SolidWorks — САПР промышленного масштаба

Артем Аведьян

Проектирование деталей из пластмасс и пресс-форм

Проектирование деталей из листового металла и технологической оснастки, моделирование процессов гибки и штамповки

Механообработка, электроэрозия, создание УП для станков с ЧПУ

Проектирование электрожгутов, трансляция данных из систем проектирования печатных плат

Заключение

С каждым годом системы автоматизированного проектирования приобретают все новые функциональные возможности, позволяющие пользователям решать различные производственные задачи. Конкурентная ситуация на рынке информационных технологий и динамика его развития таковы, что каждый разработчик программного обеспечения стремится занять свою нишу, найти свое ноу-хау, которое сможет выделить его продукт из множества других. Поэтому в настоящее время особенно актуальным становится наличие в САПР не только хороших функциональных возможностей и удобного пользовательского интерфейса, но и широкого набора прикладных модулей, решающих специализированные задачи, присущие определенным отраслям промышленности. Таким образом, особую важность приобретает комплексность предлагаемого решения.

Приведенным выше требованиям вполне удовлетворяет программный комплекс SolidWorks, основное назначение которого — обеспечение сквозного процесса проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения, включая создание интерактивной документации и обмен данными с другими системами. Структурная схема SolidWorks образца 2005 года приведена на рис. 1. На схеме показаны лишь наиболее востребованные программные модули SolidWorks, всего же их более 300. Даже при поверхностном взгляде на схему видно, что SolidWorks — это единая интегрированная CAD/CAM/CAE/PDM-система, построенная по иерархическому принципу, базирующаяся на единой информационной модели и устанавливающая общие принципы взаимодействия прикладных модулей.

Комплексные программные решения SolidWorks базируются на передовых технологиях гибридного параметрического моделирования, интегрированных средствах электронного документооборота SWR-PDM и SWR-Workflow, а также на широком спектре специализированных модулей. Программное обеспечение выполнено на русском языке, имеет привычный Windows-интерфейс и работает на платформе 2000/XP. Выпуск конструкторской и технологической документации осуществляется в полном соответствии с требованиями ЕСКД. Обладающая широкими возможностями и доступной ценой, система быстро внедряется в производство, обеспечивая быструю окупаемость вложенных средств.

Широкие возможности базового модуля вкупе с большим количеством специализированных приложений делают SolidWorks мощным программным комплексом, способным гибко настраиваться для решения практически любых проектных и производственных задач. Благодаря этому различные конфигурации SolidWorks находят широкое применение во многих отраслях промышленности. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Проектирование деталей из пластмасс и пресс-форм

Литье пластмасс является одним из широко распространенных технологических процессов, поскольку этим способом изготавливается подавляющее большинство деталей для бытовой техники, компьютеров, товаров народного потребления и т.п. Метод литья под давлением позволяет серийно выпускать изделия достаточно сложной формы с хорошим качеством видовых поверхностей. Современные технологии, базирующиеся на использовании дорогостоящего оборудования, требуют применения высококачественных пресс-форм, причем даже разработка типовой оснастки нередко является непростой задачей.

Гарантированного результата можно достичь, используя современные технологии компьютерного моделирования, еще на этапе конструкторской проработки позволяющие избежать возможных ошибок, которые могут возникнуть в производстве. САПР SolidWorks обеспечивает сквозную автоматизированную поддержку процесса изготовления изделий из пластмасс, включая моделирование деталей, анализ технологичности (рис. 2), проектирование оснастки и генерацию управляющих программ для изготовления формообразующих на станках с ЧПУ.

Базовые возможности SolidWorks

Встроенные в SolidWorks средства анализа литьевых уклонов и поднутрений, задания усадки, функции зашивки отверстий и построения поверхностей разъема, генерация твердотельных моделей матрицы и пуансона, знаков и ползунов, а также анализ собираемости пресс-формы и кинематики с учетом всех подвижных деталей являются необходимым и достаточным инструментарием, обеспечивающим базовую подготовку исходных данных для проектирования пресс-форм. В версии SolidWorks 2005 к перечисленным возможностям было добавлено новое специальное средство экспресс-анализа проливаемости пресс-форм, получившее название MoldflowXpress (рис. 3). Как и SolidWorks, модуль MoldflowXpress поддерживает русский язык.

Базовые средства SolidWorks дополняются рядом специализированных модулей, автоматизирующих технологическую подготовку производства изделий из пластмасс, назначение и возможности которых описаны ниже.

MoldflowWorks, Mold Adviser

Для того чтобы провести на этапе проектирования детали или оснастки подробный и точный анализ проливаемости пресс-формы, возможностей MoldflowXpress недостаточно. Для этого также применяются MoldflowWorks (анализ проливаемости пресс-формы без учета литниковой системы) и Moldflow Mold Adviser (анализ проливаемости многогнездной пресс-формы с учетом литниковой системы). Данные модули позволяют:

• анализировать течение пластмассы в пресс-формах любой сложности и получать распределение давления, поле температур и т.п.;

• определять зоны недостаточного охлаждения и качество поверхностей;

• оптимизировать точки впрыска, определять места скопления газов и образования линий спая;

• подбирать оптимальные параметры термопластавтоматов.

MoldWorks

Для облегчения труда конструктора и выполнения задач автоматизированной компоновки в среде SolidWorks пресс-форм из стандартных компонентов идеально подходит модуль MoldWorks (рис. 4). Его отличительными особенностями являются:

• встроенные библиотеки трехмерных параметрических деталей пресс-форм с графическим и информационным описанием (стандарты DME, HASCO, NATIONAL, RABOURDIN, FUTABA, EOC и т.д.);

• быстрая компоновка пресс-форм с учетом габаритов матрицы и пуансона и автоматическим позиционированием стандартных компонентов в соответствии с их назначением;

• оптимизация размеров пакета и расположения его узлов; редактирование по месту отдельных составляющих пресс-формы;

• проектирование системы охлаждения с учетом толщин стенок и анализом пересечения каналов охлаждения с другими отверстиями.

Состав и номенклатура встроенных в MoldWorks библиотек постоянно расширяются разработчиком. Имеется возможность создания пользовательских библиотек. MoldWorks поддерживает русский язык.

Проектирование деталей из листового металла и технологической оснастки, моделирование процессов гибки и штамповки

Гибка и штамповка нашли широкое применение в автомобилестроении, авиации, приборостроении и во множестве других отраслей промышленности, использующих листовой металл для получения различных деталей и узлов. Качество изделий, изготавливаемых с помощью этих технологических процессов, не только зависит от степени конструктивной проработки, но и во многом определяется технологией изготовления и точностью оснастки.

Базовые возможности SolidWorks

Конструкторский модуль SolidWorks является базовым средством проектирования тонколистовых деталей и оснастки, предоставляя пользователям широкий инструментарий для твердотельного и поверхностного моделирования. Встроенные функции построения деталей, получаемых гибкой, и тонкостенных оболочек (рис. 5), а также функции анализа штамповочных уклонов, построения поверхностей разъ ­ема и матрицы с пуансоном обеспечивают качественное создание геометрических моделей и исключают возможные ошибки проектировщика. Также имеются специализированные модули SolidWorks, автоматизирующие проектирование и технологическую подготовку производства изделий из листового металла, функциональные возможности которых описаны ниже.

BlankWorks

Данный модуль SolidWorks позволяет рассчитывать точную форму заготовки для простых и сложных деталей, получаемых листовой штамповкой с вытяжкой. В отличие от большинства других систем, BlankWorks способен работать с деталями, изготавливаемыми штамповкой с объемной деформацией и, частично, гибкой. Расчет заготовки занимает всего несколько минут и обеспечивает результат с точностью, достаточной для предварительной оценки технологичности, оценки расхода материала и оптимизации формы заготовки.

BlankNest

Пакет BlankNest предназначен для подготовки данных для вырубки плоских деталей или заготовок из металлической ленты на штампах последовательного действия. BlankNest в автоматическом режиме оптимально располагает на металлической ленте заготовки с учетом задаваемых технологом ограничений. Результат работы модуля гарантирует рациональное использование материала.

AutoNest

Модуль AutoNest предназначен для автоматической укладки на листе необходимого количества заготовок, с учетом допустимых зазоров, ограничений на вращение и зеркальное отображение. По окончании расчета генерируется детальный отчет о результатах оптимизации раскроя.

cncKad

Данный модуль формирует управляющие программы для вырубных штампов и станков для лазерной и плазменной резки листового металла. Основные задачи, решаемые cncKad: подготовка данных для станка, автоматическая и интерактивная обработка, постпроцессирование, визуализация процесса обработки, передача программы на станок.

Logopress

Этот специализированный модуль SolidWorks предназначен для моделирования процесса листовой штамповки и проектирования штампов и штамповой оснастки. Logopress состоит из трех исполняемых модулей, решающих специфические задачи:

• первый модуль Logopress решает задачи моделирования процессов листовой штамповки и резки и предназначен для инструментального производства. Кроме того, модуль создания разверток может использоваться при работе с листовым металлом в дополнение к функциям, имеющимся в базовой конфигурации SolidWorks;

• второй модуль Logopress применяется после завершения этапа анализа развертки детали и позволяет быстро и с высокой точностью смоделировать процесс раскроя и проверить его правильность;

• третий модуль Logopress автоматизирует, упрощает и ускоряет проектирование штампов и их сборку. Он позволяет автоматизировать решение многих задач, в том числе создание и сборку различных плит штампа, выбор и вставку стандартных компонентов, создание различных пуансонов и связанных с ними элементов, объединение тысяч деталей штампа в иерархическую структуру и управление ею, создание библиотек деталей, соответствующих стандартам предприятия.

Пример штампа, созданного средствами SolidWorks и Logopress, приведен на рис. 6.

Механообработка, электроэрозия, создание УП для станков с ЧПУ

Проектирование и производство неразрывно связаны между собой: ошибки конструирования обусловливают дополнительные финансовые издержки, которые приводят к удорожанию выпускаемой продукции, снижая ее конкурентоспособность. Сокращение затрат на производство достигается благодаря применению современных средств информационной поддержки жизненного цикла изделий, включая этапы проектирования и технологической подготовки производства.

Базовые возможности SolidWorks

Основанная на передовых технологиях гибридного параметрического моделирования, система SolidWorks обеспечивает создание точной геометрической модели будущего изделия со всеми атрибутами, необходимыми для его последующего изготовления (допуски на размеры, шероховатости, допуски формы и расположения поверхностей и т.п.). Значения предельных отклонений и обозначения полей допусков берутся из встроенной в SolidWorks базы данных в полном соответствии с ЕСДП. Специально для технологов компания SolidWorks-Russia включила в базовую поставку SolidWorks макрос SWR-Технодопуски, позволяющий пересчитывать номинальные значения размеров в соответствии с присвоенными допусками, в том числе по среднему значению поля допуска, что является типовой подготовительной операцией при выводе модели на станок с ЧПУ.

CAMWorks

Базовый функционал SolidWorks дополняется специализированными CAM-модулями, предназначенными для передачи геометрической модели на станок с ЧПУ. CAMWorks является одной из наиболее совершенных интеллектуальных систем для создания управляющих программ в среде SolidWorks. CAMWorks (рис. 7) поддерживает операции 2- и 4-осевого точения, 3-осевого фрезерования и электроэрозионной обработки, причем в этой системе реализована полная ассоциативность со всеми изменениями геометрической модели SolidWorks. В CAMWorks встроена библиотека постпроцессоров для различных управляющих стоек, а также реализована возможность разработки новых постпроцессоров силами пользователя. Модуль CAMWorks имеет русскоязычный интерфейс и документацию.

Mastercam

Семейство продуктов Mastercam является профессиональным CAM-решением для 2-5-координатной фрезерной, токарной и электроэрозионной обработки. Mastercam построен по модульному принципу, что позволяет формировать оптимальную конфигурацию системы с минимальными затратами времени и средств. В Mastercam встроена библиотека постпроцессоров для различных управляющих стоек, а также в нем имеется возможность разработки новых постпроцессоров силами пользователя.

Постпроцессирование

По заказам пользователей сотрудники компании SolidWorks-Russia создали библиотеку пост ­процессоров для CAMWorks и Mastercam, охватывающую большую часть оборудования, используемого в промышленности. Компания SolidWorks-Russia готова помочь всем предприятиям в автоматизации их конструкторско-технологических подразделений и предоставить свои знания и опыт, накопленные за долгие годы проектно-внедренческой деятельности.

Проектирование электрожгутов, трансляция данных из систем проектирования печатных плат

В конструкции подавляющего большинства современных изделий и устройств имеются механическая и электрическая составляющие. Механические детали и узлы описывают конструктивно-силовую схему и дизайн изделия, в то время как провода отвечают за снабжение электроэнергией, а встроенная электроника — за выполнение вычислительных операций и функций управления. И механика и электрика неразрывно связаны друг с другом, так как отсутствие или неверная работа одной из составляющих приведет к выходу из строя другой. Из этого следует, что проектировать изделия, включающие механическую и электрическую составляющие, нужно в едином информационном пространстве с учетом всех ограничений, на лагаемых каждой из этих частей друг на друга.

Традиционные программы для проектирования электрожгутов и печатных плат в основном ориентированы на работу с двумерными моделями или же позволяют обмениваться с CAD-системами трехмерными данными только на уровне импорта/экспорта геометрии. При изменении электрической части необходимо заново передавать ее в CAD-систему с полной потерей ассоциативности. До сих пор многие инженеры вынуждены проектировать монтаж вручную, поскольку разработка электрических жгутов базовыми средствами CAD-системы — задача непростая. Все это негативно сказывается на эффективности применения традиционных решений, когда время тратится на бесконечную трансляцию данных и рутинную ручную работу. Поэтому компания SolidWorks-Russia предлагает своим заказчикам комплекс­ное решение, базирующееся на принципах ассоциативного параметрического моделирования и включающее специальные интегрированные модули для трехмерной разводки электрожгутов и трансляции данных из ECAD-систем в рамках единого информационного пространства.

Базовые возможности SolidWorks

Встроенный транслятор IDF, появившийся в SolidWorks 2005, позволяет напрямую импортировать файлы *.emn, *.brd, *.bdf, *.idb и создавать на их основе твердотельные модели печатных плат и их компонентов. SolidWorks автоматически отыскивает по названию подходящую комбинацию геометрического и библиотечного файлов, а в случае, если ей не удается найти библиотечный файл, предлагает пользователю указать на него ссылку вручную. Компоненты одного типа окрашиваются в одинаковые цвета. При двустороннем монтаже SolidWorks позволяет корректировать пространственную ориентацию компонентов, используя специальную настройку.

CircuitWorks

Этот модуль представляет собой двунаправленный транслятор данных между системами проектирования печатных плат (ECAD) и SolidWorks. Суть работы CircuitWorks заключается в чтении IDF-файла (промышленного стандарта для обмена данными между ECAD-системами) и создании трехмерной сборки SolidWorks, состоящей из печатной платы и элементов. Для создания модели печатной платы CircuitWorks использует пополняемую библиотеку электронных компонентов и размещает элементы на печатной плате в соответствии с координатами, заданными в IDF-файле. При отсутствии необходимого компонента в базе данных CircuitWorks автоматически создаст его габаритную модель (прямоугольный параллелепипед) и тоже разместит его на печатной плате. Модуль CircuitWorks интегрирован с SolidWorks на уровне единого пользовательского интерфейса.

SWR-Электрика

Разработанный специалистами компании SolidWorks-Russia модуль SWR-Электрика является универсальным средством для трехмерного проектирования электрожгутов в среде SolidWorks. SWR-Электрика решает все перечисленные выше задачи, предлагая проектировщикам целый ряд удобных и высокофункциональных инструментов для выполнения различных видов электромонтажа. Отличительными особенностями SWR-Электрики являются: пополняемая библиотека соединителей и проводов, высокопроизводительные алгоритмы разводки проводов и их укладки в жгуты, автоматический расчет массо-габаритных характеристик и расхода проводов каждого типа, генерация отчетов, 100% поддержка отечественных ГОСТов, наивысшая степень интеграции с SolidWorks, русскоязычные интерфейс и документация.

Пример модели, созданной в SolidWorks с использованием базовых возможностей, а также модулей CircuitWorks и SWR-Электрика, приведен на рис. 8.

Заключение

Итак, в данной статье мы рассмотрели некоторые области применения программного комплекса SolidWorks для решения ряда прикладных задач. SolidWorks 2005 — это мощное средство проектирования, ядро интегрированного комплекса автоматизации предприятия, которое позволяет осуществлять поддержку изделия на всех этапах жизненного цикла в полном соответствии с концепцией CALS-технологий. Безусловно, функциональные возможности SolidWorks не ограничиваются рассмотренными задачами и позволяют создавать полноценные автоматизированные решения с глубокой специализацией в большинстве прикладных областей. Более подробную информацию можно получить в компании SolidWorks-Russia.

«САПР и графика» 1'2005