Технология создания объемных моделей в САПР

1.

2.

Цели урока:
❖ познакомить
с
понятием
«Система
автоматизированного проектирования (САПР)»,
с историей развития САПР, с основными
компонентами САПР;
❖ научить различать типы моделей в САПР;
❖ сформировать
представление
о
видах
моделирования в САПР, о современных
редакторах САПР;
❖ проанализировать современные тенденции в
САПР-моделировании;
❖ воспитывать умение работать в команде.

3.

Система автоматизированного
проектирования (САПР)
—автоматизированная
система,
реализующая
информационную технологию выполнения функций
проектирования технологических объектов.
В Системах Автоматизированного Проектирования
(САПР) МОДЕЛЬ — это цифровое описание объекта,
сохраняющее его ключевые свойства,
а МОДЕЛИРОВАНИЕ — процесс создания и исследования
этой модели для анализа, визуализации или производства.

4.

На повестке дня у нас системы автоматизированного проектирования
(САПР). Данные «помощники инженеров» прошли немалый и тернистый
путь, чтобы дойти до того состояния, в котором мы можем лицезреть их
сейчас. Данные программы очень важны, ибо без них было бы крайне
сложно конструировать и проектировать что-либо (представьте объем
чертежей, который инженерам приходилось рисовать от руки).

5.

1960-е – начало истории САПР, первые компьютеры начали использоваться для
создания чертежей и моделей. Первым проектом, походящим на систему
проектирования, стал Sketchpad, разработанный Иваном Сазерлендом в 1963 году.
1970-е - появились первые коммерческие САПР. Например, CADAM (Computer
Augmented Design and Manufacturing), созданная IBM в 1977 году, стала первой
успешной индустриальной CAD-системой несмотря на то, что она была
ориентирована
в
первую
очередь
на
2D-чертежи.
Sketchpad
был
исследовательской, а не коммерческой программой.
1980-е - компьютеры стали доступны не только для крупного бизнеса, но и для
малого и среднего. Это позволило компаниям активнее переходить на
компьютерные решения. Например, вышли IBM PC (1981 год) и Apple Macintosh
(1984 год). Без развития ПК не развивались бы и САПР.
1990-e - САПР начали САПР адаптировать под Windows, в 1995 году был выпущен
SolidWorks, который был разработан под Windows. Он также предложил
параметрическое моделирование, позволив изменять размеры и свойства
элементов модели, не заставляя пользователя перестраивать остальные элементы
руками.
2000-е - развитие последнего витка САПР – CAE-системы (Computer-Aided
Engineering). Эти системы позволяют выполнять различные инженерные расчеты,
анализы и симуляции.
2010 - е - настоящее время - производители САПР начали адаптацию своих
решений под веб-приложения и мобильные платформы.

6.

Система автоматизированного
проектирования (САПР) включает:
❑ инженерные расчеты;
❑ создание конструкторской документации;
❑ 3D-моделирование;
❑ управление инженерным персоналом, удаленную
координацию его работы.
Первая аббревиатура САПР прозвучала из США сразу
после Второй мировой войны, система выполнена по
требованию Пентагона для координации действий систем
противовоздушной обороны и получили название CAD
(Computer Aided Design).
Российский аналог был создан в конце 80-х годов прошлого
столетия.

7.

Компоненты САПР

8.

Типы моделей в САПР
геометрические
информационные
каркасные
параметрические
поверхностные
твердотельные

9.

Типы моделей в САПР
Геометрические (2D/3D): каркасные, поверхностные и твердотельные
модели, описывающие форму:
▪ Каркасные модели: простейшее представление объекта в виде
набора линий (ребер) и точек (вершин).
▪ Поверхностные модели: описывают внешнюю оболочку объекта.
Используются в промышленном дизайне для создания сложных
криволинейных форм.
▪ Твердотельные (объемные) модели: содержат информацию о
внутреннем объеме материала, позволяют рассчитывать массу, центр
тяжести и проводить инженерные симуляции.
Параметрические модели: описываются через параметры (размеры,
углы) и связи между ними, а изменение одного параметра автоматически
перестраивает всю конструкцию.
Информационные (BIM): содержат не только геометрию, но и
технические характеристики, материалы, функциональные свойства.

10.

Типы моделей в САПР
каркасные
поверхностные
информационные
твердотельные
параметрические

11.

Процесс моделирования в САПР включает несколько
последовательных этапов:
✓ Создание концепции: определение задачи и требований
к модели.
✓ Разработка геометрии: построение каркаса и основных
форм объекта.
✓ Добавление параметров: установка зависимостей и
параметров для гибкости модели.
✓ Симуляция и тестирование: проведение виртуальных
испытаний
для
проверки
надежности
и
функциональности.
✓ Оптимизация: внесение коррективов и улучшений на
основе тестов.
✓ Подготовка к производству: формирование чертежей,
спецификаций и экспорт файлов для производства.

12.

13.

Геометрическое моделирование
✓ отражает форму и взаимное расположение элементов объекта;
✓ лежит в основе любого CAD-процесса;
✓ включает создание объектов по координатам и использует инструменты
построения: точки, отрезки, кривые, поверхности и объемные тела;
✓ инструменты трехмерного моделирования дают возможность создавать
реалистичные цифровые макеты, проводить визуализацию, готовить
документацию и экспортировать данные в другие системы;
✓ включает три основных типа: каркасное, поверхностное и твердотельное
моделирование.

14.

Параметрическое моделирование
✓ строится на зависимостях между элементами: изменяя размеры или геометрию
одной части, можно автоматически обновить всю модель;
✓ позволяет создавать модели, которые можно легко изменять с помощью
параметров и переменных;
✓ удобно при проектировании элементов, которые часто подлежат корректировке
или стандартизации;
✓ позволяет быстро создавать и модифицировать изделия, ускоряя цикл
проектирования и снижая вероятность ошибок;
✓ широко используется в проектировании мебели, изделий из металла и в
машиностроении.

15.

Имитационное моделирование
✓ позволяет не только проектировать, но и проводить виртуальные испытания
объектов: анализировать поведение объекта под нагрузкой, температурой,
вибрацией и другими воздействиями;
✓ например, могут включать расчет напряжений в конструкциях, симуляции
потоков жидкости и теплового обмена;
✓ позволяет моделировать условия эксплуатации и поведение изделий в реальных
условиях, что экономит время и ресурсы на физические испытания.

16.

Информационное моделирование
✓ BIM
(Building
Information
Modeling)
расширенный
формат
автоматизированного проектирования, включающий в себя не только геометрию,
но и полную информацию об объекте;
✓ в BIM-моделях закладываются данные о материалах, стоимости, сроках,
технических характеристиках и правилах эксплуатации;
✓ используется для управления объектом на всех стадиях — от проектирования до
эксплуатации;
✓ способствует более тесному взаимодействию между всеми участниками
строительного процесса.

17.

Конструкторское моделирование
➢ CAD — Computer-Aided Design —процесс создания точных цифровых
двойников объектов для их последующего анализа, производства и
документирования. Современное моделирование заменяет ручное
черчение, позволяя автоматически генерировать конструкторскую
документацию на основе 3D-моделей.

18.

Технологическое моделирование
➢ процесс создания цифровых имитаций производственных процессов для
проверки их осуществимости, оптимизации ресурсов и предотвращения ошибок
до начала реального производства;
➢ фокусируется на форме изделия, технологическое моделирование имитирует то,
как это изделие будет изготовлено;
➢ подготавливает данные для ЧПУ-станков.

19.

Инженерное моделирование
➢ процесс создания точных цифровых копий реальных объектов или механизмов;
➢ позволяет инженеру не просто нарисовать деталь, а заложить в нее
математические параметры, физические свойства и функциональные связи.
➢ включает основные компоненты инженерного моделирования: CAD (ComputerAided Design) — геометрическое проектирование, CAE (Computer-Aided
Engineering) — инженерный анализ, CAM (Computer-Aided Manufacturing) —
подготовка производства.

20.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис TinkerCAD
➢ обеспечивает создание 3D моделей в приложении, работающем в браузере и
передачи их на 3D-печать;
➢ не требуется установка дополнительных приложений, достаточно лишь браузера,
поддерживающего WebGL;
➢ созданные модели можно сохранять на сервере либо загружать их на локальный
диск в формате файлов STL;
➢ работает с несколькими сервисами трехмерной печати (Ponoko, Shapeways и
i.Materialise) и принтерами MakerBot;
➢ для некоммерческого использования сервис бесплатен.
Интерфейс
TinkerCAD

21.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис Fusion 360
➢ это комплексный облачный CAD/CAE/CAM инструмент для
промышленного дизайна и машиностроительного проектирования:
➢ сочетает в себе функционал от Inventor, Alias, Simulation и других
программных продуктов Autodesk;
➢ имеет платную и бесплатную версию.
Интерфейс
Fusion 360

22.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис Kompas 3D
➢ универсальная система трёхмерного проектирования, с возможностями
твердотельного, поверхностного и прямого моделирования;
➢ ключевая особенность - обеспечение сквозного процесса проектирования от
реализации идеи в 3D до подготовки полного комплекта документации:
➢ содержит инструменты для коллективного проектирования изделий и объектов
строительного проектирования любой степени сложности и позволяет
подготовить полноценную электронную модель изделия, здания и сооружения.
Интерфейс
Kompas 3D

23.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис SolidWorks
➢ создана для использования на персональном компьютере в операционной среде
Microsoft Windows;
➢ используется принцип трехмерного твердотельного и поверхностного
параметрического проектирования, что позволяет конструктору создавать
объемные детали и компоновать сборки в виде трехмерных электронных
моделей, по которым создаются двухмерные чертежи и спецификации в
соответствии с требованиями ЕСКД;
➢ 0беспечивает разработку изделий любой степени сложности и назначения.
Интерфейс
SolidWorks

24.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис nanoCAD
➢ российская платформа для автоматизированного проектирования и создания
рабочей
конструкторской
документации,
разработанная
компанией
«Нанософт»:
➢ имеет возможность собрать пакет из специализированных приложений,
например, подходящих только для машиностроения;
➢ удобный интерфейс, полный комплект инструментов для проектирования,
автоматическая
проверка
чертежей
на
соответствие
стандартам
(общепринятым и корпоративным), возможность командной работы.
Интерфейс
nanoCAD

25.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис T-FLEX CAD
➢ российское ПО для 3D-проектирования и создания конструкторской
документации, разработанная компанией «Топ Системы»;
➢ есть пробная, студенческая и платная версии программы;
➢ подходит для параметрического проектирования, создания сложных сборок,
оптимизации конструкций, генерации фотореалистичных изображений и
подготовки моделей к 3D-печати;
➢ интегрирована со средствами анализа конструкций на прочность.
Интерфейс
T-FLEX CAD

26.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис Autodesk AutoCAD
➢ это универсальная САПР для 2D-черчения и 3D-моделирования;
➢ позволяет создавать точные технические проекты твердотельных объектов,
поверхностей и сеток, параметрические модели (изменение чертежей и моделей
на основе заданных параметров) и визуализации (получение реалистичных
изображений 3D-объектов);
➢ специализированные
наборы
инструментов
включают
архитектурное
проектирование, машиностроение, электротехнику.
Интерфейс
AutoCAD

27.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис CATIA
➢ это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD),
производства (CAM) и инженерного анализа (CAE);
➢ является мировым стандартом в авиастроении, судостроении и автомобильной
промышленности;
➢ позволяет создавать параметрические 3D-детали.
➢ один из лучших в классе для создания сложных криволинейных форм;
➢ система оптимизирована для управления тысячами компонентов в рамках одного
проекта (например, самолета целиком).
Интерфейс
CATIA

28.

Современные редакторы САПР
Онлайн сервис Autodesk Revit
➢ для параметрического BIM-моделирования (информационного моделирования
зданий), объединяющее архитектуру, инженерные системы (MEP) и конструкции
в единой 3D-среде;
➢ позволяет автоматизировать создание чертежей, разрезов и спецификаций,
обеспечивая высокую точность данных и совместную работу.
Интерфейс
Revit

29.

С развитием
технологий
появляется
всё
больше
возможностей для моделирования в САПР:
✓ Интеграция с искусственным интеллектом (ИИ). ИИ
помогает
оптимизировать
процесс
моделирования,
предлагать варианты и находить ошибки на ранних этапах
проектирования.
✓ Облачные технологии. Облачные САПР-платформы
позволяют работать над проектом в команде из разных
локаций, обеспечивая синхронизацию данных.
✓ Виртуальная и дополненная реальность. VR и AR
технологии позволяют визуализировать объекты в их
реальных масштабах, что особенно полезно в архитектуре и
промышленности.
✓ Аддитивное производство и 3D-печать. САПР-модели
легко преобразуются в файлы для 3D-принтеров, что
ускоряет процесс создания прототипов и конечных
изделий.

30.

✓ Точность и надежность. САПР позволяет проектировать модели с
высокой точностью, что особенно важно в машиностроении и
строительстве.
✓ Экономия времени и ресурсов. Благодаря цифровым симуляциям и
анализу, САПР помогает избежать дорогих ошибок, оптимизировать
производственные процессы и трудозатраты на проектирование и
документооборот
✓ Гибкость и возможность тестирования. Инженеры могут тестировать
различные решения и улучшать конструкцию без физического
прототипирования.
✓ Масштабируемость. САПР-модели могут адаптироваться под
различные размеры и параметры, что делает их идеальными для
массового производства.
✓ Автоматическая
генерация
чертежей
и
спецификаций,
автоматизация расчетов;
✓ Возможность быстрого редактирования моделей и повторного
использования наработок.

31.

Моделирование в САПР открывает перед инженерами, дизайнерами
и архитекторами огромные возможности для создания точных,
функциональных
и
экономически
выгодных
решений.
Разнообразие видов моделирования и инструментов позволяет выбрать
оптимальный подход для любой отрасли.
САПР продолжает развиваться, предоставляя новые технологии для
более эффективного и устойчивого проектирования, что позволяет
компаниям экономить ресурсы и ускорять выход продукции на рынок.