-2005 г.г.

 

1.11 Критерии оценки знаний студентов

 

Экзаменационная оценка по дисциплине определяется как сумма максимальных показателей успеваемости по рубежным контролям (до 60%) и итоговой аттестации (экзамен) (до 40%) и составляет значение до 100% в соответствии с таблицей.

 

Оценка по буквенной системе	Цифровые эквиваленты буквенной оценки	Процентное содержание усвоенных знаний	Оценка по традиционной системе
А А-	4,0 3,67	95-100 90-94	Отлично
В+ В В-	3,33 3,0 2,67	85-89 80-84 75-79	Хорошо
С+ С С- D+ D	2,33 2,0 1,67 1,33 1,0	70-74 65-69 60-64 55-59 50-54	Удовлетворительно
F Z	0 0	30-49 0-29	Неудовлетворительно

 

Рубежный контроль проводится на 7-ий и 14-й  неделях обучения и складывается, исходя из следующих видов контроля:

 

 

 

1.12 Политика и процедуры

При изучении дисциплины «Спецкурс по информатике» прошу соблюдать следующие правила:

1. Не опаздывать на занятия.

2. Не пропускать занятия без уважительной причины, в случае болезни прошу представлять справку, в других случаях – объяснительную записку.

3. Отрабатывать пропущенные занятия независимо от причины пропусков.

4. Активно участвовать в учебном процессе.

5. Быть терпимыми, открытыми, откровенными и доброжелательными к сокурсникам и преподавателям.

 

 

1.13 Учебно-методическая обеспеченность дисциплины

Ф.И.О автора	Наименование учебно-методической литературы	Издательство, год издания	Количество экземпляров
			в библиотеке	на кафедре
Основная литература
Норенков И.П.	Основы автоматизированного проектирования. Учебник.	М.: Изд. МГТУ  2000.	2	—
Большаков В.П.	Инженерная и компьютерная графика. Практикум.	СПб.: БХВ- 2004	3	—
Симонович С. В.	Информатика: Базовый курс.	Питер, 2003.	3
Хомоненко А.Д.	Основы современных компьютерных технологий:	СПб., 2001.	3	—
Симонович С. В., Евсеев Г. А.,  Алексеев А. Г.	Специальная информатика: Учебное пособие.	М.: АСТ-ПРЕСС, 2001.	2	—
Корячко В.П., Норенков И.П.	Теоретические основы САПР. Учебник для ВУЗов.	М.: Высшая школа, 1987.	10	—
Под ред. Петрова А.В.	Разработка САПР: в 10 книгах.	М: Высшая школа, 1990.	20	—
Неуструев А.А., Моисеев В.С.	Автоматизированное проектирование технологических процессов литья. Учебное пособие	М.: МГАТУ, 1994	2	—
Глушков О. И.	Автоматизация проектирования прессформ	М.: Машиностроение, 1990.	5	—
Кипнис Л.С., Альсенова Г.Б.	Методические указания к лабораторным занятиям  «Спецкурс по информатике»	Изд. КарГТУ, 2006	—	20
ЗАО АСКОН	КОМПАС-3D V7, Руководство пользователя, Том I.	ЗАО АСКОН 2004г.	—	10
Дополнительная литература
Курейчик В. М.	Математическое обеспечение САПР.	М.: Высшая школа, 1990.	5	—
Горстко А.Б., Кочковская С.В.	Азбука программирования.	М., Знание, 2000.	3	—
Залогова Л.А. —	Информатика: практика по компьютерной графике.	М.: ЛБЗ, 2001.	5	—
	Журнал «САПР и графика»	2000-2005	1	—

 

2 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине

Вид контроля

Цель и содержание задания

Рекомендуемая литература

Продолжительность выполнения

Форма контроля

Срок сдачи

 

1	2	3	4	5	6
Отчет по СРС (тема 1)	Углубить знания по теме	Периодические издания	2 недели	текущий	2-ая неделя
Отчет по СРС (тема 1)	Углубить знания по теме	Периодические издания	3 недели	текущий	5-ая неделя
Практическое занятие №1	Овладеть практическими навыками вычерчивания контуров деталей.	[8]	3 недели	текущий	3-ая неделя
Выполнение курсовой работы	Вычерчивание контуров деталей узла в сборе. Расстановка стандартных изделий с помощью библиотеки системы КОМПАС	[5, 8, 9,14]	6 недель	текущий	6-ая неделя
Отчет по СРС (тема 2)	Углубить знания по теме	[5, 8, 14]	2 недели	рубежный	7-ая неделя
Практическое занятие №2	Овладеть практическими навыками построения проекций.	[8]	3 недели	текущий	6-ая неделя
Выполнение курсовой работы	Нанесение размеров, надписей, выносок, технических требований. Оформление спецификации	[5, 8, 9, 14]	4 недели	текущий	10-ая неделя
Отчет по СРС (тема 3)	Углубить знания по теме	Периодические издания	3 недели	текущий	10-ая неделя
Практическое занятие № 3	Овладеть практическими навыками построения трехмерного изображения.	[5]	4 недели	текущий	10-ая неделя
Отчет по СРС (тема 3)	Углубить знания по теме	Периодические издания	3 недели	текущий	12-ая неделя
Практическое занятие № 4	Овладеть практическими навыками оформления чертежа.	[8]	4 недели	текущий	14-ая неделя
Реферат	Углубить знания по заданной теме	Периодические издания	В течение семестра		14-ая неделя
Отчет по выполнению курсовой работы	Выполнение всей графической части курсовой работы и оформление пояснительной записки	[5, 8, 9, 14]	4 недели	рубежный	14-ая неделя
Защита курсовой работы	Контроль знаний по курсу	Весь перечень   основной и дополнительной  литературы	2  контактных часа	итоговый	15-ая неделя

 

 

 

 

3. Конспект лекций

 

Тема 1.  Общие сведения о САПР. Процесс проектирования,

его организация

 

План лекции

1. Сущность, цели создания и назначение САПР

2.  Организация процесса проектирования  объектов техники.  Объекты проектирования в технике. Основные  этапы проектирования: описание объекта, проектная процедура и  проектное решение; оформление результатов проектирования. Подходы к процессу проектирования, принципы  декомпозиции, иерархичности, итерационности  и направленности проектирования.

3. Модели (описания) процесса проектирования.

САПР — системы автоматизированного проектирования — предназначены для выполнения проектных операций в автоматизированном режиме.

Цели создания и использования САПР:

–       повышения технико-экономического уровня и качества проектируемых и выпускаемых продуктов;

–       уменьшение затрат на проектирование;

–       сокращение сроков и уменьшение трудоемкости проектирования;

–       повышение качества проектной документации, упрощение ее хранения, передачи, использования.

Эти цели достигаются путем:

–       систематизации и совершенствования методики проектирования на основе математических методов и ЭВМ;

–       автоматизации рутинных трудоемких работ, высвобождающей время и силы проектировщика для творческой деятельности;

–       использования в ходе проектирования эффективных математических моделей высокого уровня сложности (см. ниже);

–       использования многовариантных решений и методов оптимизации;

–       создания и использования единых банков данных, содержащих сведения справочного характера, информацию о существующих объектах, библиотеки типовых решений;

–       замены натурных испытаний опытных образцов математическим моделированием (уменьшением стоимости и сроков доводки).

История и терминология

Идея — в Массачусетском технологическом институте в конце 50-х г.

База — расширение использования ЭВМ.

Эквивалентные русскоязычные и англоязычные термины.

CAD -Computer Aided Design — разработка

более узкий смысл — Computer Aided Drafting — черчение

CAM — Computer Aided Manufactoring — производство

CAQ — Computer Aided Quality Assurance — управление качеством

CAP — Computer Aided Planning — техническая подготовка производства

CAE — Computer Aided Engineering — инженерная деятельность (в комплексе)                 Наиболее употребительно в литературе:      CAD/CAM системы — объединенные системы проектирования и управления         производством.

Аналогично по смыслу:  CIM — Computer Integrated Manufactoring.

 

Общая структура жизненного цикла объекта (изделия). Проектирование объектов является составляющей их жизненного цикла.

 

 

 

 

 

 

 

Объектами проектирования могут быть материалы, предметы, системы (технические, организационные) и  процессы (технологии).

Создание объекта:

–       материала или предмета — изготовление и придания заданных свойств и характеристик;

–       процесса — его выполнения в соответствии с заданным алгоритмом;

–       системы — размещение во времени и пространстве и придание ей заданных свойств и характеристик, включая функционирование в соответствии с заданным алгоритмом.

Описание объекта:

–       для материала, предмета, системы — описание заданных свойств и характеристик, включая взаимодействия между частями и внешней средой;

–       для процесса — описание результата процесса и заданных параметров его выполнения во времени и пространстве.

Проектное решение: промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Результат проектирования — проектное решение (или их совокупность), удовлетворяющее заданным требованиям, необходимое для создания объекта.

Проект — совокупность проектных документов, в которых представлен результат проектирования.

Техническая система (ТС) — взаимосвязанная совокупность элементов, в которой:

а) функциональная взаимосвязь элементов обеспечивает их совместное действие как единого элемента системы более высокого уровня;

б) каждый элемент имеет самостоятельное функциональное назначение и определенную техническую форму реализации;

в) технически реализуемые элементы могут являться самостоятельными объектами проектирования.

Задачи синтеза, анализа и расчета параметров обеспечивают получение новых проектных данных. Они образуют в совокупности процесс разработки ПР. Очевидно, что в соответствии с терминологией, принятой в отечественной практике автоматизации проектирования, именно эти задачи могут быть классифицированы как проектные процедуры. Проектная процедура — формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением.

Согласно ГОСТ 22387-77 «Проектирование автоматизированное. Термины и определения», проектной процедурой называется формализуемая частная задача проектирования, выполнение которой обеспечивает получение информации, необходимой и достаточной для рассмотрения и определения дальнейшего направления проектирования.

Описание процесса проектирования технических систем

Принципы и подходы к процессу проектирования:

а) интуитивно-произвольный — базируется на интуиции руководителя разработки, процесс не формализуется;

б) типизационно — базовый — на основе типовых (базовых) решений, приемов и систем проектирования, опробованных ранее;

в) системный — средства проектирования, как и его объект, рассматриваются как технические системы.

Принцип декомпозиции

–       разбиение описания объекта проектирования на составные части (элементы) с целью их раздельного проектирования с учетом согласования принимаемых решений.

Схема процесса проектирования технической системы:

–       структурная декомпозиция системы;

–       описание возможных проектных решений по каждому элементу системы;

–       системное обобщение возможных решений по элементам системы.

Принцип иерархичности

–       структуризация представлений об объектах проектирования и их составных частях по степени конкретизации и детализации описания с целью последовательного наращивания сложности описания объекта в сочетании с декомпозицией.

Направленность  процесса проектирования.

Нисходящее проектирование — процесс поиска и выработки решений идет от высших уровней иерархии  к низшим (от общего к частному) с увеличением степени конкретизации и детализации.

Восходящее проектирование — процесс идет от низших уровней иерархии к высшим (от частного к общему) с выполнением синтеза решений при переходе к каждому следующему уровню.

Принцип итерационности проектирования.

При разработке сложных систем (объектов) выработать оптимальные проектные решения при однократном прохождении этапов и уровней проектирования удается не всегда.       Поэтому процесс проектирования ведется путем итераций (приближений, уточнений) к оптимуму (часто с возвратом к предшествующим этапам и уровням).

Модели (описания) процесса проектирования

1. Методическое — как совокупность цепочек проектных процедур по частным задачам (элементам) с получение ПР (проектных решений):

Методическое описание процесса проектирования

ИИ — исходная информация, ПР — оформленное проектное решение,

1 – постановка задачи, 2 – синтез проектного решения, 3 – расчеты,

4 – редактирование, 5 – принятие решения, 6 – документирование

 

МО  называют «цикл целенаправленной проектной деятельности»

1. Организационное — выделение уровней проектирования, различающихся глубиной детализации проектных решений.     Некоторые авторы называют это «цикл разработки изделия» (т.е. системы). Уровни проектирования примерно соответствуют принятым в нашей проектной практике стадиям:  разработка технического задания (ТЗ);  разработка технического проекта (ТП);  разработка рабочих чертежей (РП).
2. Системное — представление макромодели процесса проектирования как упорядоченной совокупности моделей процессов проектирования отдельных элементов технической системы (ТС).

 

Рекомендуемая литература: [1], [2], [3], [4], [7].

Контрольные задания для СРС

1. Описать  жизненный цикл изделия.
2. Составить алгоритм  проектной процедуры.
3. Дать пример принципа иерархичности при проектировании.
4. Составить методические описания проектирования изделий.

 

 

           Тема 2. Основные принципы построения и структура САПР.

Методическое и организационное  обеспечения САПР

 

 План лекции

1. Цели создания и основные принципы построения САПР.

2. Принципы автоматизации процесса принятия решений. Обобщенный алгоритм автоматизированного проектирования.

3. Обеспечения САПР. Структурные составляющие САПР, их взаимодействие.

Классификация САПР  в соответствии с ГОСТ 23501.108-85

САПР классифицируют по следующим  основным признакам:  особенности объекта проектирования;  возможности;  особенности технической базы.

По типу объекта проектирования:  изделий машиностроения,  изделий приборостроения,  САПР ТП в машиностроении  и приборостроении,  объектов строительства и  ТП в строительстве,   САПР программных изделий,   САПР организационных систем.

По сложности объекта проектирования:

1 — простых объектов — число элементов (составных частей)  до 100;

2 — средней сложности 100-1000;

3 — сложных 1000-10000

4 — очень сложных 10000-1000000

5 — очень высокой сложности > 1 млн. ед.

По числу выпускаемых документов

–       САПР малой производительности;

–       Средней производительности;

–       Высокой производительности.

По числу уровней в структуре технического обеспечения

–       Одноуровневые САПР — на базе АР компьютеров индивидуальных пользователей;

–       Двухуровневые — на базе АРМ, объединенных в локальную сеть;

–       Трехуровневые САПР — сеть со специализированным периферийным оборудованием, дающим выход на АСТП: устройство для изготовления фотошаблонов (печатных плат, схем); комплексы для контроля программ для станков с ЧПУ.

Разработка стратегии проектирования и структуры САПР.

Обобщенный алгоритм автоматизированного проектирования

Все элементы структуры действующей САПР находятся в сложных взаимодействиях между собой. Их общая логика направлена на реализацию обобщенного алгоритма проектирования.

Совокупность этих взаимодействий, взятая в целом и в их развитии по стадиям проектирования, образует обобщенный алгоритм автоматизированного проектирования. Он содержит в своем составе более или менее типовые операции, процедуры и стадии, которые в основном (по смыслу и содержанию) совпадают с элементами обобщенного алгоритма проектирования, однако по способу реализации здесь являются преимущественно автоматизированными. Кроме того, в алгоритм автоматизированного проектирования по необходимости включается целый ряд сервисных и системных операций и процедур (ввод-вывод данных, поиск информации, исполнение задач), связанных с надлежащим функционированием САПР.

Таким образом, обобщенный алгоритм автоматизированного проектирования представляет собой целесообразно организованную последовательность автоматизированных и неавтоматизированных операций проектирования, поддерживаемых  соответствующими видами обеспечений, которая в целом приводит в человеко-машинному выполнению процесса проектирования.

Основным звеном этого алгоритма является обобщенная процедура автоматизированного проектирования, которая повторяется с той или иной полнотой на всех стадиях проектирования и состоит из следующих основных этапов (см. рис 1): формирования концепций разработки; математического моделирования; постановки проектной задачи, выбора алгоритмов решения задачи; выбора комплекса средств автоматизации решения задачи; разработка отладочной задачи; решения задачи.

Компоненты, или  обеспечения (функциональные составляющие) САПР —  совокупность интеллектуальных и материальных (технических)  средств, необходимых для функционирования  САПР.

Обеспечения: методическое, организационное, техническое (аппаратное), программное, математическое, информационное, лингвистическое.

Методическое обеспечение — документы, в которых отражены состав и правила эксплуатации средств автоматизации проектирования (т.е. методическая инструкция САПР).

Методическое обеспечение определяет порядок взаимодействия пользователей САПР, формы выпускаемых документов, организацию эксплуатации, обслуживания и развития САПР в проектной организации.

Структурные составляющие САПР — подсистемы, по свойствам и функциям могущие действовать как самостоятельные системы.

Подсистемы САПР делятся на проектирующие  и  обслуживающие.

Персонал крупных проектных организаций делится на:

–       персонал проектных подразделений;

–       персонал службы САПР.

Первые занимаются непосредственно эксплуатацией САПР в ходе решения проектных задач:

–       ввод исходных данных;

–       формирование моделей;

–       запросы информации из БД;

–       расчеты, программирования;

–       согласование решений;

–       компоновка документации.

 

Персонал службы САПР обеспечивает:

–       работоспособность технических и программных средств САПР; их подготовку к работе, контроль (тестирование);

–       создание и сопровождение баз данных и библиотек типовых решений (архивов), сохранность и восстановление БД;

–       генерирование программных систем, базового и прикладного программного обеспечения;

–       обучение и консультации пользователей САПР.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 — Алгоритм обобщенной процедуры автоматизированного проектирования

 

Рекомендуемая литература: [1], [2], [4], [15].

Контрольные задания для СРС

1. Описать функциональные обязанности персонала службы САПР.

2.  Выполнить структурную декомпозицию механизма.

 

 

Тема 3. Техническое  и  программное обеспечение САПР

 План лекции

1. Средства технического обеспечения САПР, требования к ним, состав и схемы организации.

2. Организационная структура САПР. Автоматизированные рабочие места (АРМ) и комплексы технических средств САПР.

3. Многоуровневые САПР.

4. Базовое и прикладное программное обеспечение САПР, его состав, ре     жимы использования. Специализированное  программное обеспечение.

Техническое обеспечение (ТО).

         ТО — совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для функционирования САПР.   Комплексы технических средств (КТС САПР) могут создаваться на базе серийных или специализированных технических средств.

Требования к КТС САПР:             системные, функциональные, технические, организационные и эксплуатационные.

Системные требования—эффективность, универсальность, совместимость, гибкость и открытость, надежность, точность, защищенность (от помех, сбоев, некомпетентного и несанкционированного вмешательства), возможность одновременной работы достаточно большого числа пользователей, экономичность.

Универсальность предполагает возможность достаточно широкого круга задач в заданной области без необходимости перестройки.

Совместимость — средства, входящие в комплекс, должны обладать технической, программной, информационной и др. совместимостью.

Гибкость и открытость — структура технических средств должна позволять перестройку системы, модернизацию, наращивание возможностей.

Функциональные требования — совокупность требований, определяющих технические возможности средств: сложность математических моделей; реализацию библиотек решений; архивов; базы данных; системы поиска данных; графические возможности; способы документирования проектных решений (результатов проектирования); связь с технологическим оборудованием в АСУТП.

Технические требования:

производительность (быстродействие);

разрешающая способность;

емкость запоминающих устройств (оперативных, постоянных, внешних);

виды носителей информации;

типы интерфейсов для сопряжения элементов.

Организационно-эксплуатационные требования: эргономика, безопасность персонала (электрическая, пожарная, гигиеническая); ремонтопригодность.

Состав ТО

1.Программно-вычислительные средства (программно-технические комплексы (ПТК) или  технические средства программной обработки данных:

–       при одноуровневой структуре САПР — персональные компьютеры (РС), независимые или в локальной сети;

–       при двух и трехуровневой структуре — центральный вычислительный комплекс (ЦВК) или рабочая станция (Work Station — WS) и терминалы пользователей (РС), объединенные в сеть.

2. Группа ТС подготовки и ввода данных, устройства отображения и документирования результатов (устройства ввода-вывода), другое название — периферийные устройства.

Устройства ввода: клавиатура, мышь, сканер, световое перо, дисководы магнитных накопителей и лазерных дисков.  Кроме этого — устройства кодирования информации, ввод с перфоносителей, , микрофиш, цифрователи (digitizer) — для перевода в цифровую форму рисунков, чертежей, графиков.

Устройство визуального отображения (УВО) — дисплей

Устройства вывода (документирования) данных:  печатающие — принтеры, графопостроители (плоттеры), фотонаборные, на магнитные   носители, лазерные диски и др.

Плоттеры — по способу построения изображения делятся на  рулонные (барабанные) и планшетные. Планшетные удобны для получения изображений на листах твердого материала – пластика, металла, фанеры (например — шаблонов). Развитием планшетных плоттеров являются гравирующие плоттеры.

3. Средства передачи данных — средства связи между компонентами САПР.

–       аппаратура передачи данных (модемы, преобразователи, шифраторы и дешифраторы),

–       устройства защиты от ошибок, аппаратура сопряжения и др. объединяются в сети.

4. Технические средства архива, баз и банков данных

Накопление, хранение, контроль, восстановление и размножение данных по выполненным проектам, справочных данных (в т.ч. нормативно-технических).

Стандартная единица ТО САПР — АРМ — автоматизированное рабочее место

–       на одном рабочем месте собраны все основные компоненты технического обеспечения САПР.

–       на базе одного АРМ может функционировать САПР (одноуровневая), или ее подсистема.

АРМ представляет собой программно-технический комплекс на базе ПЭВМ с соответствующими средствами подготовки, ввода, отображения и документирования данных, обеспечивающее выполнение общесистемных, базовых или прикладных задач САПР.

АРМ в общем виде строится как система, функционирующая в однопользовательском режиме, либо в многопользовательском мультипрограммном режиме работы (одновременное решение нескольких задач). Состав терминалов, входящих в АРМ, может быть различным, в зависимости от решаемых ими задач, он меняется также по мере развития технических средств и расширения их возможностей.          АРМ могут работать автономно (независимо), либо объединятся в локальные вычислительные сети. По назначению различают проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные АРМ.

Центральные вычислительные комплексы (ЦВК) САПР.

         Центральный вычислительный комплекс предназначается для объединения совокупности АРМ в единый процесс проектирования, хранения и представления единой общесистемной информации, а также для дополнения вычислительных мощностей отдельных АРМ.

Центральный вычислительный комплекс в зависимости от сложности объектов проектирования и территориального рассредоточения САПР может создаваться на базе локальных вычислительных сетей или с использованием  глобальной вычислительной сети.

Глобальная сеть предусматривается в случаях, когда пользователи САПР (организации или отдельные исполнители) находятся на большом удалении друг от друга.

ЦВК на базе локальных сетей создают для САПР с небольшой территориальной рассредоточенностью (как правило, в одной организации).

Как правило, локальная вычислительная сеть включает в себя ЭВМ, АРМ и абонентские терминалы; сеть может иметь структуру прямого соединения (шина) или петлевую (кольцо).

Программное обеспечение (ПО) САПР  представляет собой совокупность программ с необходимой программной документацией, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.

ПО САПР включает в себя:

–       Базовое программное обеспечение средств вычислительной техники;

–       Базовое общесистемное программное обеспечение САПР;

–       Специализированное прикладное программное обеспечение.

Базовое ПО вычислительной техники — операционные системы (ОС); системы программирования и сервисные программы общего назначения (MS DOS, Norton-Commander, Windows и др.).

Базовое общесистемное ПО — программы межотраслевого применения, которые реализуют наиболее общие САПР. Базовое общесистемное ПО может быть основой для разработки прикладного программного обеспечения.

Прикладное ПО — программы, используемые непосредственными участниками проектирования (пользовательские программы).

Стандартные (инвариантные) — программы широкого применения, межотраслевые. Могут выступать и в качестве базового общесистемного ПО.

Пример — AutoCAD фирмы Autodesk Incorporated.

Как правило, такие программы разрабатываются крупными фирмами, работающие в области создания программных продуктов.

Специализированное — для решения узкого определенного круга задач. Делится на проблемно- и объектно-ориентированное.      Пакеты прикладных программ (ППП) — наборы (библиотеки) программ, которые могут использоваться программистами для разработки отдельных подсистем САПР.

Примеры специализированных программ:

расчеты параметров технологического процесса изготовления отливки (Novocast); система проектирования пружин  КОМПАС-Spring, КОМПАС-Электрик и др.

Режимы взаимодействия пользователя САПР с ПЭВМ.

1. Пакетный режим -написание программы, ввод (данных), обработка (решение),  вывод результатов (полное решение задачи).

2. Диалоговый  режим — пакет программ (фрагментов), данные вводятся частями, после каждого решения — вывод — оценка и новый ввод; конец решения — общий вывод результатов.

3. Графический интерактивный режим.

 

           Рекомендуемая литература: [1], [2], [3], [14], [15].

Контрольные задания для СРС

1. Изучить современные средства технического обеспечения САПР.

1. Составить пример диалогового режима взаимодействия пользователя САПР с ЭВМ.

3. Ознакомиться с системами прикладного программного обеспечения САПР.

Тема 4. Математическое, информационное и

лингвистическое обеспечения САПР

 

 План лекции

1. Состав математического обеспечения: математические модели, методы и алгоритмы проектных процедур.

     2. Типы математических моделей. Методы получения математических моделей.

3.Инженерный анализ, виды анализа  и математических моделей технических систем и процессов. Многовариантный анализ и оптимизация.

4. Состав и функции информационного обеспечения САПР, основные требования к нему.  Базы и банки данных. Программные средства и системы управления базами данных.

5. Лингвистическое обеспечение САПР, языки проектирования

 

         Математическое обеспечение (МО) включает в себя:

1. Математические модели проектируемых объектов;
2. Методы и алгоритмы проектных операций и процедур.

Математические обеспечение делится на общее и специальное

Способы моделирования технических систем:

–       Масштабное — объект и модель имеют одинаковую физическую природу, отличаются только размерами (например, продувка моделей в аэродинамических трубах);

–       Аналоговое — объекты заменяют моделью другой физической природы (электро или гидромоделирование тепловых процессов и др.);

–       Математическое — описание реального объекта абстрактными математическими выражениями  (формулы, функции и т.п.).

Виды математических моделей

         Морфологические модели — устройство объекта, его структура, геометрия и т.д. Разновидности: структурные — состав и взаимное расположение элементов; геометрические — пространственные соотношения, конфигурация.

Структурные модели — наиболее распространенные в виде графов — множество вершин (узлов) и ребер, связывающих эти вершины. Направление связей между элементами отображается ребрами со стрелкой. Вершинам и ребрам присваиваются числовые метки, которые называют весами.

Любая техническая система  может быть представлена в виде структурной модели, описываемой графом, узлы которого соответствуют элементам различного уровня детализации.

Геометрические модели — фигуры, поверхности, объемы (двумерные и трехмерные). Аналитические геометрические модели — модели, описываемые математическими формулами.        Числовые модели — описываемые числовым (цифровым) представлением. Методика геометрического моделирования — инженерная (прикладная) геометрия: правила построения и преобразования изображений. Компьютерная графика базируется на этой методике.

Морфологическое описание в общем случае имеет вид:

где    S — описание (модель);

∑ — множество элементов;

R — множество связей;

С — множество структур по ступеням иерархии.

Функциональные модели — зависимости, связывающие эксплуатационные функции системы или элемента (выходные характеристики) с входными факторами (проектными или управляющими параметрами, воздействиями внешней среды или других элементов системы), а также критериями оценки функциональных качеств элементов и системы в целом, соответствующих цели проектирования.

Функциональное описание в математической форме имеет вид

где    y — выходная характеристика (вектор — функция);

t, s — временные и пространственные координаты;

x, v, z – векторы  входных факторов (проектных, взаимодействующих, внешних).

Функциональные модели делятся:

1. по способу построения — на теоретические (строгие) и экспериментальные  (регрессионные);
2. по форме связей — на аналитические,  в виде явных функциональных зависимостей между параметрами (формулы),  и алгоритмические, в виде  зависимостей,  выраженных  неявно (например,  номограмм, по которым  находят численное значение величин для решения трансцендентного управления).

Модели могут быть: статические (неизменяемые во времени) и динамические (изменяющиеся), детерминированные (по жестким зависимостям) и стохастические (с учетов случайных отклонений переменных).

Требования к математическим моделям

1. Точность — максимально возможное приближение к описываемому реальному объекту;
2. Надежность — воспроизводимость результатов при небольших погрешностях в исходных данных;
3. Экономичность — нерациональность чрезмерного усложнения, приводящего к удорожанию работы без достаточно большого эффекта;
4. Универсальность — возможность применения к однотипным проектируемым объектам.

Информационное обеспечение (ИО) САПР – совокупность сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования; предназначается для организации, хранения, получения всех необходимых для проектирования данных.   В организационной структуре САПР оно составляет информационную  (ИС)   либо информационно – поисковую  системы  (ИПС).       Информационное обеспечение определяется как информационная база САПР, которая делится на 2 составляющих:   внемашинная        (информационный фонд) и    электронная (база данных). Информационный фонд – информация на традиционных носителях, содержит нормативные, справочные, методические материалы, данные предыдущих разработок, типовые решения и т.д. По длительности использования их делят на постоянные и переменные.

База данных (внутримашинная) – может быть в виде набора отдельных, произвольных или определенным образом организованных файлов, либо в виде библиотек или более сложных структур, управляемых специальными программами – системами управления базами данных (СУБД).

Компоненты ИО САПР должны обеспечить:

—       надежное хранение информации в течение требуемого срока;

—       логическую структуризацию данных по формальным признакам;

—       эффективный доступ и данным (по запросам пользователей или программ);

—       ведение баз данных – просмотр, дополнение, корректировку, удаление данных;

—       поддержку необходимой достоверности данных;

—       защиту от несанкционированного и некомпетентного доступа;

—       максимальное использование серийных технических и программных средств.

Надежность хранения достигается комплексом организационных и программных средств: контроля, защиты, корректировки, анализа состояния, копирования и восстановления баз данных.

Ведение баз данных должно автоматизироваться  и реализовываться в режиме диалога и обращения из прикладных программ.

Базы данных могут быть корпоративными (закрытыми) и общего пользования, которые составляются  специализированными фирмами-разработчиками для коммерческих целей (например, электронный «Инженерный справочник» фирмы APPIUS).

Лингвистическое обеспечение САПР – совокупность языков проектирования, в том числе термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования.

Языки проектирования служат для представления и преобразования описаний в процессе автоматизированного проектирования:

—       заданий на проектирование;

—       проектных процедур и операций;

—       проектных решений;

—       проектных документов.

В качестве языков проектирования в САПР используются:

1) универсальные алгоритмические языки (ФОРТРАН, ПЛ/1, Паскаль, Ада, Ci++ и др.);

2) специализированные проблемно – ориентированные языки проектирования и трансляторы к ним.

По месту в процессе проектирования языки делят на входные, внутренние, промежуточные, выходные, сопровождения, управления.

По способу представления информации различают: алфавитно-цифровые, графические, голосовые, смешанные языки проектирования.

Входные языки предназначены для задания исходной информации об объектах и целях проектирования.

К ним относятся языки описания объектов (ЯОО) и языки описания заданий (ЯОЗ), в том числе языки моделирования (языки описания процессов).

Внутренние и промежуточные языки предназначены для представления информации на определенных стадиях ее обработки в ЭВМ, в основном для преобразования данных из входных языков разных систем в единый унифицированный промежуточный язык определенной инвариантной системы (и наоборот).

Выходные языки предназначаются для представления результатов выполнения проектных процедур, в том числе проектных решений в форме, пригодной для дальнейшего применения (чертеж, схема, язык управления с ЧПУ, гравировальным плоттером и т.п.).

Языками сопровождения и управления служат для непосредственного общения пользователей с ЭВМ при решении задач.

Для взаимодействия пользователя с САПР (с машиной) она должна быть снабжена пользовательскими интерфейсом (user interface), который должен включать в себя входной язык (способ кодирования) и пользовательское меню, ручное (свободное) черчение (рисование).

Входной язык – это способ кодирования команд,  названия команд и дополнительные сведения. Меню может быть числовое (вводится с клавиатуры, им  трудно пользоваться, так как его нужно помнить), и словесное,  на дисплее, как в AutoCAD, КОМПАС и др. Некоторые команды могут вводиться функциональными клавишами клавиатуры.

САПР должна иметь возможность ввода информации из банка данных, или записывать в него некоторые данные. Для этого создаются специальные программы для преобразования данных в форму, подходящую для ввода и вывода информации (интерфейсы с банками данных).

Рекомендуемая литература: [1], [2], [3], [4], [12].

Контрольные задания для СРС

1. Разработать примеры функциональных  математических моделей.
2. Описать применение физического моделирования при литье.

3. Описать функции информационного обеспечения конструкторских САПР.

          

 

           Тема 5.  Системы компьютерной графики,  их разновидности,

                          область применения. Автоматизация оформления

                          конструкторской документации

План лекции

1.Основы представления графиче­ских данных. Растровая и  векторная графика.

2. Системы двухмерной   и  трехмерной графики, твердотельное

моделирование: AutoCAD, T-FLEX, CATIA, КОМПАС, Cimatron,

SolidWorks, Autodesk Invertor  и др.

3. Объектно-ориентированные системы компьютерной графики.

4. Системы реверсивного (обратного) инжиниринга.

 

 

Представление данных на мониторе компьютера в графическом виде впервые было реализовано в середине 50-х годов.

Компьютерная графика  охватывает все виды и формы представления изображений, доступных для восприятия человеком. Визуализация данных нахо­дит применение в самых разных сферах человеческой деятельности (компьютерная томография, строение вещества,  научные исследования, архитектура, моделирование тканей и одежды, конструкторские разработки).

В зависимости от способа формирования изображений принято подразделять  растровую, векторную и фрактальную компьютерную графику. Отдельным предметом считается трехмерная (3D) графика, в ней сочетаются векторный и растровый способы формирования изоб­ражений.

Специализация в отдельных областях: инженерная графика,  Web-графика, компьютерная полиграфия,  компьютерная  анимация и др.

Структура и методы компьютерной графики основаны на достижениях  математики, физики, химии, биологии, статистики, программирования и  других. Поэтому компьютер­ная графика является одной из наиболее бурно раз­вивающихся отраслей информатики.

Растровая графика основана на получении         изображений, состоящих из точек. Для неё важно понятие разрешения, выра­жающее количество точек, приходящихся на едини­цу длины. При этом следует различать     разрешение оригинала,   экранного изображения,  печатного изображения.

 

 

         Разрешение оригинала из­меряется в точках на дюйм (dots per inch — dpi) и за­висит от требований к качеству изображения и раз­меру файла, способу оцифровки или методу создания исходной иллюстрации, избранному формату фай­ла и другим параметрам. В общем случае действует правило: чем выше требования к качеству, тем выше должно быть разрешение оригинала.

         Для экранных копий изображения элементарную точку растра принято называть пикселом. Размер пиксела варьируется в зависимости от выбранного экранного разрешения (из диапазона стандартных значений), разрешения оригинала и масштаба отображения.

Мониторы для обработки изображений с диагональю 19-24 дюйма (профессионального класса), как правило, обеспечивают стандартные экранные разрешения от 640480 до 20481536 точек. Расстояние между соседними точками люминофора у качественного монитора составляет 0,22-0,25 мм.

         Размер точки растрового изображения как на твердой копии (бумага, пленка и т. д.), так и на экране зависит от примененного метода и параметров растрирования оригинала. При растрировании на оригинал как бы накладывается сетка линий, ячейки которой образуют элемент растра. Частота сетки растра измеряется числом линий на дюйм (lines per inch — lpi) и называется линиатурой.

Размер точки растра рассчитывается для каждого элемента и зависит от интенсив­ности тона в данной ячейке. Чем больше интенсивность, тем плотнее заполняется элемент растра. То есть, если в ячейку попал абсолютно черный цвет, размер точки растра совпадет с размером элемента растра. В этом случае говорят о 100% заполняемости. Для абсолютно белого цвета значение заполняемости составит 0%. На, практике заполняемость элемента на отпечатке обычно составляет от 3 до 98%. При этом все точки растра имеют одинаковую оптическую плотность, в идеале приближающуюся к абсолютно черному цвету. Иллюзия более темного тона создается за счет увеличения размеров точек и, как следствие, сокращения пробельного поля между ними при одинаковом расстоянии между центрами элементов растра (рис. 15,1). Это растрирование с амплитудной модуляцией (АМ).

Рис.1. Примеры амплитудной и частотной модуляции растра

 

При растрировании с частотной модуляцией (ЧМ)  интенсив­ность тона регулируется изменением расстояния между соседними точками одинакового размера,  таким образом,  в ячейках растра с разной интенсивностью тона находится разное число точек (см. рис. 1). Изображения, растрированные ЧМ-методом, выглядят более качественно, так как размер точек  существенно меньше, чем средний размер точки при АМ-растрировании. (рис. 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Пример использования стохастического растра

 

        

При печати изображений с наложением растров друг на друга, например много­цветных, каждый последующий растр поворачивается на определенный угол. Тра­диционными для цветной печати считаются углы поворота: 105 градусов для голу­бой печатной формы, 75 градусов для пурпурной, 90 градусов для желтой и 45 градусов для черной.

         Средствами растро­вой графики принято воспроизводить работы, требующие высокой точности в передаче цветов и полутонов.  Размеры файлов растровых иллюстраций стремительно растут с увеличением разрешения. Фотоснимок для домашнего прочтения (стандартный размер 1015 см, оцифрованный с разре­шением 200-300 dpi), занимает в формате TIFF с вклю­ченным режимом сжатия около 4 Мбайт. Цветное изображение формата А4 занимает 120-150 Мбайт.

         Одним из недостатков растровой графики является  пикселизация изображений при их увеличении (если не приняты специальные меры). Так как в оригинале присутствует определен­ное количество точек, то при большем масштабе увеличивается и их размер, стано­вятся заметны элементы растра, что искажает саму иллюстрацию. Для противодействия пикселизации принято заранее оцифровывать оригинал с разрешением, достаточным для качественной визуализации при масштабировании.

В векторной графике базовым элементом изображения является  линия. Она описывается математически как единый объект, и потому объем данных для отображения  средствами векторной графики существенно меньше, чем в растровой графике.

Рис. 15.4. Объекты векторной графики

 

Линия  — элементарный объект векторной графики. Она обладает  формой (прямая, кривая), толщиной, цветом, начертанием (сплошная, пунктирная). Замкнутые линии приобретают свойство заполнения. Охватываемое ими пространство может быть заполнено другими объектами или выбранным цветом.   Простейшая незамкнутая линия ограничена двумя точками, именуемыми узлами. Узлы также имеют свойства, параметры которых влияют на форму конца линии и характер сопряжения с другими объектами.

Все прочие объекты векторной графики составляются из линий. Например, куб можно составить из шести связанных прямоугольников, каждый из которых, в свою очередь, образован четырьмя связанными линиями. Можно представить куб и как двенадцать связанных линий, образующих ребра.

Математической основой векторной графики служат положения аналитической геометрии.

        Точка на плоскости представляется двумя числами (х, у), указываю­щими его положение относительно начала координат. Прямой линии  соответствует уравнение у = kx + b. Указав параметры k и b, всегда можно отобразить бесконечную прямую  в известной системе коор­динат, то есть для задания прямой достаточно двух параметров.          Отрезок прямой отличается тем, что требует для описания еще двух парамет­ров — например, координат х₁ и х₂ начала и конца отрезка.

         Параболы, гиперболы, эллипсы, окружности, то есть все линии, уравнения которых содержат степени не выше второй, относятся к  классу кривых второго порядка. Кривая второго порядка не имеет точек перегиба. Прямые линии являются  частным случаем кривых второго порядка. Формула кривой второго порядка в общем виде может выглядеть так:

         Таким образом, для описания бесконечной кривой второго порядка достаточно пяти параметров. Если требуется построить отрезок кривой, необходимы еще два пара­метра.

         Отличие  кривых третьего порядка со­стоит в возможном наличии точки перегиба. Например, график функции у = х³ имеет точку перегиба в начале координат (рис. 5). Все кривые второго порядка, как и прямые, являются частными случаями кривых третьего порядка.

В общем случае уравнение кривой третьего порядка можно записать так:

Рис. 5. Кривая третьего порядка (слева) и кривая Безье (справа)

         Таким образом, кривая третьего порядка описывается девятью параметрами. Опи­сание её отрезка требует на два параметра больше.

         Кривые Безье — это особый, упрощенный вид кривых третьего порядка (см. рис. 5). Метод построения кривой Безье основан на использовании пары касательных, проведенных к отрезку линии в ее окончаниях. Отрезки кривых Безье описываются восемью параметрами, поэтому работать с ними удобнее.

Линия — Основной объект векторной графики.  Иногда вместо понятия линии исполь­зуется понятие контур. Этот термин более полно отражает суть, поскольку контур может иметь любую форму – прямой, кривой, ломаной линии, фигуры.

Каждый контур имеет две или более опорных точек, также именуемых узлами. Элемент контура, заключенный между двумя смежными опорными точками, назы­вают сегментом контура. Форму контура меняют перемещением опорных точек, изменением их свойств, добавлением новых и удалением имеющихся узлов. Контур может быть открытым или замкнутым – когда последняя опорная точка одновре­менно является и первой. Свойства замкнутых и открытых контуров различны.

• Контур является элементарным графическим объектом. Из контуров создают новые объекты или их группы. С несколькими контурами выполняют операции группи­ровки, комбинирования, объединения. В результате образуются соответственно: группа объектов, составной контур, новый контур. После операции группировки каждый контур сохраняет свои свойства и принадлежащие ему узлы. После опера­ции комбинирования составной контур приобретает новые свойства, но узлы остаются прежними.

Фрактальная графика, как и векторная, основана на математических вычислениях. Базовым элементом фрактальной графики является сама математическая формула, то есть никаких объектов в памяти компьютера не хранится,  изображение строится исключительно по уравнениям. Таким способом строят как простейшие регулярные структуры, так и сложные иллюстрации, имитирующие  трехмерные объекты (рис. 6).

Рис. 6. Примеры фрактальных объектов

 

Трехмерная графика нашла широкое применение. В качестве примера рассмотрим наиболее сложный вариант трехмерного моделирования — создание подвижного изображения реального физического тела.

В упрощенном виде для пространственного моделирования объекта требуется:

• · спроектировать и создать виртуальный каркас («скелет») объекта, наиболее полно соответствующий его реальной форме;
• · спроектировать и создать виртуальные материалы, по физическим свойствам визуализации похожие на реальные;
• · присвоить материалы различным частям поверхности объекта;
• · настроить физические параметры пространства, в котором будет действовать объект, — задать освещение, гравитацию, свойства атмосферы, свойства взаи­модействующих объектов и поверхностей;
• · задать траектории движения объектов;
• · рассчитать результирующую последовательность кадров;
• · наложить поверхностные эффекты на итоговый анимационный ролик.

Для создания реалистичной модели объекта ис­пользуют геометрические примитивы (прямоу­гольник, куб, шар, конус и прочие) и гладкие, так называемые сплайновые поверхности. Вид поверхности при этом определяется расположенной в пространстве сеткой опорных точек. Каждой точке присваи­вается коэффициент, величина которого опреде­ляет степень ее влияния на часть поверхности, проходящей вблизи точки. От взаимного распо­ложения точек и величины коэффициентов зави­сит форма и «гладкость» поверхности в целом. Специальный инструментарий позволяет обрабатывать примитивы, составляющие объект, как единое целое, с учетом их взаи­модействия на основе заданной физической модели.

Деформация объекта обеспечивается перемещением контрольных точек, располо­женных вблизи. Другой метод называют сеткой деформации. Вокруг объекта или его части размещается трех­мерная сетка, перемещение любой точки которой вызывает упругую деформацию  сетки и окруженного объекта.

 

Еще одним способом построения объектов из примитивов служит твердотельное моделирование. Объекты представлены твердыми телами, которые при взаимодей­ствии с другими телами различными способами (объединение, вычитание, слияние и другие) претерпевают необходимую трансформацию. Например, вычитание из прямоугольного параллелепипеда шара приведет к образованию в параллелепи­педе полукруглой лунки.

После формирования «скелета» объекта необходимо покрыть его поверхность мате­риалами. Многообразие свойств материалов в компьютерном моделировании сводится к визуализации поверхности — расчету коэффициента прозрач­ности поверхности и угла преломления лучей света на границе материала и окру­жающего пространства. Для построения поверхностей материалов используют пять основных физических моделей:  поверхности с диффузным отражением без бликов (например, матовый пластик),  поверхности со структурированными микронеровностями (например, металлические), поверхности со специальным распределением микронеровностей (например, глянец), модель, позволяющая  учитывать поляризацию света,  модель, позволяющая корректировать направления отражения и пара­метры преломления света.

Свойства поверхности описываются в создаваемых массивах текстур (двух- или трехмерных). В них содержатся данные о степени прозрачности материала, коэффициенте преломления,  цвете в каждой точке, цвете блика, его ширине и резкос­ти, цвете рассеянного (фонового) освещения,  локальных отклонениях векторов от нормали (то есть учитывается шероховатость поверхности).

Следующим этапом является наложение текстур на опреде­ленные участки каркаса объекта.

Из всех параметров пространства, в котором действует создаваемый объект, с точки зрения визуализации самым важным является определение источников света. В трехмерной графике принято использовать виртуальные эквиваленты физиче­ских источников.

• · Аналогом равномерного светового фона служит так называемый растворенный свет. Он не имеет геометрических параметров и характеризу­ется только цветом и интенсивностью. Пример в природе — естественная осве­щенность вне видимости Солнца и Луны.
• · Удаленный не точечный источник называют удаленным светом.  Ему присваиваются конкретные геометрические параметры (координаты). Аналог в природе — Солнце.
• · Точечный источник света  равномерно испускает свет во всех направлениях и также имеет координаты. Аналог в технике — электри­ческая лампочка.
• · Направленный источник света  кроме местоположения характеризуется направлением светового потока, углами раствора полного конуса света и его наиболее яркого пятна. Аналог в технике — прожектор.

После завершения конструирования и визуализации объекта приступают к его «оживлению», то есть заданию параметров движения. Компьютерная анимация базируется на ключевых кадрах. В первом кадре объект выставляется в исходное положение. Через определенный промежуток (например, в восьмом кадре) зада­ется новое положение объекта и так далее до конечного положения. Промежуточ­ные значения вычисляет программа по специальному алгоритму. При этом проис­ходит не просто линейная аппроксимация, а плавное изменение положения опорных точек объекта в соответствии с заданными условиями (рис. 7).

Эти условия определяются законами  взаимодей­ствия объектов, разрешенными плоскостями движения, предельными углами поворотов, величинами ускорений и скоростей. Такой подход называют методом инверсной кинематики движения. Он хорошо работает при моделировании механи­ческих устройств. В случае с имитацией живых объектов используют так называе­мые скелетные модели. Создается некий каркас, подвижный в точках, харак­терных для моделируемого объекта. Движения точек просчитываются. Затем на каркас накладывается оболочка, состоящая из смоделирован­ных поверхностей, для которых каркас является набором контрольных точек, то есть создается каркасная модель, она визуализируется наложением поверхностных текстур с учетом условий освещения. В ходе перемещения объекта получается  правдоподобная имитация движений живых существ.

Рис. 7. Построение видеоряда по ключевым кадрам

 

Наиболее совершенный метод анимации заключается в фиксации реальных движе­ний физического объекта. Например, на человеке закрепляют в контрольных точ­ках яркие источники света и снимают заданное движение на видео- или кинопленку. Затем координаты точек по кадрам переводят с пленки в компьютер и присваивают соответствующим опорным точкам каркасной модели. В результате движения имитируемого объекта практически неотличимы от живого прототипа.     Процесс расчета реалистичных изображений называют рендерингом (визуализа­цией).

К программным средствам создания и обработки векторной графики относятся гра­фические редакторы (Adobe Illustrator, Macromedia Freehand, CorelDraw и др.) и векторизаторы (трассировщики) – специализированные пакеты преобразова­ния растровых изображений в векторные.   Векторный редактор Adobe Illustrator является одним из общепризнанных лиде­ров среди программ этого класса. Его особое преимущество заключается в хорошо отлаженном взаимодействии с другими продуктами компании Adobe, прежде всего с пакетами Photoshop, InDesign. Эти приложения выполнены в едином стиле и обра­зуют законченный пакет.

         Векторный редактор Macromedia Freehand отли­чается небольшим размером и хорошим быстродействием,  позволяет работать на компьютерах среднего уровня. Инстру­ментальные средства программы достаточны для разработки сложных документов и лишь в некоторых элементах уступают Adobe Illustrator и CorelDraw.

         Векторный редактор CorelDraw исторически считается основ­ным пакетом создания и обработки векторной графики на платформе Windows. По возможностям создания самых сложных художественных композиций CorelDraw превосходит конкурентов.

         Трассировщик Adobe StreamLine занимает ведущее место в своем классе программ. Имеются более мощные пакеты, ориентированные на обработку чертежей, но они очень требовательны к аппаратным ресурсам  и по стоимости много дороже. Векторизация удобна для преобразо­вания чертежей, черно-белых рисунков и другой простой графики без полутонов.

Система КОМПАС-3D V8 позволяет реализовать классический процесс трехмерного параметрического про­ектирования — от идеи к ассоциатив­ной объемной модели, от модели к конструкторской документации.

Основные компоненты K0MI1AC-3D — собственно система трехмерного твер­дотельного моделирования, чертежно-графический редактор и модуль проектирования спецификаций. Все они легки в освоении, имеют русско­язычные интерфейс и справочную систему.

Функционируя в составе корпоратив­ных комплексов CAD/CAM/CAE/PDM, решающих задачи оптимизации конструкторско-технологической подго­товки производства, КОМПАС-ЗD взаимодействует с системой ведения электронного архива и управления данными Л0ЦМАН:РLМ (или с дру­гими PDM-системами, применяемы­ми заказчиком) и едиными базами данных (корпоративными справоч­никами).

Одновременно КОМПАС-ЗD и КОМПАС-График являются оптимальным выбором для автоматизации рабочих мест, поскольку имеют лучшие показатели «стоимость-функциональность».

Трехмерное моделирование в КОМПАС-ЗD

Система КОМПАС-ЗD предназначена для создания трехмерных ассоциатив­ных моделей отдельных деталей и сбо­рочных единиц, содержащих как ори­гинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. Параме­трическая технология позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроек­тированного прототипа. Многочи­сленные сервисные функции облег­чают решение вспомогательных задач проектирования и обслуживания про­изводства.

Ключевой особенностью КОМПАС-ЗD является использование собственно­го математического ядра и параме­трических технологий, разработанных специалистами АСКОН.

Основная задача, решаемая систе­мой — моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейше­го их запуска в производство. Эти цели достигаются благодаря возможностям

• быстрого получения конструк­торской и технологической документации, необходимой для выпуска изделий (сбороч­ных чертежей, спецификаций, деталировок и т.д.),
• передачи геометрии изделий в расчетные пакеты,
• передачи геометрии в пакеты разработки управляющих про­грамм для оборудования с ЧПУ,
• создания дополнительных изо­бражений изделий (например, для составления каталогов, соз­дания иллюстраций к техниче­ской документации и т.д.).

Средства импорта/экспорта моделей (КОМПАС-ЗD поддерживает форматы IGES, SAT, XT, STEP, VRML) обес­печивают функционирование комплексов, содержащих различные CAD/CAM/CAE системы.

Моделирование изделий в КОМПАС-ЗD можно вести различными способами: «снизу вверх» (используя гото­вые компоненты), «сверху вниз» (про­ектируя компоненты в контексте кон­струкции), опираясь на компоновочный эскиз (например, кинематическую схему) либо смешанным способом. Такая идеология обеспечивает полу­чение легко модифицируемых ассо­циативных моделей.

Система обладает мощным функцио­налом для работы над проектами, включающими несколько тысяч подсборок, деталей и стандартных изде­лий Она поддерживает все возмож­ности трехмерного твердотельного моделирования, ставшие стандартом для САПР среднего уровня:

• · булевы операции над типовы­ми формообразующими эле­ментами,
• · создание поверхностей,
• · ассоциативное задание параме­тров элементов,
• · построение вспомогательных прямых и плоскостей, эскизов, пространственных кривых (ломаных, сплайнов, различных спиралей),
• · создание конструктивных элементов — фасок, скруглений, отверстий, ребер жестко­сти, тонкостенных оболочек,
• · специальные возможности, облегчающие построение литейных форм — литейные уклоны, линии разъема, поло­сти по форме детали (в том числе с заданием усадки),
• · функционал для моделирова­ния деталей из листового мате­риала — команды создания листового тела, сгибов, отвер­стий, жалюзи, буртиков, штамповок и вырезов в листовом теле, замыкания углов, а также выполнения развертки получен­ного листового тела (в том числе формирования ассоциативного чертежа развертки).
• · создание любых массивов фор­мообразующих элементов и компонентов сборок,
• · вставка в модель стандартных изделий из библиотеки, фор­мирование пользовательских библиотек моделей,
• · моделирование компонентов в контексте сборки, взаимное определение деталей в составе сборки,
• · наложение сопряжений на ком­поненты сборки (при этом воз­можность автоматического наложения сопряжений суще­ственно повышает скорость создания сборки),

обнаружение взаимопроникно­вения деталей, возможность гибкого редактирования дета­лей и сборок, переопределение параметров любого элемента на любом этапе проектирова­ния, вызывающее перестроение всей модели.

Библиотека содержит более 200 пара­метрических изображений различных типовых машиностроительных элемен­тов — болтов, винтов, гаек, закле­пок и другого крепежа, подшипников, профилей, манжет и т.д.

Предусмотрена возможность созда­ния и вставки в графический доку­мент произвольного пакета стан­дартных крепежных изделий. При вставке изображения пакета в чертеж длина стержня крепежного элемента подбирается автоматиче­ски из стандартного ряда. Библиотека содержит готовые наборы крепежных изделий; возмож­но сохранение созданных пользова­телем наборов. При простановке стандартного эле­мента в чертеж вносится дополнитель­ная информация, необходимая для последующего формирования специ­фикации. Библиотека существенно сокращает затраты времени конструктора при разработке сборочных и деталировочных машиностроительных чертежей.

Система проектирования специфика­ций поддерживает заполнение разделов и подразделов и стандартную сортировку строк внутри них. Прави­ла сортировки строк  соответствуют стандарту; при необхо­димости они могут быть изменены пользователем.

Используя разнообразные приклад­ные библиотеки семейства КОМПАС, любое предприятие может организо­вать по модульному принципу программный комплекс, ориентирован­ный на решение типовых задач в раз­личных предметных областях (напри­мер, проектирование приводов, механических передач, инженерных ком­муникаций).

 

Рекомендуемая литература: [1], [2], [3], [4], [12].

            Контрольные задания для СРС

1. Область применения графических систем T-FLEX, CATIA, КОМПАС.

2. Проанализировать технические возможности системы КОМПАС.

 

 

 

 

           Тема 6. САПР технологических процессов и технологической

подготовки производства

 

 План лекции

1. Состав и содержание задач технологического проектирования.
2. Методы проектирования на базе типовых технологических процессов.
3. Особенности САПР ТПП единичного, серийного и массового производства.

4. Системы автоматизированного моделирования, визуализации   и

анализа при проектировании.

 

Системы автоматизированного проектирования технологии, конструирования отливок наряду с ГПС и РТК занимают важное место в комплексе средств автоматизации инженерной деятельности, являясь мощным ее инструментом. Они могут быть органично включены в системы технической и технологической подготовки производства.

Важным направлением развития САПР технологии является широкое использование многообразных средств информатики,  возможностей отображения информации, средств машинной графики, доступа к разветвленным базам данных, стандартным сервисным программам математического анализа и т.д. Основное направление – системное использование информации, возникающей при функционировании различных подсистем САПР.

В настоящее время создано и достаточно детально разработано довольно большое количество САПР технологии, ориентированных на применение для изделий различного уровня сложности, массы, видов сплавов, серийности производства и ряда других параметров, определяющих особенности технологии. Разработчиками САПР, как правило, являются коллективы специализированных проектно-исследовательских фирм, а также специалистов технологических подразделений и служб крупных промышленных предприятий,  достаточно много  на рынке программных продуктов и разработок зарубежных компаний.

Однако на предприятиях, особенно небольших, САПР ТП применяются пока весьма ограниченно. Причинами этого во многих случаях являются высокая стоимость САПР, что служит препятствием для их приобретения, а также отсутствие специалистов, достаточно подготовленных для работы с САПР. Поэтому одной из важнейших задач внедрения автоматизированного проектирования  в практическую деятельность технологических служб предприятий является подготовка на соответствующем уровне пользователей, формирование представлений о методологии построения и функционирования САПР технологической подготовки, а также приобретения практических навыков работы с элементами этих систем при разработке технологического процесса, конструирования оснастки и составлении технологической документации.

Эффективная автоматизация инженерного труда базируется на комплексном использовании трёх компонентов: информатики, оптимизации, моделирования. Это должно обеспечить существенное повышение производительности их труда и качество производимого продукта.

Основные требования, предъявляемые к САПР технологии, следующие:

—    они должны охватывать большую часть (до 90%) номенклатуры изделий предприятия или группы предприятий, обычно относительно простой конфигурации; эти изделия можно классифицировать по конструкторско-технологическим признакам и для выделенных групп создавать типовые технологические процессы, сведения о которых аккумулировать в базах данных, обслуживаемых информационно-поисковыми системами (ИПС);

—    создаваемые САПР должны обеспечивать проектирование технологических процессов как для типовых изделий, так и для индивидуального и мелкосерийного производства, в том числе  изделий  высоких категорий сложности,  конструкторско-технологические характеристики которых могут варьироваться в широком диапазоне, и поэтому использование типовых технологических решений для них затруднительно; применение элементов САПР позволяет сократить время и минимизировать затраты на их освоение, уменьшить риск ошибок при проектировании технологии;

—    следует стремиться к обеспечению возможно большей комплексности автоматизации проектирования, включая автоматизированное выполнение всей необходимой технологической документации (чертежей оснастки, карт технологической информации, операционных и маршрутных карт и т.д.).

Как показывает опыт, наиболее эффективна разработка систем на основе ряда ранее осуществлённых и опробованных модулей, образующих при объединении базу для развития полномасштабной интегрированной САПР. При этом для обеспечения возможно высокого уровня автоматизации отдельные модули системы должны сопрягаться между собой, с тем, чтобы как можно больше сокращалась доля диалогового режима её работы. На первом этапе создания САПР модули могут работать автономно, решая локальные задачи, в рамках интегрированной САПР они образуют единую систему.

Базовый набор модулей системы  включает в себя  модули систем: информационно-поисковой, типового проектирования, технологических расчётов, геометрического моделирования, автоматического моделирования литейных процессов, диагностики качества отливок, формирования графической и текстовой технологической документации.

Информационно-поисковая система служит для поиска графической и текстовой информации в БД, где хранимые сведения не упорядочены и могут быть выбраны по произвольно формируемому набору поисковых признаков. Это позволяет отыскать для проектируемой  детали в машинном архиве детали-аналоги и просмотреть на экране дисплея их технологические карты и соответствующие чертежи оснастки. При наличии подходящего аналога его технология может быть принята  для последующего редактирования или использована в качестве отправного варианта. ИПС одновременно выполняет функции системного диспетчера, отображая информацию о состоянии проектных разработок по всем деталям, находящимся в работе.

Развитие ИПС способствует систематизации наполнения многолетнего производственного опыта, нормативной и справочной информации, унификации технологических разработок и повышению их качества. В ИПС технологии литья целесообразно включать, наряду с признаками, снимаемыми непосредственно с чертежа отливаемой детали, технологические признаки, способствующие повышению эффективности системы. Желательно включать в структуру ИПС подсистемы автоматического кодирования технологических признаков.

Система типового проектирования (СТП) обеспечивает проектирование технологии для отливок, охватываемых машинным конструктивно-технологическим классификатором, на основе статистического моделирования взаимосвязей между параметрами технологии и характеристиками отливаемой детали. При успешном поиске деталей в классификаторе СТП предоставляет для просмотра типовую схему технологии, организует опрос размеров детали и осуществляет расчёт среднестатистических параметров технологии, базирующихся на данных технологического архива. Результаты расчёта могут быть отредактированы на основе данных, полученных с помощью других расчётных процедур.

Система технологических расчётов (СТР) позволяет выполнить ряд процедур и комплекс расчётов для разработки технологии изготовления отливки, не прибегая к типовым решениям или данным об аналогичных деталях. Набор используемых проектных и расчётных процедур определяется содержанием решаемой задачи по разработке или корректировке элементов технологии. Результаты расчётов фиксируются для использования в других модулях.

Система автоматизированного моделирования (САМ) предназначена для численного анализа разработанной технологии на основе визуального, графического или табличного представления результатов моделирования литейных процессов. Наиболее важным направлением совершенствования систем моделирования является разработка средств объективного анализа условий формирования отливок, позволяющих диагностировать технологические разработки с помощью системы обобщённых критических параметров, устанавливаемых экспериментально. Качество выполняемой диагностики определяется актуальностью используемых моделей, для адаптации которых к условиям конкретного производства численные модели должны иметь настроечные параметры. Необходима активная разработка экономических процедур производственной экспериментальной адаптации моделей. Одним из самых подходящих примеров подобного рода является методика автоматизированного термического анализа, используемого для оперативного количественного прогноза, качества отливки.

Система формирования технологической документации (СФТД) обеспечивает создание комплекса текстовых (карта технологической информации, маршрутная карта и т.д.) и графических (чертёж элементов литейной формы, чертёж отливки, карта эскизов и т.д.) документов. Для этого в системе создаётся БД о применяемых на данном производстве сплавах, смесях, оснастке и т.д., групповых технологических потоках, операциях, тарифных ставках и др.

Для формирования чертежа средствами стандартного графического пакета AutoCAD в него введены параметризованные графические и текстовые заготовки, позволяющие выбрать необходимый образ литниковой системы, прибылей, холодильников и т.д. Количественные параметры технологии запрашиваются из других модулей САПР и автоматически наносятся в заданном масштабе на чертеже литой заготовки. В рамках СФТД осуществляется также архивизация технологических разработок для просмотра и анализа с помощью других систем (ИПС, СТР и т.д.).

Структуру, сходную с описанной, имеют в той или иной степени большинство созданных либо находящихся в состоянии разработки САПР, для построения которых использовались в качестве модулей ранее созданные системы.

Помимо универсальности современная САПР должна  быть двухуровневой, что предполагает, как правило, возможность гибкого использования вычислительной техники различной мощности, то есть персональных компьютеров (РС), непосредственно используемых технологами и конструкторами с одной стороны, а с другой – вычислительных мощностей и программного обеспечения рабочих станций.

По функциональному назначению (синтез проектных решений) САПР первого уровня составляют системы, предназначенные для автоматизированного формирования графической документации (чертежей оснастки и т.д.), а также текстовой – карт технологической информации, маршрутных технологических карт, включая определение основных параметров технологии, как при типовом, так и при индивидуальном проектировании.

Основу систем второго уровня должны составлять системы автоматизированного моделирования (САМ) процессов, позволяющие проектировщикам в короткие сроки и без дорогостоящих натурных экспериментов производить итерационную доработку технологии. Последнее особенно важно для освоения производства ответственных и крупных изделий сложной конфигурации из дорогих сплавов, в условиях единичного  либо мелкосерийного производства.

К таким системам относятся:  AnsysWorkbench,  FlowVision, Structur 3D, COSMOS, T-FLEX Анализ, Полигон и т. д.  В основе этих и других систем моделирования  лежит использование численного анализа  методом интегрирования в конечных разностях или методом  конечных элементов.

 

Рекомендуемая литература: [1], [2], [3], [4], [15].

Контрольные задания для СРС

1. Составляющие систем  технологического проектирования.
2. Анализ систем автоматизированного  моделирования в САПР.
3. Разработать типовые подсистемы САПР технологических процессов.

 

 

 

 

 

Тема 7.  Компьютерные технологии в технической подготовке

и  управлении производством

 

      План лекции

1. Особенности автоматизированного проектирования оснастки для серийного и массового производства.

2. Библиотеки типовых и стандартных  элементов  оснастки.

3. Методика автоматизированного изготовления опытных образцов изделий и оснастки с применением технологий быстрого прототипирования (RP).

Информационное сопровождение обеспечивает упрощение и ускорение документооборота в процессе подготовки и реализации производственного процесса, в том числе архивирования и хранения документации, надёжное сочетание с системами управления производством и функционирование гибких автоматизированных производственных систем.

Это привело к созданию интегрированных  CAD/CAM —  систем,  реализующих непрерывное автоматизированное проектирование и производство изделий, включающее в себя этап его технической подготовки: разработку и изготовление  оснастки, получение опытной партии изделий и необходимую корректировку.

В промышленно развитых стра­нах фирмы-разработчики новой тех­ники все активно  приме­няют CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) – информационные технологии  повышения эффективности бизнес-процессов, выполняемых в ходе жизненно­го цикла (ЖЦ) продукта за счет  информационной интег­рации  всех его этапов от маркетинга до утилизации. CALS — это безбумажная техноло­гия создания продукции и взаимо­действия между фирмами и их подразделениями. Возможность совме­стного использования информации обеспечивается стандартизацией форматов данных и применением компьютерных сетей. Средства ре­ализации CALS-технологий — это на­бор интегрированных информа­ционных моделей само­го ЖЦ продукта (изделия) и выпол­няемых в его ходе производствен­ных процессов.

Расширяя концепцию ин­тегрированной автоматизи­рованной системы управле­ния производством, CALS oxвaтывает не только само производство, но и все остальные этапы ЖЦ, в том числе при решении прикладных задач  базируется на использовании информационных моделей изделия, его жизненного цикла  и выполня­емых в ходе его создания бизнес-процессов.

Таким образом, CALS рассматривается как стратегия выживания предприятий в рыночной среде, позволяющая повысить эффективность и расширить обла­сти их деятельности  за счет кооперации с другими предприятиями.

Использование сетей ЭВМ облегчает информационное взаимодействие предприятий-партнеров, неза­висимо от их расположения,  по­зволяет кооперироваться фирмам в структурах, обеспечивающих ускоренное создание новой продук­ции и эффективное протекание ее ЖЦ.

Становятся возможными  кооперация при приобретении материалов и комплектующих, готовых компонентов,  совместное выполнение отдельных этапов проектирования, технической под­готовки, собственно производства и эксплуатации, исключение повторного ввода и обработки инфор­мации, обеспечение преемственности работы в комплексных проектах, возможность изме­нения состава участников работ без потери резуль­татов,  сокращение затрат на документо­оборот, повышение управляемости производственных про­цессов, повышение качества и конкурентоспособности спроектированных и произведенных изделий.

Для ускоренного изготовления пробных экземпляров изделий или оснастки в настоящее время широко применяются технологии быстрого  прототипирования ( rapid prototyping — RP).

 

Рекомендуемая литература: [1], [2], [3], [4], [15].

Контрольные задания для СРС

1. Роль CALS-технологии в  проектировании  и производстве изделий

2.  Описать современные технологии быстрого  прототипирования.

 

 

4 Методические указания для выполнения практических  занятий

 

Практическое занятие  № 1  Вычерчивание контуров деталей в среде

системы КОМПАС-3D V7 (6 часов)

 

Цель занятия: Формирование умений выполнения чертежей контуров деталей с помощью двумерного графического редактора.

План занятия:

1. Выдача индивидуального задания

2. Создание и сохранение нового документа.

3. Вычерчивание контуров деталей.

4. Простановка размеров.

Рекомендуемая литература [5, 8]

Контрольные задания для СРС

1. Создание локальной системы координат.

2. Использование слоев.

3. Приемы поcтроения элементов изображения детали (выдается индивидуально каждому студенту).

 

 

Практическое занятие № 2  Построение проекций (6 часов)

 

Цель занятия: Формирование умений построений прямоугольных проекций на чертежах

План занятия:

1. Выдача индивидуального задания

2. Создание и сохранение нового документа.

3. Вычерчивание контуров детали.

4. Построение недостающей проекции.

Рекомендуемая литература [5, 8]

Контрольные задания для СРС

1. Общие сведения о геометрических объектах.

2. Приемы построения недостающей проекции (индивидуальное задание).

 

Практическое занятие № 3  Построение трехмерного изображения

(8 часов)

Цель занятия: Формирование умений построения трехмерного изображения по прямоугольным проекциям на чертеже.

План занятия:

1. Выдача индивидуального задания

2. Создание и сохранение нового документа.

3. Вычерчивание контуров детали.

4. Построение трехмерного изображения детали.

Рекомендуемая литература [5, 8]

Контрольные задания для СРС

1. Виды трехмерного моделирования.

2. Общие принципы твердотельного моделирования деталей и сборок.

3. Приемы построения трехмерного изображения по двум проекциям детали (выдается индивидуально каждому студенту).

 

Практическое занятие № 4  Оформление чертежей в машиностроении.

(8 часов)

Цель занятия: Формирование навыков оформления графической документации в машиностроении.

План занятия:

1. Вычерчивание рамки и углового штампа.

2. Редактирование чертежей.

3. Освоение правил оформления спецификаций.

4. Освоение правил указания технических требований на чертеже.

Рекомендуемая литература [5, 8]

Контрольные задания для СРС

1. Простановка размеров на чертеже.

2.  Выполнение надписей   технических требований на чертеже.

3.  Редактирование и окончательное оформление чертежей (по выданным индивидуальным вариантам).

 

5. Тематический план самостоятельной работы

    студента с преподавателем

Наименование темы СРСП	Цель занятия	Форма проведения занятия	Содержание задания	Рекомендуемая литература
1	2	3	4	5
Тема 1. Знакомство со средой черчения системы КОМПАС-3D V7 6 часов	Изучение правил построения  трехмерных моделей, графических и текстовых документов	Работа с руководством пользователя	Ответить на поставленные вопросы	[8] стр.38-50
Тема 2. Базовые приемы работы в системе 8 часов	Использование меню, приемы создания объектов.	Работа с руководством пользователя	Ответить на поставленные вопросы	[8] стр.50-96
Тема 3. Геометрические объекты системы КОМПАС-3D V7 10 часов	Приемы построения объектов	Работа с руководством пользователя	Ответить на поставленные вопросы	[8] стр.98- 146
Тема 4. Простановка размеров и обозначений в системе КОМПАС-3D V7 10 часов	Приемы простановки размеров и обозначений	Собеседование	Ответить на поставленные вопросы	[8] стр.146-206
Тема 5. Редактирование объектов в системе КОМПАС-3D V7 11 часов	Приемы редактирования: сдвиг, копирование преобразование объектов и др.	Собеседование	Ответить на поставленные вопросы	[8] стр.208-243

 

 

6. Материалы для контроля знаний студентов в период

    рубежного контроля и итоговой аттестации

 

6.1 Тематика письменных работ по дисциплине

 

1. T-FLEX. DOCs 9: новые возможности.
2. Auto CAD 2006: Визуализация и интерактивность.
3. Инженерные данные – конструктору, технологу, управленцу.
4. T-FLEX Технология.
5. Инженерный анализ с использованием программ COSMOS/
6. 3D-модели комплексом 3D Trans Vidia.
7. Autodesk Vault – система управления проектными данными.
8. Инженерный справочник фирмы APPIUS
9. Программный комплекс FlowVision.
10. Объемные модели в ADEM.

 

6.2 Вопросы для самоконтроля (тесты)

1. В каком порядке располагаются этапы жизненного цикла изделия?

1) Исследования, планирование, проектирование, производство,

эксплуатация

2) Проектирование, планирование, исследования, производство,

эксплуатация

3) Планирование, исследования, проектирование, производство,

эксплуатация

4) Планирование, проектирование, исследование, производство,

эксплуатация

5) Проектирование, исследования, планирование, производство,

эксплуатация

 

2.Совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, необходимых для функционирования САПР, составляет ее:

1) Методическое обеспечение

2) Техническое обеспечение

3) Функциональное обеспечение

4) Организационное обеспечение

5) Любое из перечисленных

 

З. К программно — вычислительным средствам САПР относятся:

1) Персональные компьютеры и рабочие станции

2) Плоттеры и дисплеи

3) Накопители информации

4) Любые из перечисленных

5) Правильного ответа нет

 

4. Объектами проектирования являются материалы, предметы, системы,

……укажите недостающее

1) правила

2) процессы

3) формулы

4) алгоритмы

 

5. Промежуточное или конечное описания объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания про­ектирования, называется

1) Проектным описанием

2) Проектным заданием

3) Проектной схемой

4) Проектным решением

 

6. Формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением, является

1) Проектной процедурой

2) Проектной схемой

3) Проектным документом

4) Проектным заданием

 

7. Какое из перечисленных устройств служит для подготовки и ввода данных в САПР

1) Плоттер

2) Дисплей

3) Дигитайзер (цифрователь)

4) Любое из указанных

 

8. Какие из перечисленных устройств относятся к средствам отображения и документирова­ния результатов САПР

1) Сканер

2) Шифраторы

3) Плоттеры

4) Все ответы правильны

5) Правильного ответа нет

 

9. Планшетные и рулонные плоттеры различаются

1) По способу нанесения красителя

2) По способу построения изображения

3) По виду полученного изображения

4) Все ответы правильны

 

10. Укажите неправильный ответ.

В состав АРМ конструктора входят следующие технические средства

1) Персональный компьютер

2) Устройства ввода и вывода данных

3) Оргтехника

4) Рабочая станция (вычислительный комплекс)

 

11. Какую из функций должны обеспечить компоненты информационного обеспечения САПР?

1) Только хранение информации

2) Только доступ к данным по запросам пользователей

3) Только защиту данных от несанкционированного доступа

4) Все перечисленные

 

12. Пакетный режим взаимодействия пользователя САПР с ЭВМ предполагает

1) Ввод программы и исходных данных целиком и вывод результатов

после полного решения задачи

2) Ввод программ и данных частями, вывод результатов после каждого

реше­ния и оценка промежуточных результатов

3) Ввод частей программ по запросам основной программы

4) Все ответы правильны

 

13. Программное обеспечение (ПО) САПР включает в себя

1) Только ПО ЭВМ на рабочем месте

2) Только общесистемное базовое ПО САПР

3) Только специализированные прикладные программы САПР

4) Все перечисленное

 

14. Прикладное программное обеспечение САПР состоит

1) Только из стандартных программ широкого применения

2) Только из специализированных прикладных программ

3) Из программ обеих указанных групп

4) Только из программ, предназначенных для конкретной задачи

5) Правильного ответа нет

 

15. Рулонный плоттер позволяет строить изображение

1) Только на плоском носителе

2) Только на изгибаемом носителе

3) На любом носителе

4) Все ответы правильны

 

16. Планшетный плоттер позволяет строить изображения

1) Только на изгибаемом носителе

2) Только на плоской поверхности

3) На криволинейной поверхности

4) На поверхности произвольной конфигурации

 

17. Графический интерактивный режим работы пользователя САПР означает

1) Последовательные действия с набором (меню) стандартных команд с

кон­тролем результатов на мониторе

2) Ввод определенной последовательности команд по заранее

подготовленному сценарию

3) Ввод части команд по сценарию, остальных по отдельности

4) Все ответы правильны

 

18. Специализированное прикладное программное обеспечение включает в себя

1) Проектирующие подсистемы САПР

2) Обслуживающие подсистемы САПР

3) Операционные системы и сервисные программы

4) Все перечисленные

 

19. Укажите неправильный ответ. Прикладные программы в САПР могут быть

1) Проблемно ориентированными

2) Объектно   ориентированными

3) Стандартными (инвариантными)

4) Операционными системами

 

20. Укажите неправильный ответ.

Основными признаками технических систем являются:

1) Функциональная взаимосвязь элементов, обеспечивающая их

совместное действие как единого целого

2) Каждый элемент системы имеет самостоятельное функциональное

назначе­ние и определенную техническую форму реализации

3) Каждый из элементов системы может быть самостоятельным и

объектом проектирования

4) Все элементы системы независимы друг от друга

5) Все ответы правильны

 

21. Вычислительный комплекс, включающий территориально распределенную систему ком­пьютеров и их терминалов, объединенных в единую систему, составляет

1) Локальную сеть

2) Корпоративную сеть

3) Городскую сеть

4) Правильного ответа нет

 

22. С AD/CAM — системы реализуют:

1) Только автоматизированное проектирование

2) Только автоматизированное управление производством

3) Только управление качеством

4) Автоматизированные проектирование и производство

 

23. Проект технического объекта представляет собой

1) Совокупность документов, в которых представлены результаты

проектиро­вания

2) Совокупность проектных решений, удовлетворяющих заданным

требовани­ям

3) Совокупность конечных описаний объекта, необходимых и

достаточных для рассмотрения

4) Все ответы правильны

 

24. Восходящее проектирование представляет собой

1) Направленность процесса проектирования объекта от низших

уровней к высшим (от частного к общему)

2) Направленность процесса проектирования от высших уровней

иерархии к низшим с увеличением степени детализации

3) Одновременное параллельное прохождение этапов

проектирования разных уровней иерархии

4) Все ответы правильны

25. Принцип итерационности при проектировании предполагает

1) Получение оптимального проектного решения при

однократном прохожде­нии этапов проектирования

2) Получение оптимального проектного решения путем

уточнений при много­кратном прохождении этапов проектирования

3) Получение оптимального проектного решения путем

параллельного и неза­висимого прохождения этапов проектирования

4) Все ответы правильны

 

26. Техническая система представляет собой

1) Совокупность независимых друг от друга элементов, выполняющих

сходные функции

2) Совокупность элементов, функциональная взаимосвязь которых

обеспечива­ет их совместное действие как единого целого

3) Совокупность элементов, функции которых существенно отличны

друг от друга

4) Все ответы правильны

 

27. Направленность процесса проектирования от высших уровней детализации к низшим (от общего к частному) называются

1) Восходящим проектированием

2) Параллельным проектированием

3) Нисходящим проектированием

4) Итерационным проектированием

5) Правильного ответа нет

 

28.Укажите неправильный ответ.

Принцип декомпозиции объектов проектирования предполагает выполнение следующих ша­гов

1) Разбиение описания объекта проектирования на составные

части(элементы)

2) Раздельное проектирование элементов с согласованием

принимаемых реше­ний

3) Системное обобщение решений — синтез общего описания объекта

4) Все ответы правильны

 

29. Укажите неправильный ответ.

Что собой представляет гравирующий плоттер?

1) Двухкоординатный копирующий фрезерный станок

2) Планшетный плоттер, оснащенный гравирующей (фрезерной) головкой

3) Специальный фрезерный станок с особым программным обеспечением     для персонального компьютера

4) Все ответы правильны

 

30. Укажите неправильный ответ.

Обслуживающие подсистемы САПР предназначены для

1) Выполнения проектирования объектов

2) Обеспечения работоспособности технических и программных средств

САПР

3) Создания и сохранения баз данных и компьютерных архивов

4) Обучения и консультирования пользователей САПР

 

31. Структурная математическая модель проектируемого объекта описывает

1) Связь выходных функций системы или элемента с выходными

параметрами

2) Состав и взаимное расположение элементов системы

3) Геометрические параметры системы или элемента

4) Все ответы правильны

 

32. Технология быстрого прототипирования (RP) применяются для :

1) Ускоренного изготовления моделей для опытной партии отливок

2) Изготовления постоянных моделей в массовом производстве

3) Замены древесины в конструкциях крупных моделей

4) Замены древесины в конструкциях крупных моделей

5) Все ответы правильны

 

33. Укажите неправильный ответ.

Основными достоинствами технологии быстрого прототипирования являются

1) Сокращение времени изготовления моделей

2) Экономия дефицитной древесины

3) Уменьшение трудоемкости изготовления моделей

4) Возможность замены металла при изготовлении постоянных моделей

5) Все ответы правильны

 

34. Технология быстрого прототипирования наиболее эффективна

1) В массовом производстве отливок

2) В единичном и мелкосерийном производстве

3) Для изготовления крупных партий отливок

4) Правильного ответа нет

 

35. Функциональная математическая модель проектируемого объекта описывает

1) Состав и структуру элементов объекта

2) Только критерий оценки качества элементов системы

3) Зависимости между выходными характеристиками системы и

входными па­раметрами

4) Задачи и цели проектирования

5) Все ответы правильны

 

36. Базовое общесистемное программное обеспечение САПР включает в себя

1) Операционные системы компьютеров

2) Программы широкого межотраслевого применения и стандартные

програм­мы

3) Специализированные прикладные программы

4) Все ответы правильны

 

37. ЭВМ, а также периферийное оборудование, объединенные одним или несколькими авто­номными высокоскоростными каналами передачи данных в пределах одного или нескольких близлежащих зданий -это

1) Локальная вычислительная сеть

2) Корпоративная вычислительная сеть

3) Глобальная вычислительная сеть

4) Все ответы правильны

 

38. Вычислительная сеть включает в себя компоненты:

1) Сетевое программное обеспечение

2) Среду передач данных

3) Компьютеры, связанные сетью передач данных

4) Все перечисленное

 

39. Аналоговое моделирование объектов, осуществляется путем:

1) Поиска аналогичного объекта той же физической природы,

как и реальный

2) Замены реального объекта моделью другой физической природы

3) Подбора математического описания по аналогам с действующими

объектами

4) Все ответы правильны

 

40. Функциональная математическая модель по способу построения может быть:

1) Только теоретической

2) Только экспериментальной

3) И той, и другой

4) Правильного ответа нет

 

41. Информационное обеспечение САПР состоит из

1) Только базы данных в виде совокупности произвольно записанных

файлов

2) Баз данных в виде файловой системы и систем управления базами

данных (СУБД)

3) Баз данных в виде некоторого числа файлов на отдельных носителях

4) Все ответы правильны

 

42. Архивный файл представляет собой

1) Файл, которым долго не пользовались

2) Файл, защищенный от копирования

3) Файл сжатый с помощью архиватора

4) Файл, защищенный от несанкционированного доступа

 

43. Операционные системы входят в состав

1) Прикладного программного обеспечения

2) Системного программного обеспечения

3) Системного программного обеспечения

4) Все ответы правильны

 

44. Двухуровневая САПР может быть реализована на базе

1) Автономных персональных компьютеров с периферийными

устройствами

2) Персонального компьютера со средствами вывода данных

3) Локальной компьютерной сети с центральным вычислительным

комплексом (рабочей станцией)

4) Сети Интернет

5) Все ответы правильны

 

45. Укажите неправильный ответ.

Системы автоматизированного моделирования процесса формирования отливки позволяют

1) На компьютерной модели отливки смоделировать процессы

затвердевания и образования усадочных дефектов

2) Выполнить корректировку технологии литья без изготовления

пробных от­ливок

3) Сократить затраты на изготовление моделей и отливку натурных

образцов

4) Автоматизировать разработку чертежей модельной оснастки

5) Все ответы правильны

 

46. Под термином «инжиниринг» понимается:

1) Только проектирование технических объектов

2) Только организация производства технических объектов

3) Комплекс работ, связанных с проектированием, производством и

эксплуата­цией технических объектов

4) Все ответы правильны

47. Компонентами — обеспечениями САПР являются (укажите недостающее): математическое, методическое, лингвистическое, информационное, программное, организа­ционное

 

48. Из каких этапов состоит жизненный цикл изделия (укажите недостающий): исследование, планирование,  ……, производство, эксплуатация.

 

49.Из каких этапов состоит жизненный цикл объектов техники (укажите недостающий): планирование, исследование, проектирование,  ……, эксплуатация.

 

50. Укажите правильный порядок  этапов процесса проектирования технических объектов:

1)    Синтез, принятие решения, анализ, оформление документов

2)    Синтез, анализ, оформление  документов, принятие решения

3)    Анализ, синтез, принятие решения, оформление  документов

4)    Синтез, анализ,  принятие решения, оформление  документов

 

51. Специализированные прикладные программы САПР используются 1) Только для автоматизации проектирования

2) В качестве общесистемного базового обеспечения САПР

3) В качестве программного обеспечения ПЭВМ

4)    Как заменитель стандартных программ

 

52. При каком режиме взаимодействия пользователя САПР с ЭВМ осуществляется ввод программы по частям и вывод результатов после каждого решения:

1)    При пакетном режиме

2)    При интерактивном  режиме

3)    При работе в локальной сети

4)    При любом режиме

 

53. CALS-системы предназначаются для

1)           контроля и информационной поддержки полного жизненного цикла изделия

2)           контроля технологической подготовки производства

3)           управления предприятием

4)           только для проектирования

 

54. Нисходящее проектирование означает

1)    Направление процесса проектирования от высших уровней детализации к низшим

2)    Направление процесса проектирования от низших уровней  детализации к высшим

3)    Параллельное прохождение этапов проектирования объектов

4)    Уточнение решений  при многократном прохождении процедур

55. Гравирующие плоттеры применяются для

1)     Выполнения трехмерных изделий и шаблонов с небольшой глубиной рельефа

2)     Выполнения сложных тоновых изображений на бумажных  носителях

3)     Получения изделий из труднообрабатываемых материалов

4)     Получения объемных изделий большой высоты.

 

56. Термин «обратный инжиниринг» обозначает

1)         процедуры компьютерной обработки чертежей, выполненных на бумажных носителях

2)         анализ компьютерной графической документации при передаче в производство

3)         разработка программ для станков с числовым управлением по графической документации

4)         изготовление  чертежей проекций по трехмерным компьютерным моделям.

 

57. Ввод программы и исходных данных в компьютер целиком и вывод результатов     после полного решения задачи осуществляется

1)    при  интерактивном режиме проектирования

2)    при пакетном режиме проектирования

3)    при использовании только стандартных программ

4)    только для специализированных программ

 

58. Функциями средств архива и баз данных являются

1)    ввод  и вывод информации в процессе проектирования

2)    передача данных внутри корпоративной сети

3)    накопление, хранение, размножение информации

4)    все ответы правильны

 

1. Средства  подготовки и ввода данных предназначаются для
   1. документирования результатов проектирования
   2. ввода исходных данных в программно-вычислительные средства
   3. выполнения проектных процедур
   4. правильного ответа нет

 

60.  Укажите неправильный ответ.

Средства технического обеспечения САПР включают в себя

1. вычислительные средства
2. устройства ввода и вывода информации
3. программы

4)устройства передачи данных

5)    все ответы правильны.

 

Ключи правильных ответов

Номер вопроса	Правильный ответ (1, 2, 3, 4, 5)
1	3
2	2
3	1
4	2
5	4
6	1
7	3
8	2
9	2
10	4
11	4
12	1
13	4
14	3
15	2
16	2
17	4
18	1
19	4
20	4
21	2
22	4
23	1
24	1
25	2
26	2
27	3
28	4
29	1
30	1
31	2
32	1
33	4
34	2
35	3
36	2
37	1
38	4
39	2
40	3
41	2
42	3
43	2
44	3
45	4
46	3
47	1
48	2
49	4
50	3
51	1
52	2
53	1
54	1
55	2
56	1
57	2
58	3
59	2
60	3

 

7 Методические указания для выполнения курсовой работы

 

7.1 Общие положения

Курсовая работа  позволяет закрепить и углубить знания по дисциплине «Спецкурс по информатике», приобрести навыки использования литературы, ГОСТов и является подтверждением того, что студент умеет применить полученные знания при решении конкретной задачи.

 

7.2 Последовательность выполнения курсовой работы

1. Изучение чертежа узла.
2. Вычерчивание контуров деталей узла в сборе.
3. Расстановка стандартных изделий с помощью библиотеки системы КОМПАС
4. Нанесение размеров, надписей, выносок, технических требований.
5. Оформление спецификации

 

7.3 Оформление курсовой работы

Курсовая работа оформляется на листах формата А4 и содержит  необходимые чертежи, пояснения и спецификации. Объем курсовой работы – 5-10 страниц.

 

7.4 Рекомендуемая литература

1. Большаков В.П. Инженерная и компьютерная графика. Практикум – СПб: БХВ- Петербург, 2004

2. ЗАО АСКОН КОМПАС-3D V7, Руководство пользователя, Том I., 2004г.

 

7.5 Варианты заданий

1 вариант

 

 

 

2 вариант

 

 

3 вариант

 

 

4 вариант

 

 

 

5 вариант

 

 

 

 

6 вариант

 

 

7 вариант

 

 

 

 

 

8 вариант

 

 

 

 

9 вариант

 

 

 

10 вариант