Использование системы параметрического проектирования T-FLEX CAD в Севмашвтузе

Владимир Малыгин, Людмила Кремлева, Павел Перфильев

Севмашвтуз, филиал Санкт-Петербургского государственного морского технического университета, осуществляет подготовку и переподготовку инженерно-технических кадров для предприятий ГРЦАС (Государственного российского центра атомного судостроения). В связи со значительно возросшим интересом базовых предприятий к проблеме автоматизации проектно-конструкторских работ и предъявляемыми в этом плане требованиями к подготовке кадров, в Севмашвтузе в свое время была разработана программа непрерывной профессиональной подготовки студентов в области САПР. В качестве базовой системы был выбран разработанный отечественной фирмой «Топ Системы» программный комплекс T-FLEX CAD. Данный выбор был обусловлен рядом достоинств, отличающих, по мнению авторов, эту систему моделирования от аналогичных:

• T-FLEX CAD обладает мощными возможностями 3D-моделирования (система построена на ядре твердотельного моделирования Parasolid). Использование 3D-моделей металлических конструкций сокращает сроки проектирования, повышает надежность выпускаемой проектной документации;

• T-FLEX CAD обеспечивает полную поддержку стандартов ЕСКД и СПДС;

• в системе имеются библиотеки стандартных изделий;

• система предоставляет простые механизмы создания собственных библиотек типовых элементов, доступные и понятные конструктору, не имеющему навыков программирования;

• реализована возможность автоматической генерации спецификации для разработанных сборочных моделей.

Программа предполагает два направления подготовки:

• подготовка пользователей интегрированных CAD/CAM/CAE-систем (в рамках основных инженерных специальностей);

• подготовка разработчиков специализированных САПР (в рамках подготовки по специальности 220300 «Системы автоматизированного проектирования»).

Реализация первого направления по специальности 170900 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование» была начата еще в 1998 году. Положительный опыт реализации программы был перенесен на другие инженерные специальности. Применение системы параметрического проектирования T-FLEX CAD при подготовке будущих инженеров начинается с дисциплин общеинженерной подготовки и завершается применением комплекса T-FLEX CAD при выполнении дипломного проекта.

Для успешного применения T-FLEX CAD при курсовом и дипломном проектировании были разработаны библиотеки параметрических фрагментов, которые охватывают широкий диапазон учебных дисциплин. В первую очередь это касается учебной дисциплины «Детали машин», при изучении которой студенты выполняют курсовой проект, фактически представляющий собой первую самостоятельную инженерную проработку.

Был разработан комплекс параметрических библиотек «Детали машин» (рис. 1), который широко используется не только в курсовом проектировании, но и при дипломном проектировании на специальных кафедрах. При разработке библиотеки был проведен анализ типовых объектов проектирования с точки зрения определения номенклатуры наиболее часто применяемых деталей, который позволил определить стандартные и типовые детали и узлы, наиболее часто использующиеся при проектировании. Были разработаны параметрические фрагменты наиболее часто встречающихся деталей и узлов типовых зубчатых и червячных редукторов. С учетом того, что библиотеки предполагалось использовать в учебных целях при курсовом проектировании, параметрические фрагменты типовых деталей и узлов создавались без элементов оформления чертежа (размеров, допусков, шероховатостей и т.п.). В этом случае параметрические фрагменты типовых деталей и узлов используются при формировании сборочного чертежа, а затем студент на основе фрагмента, сохраняя его как деталировочный чертеж, формирует рабочий чертеж детали.

Аналогичные комплексы библиотек были разработаны и по специальным дисциплинам. Примерами таких библиотек можно назвать: «Металлоконструкции» (специальность «Строительная механика и металлоконструкции кранов»), «Трубопроводы» и «Арматура» (используются студентами, обучающимися по специальностям «Судовые силовые установки» и «Океанотехника»), «Сборный режущий инструмент» (специальность «Технология машиностроения»). На рис. 2 представлены некоторые фрагменты библиотеки «Сборный режущий инструмент».

Наличие библиотек параметрических фрагментов позволяет значительно повысить эффективность использования T-FLEX CAD в курсовом и дипломном проектировании. При этом появляется возможность за счет сокращения времени на выполнение графической части проекта более серьезно подойти к расчетной части. На рис. 3 показан пример курсового проекта по дисциплине «Детали машин», выполненного студентом третьего курса. В этом проекте, используя расчетные программы и библиотеки параметрических фрагментов, студент смог выполнить многовариантный анализ конструкции привода и провести некоторую оптимизацию конструкции. На рисунке показаны масштабные схематички рассчитанных вариантов коническо-цилиндрического редуктора, два варианта компоновки редуктора и сборочный чертеж выбранного варианта редуктора.

При дипломном проектировании также применяются библиотеки параметрических фрагментов. Например, при выполнении дипломного проекта монтажного крана (рис. 4) при моделировании металлоконструкции были использованы параметрические фрагменты из библиотеки металлопроката, а при проектировании механизма подъема применялись фрагменты из библиотеки «Деталей машин». На рис. 5 представлены модели энергетического оборудования, созданные при выполнении дипломного проекта турбогенераторной установки с теплофикационными отборами пара. Выполняются также проекты в направлении сквозной автоматизацией конструкторского и технологического проектирования. Пример такого проекта, связанный с проектированием и изготовлением сборного режущего инструмента, показан на рис. 6.

Следует отметить, что с 1999 года работы студентов и преподавателей участвуют в проводимом совместно МАТИ и НИЦ АСК общероссийском конкурсе-выставке «Компьютерный инжиниринг», где они неоднократно занимали призовые места. В 2003 году дипломный проект С.В.Максимова на конкурсе выполненных в T-FLEX CAD студенческих работ, проводимом ОАО «Топ Системы», занял первое место.

Опыт работы показывает, что система параметрического проектирования T-FLEX CAD может быть успешно использована и как инструмент создания специализированных САПР при подготовке специалистов-разработчиков САПР (специальность 220300 «Системы автоматизированного проектирования»). Один из таких примеров — выполненная студенткой третьего курса в качестве бакалаврской работы программа «T-FLEX-мебель» (рис. 7), предназначенная для проектирования кухонной мебели из массива древесины. Начиная с 2003 года комплекс T-FLEX CAD успешно применяется в рамках курсов «Геометрическое моделирование», «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования», «Программное и лингвистическое обеспечение САПР». Применение системы в рамках вышеупомянутых курсов обусловлено следующими обстоятельствами:

1. Гибридность геометрии: поддержка каркасных, твердотельных и поверхностных моделей с использованием различных систем координат (декартовых, цилиндрических, сферических).

2. Ведение сборочных проектов и спецификаций.

3. Двунаправленная ассоциативность «3D-модель — чертеж».

4. Развитый собственный модуль работы с переменными разных типов, в том числе текстами, записями баз данных, списками и др., позволяющий создавать разнообразные связи между параметрами с использованием математических, логических, геометрических и других типов функций.

5. Наличие модуля анимации и построения фотореалистичных изображений.

6. Полностью открытая объектная модель с работоспособной библиотекой типов, позволяющей проектировать и реализовывать компонентно-ориентированные системы автоматизации проектных работ в разных областях с использованием COM-подобных технологий.

Последнее обстоятельство позволило в полной мере реализовать компонентный подход к проектированию систем автоматизации проектных работ, при котором результаты проводимых инженерных расчетов на основе инженерных методик с применением электронных справочников в автоматизированном режиме воплощаются в геометрию конструкций, чертежи и спецификации изделий. В качестве примера можно привести выпускные квалификационные работы 2004 года студентов, обучающихся по специальности «САПР», — это «Разработка системы автоматизированного проектирования оснастки для гидравлических испытаний основного корпуса корабля» (рис. 8, 9, 10) и «Разработка САПР сборных фрез» (рис. 11), в которых практически реализованы связки расчетных модулей (среда Delphi, Bilder) с T-FLEX CAD при помощи ActiveX и СУБД Oracle и Access (через драйверы ODBC и технологию ADO).

Использование внешних СУБД позволило подключить к работе существующие справочники материалов, типоразмерные таблицы стандартного крепежа и другие информационные источники справочного характера.

Опыт преподавания и научного руководства курсовыми и дипломными работами показал, что студенты, обучающиеся по специальности «САПР», проявляют заметный интерес к вопросам интеграции подсистем САПР, поскольку на собственном опыте и на реальных примерах убеждаются в эффективности и работоспособности систем автоматизации и перестают бояться всевозможных технических предметных областей их использования. В настоящее время многие выпускники специальности работают на предприятиях ГРЦАС и оказывают определенное влияние на политику в области информатизации промышленного производства и внедрения ИПИ-технологий на предприятиях.

Обладающий собственной мощной функциональностью и открытостью, T-FLEX позволяет создавать интегрированные САПР в связке с различными системами проектирования и управления данными. К перспективным направлениям развития ИПИ-технологий с использованием комплекса T-FLEX, осуществляемого кафедрой САПР Севмашвтуза при подготовке специалистов по специальности 220300, можно отнести следующие:

• реализация методик геометрического моделирования сложных форм (гребные винты, профильный инструмент, элементы корпусных конструкций корабля);

• подготовка фотореалистичных анимаций технического назначения и их использование в информационных системах и документах на основе Интернет-технологий и языков разметки;

• разработка внешних модулей анализа сборок и спецификаций T-FLEX для верификации многокомпонентных документов типа «схема — конструктивная модель»;

• решение задач трассировки трубопроводов объектов малой энергетики;

• создание информационных моделей производственных помещений (планировок) и их интерьеров;

• разработка методологий проектирования продукции и объектов строительного производства;

• разработка параметрических библиотек различного назначения.

Таким образом, опыт внедрения в учебный процесс системы T-FLEX в рамках подготовки не только инженеров различных специальностей, но и специалистов направления «Информатика и вычислительная техника» повышает интерес студентов к выбранной профессии и стимулирует их мотивацию к успешному усвоению профессиональных знаний.

«САПР и графика» 5'2005