CC BY
78
УДК 658.512.011.56
Н.Б.Сбродов, Ф.Н.Клявлин
Курганский государственный университет
АНАЛИЗ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ SIEMENS NX И ЕЁ АДАПТАЦИЯ К УЧЕБНОМУ ПРОЦЕССУ ПО НАПРАВЛЕНИЯМ ПОДГОТОВКИ 220400 И 220700
Аннотация
В статье проводится анализ CAD/CAM/CAE/PLM-си-стемы Siemens NX и рассматриваются перспективы её применения в учебном процессе.
Ключевые слова: САПР, учебный процесс.
N.B.Sbrodov, F. N.KIyavlin Kurgan State University
THE ANALYSIS OF THE INTEGRATED SIEMENS NX SYSTEM AND ITS ADAPTATION TO EDUCATIONAL PROCESS IN THE DIRECTIONS OF PREPARATION 220400 AND 220700
Annotation
The analysis of CAD/CAM/CAE/PLM of Siemens NX system and prospects of its application in educational process are carried out in this article.
Key words: CAD/CAM/CAE/PLM system, educational process
Введение
В инновационной экономике конкурентная борьба за потребителя требует от предприятий постоянного обновления выпускаемой продукции, повышения ее качества, максимального удовлетворения пожеланий заказчика и потребителя. Это объективно приводит к необходимости всемерного сокращения сроков и стоимости инженерной подготовки производства при качественном совершенствовании разрабатываемых инновационных проектов. Решение указанных проблем может обеспечить только создание новых информационных технологий и компьютеризация инженерной деятельности. В этих условиях роль высококвалифицированного специалиста в процессе создании и реализации высокотехнологичных инновационных проектов велика и постоянно будет расти.
С учетом этих обстоятельств использование САПР в учебном процессе в настоящий момент должно являться неотъемлемой частью подготовки современных инженеров, а знания в этой области уже сегодня выступают одним из критериев конкурентоспособности выпускников технических вузов на рынке труда.
Проблема выбора САПР в техническом вузе стоит иногда так же остро, как и на предприятиях, и критерии выбора здесь фактически те же:
- стоимость программного обеспечения;
- сроки внедрения в учебный процесс;
-затраты на техническое обеспечение или модернизацию существующего оборудования с целью обеспечения реализации потенциальных возможностей выбранной системы;
- совместимость с общепрофессиональными и спе-
циальными учебными дисциплинами;
- соответствие имеющихся в вузе САПР тем системам, которые применяются на предприятиях города, области, региона, где будут работать выпускники.
При этом не следует упускать из виду как общее состояние рынка CAD/CAE/CAM-систем на текущий момент, так и тенденции его развития.
Для обоснованного принятия решений в рамках перечисленных критериев необходимо проанализировать программные продукты, предлагаемые поставщиками указанных систем. Проведены анализ позволит также сформулировать основные проблемы в организации учебного процесса в сфере САПР, определить главные задачи и расставить приоритеты их решения.
В данной работе приводятся результаты анализа интегрированной системы Siemens NX фирмы Siemens PLM Software [1] с целью её адаптации к учебному процессу по направлениям подготовки 220400 и 220700.
1. Основные задачи интегрированной системы
Разработчиком интегрированной системы автоматизированного проектирования Siemens NX является компания Siemens PLM Software PLM Software один из мировых лидеров в разработке программного обеспечения.
Система Siemens NX обладает мощными и функциональными инструментами, интегрируя все аспекты процессов: от проектирования до производства в единое высокотехнологичное решение - для создания полного цифрового макета изделия. Построенная на открытой технологии система Siemens NX предлагает неограниченные возможности для достижения максимальной производительности на всех этапах создания изделия.
Siemens NX позволяет решить следующие основные задачи:
конструирование (CAD);
инженерный анализ (CAE);
программирование обработки на станках с ЧПУ
(САМ);
проектирование электромеханических систем; управление инженерными данными (PDM); проектирование оснастки; подготовка производства; промышленный дизайн.
1.1. Проектирование
Siemens NX- непревзойденное по мощности и гибкости решение, содержащее широкий диапазон приложений для проектирования в машиностроении. Эта система позволяет проектировать сложные изделия, включая проектирование трубопроводов, изделий сэлектромонтажем, деталей из листового металла и пластмасс и пр., что способствует повышению производительности труда, сокращению времени разработки.
В состав конструкторских приложений NX входят инструменты, которые обеспечивают: черчение;
проектирование деталей; работу со сборками;
использование системного подхода при проектировании сложных изделий;
создание пользовательских конструктивных элементов;
проектирование трубопроводов; проектирование листовых деталей.
Siemens NX — интеллектуальная система проектирования, в которой инструменты пользователя, команды и информация автоматически организуются в требуемой последовательности, направляющей работу студента по оптимальному пути. Диалоговые окна обеспечивают удобное управление вводимыми данными, не отвлекая пользо-
вателя от выполнения основных задач. Навигаторы детали и сборки помогут студентам быстро изучить структуру и технологию создания моделей изделий. Для снижения вероятности ошибочных действий в NX введены возможности предварительного просмотра результатов выполнения команд построения, что повышает эффективность работы.
В отличии от других САПР в NX реализованы механизмы повторного использования данных и строгого следования заданным рабочим процессам, составленным на основе накопленных предприятием инженерных знаний. Это позволяет поддерживать принципы «бережливого» конструирования, повторное использование узлов и техпроцессов, соблюдение стандартов. Кроме того, NX способствует внедрению лучшего производственного опыта со всей гибкостью, необходимой для развития инноваций.
Используя интуитивно понятный интеллектуальный интерфейс, студент может легко формализовать вводимые в систему данные, что значительно упрощает последующие изменения и облегчает выбор правильного решения в случае неоднозначных ситуаций при модификации изделия.
Полноценная интеграция средств проектирования NX с функциями управления данными и процессами гарантирует в любой момент времени наличие актуальной и полностью синхронизированной цифровой модели изделия, доступной всему коллективу разработчиков.
1.2. Численный инженерный анализ
Сегодня промышленные предприятия стремятся ускорить выпуск инновационной продукции, используя численное моделирование, как для оценки альтернативных вариантов конструкций, так и для проведения экспериментальных исследований с целью создания новых идей для дальнейшего усовершенствования продукции. Однако не всегда удается полностью реализовать весь потенциал компьютерного моделирования, поскольку инженерный анализ по-прежнему оторван от основного процесса разработки изделия. Широкий набор инструментов численного моделирования, входящий в состав системы Siemens NX, позволяет на раннем этапе интегрировать расчет параметров будущего изделия в процесс разработки. Это дает возможность проанализировать большее количество вариантов конструкций и способствует принятию верных проектных решений.
В состав Siemens NX входят простые в использовании средства численного анализа, которые способствуют быстрому взаимодействию в рамках всего процесса проектирования. При помощи синхронной технологии в Siemens NX CAE-пользователи могут быстро вносить необходимые изменения в геометрию деталей для проведения анализа по принципу «а что если?» даже на самом раннем этапе проектирования. Основные преимущества системы численного инженерного анализа:
- CAD-интегрированная система конечно-элементного анализа прочности, динамики, тепло- и массопере-носа;
- встроенные инструментальные средства моделирования кинематики;
- встроенные мастера и возможность создания пользователем собственных настроек для проведения пошагового расчета и автоматизации процессов.
1.3. Разработка электромеханических систем
Разработчики и производители автоматизированного оборудования все часто сталкиваются с необходимостью включения в состав выпускаемых изделий различных механических, электрических и электронных систем, а также элементов системы управления. Это создает дополнительную сложность при проектировании и требует слажен-
ной совместной работы специалистов различного профиля, специальных навыков и интеграции различных процессов.
Решение Siemens NX для численного моделирования электромеханических систем позволяет обеспечить тесное взаимодействие инженеров-проектировщиков и расчетчиков в режиме параллельного проектирования при разработке и тестировании новых изделий. Система предоставляет всем специалистам в области инженерного анализа одни из лучших в своем классе средства для каждого этапа процесса численного моделирования.
Все решения Siemens NX CAE для проведения анализа динамики и прочности конструкций могут также успешно применяться и для проектирования электромеханических систем. Фактически NX предоставляет решения, которые способствуют устранению основных причин электромеханических сбоев, включая нагревание, вибрации, воздействие пыли и влажности.
Способность понимать и предсказывать особенности взаимодействия различных систем является наиболее важной при разработке электромеханических устройств, входящих в состав изделия. Специалисты в области кинематики и траектории движения могут использовать режим параллельного проектирования, чтобы понять и проследить, как программируемый контроллер будет взаимодействовать с механической системой еще до начала сборки оборудования. Модуль для анализа систем охлаждения электронных компонентов, входящий в состав Siemens NX, позволяет проводить связанный расчет тепломассопере-носа в электронных системах, характеризующихся высокой плотностью компоновки.
1.4. Программирование обработки на станках с ЧПУ
Siemens NX CAM обеспечивает высокую гибкость методов обработки и широчайшие возможности программирования для станков с ЧПУ Эта система является одной из самых распространенных CAM-систем на промышленных предприятиях во всем мире.
Данное приложение включает следующие элементы:
- токарная обработка;
- 3-координатное фрезерование;
- 5-координатное фрезерование;
- программирование многооперационных станков;
- электроэрозионная обработка;
- визуализация процесса обработки;
- автоматизация программирования;
- пополняемая библиотека постпроцессоров;
- управление данными, связанными с обработкой;
- разработка технологических процессов;
- создание цеховой документации;
- средства обмена данными;
- средства моделирования в среде CAM.
В системе Siemens NX CAM реализована технология программирования обработки, основанная на многолетнем опыте компании Siemens и позволяющая максимально полно использовать все возможности современных станков с ЧПУ. Siemens NX CAM предлагает широкий спектр гибких и эффективных решений для программирования высокоскоростного фрезерования, 5-координатной и многофункциональной обработки.
В NX CAM включены все модули, составляющие завершенную систему программирования обработки. Имеется полный набор генераторов траекторий инструмента (для сверления, токарной обработки, 2...5-координатного фрезерования, электроэрозионной обработки, обработки типовых элементов), средства разработки и редактирования постпроцессоров, модуль полной трехмерной визуализации обработки. Все это основано на самой передовой технологии моделирования деталей, инструментов и технологического оборудования.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 7
97
2. Применение интегрированной системы Siemens NX в учебном процессе
В ФГОС по направлениям подготовки бакалавров 220400 «Управление в технических системах» и 220700 «Автоматизация технологических процессов и производств» существенно расширена значимость информационных технологий в учебном процессе и увеличен объем лабораторного практикума и практических занятий по соответствующим дисциплинам. В этих условиях интегрированная система Siemens NX может служить той основой, на которой будет строиться подготовка студентов в сфере САПР
Очевидно процесс изучения систем класса CAD/ САМ/ САЕ/ PLM надо начинать с системы легкого класса, постепенно переходя к мощному профессиональному пакету Siemens NX.
CAD-системой начального уровня может быть программный пакет Siemens Solid Edge. Благодаря дружественному интерфейсу студенты младших курсов могут получить хорошие навыки трехмерного твердотельного проектирования в рамках учебной дисциплины «Инженерная и компьютерная графика». Несомненным преимуществом данного пакета является наличие бесплатно распространяемой версии, что делает возможным легальное использование системы вне аудиторий университета и повышает уровень и качество студенческих работ. Все конструкторские решения в Siemens Solid Edge беспрепятственно интегрируются в Siemens NX.
При работе с интегрированной системой студент уясняет задачу и разрабатывает варианты ее решения: генерирует проекты в конструкторских и технологических приложениях, может выдвигать гипотезы, проводить инженерные расчеты и моделирование. Все это важно с точки зрения инженерной подготовки. Он позволяет студенту применить накопленные ранее знания, проявить творческие способности и интуицию.
Как указывалось выше, при проектировании автоматизированного оборудования и соответствующих систем управления крайне важны программные средства, поддерживающие весь цикл проектирования и технологической подготовки подобной техники. К сожалению, сегодня практически нет ни одной подобной «электромеханической» САПР, обеспечивающей сквозной цикл: разработку электрических принципиальных схем, размещение электронных элементов на печатных платах, трассировку, прочностные и тепловые расчеты, проектирование корпусов, блоков, стоек, подготовку управляющих программ для оборудования с ЧПУ, проектирование технологических процессов, оформление комплекта конструкторской документации. Поэтому приходится использовать набор из нескольких программных продуктов и специальных конвертеров для передачи данных из системы в систему, что, безусловно, не очень удобно.
Серьезный шаг к реальной интеграции «электронных» и «механических» САПР - программный продукт Siemens NX. Это существенно усиливает значимость этого пакета для направлений подготовки 220400 и 220700, ориентированных на создание систем автоматизации и управления технологическим оборудованием и процессами.
Заключение
Из проведенного анализа можно сделать следующие выводы:
1. Интегрированная система Siemens NX - мощная, развитая, многофункциональная CAD/ САМ/ САЕ/ PLM-система. Все компоненты системы функционируют на единой информационной платформе. По целому ряду функциональных возможностей указанная система является лучшей в своем классе.
2. Использование в учебном процессе интегриро-
ванной системы Siemens NX позволяет студентам приобрести навыки выполнения проектно-конструкторских работ, в том числе и электромеханических систем, проведения поверочных инженерных расчетов, анализа состояния и работоспособности изделий, основанных на графическом моделировании с учетом характеристик материалов, механических и иных физических воздействий на технический объект.
3. Дружественный интерфейс системы, возрастающая компьютерная грамотность студентов в совокупности с отлаженным методическим обеспечением позволит студенту меньше тратить времени на изучение инструментов системы, а сосредоточиться на предметной деятельности.
4. При успешном решении организационных и финансовых вопросов лицензирования программного обеспечения использование в учебном процессе данного программного пакета позволяет реализовать сквозную подготовку студентов в сфере информационных технологий. Тот факт, что компания Siemens является также и разработчиком передовых программных продуктов для решения задач промышленной автоматизации, делает пакет Siemens NX чрезвычайно перспективным для подготовки выпускников кафедры автоматизации производственных процессов.
Список литературы
1. http://www.plm.automation.siemens.com/
