Технології. Рівень стандарту. Повторне видання. 10 (11) клас. Ходзицька

Навчальний модуль: «Комп'ютерне проєктування»

За результатами опанування матеріалу навчального модуля ви навчитеся використовувати здобуті знання у практичній діяльності.

Ви дізнаєтеся про:

можливості систем автоматичного проєктування;
галузі застосування систем автоматичного проєктування;
класифікацію систем автоматичного проєктування та їхніх користувачів;
особливості найпоширеніших систем автоматичного проєктування.

Ви навчитеся:

добирати об’єкт проєктування та аналізувати будову його деталей;
виконувати кресленики деталей у системі автоматичного проєктування;
створювати 3D моделі об’єктів та окремих деталей.

Ви отримаєте:

навички художнього та технічного комп’ютерного проєктування;
навички роботи з конкретними системами автоматичного проєктування.

Ви застосовуватимете отримані знання для:

комп’ютерного проєктування об’єкта за власним задумом;
подальшого навчання й самовдосконалення.

Основні поняття комп'ютерного проєктування

Проєктування — це вид виробничої діяльності, спрямованої на створення приладів чи систем, які відповідають технічному завданню, оптимально задовольняють вимоги і функціонують протягом заданого терміну за прогнозованих умов.

Розвиток нових технологій висуває дедалі жорсткіші вимоги до сучасних інженерів-конструкторів. Раніше точність креслеників і документації, виконаних вручну за допомогою олівця, залежала від багатьох суб’єктивних чинників. Такі кресленики практично неможливо було редагувати, а проєктований об’єкт міг бути далекий від досконалості. Сучасні інформаційні технології докорінно змінили принципи конструювання. Завдяки новим технологіям сфера конструювання розвивалася, і в результаті з’явилася окрема галузь — автоматизоване проєктування. Стало можливим повторно використовувати раніше спроєктовані вироби (мал. 1), легко й швидко створювати типові елементи, самостійно виконувати кресленики та іншу конструкторську документацію.

Мал. 1. Сучасні спроєктовані вироби в інтер’єрі кімнати

Автоматизоване проєктування — проєктування, за якого всі перетворення об’єкта або алгоритму його функціонування здійснюються в процесі взаємодії людини та комп’ютера.

Важко переоцінити значення автоматизації проєктування для розвитку науки, техніки, народного господарства. Саме автоматизація проєктування зумовлює можливість створення найскладніших технічних об’єктів. Проєктування потребує значних затрат людських ресурсів і багато часу, а автоматизація цього процесу дозволяє значно підвищити продуктивність роботи інженерів-проєктувальників.

Наявність креслярської програми на персональному комп’ютері суттєво полегшує роботу не тільки фахівців на підприємстві, а й викладачів і студентів в освітніх закладах. Сьогодні набули поширення такі системи автоматизованого проєктування: Pro/ENGINEER, Solid Works, Auto CAD, (мал. 2) та багато інших. Їхня загальна назва — тривимірні системи. Проєктування відбувається на рівні тривимірних моделей із залученням конструкторсько-технологічних бібліотек.

Мал. 2. Тривимірна модель каркаса дивана

Галузь застосування та можливості системи автоматичного проєктування (САПР)

Одним із важливих компонентів сучасного виробництва є системи автоматизованого проєктування (САПР).

САПР — це організаційно-технічна (людино-машинна) система, що складається з комплексу засобів автоматизації проєктування і виконує автоматизоване проєктування.

Загалом, розробка САПР — складна науково-технічна проблема. За оцінками фахівців і фахівчинь, для створення справжньої САПР потрібно від 100 до 300 людино-років.

Комп’ютерна графіка є підсистемою САПР, вона забезпечує виконання найбільш трудомісткого й важливого завдання САПР: автоматизацію розробки і створення конструкторської документації. Також САПР забезпечує створення, зберігання й обробку моделей геометричних об’єктів та їхнє графічне зображення за допомогою комп’ютера (мал. 2).

Дізнайтеся більше

Інженерна графіка — це створення і корегування графічної документації (креслеників). Сучасна інженерна графіка — це складний програмний комплекс, що дозволяє здійснювати наскрізне проєктування: від постановки завдання до випуску всієї необхідної виробничо-технологічної документації. Основними об’єктами інженерної комп’ютерної графіки є складні структури: інтегральні схеми, промислове й побутове обладнання, хімічні, енергетичні та космічні установки, кузови автомобілів, фюзеляжі літаків, корпуси суден, складні механізми, будівлі та інженерні споруди, комунікації та мережі тощо. Головним практичним втіленням інженерної комп’ютерної графіки є САПР.

Використання комп’ютера значно полегшує підготовку конструкторських та інших графічних документів, звільняючи конструкторів від виконання рутинних і трудомістких графічних операцій, скорочує термін виготовлення документів і покращує їхню якість. Під час автоматизованого креслення створюють «електронний» еквівалент кресленика, а замість паперу й креслярських інструментів використовують екран дисплея, клавіатуру й маніпулятор «миша».

Мал. 4. Основні складові САПР

Структурними складовими САПР є підсистеми, що забезпечують виконання певних закінчених проєктних завдань з отриманням відповідних проєктних рішень і документів. Компоненти багатофункціональних САПР традиційно групуються в три основні блоки:

CAD — система конструювання (Computer Aided Design) — модулі цього блока призначені переважно для виконання графічних робіт;
САМ — виробництво за допомогою комп’ютерів (Computer Aided Manufacturing) — вирішення завдань технологічної підготовки виробництва;
САЕ — аналітично-розрахункова підсистема (Computer Aided Engineering) — виконання інженерних розрахунків, аналізу та перевірки проєктних рішень.

Дізнайтеся більше

Перші САПР були переважно промисловими і функціонували на великих електронно-обчислювальних машинах (ЕОМ). Збільшення продуктивності персональних комп'ютерів зумовило поширення САПР у різних галузях. Застосування САПР дозволило накопичувати й передавати знання та досвід конструкторів, що значно скорочує час на розробку виробів та підвищує їхню якість. Сьогодні рівень розвитку САПР, кількість робочих місць САПР визначають рівень розвитку суспільства та потенціал економіки країни. Професія інженера нині набуває нового змісту та потребує знань із багатьох сумісних галузей. Фахівці із САПР дуже затребувані суспільством.

Класифікація САПР і їхніх користувачів

За функціональним призначенням САПР поділяють залежно від вирішуваних задач. Залежно від виконуваних функцій САПР можуть значно відрізнятися за структурою, інтерфейсом користувача, швидкодією тощо.

За спеціалізацією САПР поділяють на:

унікальні (спеціально створені для проєктування важливих і складних об’єктів);
спеціалізовані (використовують у рамках певних підприємств);
універсальні (загального використання, наприклад, AutoCAD).

Користувачів САПР поділяють на:

користувачів-розробників (основні вимоги — знання інформаційних технологій та особливостей галузі);
користувачів-супровідників (мають знати методологію побудови САПР у загальних рисах, уміти працювати з підсистемами);
користувачів-проєктувальників (потрібні знання в предметній сфері та вміння підготувати вхідну інформацію).

Основні поняття процесу проєктування

Сучасні підприємства не зможуть існувати в умовах ринкової економіки, якщо не випускатимуть нову продукцію вищої якості, нижчої вартості та за менший проміжок часу. Для цього їм потрібно використовувати сучасні комп’ютерні технології, що мають високу швидкодію й можливості зручного графічного інтерфейсу для того, щоб поєднати й автоматизувати проєктування і виробництво. У такий спосіб скорочується час і вартість розробки та випуску продукції.

Щоб зрозуміти значення систем CAD/ САМ/САЕ, необхідно знати різні завдання й операції, що постають у процесі розробки та виробництва продукції. Усі ці завдання називають життєвим циклом виробу (product cycle). Приклад життєвого циклу виробу наведено на малюнку 5.

Мал. 5. Життєвий цикл виробу

Прямокутники, намальовані суцільними лініями, представляють два головні процеси життєвого циклу виробу: процес розробки і процес виробництва.

Процес розробки починається із запитів споживачів, які потім опрацьовує відділ маркетингу, і закінчується повним описом продукту й розробкою проєктної документації.

Процес виробництва починається з технічних вимог і закінчується постачанням готових виробів.

Операції, що належать до процесу розробки, можна розділити на аналіз та синтез. Згідно з малюнком, первинні операції розробки, такі як визначення необхідності розробки, формулювання технічних вимог, аналіз здійснення і збір важливої інформації, а також концептуалізація розробки, належать до підпроцесу синтезу. Результатом підпроцесу синтезу є концептуальний проєкт передбачуваного продукту у формі ескіза або кресленика, що відображає зв’язки різних компонентів продукту. У цій частині циклу роблять основні фінансові внески, необхідні для реалізації ідеї виробу, а також визначають його функціональність.

Система комп'ютерної графіки AutoCAD

Система AutoCAD, створена компанією Autodesk, сьогодні є найпоширенішою графічною системою автоматизованого проєктування в промисловості (мал. 6).

Мал. 6. AutoCAD — найпоширеніша у світі система автоматизованого проєктування

Перша версія AutoCAD вийшла 1982 року і працювала в середовищі DOS. Успіх системи зумовлений прийнятою під час її розробки концепцією системи з відкритою архітектурою. Зрештою широкі функціональні можливості AutoCAD перетворили цю систему на стандарт у класі систем автоматизованого технічного проєктування та виконання креслярських робіт.

Останні версії AutoCAD містять засоби проєктування, моделювання та візуалізації просторових конструкцій, доступу до зовнішніх баз даних, інтелектуальні засоби нанесення розмірів на кресленики, роботи з файлами в найрізноманітніших форматах тощо.

Мал. 7. Кресленик, виконаний у САПР AutoCAD

Створення креслеників

Нові кресленики в AutoCAD можна створювати різними способами. Рекомендують робити кресленики за допомогою файла Шаблон кресленика. У файлі містяться заздалегідь встановлені параметри, стандарти й описи. Під час застосування шаблонів значно скорочується час створення кресленика, оскільки потрібні параметри застосовуються до нового кресленика автоматично. У файлі шаблонів задають найчастіше використовувані параметри та основні елементи кресленика, зокрема:

тип і точність представлення одиниць;
параметри інструментів і властивості;
організація шарів;
основні написи, рамки й логотипи;
розмірні стилі;
текстові стилі;
типи ліній і товщини ліній;
стилі друку.

Дізнайтеся більше

Сучасним пристроєм уведення графічної інформації є дигітайзери, або графічні планшети. Назва «дигітайзер» походить від англійського digit — «цифра» і означає пристрій, який перетворює малюнок, виконаний уручну, на цифровий об'єкт. Уведення інформації відбувається за допомогою спеціального пера (стилуса) або координатного пристрою з прицілом (його з'єднують кабелем із планшетом). Графічні планшети чутливі до натиску, швидкості ведення і нахилу стилуса. У найдосконаліших дігітайзерів робоча поверхня планшета має тактильну чутливість, що ґрунтується на п'єзоелектричному ефекті. Такі дигітайзери дозволяють креслити так само, як на звичайній креслярській дошці.

Застосування програмно-методичних комплексів

AutoCAD застосовують у професійному проєктуванні обладнання, дизайні, архітектурі, а також в освітніх цілях. Це якісне програмне забезпечення для створення креслеників під час проєктування найрізноманітніших виробів.

У папці Установки програми містяться файли шаблонів креслеників, а також файли, що забезпечують сумісність зі стандартами ANSI, DIN, ISO і JIS. Проте користувачеві, найімовірніше, доведеться налаштувати один чи декілька з цих файлів або створити власний файл шаблону з певними стандартами і вимогами (мал. 7).

Мал. 27. Іграшка «Гоночне авто»: а — зображення; б — кресленик

Файл шаблону кресленика можна зробити, зберігши кресленик із розширенням DWT.

Творче завдання

Творити — це створювати та виготовляти щось нове. У сучасному світі керівник будь-якого підприємства зацікавлений у творчих працівниках, здатних вирішувати виробничі завдання новими методами із залученням новітніх технологій.

Використовуючи різні комп’ютерні програми, ви маєте пам’ятати, що перед вами машина, яка працює за заданим алгоритмом. Тільки творчий підхід до виконання роботи дозволить вам виконати поставлене завдання. Спробуйте власні сили, виконавши творче завдання.

Завдання: на основі зображення та кресленика іграшки «Гоночне авто» (мал. 27) і будувати 3D-модель у системі САПР (за потреби можна змінювати елементи конструкції).

Дізнайтеся більше

Сьогодні автомобільні компанії опинилися в досить скрутному становищі:: цикл розробки моделей має бути коротшим, а складність виробів збільшується. До того ж більш жорсткими стають стандарти безпеки та екологічні норми. А споживачі очікують від своїх автомобілів максимального комфорту й наявності сучасних засобів зв'язку.

І тут на допомогу приходять САПР. Саме вона дозволяє багаторазово полегшити роботу проєктувальників, інженерів і дизайнерів. Ба більше, САПР дає змогу об'єднати їхні зусилля, адже команди можуть працювати паралельно.

Наприклад, компанія Dassault Systemes — один зі світових лідерів у сфері рішень для промислового проєктування. З-поміж автомобільних компаній, що використовують САПР від Dassault Systemes, є Ford, Jaguar, Land Rover, Toyota, Renault, Honda, BMW, McLaren, Mercedes і навіть Tesla Motors. A BMW, зокрема, використовувала САПР для проєктування електромобіля ІЗ, у якому застосовувалися композитні матеріали, особливості та властивості яких (аж до орієнтації волокон) були враховані ще на ранніх стадіях розробки моделі.

Зміст