По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат CAD/CAM/CAE-системы [1].
Система автоматизации проектных работ, или система автоматизированного проектирования, САПР – программный пакет, предназначенный для проектирования (разработки) объектов производства (или строительства), а также оформления конструкторской и/или технологической документации [2].
Работа с САПР обычно подразумевает создание геометрической модели изделия (двумерной или трёхмерной, твердотельной), генерацию на основе этой модели конструкторской документации (чертежей изделия, спецификаций и прочее) и последующее его сопровождение. Следует отметить, что русский термин «САПР» по отношению к промышленным системам имеет более широкое толкование, чем CAD – он включает в себя CAD, CAM и CAE.
Термины CAD, CAM, CAE обозначают следующее:
CAD-системы (сomputer-aided design) – компьютерная поддержка проектирования, предназначенная для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации.
CAM-системы (computer-aided manufacturing) – компьютерная поддержка изготовления, предназначенная для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков. CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства.
САЕ-системы (computer-aided engineering) – поддержка инженерных расчетов, представляющая собой применение обширного класса систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.
Несмотря на широкое распространение систем CAD для проектирования и систем CAE для анализа, эти системы не так уж хорошо интегрируются. Дело в том, что модели CAD и CAE по сути используют разные типы геометрических моделей, и в настоящее время не существует общей унифицированной модели, которая бы содержала в себе информацию как для проектирования, так и для анализа.
Системы CAD, особенно современные, с модулями твердотельного моделирования предоставляют множество возможностей для эффективного и быстрого проектирования при изготовлении литьевых форм [3, с. 523].
В контексте обсуждения CAD существуют три возможных пути конструирования формы:
– двухмерное;
– комбинированное;
– трехмерное.
В двухмерном варианте весь процесс конструирования формы проводится с помощью двухмерной системы CAD. Продуктом являются чертежи. При работе с такими программами все остальные стадии, необходимые для изготовления формы, остаются за пределами автоматизации в рамках данной программы [3, с.525]. Сложные поверхности произвольной формы получают, например, фрезерованием по копиру с помощью физических моделей.
В комбинированном варианте формообразующие детали формы конструируются трехмерной системой. В частности, для сложных элементов форм с большим количеством произвольных поверхностей такой вариант дает возможность использовать числовое программное управление (ЧПУ) для изготовления вставок, непосредственно используя данные CAD. Прочая оснастка изготавливается обычным способом (двухмерная система, чертежи).
В трехмерном варианте вся литьевая форма полностью проектируется в трехмерной системе. Возможно достижение сквозного внедрения данных CAD в процесс. В идеале практически все данные, описывающие форму, находятся в компьютерной модели.
Хотя трехмерные построения понятнее наблюдателю, чем сложные технические чертежи, при генерации твердотельных моделей часто возникает необходимость в двухмерном черчении. Стало обычной практикой создавать поперечные сечения профилей в виде эскиза и превращать их в трехмерные объекты путем трансляции или вращения. В этом случае для подготовки к объемному моделированию требуется двухмерный чертеж. Даже если трехмерное моделирование закончено, двухмерное черчение может оказаться необходимым, например, для создания рабочих чертежей отдельных деталей. В результате происходит переключение между уровнями моделирования и представления.