2 - 2017

Обзор и анализ возможностей прикладных программ

Асылбек Касенов, к.т.н., ассоциированный профессор (доцент), Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова (Республика Казахстан, г.Павлодар)
Асылбек Касенов, к.т.н., ассоциированный профессор (доцент), Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова (Республика Казахстан, г.Павлодар)
Лаура Жанбулатова, студентка 3-го курса специальности «Машиностроение», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова (Республика Казахстан, г.Павлодар)
Лаура Жанбулатова, студентка 3-го курса специальности «Машиностроение», Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова (Республика Казахстан, г.Павлодар)

В статье представлен обзор и сравнительный анализ возможностей прикладных программных продуктов (КОМПАС, АРМ, T-Flex, AutoCAD, ANSYS, Comsol, Simufac, Adams, Nastran) по следующим характерис-тикам: наличие методов для базового и продвинутого курсов; наличие русскоязычного интерфейса; сложность освоения интерфейса; полнота и качество справочной системы, наличие обучающих примеров и видеоуроков; обеспеченность дополнительной литературой по работе с программой; сложность воспроизведения моделей, возможность одновременной работы с несколькими файлами, наличие интеграции между отдельными модулями программы; быстродействие программы; цена и др. Оценена возможность и целесообразность использования этих программных продуктов в высших учебных заведениях для подготовки высококонкурентоспособного, профессионально компетентного специалиста, востребованного на современном рынке труда.

Введение

Внедрение информационных технологий в учебный процесс сопровождается существенными изменениями в методологии преподавания графических дисциплин. В соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов выпускники должны не только владеть набором профессиональных знаний, умений, навыков и компетенций, но и быть готовыми к освоению новых знаний, обеспечивающих профессиональную конкурентоспособность. Активное внедрение информационных технологий привело к увеличению потребности в высококвалифицированных кадрах, владеющих навыками работы в системах автоматизированного проектирования.

Преподавание в высших учебных заведениях направлено на выпуск наиболее конкурентоспособных специалистов, и одной из важных составляющих в инженерной подготовке является обучение навыкам проектирования. Конкурентоспособность в высших учебных заведениях достигается за счет того, что студентам предоставляется возможность выполнения задания как традиционным методом проектирования и анализа проектов, так и с использованием систем автоматизированного проектирования, внедренных в такие дисциплины, как машинная графика, проектирование механизмов и машин, детали машин и основы конструирования, проектирование и производство металлорежущих инструментов и др. [1­8].

Основная часть

Чтобы стать высококлассным специалистом, будущий инженер обязательно должен знать одну или несколько систем автоматизированного проектирования. В свою очередь, введение в учебный процесс новых технологий сделало его более интенсивным и интересным для обучающегося, а также значительно облегчило создание конструкторских и технологических проектов.

Для обучения навыкам работы в САПР (система автоматизированного проектирования) технические кафедры выбрали наиболее подходящее для выполнения инженерных операций программное обеспечение. В этот перечень входят отечественные программы: КОМПАС, АРМ, T­Flex, а также программы иностранного производства: AutoCAD, ANSYS, Comsol, Simufac, Adams, Nastran. Все перечисленные программы используются для выполнения различных инженерных задач и соответствуют международным стандартам.

КОМПАС — семейство систем автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД (Единая система конструкторской документации) и СДПС (Система проектной документации для строительства) [3, 4, 9]. Компания Аскон — разработчик системы КОМПАС специализируется в области машиностроения, приборостроения, строительства и предназначена для построения как объемных ассоциативных моделей, так и полностью сборочных единиц. КОМПАС представляет собой прекрасное решение для автоматизирования процесса создания чертежей. Как показывает практика, данная система, по сравнению с аналогами, довольно проста для изучения [10].

АРМ — программные продукты инженерного анализа (CAE), предназначенные для моделирования инженерных конструкций с целью получения оптимальных проектно­конструкторских решений и автоматизации подготовки конструкторской документации. Эти продукты можно эффективно использовать при проведении научных исследований и выполнении экспертных работ, при обучении студентов, аспирантов и магистрантов технических университетов и переподготовке инженерных кадров, для анализа критических ситуаций и реализации других целей и задач во всех без исключения сферах инженерной деятельности [6, 12].

T­Flex — профессиональная конструкторская программа, объединяющая в себе мощнейшие параметрические возможности 2D­ и 3D­моделирования. T­Flex CAD отличается особой производительностью и стабильностью и предлагает инновационные инструменты для создания специализированных систем автоматизированного проектирования в области трубопроводов, металлоконструкций, электрических схем, строительных и многих других конструкций. Система ориентирована на профессионалов в области проектирования, содержит все необходимые инструменты для расчета, конструирования и подготовки производства конструкций всех уровней сложности [10].

AutoCAD — дву­ и трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. AutoCAD и специализированные приложения на его основе активно применяются в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Широкое распространение AutoCAD в мире не в последнюю очередь обусловлено развитыми средствами разработки и адаптации, которые позволяют настроить систему под нужды конкретных пользователей и значительно расширить функционал базовой системы [13].

ANSYS — универсальная программная система конечно­элементного анализа, существующая и развивающаяся на протяжении последних 30 лет, является самой популярной у специалистов по CAE­системам. АNSYS служит для решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твердого тела и механики конструкций, включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций, задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей. Моделирование и анализ в некоторых областях промышленности позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование — изготовление — испытания» [14].

Comsol предназначен для моделирования любых сложных физических явлений — электрических, механических, гидродинамических и химических. Дополнительные модули расширяют возможности платформы мультифизического моделирования, обеспечивая моделирование в специфических областях науки и техники и интеграцию с программными пакетами сторонних разработчиков и их функциями [15].

Simufac — система компьютерного моделирования для расчета процессов деформирования металлов в процессах ковки и объемной штамповки при проектировании штамповой оснастки. Позволяет оптимизировать температурно­скоростные, учитывающие напряженно­деформированное состояние, условия процессов, а также проектировать оптимальные технологии. Этому способствует адекватность моделей технологического процесса, а также точное описание реологического поведения металла в условиях деформации [16].

Adams — наиболее широко применяемый программный комплекс для виртуального моделирования сложных машин и механизмов. Adams используется для разработки и совершенствования конструкций — от простых механических и электромеханических устройств до автомобилей и самолетов, железнодорожной техники и космических аппаратов. С помощью Adams можно быстро создать полностью параметризованную модель изделия, строя ее непосредственно в препроцессоре или импортируя из наиболее распространенных CAD­систем. Задав связи компонентов модели, приложив нагрузки, определив параметры кинематического воздействия и запустив расчет, можно получить данные, полностью идентичные результатам натурных испытаний системы. Таким образом, представление о работе изделия появляется еще до начала раскроя металла или отливки пластика для изготовления опытного образца [17].

Nastran обеспечивает полный набор расчетов, включая расчет напряженно­деформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов. Наряду с расчетом конструкций он может использоваться и для оптимизации проектов. Последнюю можно проводить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических переходных процессов, собственных частот и форм колебаний. Nastran также включает уникальную функцию оптимизации конструкции с неограниченными изменениями ее геометрической формы [18].

Анализ и сравнение преимуществ и недостатков некоторых прикладных программ:

  • КОМПАС — понятный и интуитивный интерфейс; относительно недорогой; полностью русифицирован;
  • AutoCAD — доступность для создания на его базе мощных специализированных расчетно­графических пакетов; но — сложность привязки информации из базы данных к графическим объектам;
  • T­Flex — уникальные средства параметризации; скорость работы программы; гибкое проектирование; решение сложных задач; открытость; широкий набор дополнительных возможностей; использование существующих наработок и опыта; но — ограниченные возможности расчета (отсутствие аэро­ и гидродинамики), не предусмотрена возможность эргономического расчета; слабые возможности создания объектов с фотореалистичного изображения; отсутствуют инструменты трассировки и резервирования объемов;
  • ANSYS — удобный и гибкий пользовательский интерфейс; широкие возможности препроцессора; обладает мощным средством автоматизации численного анализа — языком APDL; но — повышенные требования, предъявляемые к аппаратному обеспечению для получения приемлемой скорости прямого просчета модели. Данное обстоятельство существенно ограничивает возможность применения двумерных и особенно трехмерных ANSYS­моделей в оптимизированных процедурах, требующих многократного вызова моделей на каждом итерационном шаге.

Представленные прикладные программы, используемые в учебном процессе, позволяют смоделировать различные конструкторские и технологические проекты, не прибегая к дорогостоящим и долгосрочным лабораторным работам, что позволяет в короткие сроки дать студенту представление о промышленных процессах в его сфере обучения.

Несмотря на широкие возможности современных САПР, решающая роль в проектировании принадлежит студенту, и навыки работы на представленных прикладных программах являются одной из главных задач для высших учебных заведений, которые заинтересованы в подготовке высококвалифицированных специалистов и подтверждении конкурентоспособности своего учреждения, цель которого — дать своим обучающимся практические знания для дальнейшего их применения на предприятиях.

Выводы

Прикладные программы являются неотъемлемой частью профессиональной деятельности инженеров, поэтому на их освоение требуется определенное время. В силу ограничения учебным планом аудиторных занятий целесообразно поэтапное изучение программных продуктов, начиная с широко применяемых во всех отраслях и заканчивая специальными профессиональными прикладными программами.

Таким образом, сравнение некоторых программ показывает, что современные САПР отвечают всем требованиям системы образования, и использование их в учебном процессе является целесообразным, а их применение в процессе подготовки инженеров способствует лучшему взаимодействию обучающихся в едином информационном пространстве. Всё это позволяет подготовить высококонкурентоспособного, профессионально компетентного специалиста, востребованного на современном рынке труда. 

Список использованных источников:

  1. Сторчак Н. Применение системы КОМПАС­3D в преподавании инженерных дисциплин // САПР и графика. 2013. № 10. С. 88­89.
  2. Клещёва Н.А., Тарасова И.М. Применение теории графов в процессе формирования системы математической подготовки бакалавров // International journal of applied and fundamental research. 2015. № 1. С. 130­135.
  3. Горелов В.Н, Кокорев И.А. Принципы построения 3D­моделей корпусных деталей в системе КОМПАС­3D // МТО­13, 18 октября 2013 года. Том 1. С. 321­324.
  4. Дудак Н.С., Касенов А.Ж., Муканов Р.Б., Оспантаев А.К., Истай Т.Б., Миллер С.А., Ахметова А.А. Прочностной конечно­элементный экспресс­анализ // Материалы Международной научной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «XVI Сатпаевские чтения». Том 16. Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2016. С. 47­54.
  5. Мендебаев Т.М., Дудак Н.С., Касенов А.Ж., Муканов Р.Б., Смаилова Г.А. Применение системы Autodesk Inventor при проектировании резцовой головки для обработки отверстий // Труды Международных Сатпаевских чтений «Конкурентоспособность технической науки и образования», Т.1, часть 1. Алматы, 2016. С. 238­243.
  6. Дудак Н.С., Муканов Р.Б., Касенов А.Ж., Таскарина А.Ж. Применение системы APM WinMachine при проектировании металлорежущих инструментов // Материалы X Международной научно­практической конференции «Ключевые вопросы современной науки­2014», 17­25 апреля 2014 г., Т. 37. Технологии. София «БелГрад­БГ» ООД. 2014. С. 47­50.
  7. Махов А.А., Копейкин Е.А. Проектирование шлицевых протяжек с применением MatLab и T­Flex CAD 3D // Вестник МГТУ «Станкин». 2014. № 3 (30), С. 73­78.
  8. Горбунов И.В., Ефременков И.В., Леонтьев В.Л., Гисметулин А.Р. Особенности моделирования процессов механической обработки в CAE­системах // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2013. № 4­4, Т. 15. С. 846­853.
  9. Денисова Н., Доронин А., Завалишин Ю., Меньков А., Терушкина Н. Применение программного обеспечения «Аскон» в реализации образовательных дисциплин вуза // САПР и графика. 2014. № 3. С. 74­79.
  10. Компания «Топ Системы» выпустила новую версию системы автоматизированного проектирования T­Flex CAD 15/ URL: http://www.mashportal.ru/company_news­43039.aspx.
  11. Преимущества КОМПАС­3D в САПР — небольшой обзор/ URL: http://texdizain.net/proektirovanie/37­preimuschestva­kompas­3d­v­sapr­nebolshoy­obzor.html.
  12. Шелофаст В., Розинский С. Программные продукты компании НТЦ «АПМ» — новые возможности и перспективы // САПР и графика. 2015. № 8 (226). С. 52­58.
  13. Фрей Д. Изучаем AutoCAD® 2007 и AutoCAD® LT 2007 с самого начала. AutoCAD® 2007 и AutoCAD® LT 2007: Практическое руководство / Д. Фрей; [пер. с англ. И. Л. Волкова]. Москва, 2008. 688 с.
  14. Денисов М.А. Компьютерное проектирование. ANSYS. Учебное пособие / Министерство образования и науки РФ, Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина. Екатеринбург, 2014. C. 77.
  15. Сomsol. Программный пакет для мультифизического моделирования / URL: https://www.comsol.ru/products.
  16. Simufact Forming / URL: http://www.lavteam.org/tags/Simufact.
  17. Adams — система виртуального моделирования машин и механизмов / URL: http://rusapr.ru/prod/progs/element.php?ID=835.
  18. САПР для машиностроения и промышленного производства / Инженерные расчеты и моделирование технологических процессов / MSC. Nastran / URL: http://www.cad.ru/ru/software/detail.php?ID=3181.