Лекция 1. 3D модели и их роль на этапах жизненного цикла деталей

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ

Общество

Акционерное

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроники  

Конспект лекций

для студентов специальности

5В071600 – Приборостроение

Алматы 2016

СОСТАВИТЕЛИ: Г.К. Балбаев, А.Б. Нусибалиева. Моделирование приборов и систем. Конспект лекцийдля студентов специальности 5В071600 – Приборостроение. – Алматы: АУЭС, 2016.– 41 с.

Конспект лекций предназначен для самостоятельного изучения курса «Моделирование приборов и систем». В конспекте рассмотрены основные методы моделирования, создание моделей изделии, характеристики материалов, моделирование простейших элементов корпусов электронных изделий, расчет нагрева плат в программе Solid Works.

Конспект лекций предназначен для студентов специальности 5В071600 – Приборостроение.

Ил.-19, табл.-1, библиогр.-4

Рецензент: к.т.н. Данько Е.Т.

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2016 г.

©НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2016 г.

Содержание

Лекция 1. Роль 3D модели на этапах жизненного цикла деталей………………………………………………………….
Лекция 2. Методы и средства 3D моделирования изделий………..
Лекция 3. Введение в программу SolidWorks……………………….
Лекция 4. Создание эскиза……………………………………………
Лекция 5. Детали и элементы………………………………………...
Лекция 6. Массивы…………………………………………………....
Лекция 7. SolidWorks Simulation..........................................................
Лекция 8. SolidWorks Flow Simulation................................................
Лекция 9. Circuit Works……………………………………………..
Лекция 10. Модуль Solid Works Professional………………………
Лекция 11. Solid Works Costing…………………………………….
Список литературы

Цель лекции: изучить роль 3D моделей на различных этапах жизненного цикла деталей.

Модель является приближением, которое описывает с некой точностью реально существующие свойства какого-либо объекта или процесса. Первым делом, необходимо изучить те объекты, которые представляются в виде различных приборов и систем управления, а также составляющие детали и их узлы. Детали технологического процесса, в основном, рассматриваются в процессе изменения состояния объекта – например, момент изменений состояния некой детали при ее сборке, или же когда происходит изменение состояния детали при обработке.

Все модели классифицируют по двум параметрам. Первым параметром является отношение модели к классу физических или аналитических параметров. К классу физических моделей относятся те модели, которые изготовлены из реально существующих материалов. К классу аналитических моделей можно отнести геометрические и расчетные модели.

Ко второму параметру относятся модели локальных и полных классов. Полная модель содержит свойства объектов и процессы. Локальная моделирует ограниченный набор свойств. Рассмотрим пример полной физической модели изделия, которая передается потребителям для проверки основных проектных решений, в то время как локальные прототипы применяются для анализа отдельных частей проекта.

3D модель объекта – трехмерная геометрическая компьютерная модель, включает в себя набор различных атрибутов, которые способны описывать объект. В процессе создания изделия возможно создавать 3D модели. Упрощенно схему жизненного цикла изделия можно представить следующими этапами: Маркетинг → Проектирование изделия→Подготовка к производству → Производство изделия→ Реализация → Эксплуатация → Ремонт и обслуживание → Утилизация. Так как этап маркетинга нас мало интересует, перейдем непосредственно к роли 3D модели на каждом этапе жизненного цикла изделия.

Проектирование. Этап проектирования можно разделить на концептуальное и детальное проектирования. Концептуальное проектирование представляет собой формирование и уточнение требований к изделию. А на этапе детального проектирования производится выбор решения, которое осуществляется после выбора концептуальных решений. Кроме того, на этапе рабочего проектирования выбранные решения конкретизируются, а также определяются точные размеры геометрической модели и состав узлов, составляется рабочая документация, определяется материалы, которые будут использоваться в данном изделии. При концептуальном проектировании 3Dмодели применяются для представления неких концептуальных решений (например, принцип действия исполнительного механизма), а также осуществляется анализ и отбор. При детальном проектировании 3D модели являются геометрическим представлением изделия, которые способны производить расчеты на долговечность, прочность в виде компьютерной модели, кроме того, они способны анализировать собираемость узлов и деталей и получать чертежно-конструкторскую документацию.

Также необходимо учесть, что мышления конструктора, который применяет 3D моделирование и конструктора, который работает с чертежами отличаются между собой, а отличаются они в следующем:

1) Те мысленные “образы чертежей” будут заменены на “образы самих моделей”, которые раскрепощают мышление и, следовательно, появляется возможность быстрее принимать решения.

2) Возможно использовать уже созданную модель аналогичной детали, тем самым конструктор сокращает время работы с проектом в десятки раз.

Этот фактор упорядочивает информацию о выполненных проектах и, следовательно, систематизирует мышление.

Необходимо также учесть, что при 3D моделировании уменьшается вероятность допущения ошибок в проекте, так как:

- в процессе проектирования конструктор наглядно видит результаты работы на каждом этапе проектирования;

- исключается автоматическая случайная ошибка, так как чертежи формируются на основании собранной модели, поэтому гарантируется соответствие информаций в разных видах;

- при осуществлении сборки возможно проверить способность к собираемости и сразу выявлять и устранять ошибки в моделях.

Как локальные, так и полные 3D модели возможно применять и при концептуальном, и при детальном проектировании инженерного анализа. Приведем пример, проведя анализ модели, корпус которого выполнен из пластмассы, на прочность можно выявить его наиболее «слабые места» и выполнить некоторые изменения в детали для увеличения жесткости.

Также, для того, чтобы провести анализ конструкторских решений при помощи 3D модели, иногда создается некий физический прототип с использованием методов быстрого прототипирования. Известно множество методов быстрого прототипирования, которые реализуются в установках. Эти установки различаются как по используемым материалам так и по способам формирования прототипа.

Подготовка производства (ПП). Ранее, когда не было систем компьютерного 3D моделирования, в качестве исходной информации для подготовки производства использовалась чертежно-конструкторская документация. В современном мире 3D модели являются составной частью конструкторской документации. Также существует возможность использования 3D моделей на этапе технологической подготовки производства:

- проектирование сложной формообразующей оснастки и инструмента – пресс-форм, штампов и электродов;

- моделирование различных процессов, при которых происходит формообразование (штамповки, ковки, литья и т.п.) моделирование изделия на данном этапе осуществляется для того, чтобы выявить возможные дефекты и устранить их, а также для того, чтобы сэкономить исходный материал;

- формирование управляющих программ обработки деталей сложных форм на станках с ЧПУ.

При разработке технологических процессов осуществляется конструирование операционных эскизов. Не стоит забывать о том, что при конструировании изделий происходит проектирование 3D моделей не только изделий и их компонентов. То есть, чтобы изготовить законченный прибор проектируют и изготовляют необходимые устройства для нанесения штампов, пресс-форм, нестандартные инструменты, специальнее оборудование. В этом случае 3D модель выполняет такую же функцию, как и при проектировании самого изделия.

Важно также отметить, что роль 3D моделей на этапе подготовки производства – это виртуальное моделирование технологического процесса изготовления изделия, для которого и создаются 3D модели машин. Во избежание коллизии применяют 3D моделирование в уже реальных устройствах.

Производство. На данном этапе применяется моделирование для анализа и определения оптимальной структуры производственного процесса. Например, для автоматизации роботизированной конвейерной линии по сборке изделия, состоящего из множества компонентов, необходимо исключить возможные коллизии, а также предусмотреть временную синхронизацию работы отдельных механизмов и операторов. Таким образом, создавая 3D модели оборудования на каждом этапе технологического процесса и используя модель виртуального моделирования системы, решают перечисленные задачи.

Например, система проектирования DELMIA содержит свой набор инструментов, который позволяет осуществить цифровое описание, моделирование, анализ и прогнозирование производственных процессов при изготовлении изделий, а также необходимые ресурсы для реализации технологического процесса. На реальном производстве происходит моделирование технологических процессов изготовления изделия одновременно с его проектированием. В это же время производятся конструктивные изменения изделий, рассматриваются различные версии в исполнении изделий. Таким образом, 3D моделирование существенно сокращает время разработки новых изделий, исключая дефекты, повышает качество изделий.

Реализация. 3D модели очень часто используют при создании различных анимации, слайдов и фильмов, которые четко иллюстрируют созданные изделия и виртуально описывают принцип их действия. Такие анимации, слайды используют в рекламных целях и в качестве коммерческих предложений.

Эксплуатация. Роль 3D моделей на данном этапе схожи с ролью 3D моделей на этапе реализации. Также возможно использование таких моделей при создании анимаций, слайдов и фильмов, которые используются при составлении эксплуатационной документации.

Ремонт и обслуживание. На данном этапе 3D модели используются при создании интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР). Такие руководства способны детально пояснить все процессы обслуживания и ремонта изделия. ИЭТР чаще применяются при работе со сложными изделиями. Например, очень трудно, а в некоторых случаях, невозможно осуществить ремонт корабля или самолета при отсутствии технической документации.

Таким образом, ИЭТР используются при решении следующих задач:

- обеспечение пользователя справочными материалами об устройстве и принципах работы изделия;

- для обеспечения оператора справочным материалом с описанием устройства и принципа действия;

- обеспечение оператора данными о технологии изготовления и других операций с изделием, а также информацией о необходимых материалах и инструментах, о квалификации и количестве персонала;

- подготовка и реализация автоматизированного заказа запасных частей материалов;

- учет проведения регламентных работ и их планирование;

- обмен информацией между поставщиком и потребителем.

Также ИЭТР предусматривает наличие приложений, в которых рассматриваются вопросы об эксплуатации технических объектов обслуживающим персоналом, пояснение алгоритмов действий для каждого оператора (сюда же входит план действий при возникновении аварийных ситуаций, а также ликвидаций их последствий).

Утилизация. В тот момент, когда срок эксплуатации сложного изделия закончился, такое изделие необходимо утилизировать. Процесс утилизации является регламентированным процессом. Процесс ликвидации изделия обеспечен в форме ИЭТР инструктивными материалами, разработанными при использовании 3D моделей.

Таким образом, можно сделать вывод, что 3D модели применяются на всех этапах жизненного цикла изделия. Но чаще 3D модели применяются на начальных этапах ЖЦИ и подготовки производства изделий. Эти этапы можно представить единым этапом КТПП (конструкторско-технологической подготовки производства). Поэтому необходимо уделить особое внимание средствам и методам создания 3D моделей.

В настоящее время происходит развитие средств виртуального моделирования сложных производственных процессов. Это дает возможность повысить продуктивность производства новых изделий.

Дата добавления: 2017-01-13