книги / Численно-аналитические методы решения задач дифракции акустических волн на абсолютно твёрдых телах и оболочках

скоростей центра масс тела вращения от времени т показаны

на рис. 3.18 (кривые 1-3) и на рис. 3.19 (кривые 1 и 2). Анало-

т

рис. 3.20 и 3.21.

Как следует из графиков, динамический процесс воздействия акустической волны давления приводит к существенному каче­ ственному и количественному изменению кинематических пара­ метров твердого тела. Наиболее существенное количественное изменение скоростей и ускорений происходит в начальные мо­ менты взаимодействия с волной, причем этот временной интер­ вал меньше времени охвата волной всего тела.

Г л а в а 4

ДИНАМ ИКА ПОДВОДНОГО АППАРАТА

ПРИ ДЕЙСТВИИ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ВОЛНЫ

ДАВЛЕНИЯ

4.1. Компьютерные технологии моделирования в инженерных задачах

Мир новых информационных технологий открывает широкие возможности в области автоматизации проектно-конструктор­ ских и расчетных работ наукоемкого машиностроения, к кото­ рым, в частности, относятся авиа-ракетостроение и судостроение.

Технологии CALS дают уникальный шанс реализации прин­ ципа «мир без границ» по аккумулированию передовых дости­ жений в наукоемких отраслях. Сегодня не всегда надо догонять лидеров. Компьютерный инжиниринг позволил менее продвину­ тым фирмам участвовать в разделении рынка инженерных услуг. Использование стандартных прикладных пакетов и программ геометрического моделирования промышленного уровня позво­ ляет оказаться от проведения работ не только в одном здании, конструкторском бюро, городе, но даже и в стране и на кон­ тиненте. На первый план в настоящее время выходят вопросы интеграции существующих программных комплексов и, что бо­ лее важно, создание программных модулей для коммерческих пакетов, в которых реализованы алгоритмы и методы расчета конструкций отечественных ученых.

Появление мощных и доступных компьютеров, глобальной сети Internet обусловило возможность ведения единого процесса по проектированию, расчету, производству, эксплуатации, серти­ фикации, вплоть до утилизации в едином виртуальном простран­ стве. Ведущие лаборатории IBM в Северной Америке, Европе и Азии, в сотрудничестве с более чем полусотней других ком­ паний провели научно-исследовательские и экспериментальные работы в этой области и уже сегодня установили новую план­ ку стандарта в программном обеспечении промышленного биз­ неса, воплотив его в технологии PLM (Product Life Cycle Management).

Основной идеей технологии PLM является эффективная ав­ томатизация всех процессов на протяжении всего жизненного цикла изделия (ЖЦИ), что особенно важно в едином инфор­ мационном пространстве. Именно такой подход позволяет пол­ ностью управлять жизненным циклом, обеспечивает интеграцию информационных основ предприятия, включая управление всеми электронными данными, информацией и знаниями, созданными на протяжении всего жизненного цикла изделия. Кроме того, обеспечивается требуемый уровень адаптируемости и открытости с целью быстрой интеграции различных систем для эффективно­ го взаимодействия.

Для реализации такой концепции на разных этапах жизнен­ ного цикла требуются разные по своим качествам, свойствам, стоимости, функциональным характеристикам системы геомет­ рического и математического моделирования.

На сегодняшний день развитие вычислительных ресурсов и средств коммуникации позволяет говорить об автоматизации процессов на протяжении всего жизненного цикла изделия. Про­ цессы разработки, подготовки производства, изготовления, мар­ кетинга и продажи, эксплуатации и поддержки подчиняются одним законам и реализуются в среде однородных информацион­ ных технологий и могут быть формализованы.

Так, на стадиях проектирования и выполнения проектно­ конструкторских работ необходимы «тяжелые» системы твер­ дотельного параметрического моделирования. Для проведения численных анализов необходимы специфические проблемно ори­ ентированные приложения с соответствующим математическим аппаратом. Для планирования производства необходимы моделировщики производственных процессов, пакеты для имитационно­ го моделирования станков с числовым программным управлени­ ем (ЧПУ) и т. д. Для задач маркетинга необходимо привлечение систем фотореалистической компьютерной графики и моделиро­ вания виртуальной реальности. Ключевым моментом при таком подходе являются задачи интеграции рассмотренных процессов в рамках проекта в целом и координация системами обмена и передачи данных между системами.

Для автоматизации этапа проектно-конструкторских работ используются CAD/CAM/CAE-системы. Как правило, это си­ стемы твердотельного параметрического моделирования так на­ зываемого тяжелого класса. Численный — прочностной, аэроди­ намический и т. д. анализ осуществляется на САЕ системах и приложениях. Проектирование производства включает в се­ бя формализацию техпроцессов в соответствующих системах.

108 Гл. 4. Динамика подводного аппарата

На этой стадии рассчитываются управляющие программы для станков с ЧПУ (CAM-системы). Их корректность и точность оценивается в системах имитации. Планирование производства на современном этапе включает создание виртуальных моде­ лей цехов, расчет эргономики сборочного процесса. Кроме того, планирование производства подразумевает моделирование мате­ риальных потоков на предприятии. Продажа и дистрибьюция помимо сбора и хранения информации о поставщиках и заказ­ чиках подразумевает подготовку рекламных проспектов, созда­ ние презентаций, что подразумевает возможность моделирования виртуальной реальности и наглядную демонстрацию поведения в ней изделия. Автоматизация обслуживания подразумевает мо­ делирование процессов ремонта и эксплуатации, их эргономи­ ческие характеристики. Таким образом, можно выделить круг задач, решаемый системами геометрического моделирования на каждом этапе автоматизации жизненного цикла. Задача орга­ низации управления жизненным циклом изделия заключается в организации эффективного функционирования рассмотренных программных компонент в рамках единого программного ком­ плекса над единым информационным полем.

Таким образом, весь процесс от проектирования изделия до его утилизации представляет собой единый взаимосвязанный информационный комплекс, содержащий все необходимые как восходящие, так и нисходящие связи. В едином информационном пространстве связано изделие, процесс, завод и ресурсы.

Мировой рынок систем геометрического моделирования (CAD-систем) можно условно разделить на три сегмента (рис. 1 цветной вклейки) [1]:

—системы высшего уровня (CATIA, Unigraphics и т. д.);

—системы среднего уровня (SolidWorks, Solid Edge и т. д.);

—системы нижнего уровня (КРЕДО, AutoCAD и т. д.).

Подобное деление обусловлено функциональностью, стоимо­ стью и, как следствие, распространенностью этих систем.

Системы высшего уровня изначально создавались в круп­ нейших аэрокосмических корпорациях: Lockheed Corporation

проектно-конструкторских работ КРЕДО, БПИО АСК фирмы «НИЦ АСК» и т. д., которые так же создавались в недрах аэрокосмической отрасли и были ориентированы, прежде всего, на «голубых гигантов».

В отличие от них системы нижнего уровня (AutoCAD Me­ chanical Desktop и T-Flex компании Top Systemes и др.) прошли двадцатилетний путь эволюционного развития. При разработке они были ориентированы на широкий спектр промышленных и других задач (геодезия, архитектура и т. д.).

CAD-системы среднего уровня, как принципиально новый класс программных продуктов, появились в начале 90-х гг. Они характеризовались эпохой борьбы операционных систем Win­ dows и UNIX. Прорыв осуществила корпорация РТС, которая создала программный продукт Pro/Engineer так, чтобы система была относительно независимой от аппаратной платформы. Это помогло РТС адаптировать Pro/Engineer под Windows NT уже в 1994 году. Эти системы существенно потеснили как своих бо­ лее «легких» собратьев, работающих на PC (AutoCAD-подобные системы), так и более «тяжелые» комплексы, изначально ори­ ентированные на рабочие станции (Unigraphics, CATIA и т. д.). CAD-системы среднего уровня переняли у «тяжелых» систем неплохие возможности твердотельного и поверхностного модели­ рования, у «легких» — открытость интерфейса и доступную цену. Открытый интерфейс систем среднего уровня стал достаточным условием для того, чтобы сторонние фирмы-разработчики ак­ тивно начали создавать собственные прикладные программы (в областях САМ, CAE, PDM и т. д.), использующие трехмерную геометрию, разработанную в системах среднего уровня. Подоб­ ная схема дает конечному пользователю очень гибкое решение его проектных, производственных и других задач.

На настоящий момент рынок CAD-систем среднего уровня представлен целым рядом программных продуктов, которые ра­ ботают на персональных компьютерах в среде Windows, имеют открытый интерфейс и сквозную параметризацию. Основными игроками здесь являются пакеты с геометрическими ядрами Parasolid и CNEXT. Программный продукт SolidWorks, разрабо­ танный одноименной фирмой, все активнее (особенно в России) претендует на все ниши CAD-систем, перекладывая решение практических задач на дополнительные системы и подсистемы от «золотых партнеров». Другой известный пакет —Solid Edge компании Unigraphics Solutions — предлагается в качестве ниж­ него уровня в комплексе Solid Edge и Unigraphics. К числу систем, которые также поднялись на этот уровень, относятся

п о Гл. 4. Динамика подводного аппарата

AutoCAD Mechanical Desktop и T-Flex компании Top Systemes. Их особенность состоит в том, что они сами являются вершиной в развитии «легкого» сегмента CAD-систем.

Фирма Dassault Systemes предложила в этом сегменте си­

к системе высокого уровня, РЗ — к решениям для корпоративных заказчиков и к специализированным решениям, а вот CATIA V5P1 можно отнести к CAD среднего уровня. Этим решением, с одной стороны, фирма Dassault Systemes как бы спустилась на ступеньку ниже, а с другой стороны, она приподняла планку си­ стем среднего уровня до своей высоты и «тяжести». Характерной чертой этого процесса является автоматизация всего жизненного цикла изделия.

Как самостоятельная отрасль за последнее десятилетие PLMтехнология прошла много этапов развития: от систем, которые требовали дорогих компьютеров и больших усилий по установ­ ке, внедрению и адаптации, до систем on-demand и модулей, встроенных в CAD-пакеты [150]. Несколько лет назад толь­ ко немногие крупные организации и предприятия могли позво­ лить себе внедрение PLM-решений. Сегодня такие программные продукты, как SmarTeam Design Express компании Dassault Systemes, могут быть установлены, настроены и запущены в экс­ плуатацию в течение всего 10 дней. SmarTeam является одной из первых систем, соединивших в себе возможности платформы Windows с относительной легкостью конфигурирования и адап­ тации. На сегодняшний день бренд ENOVIA SmarTeam пред­ ставляет собой современную линейку продуктов, которые могут быть внедрены в короткие сроки для использования в проек­ тировании и управлении жизненным циклом изделия (PLM), а также для организации взаимодействия с цепочками постав­ щиков. В мире с этими продуктами работают более четырех тысяч организаций и около 140 тысяч пользователей в разных отраслях промышленности. PLM-системы позволяют уменьшить стоимость продукции, ускорить процесс проектирования, вовлечь в работу цепочки поставщиков и подрядчиков уже на раннем этапе проектирования. Одним из ключевых факторов внедрения PLM является эффективное управление информацией об из­ делии, а также организация управления процессами измене­ ния и взаимодействия. ENOVIA SmarTeam представляет собой наиболее оптимизированный набор продуктов, нацеленный на решение именно этих задач. Ключевыми особенностями реше­ ний ENOVIA SmarTeam являются превосходное взаимодействие