Автоматизация подготовки производства на предприятии:

АРМ инженера-расчетчика

О программной системе ANSYS

ANSYS Design Simulation имеет ассоциативную связь со сборкой, проектируемой в CAD-системе Autodesk Inventor, позволяет проанализировать различные варианты проектируемой сборки и в конечном счете, основываясь на обратной ассоциативной связи, оптимизировать конструкцию, избежать ошибок при производстве, исключить отказы и повторное конструирование.

Для того чтобы конструкторы-проектировщики в процессе работы могли получить полное представление о составе комплекта конструкторской документации на разрабатываемое изделие, в ходе проектирования можно использовать возможность интеграции систем Autodesk Inventor и

ANSYS – универсальная программная система конечно-элементного (КЭ) анализа, которая на протяжении последних 30 лет является одним из мировых лидеров в области компьютерного инжиниринга (CAE, Computer-Aided Engineering) и КЭ решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твердого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей.

Программная система КЭ анализа ANSYS разрабатывается американской компанией ANSYS Inc., которая в течение последних нескольких лет входит в список наиболее быстро растущих и динамично развивающихся компаний США. Использование системы ANSYS дает возможность ее клиентам производить продукцию высокого качества и быстро добиваться успеха на рынке товаров и услуг. В течение этого времени фирма ANSYS Inc., непрерывно совершенствуя технологию, создает мощные, гибкие и удобные системы КЭ моделирования (ANSYS, DesignSpace, AI Solutions (NASTRAN, ICEM CFD)). Эти CAE-системы предназначены для использования в разных отраслях производства, где обеспечивают полноценную инженерную поддержку проектных разработок при максимальной эффективности затрат на вычислительную технику и программные средства.

Компания ANSYS Inc следует подходу к проектированию и производству изделий, который опирается на расчет, строится с привязкой к анализу и позволяет избежать дорогостоящих и длительных циклов разработки типа "проектирование – изготовление – испытания". В качестве стратегического партнера фирма сотрудничает со многими компаниями, помогая им провести необходимые изменения и сохранить первенство в конкурентной борьбе. Предлагаемые фирмой ANSYS Inc. средства численного моделирования и анализа удобны для пользователя, совместимы с другими пакетами, работают на различных платформах и позволяют решать связанные задачи механики и физики.

Программная система ANSYS является широко известной CAE-системой мирового уровня, которая используется на таких всемирно известных предприятиях, как ABB, BMW, Boeing, Caterpillar, Daimler-Chrysler, Exxon, FIAT, Ford, GeneralElectric, Lockheed, MeyerWerft, Mitsubishi, Siemens, Shell, Volkswagen-Audi и др., а также применяется на многих ведущих предприятиях промышленности РФ. Программная система ANSYS эффективно сопрягается с известными CAD-системами Unigraphics, CATIA, Pro/ENGINEER, SolidEdge, SolidWorks, AutodeskInventor и др.

В настоящее время программная система ANSYS представляет собой многоцелевой пакет проектирования и анализа, признанный во всем мире. В настоящее время программа ANSYS насчитывает более 100 000 коммерческих и 100 000 университетских рабочих мест по всему миру. В СНГ коммерческие версии программы ANSYS приобрели и используют уже более 200 организаций. ANSYS был первым коммерческим конечноэлементным продуктом, получившим в свое время сертификат ISO. Сегодня все программные продукты ANSYS сертифицированы согласно серии стандартов ISO 9000,1.

С 2002 г. программа ANSYS бессрочно аттестована Госатомнадзором России (аттестация проводилась НТЦ по ядерной и радиационной безопасности)
Регистрационный номер ПС в ЦОЭП при РНЦ КИ - 490
Регистрационный номер паспорта аттестации ПС - 145
Дата регистрации 10.09.2002

Первая реализация программы значительно отличалась от последних ее версий и касалась только решения задач теплопередачи и прочности в линейной постановке. Как и большинство других программ того времени, она работала в пакетном режиме и лишь на "больших" машинах.

В начале 70-х годов 20-го века в систему было внесено много изменений в связи с внедрением новой вычислительной технологии и реализацией запросов пользователей. Были добавлены нелинейности различной природы, появилась возможность использовать метод подконструкций, была расширена библиотека конечных элементов. Компания обратила внимание на появившиеся в то время миникомпьютеры и векторные графические терминалы. В течение нескольких лет эти новые аппаратные средства были освоены программными разработками компании, породив новую эру компьютерного решения инженерных задач.

В конце 70-х гг. существенным дополнением к системе ANSYS явился интерактивый режим работы. Это значительно упростило процедуры создания КЭ модели и оценку результатов (пре- и пост-процессорная обработка). Стало возможным использовать интерактивную графику для проверки геометрии модели, заданных свойств материала и граничных условий перед началом счета. Графическая информация могла быть сразу же выведена на экран для интерактивного контроля результатов решения.

Сегодня ANSYS - это чрезвычайно мощная и удобная программная система. Каждая ее версия включает новые и расширяет прежние возможности системы, что делает ANSYS более быстродействующей, более гибкой и удобной в использовании. Эти ее качества помогают пользователям справиться с непрерывно возрастающими запросами современного промышленного производства.

Описание системы ANSYS

ANSYS - это программный пакет конечно-элементного анализа, решающий задачи в различных областях инженерной деятельности (прочность конструкций, термодинамика, механика жидкостей и газов, электромагнетизм), включая связанные многодисциплинарные задачи (термопрочность, магнитоупругость и т.п). ANSYS - это профессиональный конечно-элементный расчетный комплекс, позволяющий решать задачи прочности, теплообмена, электромагнетизма, гидрогазодинамики как по отдельности, так и совместно, в связанной постановке (т.н. 'multiphysics' или 'coupled field'). Количество рабочих мест ANSYS в мире превышало 90000 коммерческих и 130000 университетских на 2003г.

Система ANSYS - это гибкое и надежное средство проектирования и анализа. Она работает в среде операционных систем самых распространенных компьютеров - от РС до рабочих станций, высокопроизводительных кластеров и суперкомпьютеров. Особенностью программной системы является файловая совместимость всех членов семейства ANSYS для всех используемых платформ. Многоцелевая направленность программы (т.е. реализация в ней средств для описания отклика или реакции сложной системы на воздействия различной физической природы) позволяет использовать одну и ту же модель для решения таких связанных задач, как прочность при тепловых нагрузках, влияние магнитных полей на прочность конструкции, тепломассоперенос в электромагнитном поле. Модель, созданная на РС, может использоваться на суперкомпьютере. Это обеспечивает всем пользователям ANSYS удобные возможности для решения широкого круга инженерных задач.

Как новичкам, так и опытным пользователям эта программа предлагает непрерывно растущий перечень расчетных средств, которые позволяют:
- учесть разнообразные конструктивные нелинейности;
- решить самый общий случай контактного взаимодействия для пространственных тел сложной конфигурации;
- допускают наличие больших (конечных) деформаций, перемещений и углов поворота;
- выполнить многопараметрическую оптимизацию в интерактивном режиме;
- анализировать влияние электромагнитных полей;
- решать задач гидро- и аэродинамики,
- а также многое другое – вместе с параметрическим моделированием, адаптивным перестроением сетки, использованием р-элементов и обширными возможностями создания макрокоманд с помощью языка параметрического проектирования системы ANSYS – APDL.

Система меню (на основе разработки фирмы Motif) обеспечивает ввод данных и выбор действий программы с помощью панелей диалога, выпадающих меню и окон списка, помогая пользователю управлять программой. Средства твердотельного моделирования включают в себя представление геометрии, основанное на использовании сплайновой технологии NURBS, геометрических примитивов и операций булевой алгебры (выполняемых модулем SHAPES фирмы XOX Corp., который встроен в систему ANSYS).

Модуль системы ANSYS Design Data Access (DDA) обеспечивает передачу в программу моделей, созданных средствами компьютерного проектирования (CAD), что исключает повторение выполненной ранее конструктором работы. Назначение модуля DDA состоит в том, чтобы дать пользователю возможность получить результаты конечно-элементного анализа, которые в полной мере обусловлены исходной информацией, содержащейся в проектной разработке, а также предоставить современные и самые совершенные средства обмена данными. Программные средства серии DDA Connection могут работать совместно с разработками многих ведущих поставщиков CAD-программ, включая компании Parametric Technology Corporation, EDS/Unigraphics и Computervision Corporation. Последней версией этой серии является программное средство DDA Interactive, позволяющее использовать для конечно-элементного анализа непосредственно CAD-модели за счет современного интерфейса и установления взаимосвязи между CAD-информацией и данными, требующимися для проведения анализа. Кроме того, возможности анализа и оптимизации системы ANSYS легко переносятся на CAD-модели за счет использования форматов IGES и STEP для пересылки геометрии или соответствующего интерфейса ведущих CAD-программ.

Официальный сайт ANSYS: http://www.ansys.com/

Приложения ANSYS, по основным отраслям:
- Автомобилестроении
- Атомная энергетика
- Железнодорожный транспорт
- Cудостроение
- Двигателестроение
- Cтроительная отрасль
- Электромашиностроение

Программные модули и комплектация пакета ANSYS

Базовые комплектации (вкл. геометрический редактор и сеточный генератор в рамках классического графич. интерфейса, возможность импорта-экспорта формата iges, и соотв. аналитические возможности, а также оболочка Workbench с модулем DesignSimulation):
- ANSYS\Multiphysics - это основной программный продукт ANSYS, который включает расчетные возможности всех инженерных дисциплин. ANSYS/Multiphysics фактически суммирует в себе возможности трёх других базовых комплектций: ANSYS/Mechanical – конструкционный(прочностной) и термический анализ + ANSYS/Emag - электромагнитный анализ + ANSYS/CFX Flo – начальный гидро-газодинамический анализ (CFX Flo является минимально возможным вариантом самостоятельного продукта CFX)
- ANSYS\Mechanical – полный, включая нелинейности, конструкционный (прочностной) и термический анализ ( по сравнению с Multiphysics исключены гидро-газодинамика –CFX Flo; и электромагнетизм - Emag).
- ANSYS\Structural – конструкционный (прочностной) анализ, включая геометрически и физически нелинейные задачи. По сравнению с Multiphysics исключены термический анализ; гидро-газодинамика – Flotran/CFX Flo; электромагнетизм – Emag. По сравнению с Mechanical исключены тепловые задачи.
- ANSYS\Professional. Имеет две модификации:
- - - NLS (Non Linear Static/Structural) – нелинейный статический прочностной и стационарный тепловой анализ
- - - NLT (Non Linear Thermal) – линейный прочностной анализ в упругой области и нелинейный тепловой (полный).
- ANSYS\Emag – (только) электромагнитные расчёты
- ANSYS\DesignSpace – упрощённый (самостоятельный) расчётный продукт, ориентированный на конструктора, с интерфейсом Workbench, базируется на расчётных технологиях ANSYS
- DesignSpace – статическая прочность, устойчивость по Эйлеру, собственные частоты, теплопроводность с поддержкой сборок (контакта)
- DesignSpace Structural статическая прочность, устойчивость по Эйлеру, собственные частоты, теплопроводность только для отдельных деталей (part)

Модификации с ограниченными возможностями:
- ANSYS\Multiphysics Option 1,2,3 – версии с ограничением размерности задачи, 50000, 8000, 2000 узлов соответственно.

Дополнительные модули (избранные, приобретаются опционно к базовым комплектациям):
- ANSYS\Emag – модуль продукта ANSYS, осуществляющий статический и низкочастотный электромагнитный анализ (типичные задачи: трансформатор, двигатель, пускатель), высокочастотный электромагнитный анализ (типичные задачи: микроволновые и высокочастотные пассивные компоненты, волноводы, коаксиальные коннекторы), электростатический анализ (типичные задачи: высоковольтные устройства, линии электропередач, микро-электромеханические системы - MEMS).
- ANSYS CFX – самостоятельный программный продукт от ANSYS,Inc., предназначенный для решения стационарных и нестационарных задачи механики жидкостей и газов. При совместной покупке с Mechanical/Multiphysics позволяет решать задачи взаимодействия деформируемых конструкций с потоками жидкостей и газов.
- ANSYS Fluent - самостоятельный программный продукт от ANSYS,Inc., предназначенный для решения стационарных и нестационарных задачи механики жидкостей и газов.
- ANSYS ICEM CFD – универсальный сеточный генератор, самостоятельный программный продукт от ANSYS,Inc.,
- ANSYS\LS-DYNA – модуль ANSYS, представляющий встроенную в его графический интерфейс программу LS-DYNA (разработки LSTC) для решения высоконелинейных задач, позволяет численно моделировать высоконелинейные и быстротекущие процессы, например столкновений (автомобилей), ударов с учётом нелинейного поведения материала и при контактном взаимодействии большого числа тел. Параллельные вычисления доступны в качестве опции.
- ANSYS\PrepPost – отдельно стоящий пре- и постпроцессор (тот же, что и в Multiphysics, Mechanical. Structural …) с полным набором возможностей по созданию, импорту и экспорту геометрических моделей, построению, импорту и экспорту конечноэлементных сеток, постановке задачи и обработке результатов (визуализация, листинг, операции над результатами и др.). Является полнофункциональной рабочей средой и обладает всеми функциями за исключением непосредственно решателей.
- ANSYS\Geometry Interface for SAT, Parasolid, NX (UG), Pro\E, CATIA, SolidWorks, SolidEdge, Inventor - набор трансляторов, позволяющих импортировать и осуществлять двусторонний обмен геометрическими моделями соответствующих форматов.
- ANSYS Mechanical HPC – опция “дополнительный процессор” начиная с 3-его к версиям Structural/Mechanical/Multiphysics, позволяющая распараллелить вычисления на многопроцессорных серверах или кластерах. Предназначена для решения задач большой размерности (миллионы степеней свободы). Включает в себя комплект дополнительных решателей для платформ с распределённой памятью (кластеров), не входящих в состав базовых продуктов Structural/Mechanical/Multiphysics.
- ANSYS/DesignModeler – опционно поставляемый геометрический редактор на базе ядра Parasolid в среде Workbench
- ANSYS/DesignXplorer – опционно поставляемый оптимизационный модуль в среде Workbench ANSYS/Rigid Dynamics – опция в рамках Workbench, позволяющая моделировать работу механических систем, соединённых шарнирами с помощью спец. решателя, основанного на м. множителей Лагранжа
- ANSYS/Fatigue – опционный модуль усталостных расчётов в рамках Workbench
- ANSYS Pressure Equipment – модуль в рамках Workbench, позволяющий создавать геометрические модели сосудов давления и проводить расчёты согласно нормам CODAP2005, ASME, EN13445
- ANSYS EKM – (Engineering Knowledge Management), система менеджмента данных (для ANSYS®, Workbench®, CFX®, FLUENT®, Polyflow®) и документооборота в рамках расчётного подразделения
- WORKBENCHWorkbench - это единая интерактивная среда, интегрирующая различные программные продукты, разрабатываемые ANSYS,Inc. как друг с другом, так и с CAD-системами, имеющая модульную структуру и дающая новые возможности как в препроцессорной подготовке, так и в решении задач и обработке результатов.

Основное призвание Workbench в том, чтобы максимально ускорить, упростить, повысить эффективность и унифицировать постановку задач вне зависимости от их принадлежности к той или иной физической дисциплине и используемого решателя.

Оболочка и модуль DS (Design Simulation) входят в состав всех базовых лицензий ANSYS (Multiphysics,Mechanical,Structural,Professional) и не требуют отдельной оплаты. В случае, если помимо базового программного продукта приобретается также и к.л. другой/ие (например ICEM, CFX, AutoDYN), они интегрируются в среду Workbench и помимо возможности самостоятельного запуска получают взаимодействия в рамках этой среды, обретая в ней вид модулей.

Workbench имеет и собственные, присущие только этой среде модули, которые поставляются опционно. К их числу относятся DM (Design Modeler), DX (Design Xplorer), Fatigue Их описание см. выше в списке дополнительных модулей.