APM WinMachine — небеспристрастный взгляд в недавнее прошлое

Владимир Шелофаст, Елена Стайнова, Александр Замрий

Графическая среда APM WinMachine

Параметризация графических объектов

Новая версия APM WinStructure 3D

Теоретические основы APM WinMachine

32 разряда лучше, чем 16

Кинематический и динамический анализ

В этой статье мы постараемся подвести некоторые итоги работы НТЦ АПМ в уходящем году по развитию и совершенствованию нашего базового программного продукта — APM WinMachine.

Графическая среда APM WinMachine

За прошедший год система претерпела принципиальные изменения, более того, она кардинально сменила статус. APM WinMachine изначально создавалась как система инженерного анализа применительно к задачам механического проектирования, то есть как CAE-система. Долгие годы совершенствование APM WinMachine шло именно в этом направлении — расширялся круг решаемых задач, появлялись новые модули, улучшался интерфейс и т.д. Однако в какой-то момент стало ясно, что необходимы принципиальные изменения.

Был выполнен довольно большой объем работ, и в системе наконец появилась собственная графическая среда — в конце февраля 2000 года НТЦ АПМ завершил разработку плоского чертежно-графического редактора APM Graph, который позволяет выполнить весь комплекс чертежно-графических работ, необходимых при подготовке производства в машиностроении, строительстве и других областях. Это качественно новый этап развития APM WinMachine, которая из разряда CAE-приложений перешла в разряд CAD/CAE-систем (рис. 1).

И наконец, APM Graph, обеспечивающий все необходимые для выполнения графических работ процедуры, тем не менее существенно дешевле других аналогов. На начальном этапе всем новым пользователям APM WinMachine чертежно-графический редактор поставляется бесплатно. Это означает, что с появлением нового графического модуля общая стоимость системы не изменилась. Все ранее зарегистрированные пользователи также имеют возможность бесплатно пользоваться новым модулем.

Параметризация графических объектов

Одной из главных особенностей графической среды WinMachine является возможность создания в ней параметризованных графических объектов.

В уходящем году началась работа по созданию инструментов для выполнения параметризации графических работ в среде APM Graph. Эти инструменты позволяют без особых затрат времени и сил выполнить построение графического объекта, а также его редактирование. Такой подход дает возможность быстро формировать прикладные графические библиотеки (рис. 2).

На базе разработанных инструментов параметризации в APM WinMachine к настоящему времени подготовлены библиотеки стандартных элементов для машиностроения, а также электрических, гидравлических и пневматических схем (рис. 3).

Что касается собственно процесса параметризации, то этот вопрос следует осветить особо. Прежде всего отметим, что в рамках параметризации можно принципиально решать задачи, которые мы условно называем задачами геометрической параметризации и задачами физической параметризации. Под геометрической параметризацией понимается возможность осуществления некоторых геометрических соотношений, которые, естественно, можно редактировать. Физическая же параметризация базируется на реализации аналитических соотношений, которые определяют геометрические размеры детали в зависимости от ряда физических параметров.

Поясним сказанное на конкретном примере. Пусть геометрические размеры, скажем, некоего кронштейна зависят от внешней силы и могут быть рассчитаны по предварительно введенным формулам. Теперь если внешняя нагрузка меняется, то и геометрические размеры этого кронштейна тоже меняются, причем автоматически!

Очевидно также, что инструменты для параметризации позволят пользователю создавать собственные геометрические объекты и, более того, целые пользовательские библиотеки, которые могут существенно облегчить процедуру создания новых машин, механизмов, узлов и конструкций.

Большая работа была проделана для создания единой среды, куда вошли графический модуль и база данных. В качестве СУБД мы использовали стандартные продукты Microsoft.

Новая версия APM WinStructure 3D

В уходящем году почти все модули в той или иной степени были дополнены и доработаны. Наибольшая доработка была проведена в модуле расчета и проектирования пространственных рамных, пластинчатых и оболочечных конструкций и их произвольных комбинаций APM WinStructure 3D.

В этот модуль были добавлены треугольные конечные элементы. Доработан алгоритм учета касательных напряжений от сдвигающих силовых факторов. Помимо опор, имеющих абсолютную жесткость, дополнительно введены упругие опоры.

В новой версии появилась возможность построить эпюры силовых факторов для конструкции в целом. Поскольку при построении всевозможных эпюр для относительно сложных конструкций картина оказывается слишком запутанной из-за большого объема информации, в модуле предусмотрена возможность послойного представления геометрической модели. Часть конструкции можно отправить в новый слой и в последующем просматривать только те ее элементы, которые можно легко разместить на экране и удобно посмотреть визуально (рис. 4).

В новой версии появился инструмент для создания объемных поверхностных моделей. Ранее эта операция проводилась последовательно, по составляющим, включая разбивку на конечные элементы. Не вдаваясь в подробное описание редактора создания поверхностей, подчеркнем только то, что подобные инструменты позволяют из отдельных поверхностей собрать оболочечные детали произвольной сложной формы, используя логические операции сложения и умножения. Применяемый при этом математический аппарат позволяет находить кривые пересечения и выполнять операции отсечения, сложения и др. В этом редакторе реализована процедура автоматической разбивки на конечные элементы.

Таким образом, можно с уверенностью сказать, что НТЦ АПМ сделал еще один шаг на пути создания полноценного продукта конечно-элементного анализа. Теперь в нем не достает только расчетов солид-моделей. В настоящее время в этом направлении интенсивно ведутся работы, завершить которые планируется летом 2001 года.

Теоретические основы APM WinMachine

В изданной в этом году книге директора НТЦ АПМ, профессора МГТУ им. Н.Э.Баумана В.В.Шелофаста «Основы проектирования машин» изложены теоретические основы методов проектирования машин, механизмов и других механических систем и конструкций. Рассмотрены методы расчетов на прочность, жесткость и устойчивость, численные методы, а также методы, применяемые при инженерном проектировании. Эти методы в большинстве своем применялись при разработке отдельных модулей системы APM WinMachine (рис. 5).

Содержание книги в большей или меньшей степени соответствует программе таких учебных курсов, как сопротивление материалов, теория упругости, детали машин, теория механизмов и машин, техническая механика, прикладная механика, строительная механика, САПР и т.п.

Книга является, с одной стороны, удобной формой освоения теоретических основ для пользователей APM WinMachine, а с другой — учебником для студентов технических университетов, изучающих общеинженерные дисциплины. Следует сказать, что ее автор уже более тридцати лет преподает в МГТУ им. Н.Э.Баумана курс «Основы проектирования машин», и данная книга является как глубоким осмыслением и анализом современных российских и зарубежных методик инженерного проектирования и конструирования, так и результатом опыта педагогической работы автора в этой области (рис. 6).

Все вопросы проектирования, которым посвящена книга, рассматриваются подробно, с выводом всех формул и зависимостей и глубоким освещением физических процессов и явлений. Изложены основы расчетов на прочность — как методами курса «Сопротивления материалов», так и методами, используемыми в курсе «Теория упругости». В том числе коротко рассмотрены методы конечных элементов и конечных разностей. При расчете конкретных объектов, если в этом есть необходимость, идет ссылка на аналитические либо численные методы, изложенные в рамках одной книги. Это позволяет иметь сквозную информационную базу, а для изучения того или иного вопроса нет нужды обращаться к другой учебной литературе.

В настоящее время в издательстве «АПМ» готовится новая редакция книги, включающая примеры расчетов, оформленные средствами MathCAD. На следующем этапе нашей издательской деятельности планируется выпуск книги по основам конструирования как в общетеоретическом смысле, так и с использованием среды APM WinMachine.

Сегодня мы рады предложить книгу «Основы проектирования машин» не только нашим постоянным пользователям, но и всем желающим, для чего следует отправить заявки на нее в НТЦ АПМ. Мы принимаем заявки как от частных лиц, так и от организаций, среди которых могут быть и библиотеки. Не советуем откладывать подачу заявок на потом: тираж этой книги всего три тысячи экземпляров.

32 разряда лучше, чем 16

В 2000 году была завершена работа по созданию 32-разрядной версии системы APM WinMachine.

Если обратиться к истории фирмы АПМ, то нужно сказать, что началом работ под Windows мы считаем 1992 год. В то время при разработке программ использовались компиляторы, которые генерировали переменные с 16-разрядным представлением чисел, что очень сильно тормозило процесс создания современных программ, особенно в области конечно-элементного анализа и трехмерной графики. Поэтому, как только появились более совершенные 32-разрядные компиляторы, мы немедленно стали их использовать. В настоящей версии системы еще остаются модули, сделанные под шестнадцать разрядов. Но к началу 2001 года система APM WinMachine становится полностью 32-разрядной.

Кинематический и динамический анализ

В 2000 году была продолжена работа по созданию инструментов пространственного кинематического и динамического анализа механизмов, которая оказалась значительно более тяжелой, чем это предполагалось на начальной стадии. Тем не менее и здесь были достигнуты некоторые результаты. Напомню, что речь идет о создании системы кинематического анализа, подобной той, которая продается в России под ADAMS.

Созданный сегодня новый модуль, получивший название APM Drive, — это комплексная программа расчета и проектирования приводов вращательного движения произвольной структуры. В основе модуля лежит редактор задания элементов кинематической схемы, в состав которой могут входить передачи, валы и подшипники.

Передачи можно выбрать из следующей библиотеки элементов:

• цилиндрические всех известных типов эвольвентного профиля;
• конические с прямым и круговым зубьями;
• червячные;
• ременные;
• цепные.

Помимо передач при задании исходных данных необходимо задать подшипники качения, которые выбираются из библиотеки примитивов:

• шариковые радиальные;
• шариковые двухрядные сферические;
• шариковые радиально-упорные и упорно-радиальные;
• шариковые упорные;
• роликовые радиальные и игольчатые;
• роликовые двухрядные сферические;
• роликовые радиально-упорные и упорно-радиальные;
• роликовые упорные.

Из множества типов передач, валов и подшипников можно собрать привод для передачи вращения от двигателя к исполнительному механизму произвольной структуры. При этом модуль APM Drive позволит определить геометрические размеры передач и валов, а также подобрать размеры подшипников качения.

В первую версию APM Drive помимо этого вошли расчеты планетарных передач наиболее распространенных типов.

Программные продукты такого рода очень наукоемки. Модуль расчета планетарных передач, входящий в состав APM WinMachine, разработан специалистами, имеющими большой опыт работы с передачами подобного рода.

***

Можно сказать, что НТЦ АПМ в 2000 году, как и ранее, выполнял своего рода просветительскую роль, создавая российское программное обеспечение, которое позволяет предприятиям проектировать новое оборудование, отвечающее мировому уровню. Уже более сотни российских высших, а в последнее время и средних учебных заведений организовали подготовку специалистов на базе программного комплекса APM WinMachine.

Большие успехи по продвижению системы APM WinMachine в 2000 году были достигнуты в Южной Корее, где официальным дистрибьютором НТЦ АПМ является фирма DesignMecha, работающая и с промышленными предприятиями, и с техническими университетами страны. Понятно, что такой подход нацелен на будущее. Значит, в нас верят и с нами связывают свое будущее наши иностранные партнеры (рис. 7).

Работу по улучшению нашей системы мы будем продолжать и в будущем, а сейчас пожелаем читателям и редакции журнала «САПР и графика», российским разработчикам и всей нашей промышленности успехов в новом тысячелетии, на пороге которого все мы смотрим в будущее с надеждой.

«САПР и графика» 12'2000