Обзор и анализ возможностей прикладных программ

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)

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.