САПР — система автоматизированного проектирования

САПР общего назначения

AutoCAD эволюционировал от простейшего помощника при выполнении чертежей до мощной графической операционной платформы, потенциально объединяющей все этапы работы над проектом:

  • разработку концепций;
  • выполнение геометрических построений и расчетов;
  • работу с атрибутами и базами данных;
  • взаимодействие с многочисленными Windows-приложениями;
  • оформление рабочей документации;
  • презентацию решений;
  • подготовку макета для печати;
  • управление структурой электронного проекта;
  • а также инструментарий для создания программных приложений.

Средства черчения AutoCAD — самые точные и удобные среди инструментария всех САПР, компания Autodesk продолжает их совершенствование на протяжении нескольких десятков лет. В основу инструментов черчения положена технология интеллектуального объектного отслеживания и геометрических привязок, обеспечивающая абсолютную точность построения.

Что собой представляет САПР

Используя техническую терминологию САПР – это комплекс автоматизированных систем с функцией проектирования, для реализации информационных технологий (чертежей, схем, сложных диаграмм и пр.). Ядро комплекса, представляет собой своеобразное программное обеспечение, заключающееся в разветвленной организационно-технической системе, автоматизирующей процессы проектных решений. Возможности ее, однако, ограничены, без использования всех средств для решения поставленных задач. А это – совокупность обслуживающего персонала, технических наработок проекта, и самой программы (запущенного процесса), для обработки и преобразования полученных данных в полноценный проектный план.

Сложности с расшифровкой аббревиатуры

Для лучшего понимания, что такое на самом деле САПР, в чем состоит назначение и каковы рабочие функции, следует сначала разобраться в толковании сокращенного названия. Может показаться странным, но существует несколько вариантов расшифровки, большинство из которых уводят по ложному пути:

  1. Часто, в технической литературе ее называют – программным средством для создания автоматизированного проектирования. По смыслу такое толкование близко к истине, но слишком растянутое в контексте, и одновременно слишком узкое в определении вопроса. Другими словами – это прикладное специализированное ПО, а единственная роль его, заключается в проектной деятельности, осуществляющейся при помощи автоматизированных процессов. Это слишком сложное для понимания и не совсем верное определение, учитывая, что САПР это не обычная программа, а комплекс средств.
  2. В других источниках расшифровка представляет его системой автоматического проектирования. Коротко, емко, но в корне неверно, с допущением грубейшей ошибки в толковании. Здесь путаются главные понятия, в словосочетании «автоматического», то есть, самостоятельного системного процесса, без всякого подключения человеческого фактора. В общей системе САПР за определенную часть ее работы отвечает именно персонал, без него она не может обойтись, что подчеркнуто понятием «автоматизированный». А автоматическими, является лишь отдельные операции в работе, ложащиеся непосредственно на систему.
  3. Дословная расшифровка – система автоматизации проектных работ или система автоматизированного проектирования. Это наиболее правильное и точное определение, полностью соответствующее и аббревиатуре и смыслу в нее заложенному. Но оно считается излишне тяжеловесным, а потому, редко используется даже в технической литературе, разве только, в виде дословного толкования.
  4. Для определения и расшифровки чаще всего используется словосочетание – система автоматического проектирования. Это не совсем соответствует аббревиатуре, но полностью отражает ее смысл и легко в употреблении, поэтому применимо и в технической, и в прикладной литературе. Используется такое толкование и в ГОСТ.
  5. В англоязычном варианте, CAD — computer-aided design, имеет тот же смысл что и в русскоязычном, но в дословном переводе несколько отличается. Английский вариант подчеркивает применение компьютерных технологий, участвующих в процессе проектирования. Нельзя сказать что это неверно, все так, но тут как и с точным переводом на русском языке – излишняя словоформа, и без того понятно, что без этого не обойтись.

Краткий экскурс в историю

Самое интересное в том, что разработка САПР началась еще в 1945 г., задолго до наступления компьютерной эры, а разные этапы ее создания велись на протяжении 70-ти лет. Как в большинстве подобных случаев, это был исключительно военный проект научно-исследовательских организаций ВПК США. Целью было создание системы аппаратно-программного комплекса, способного в автоматизированном режиме управлять средствами противовоздушной обороны. Первый из таких комплексов поступил на вооружение уже в 1947 г., но как опытный образец, а работы продолжались и дальше.

Поначалу это были примитивные электронные радиотехнические средства, какими они оставались до конца 60-х гг. Примерно к этому времени к созданию собственного проекта приступили и в СССР, первые советские образцы тоже не впечатляли техническими возможностями, и постоянно совершенствовались. Первый прототип по-настоящему автоматизированной графической системы увидел свет в 1963 г., это был знаменитый Sketchpad – детище профессора Сазерленда. А первый полноценный САПР выпустила компания «Autodesk» в 1982 г. представившая свой продукт – AutoCAD, ставший «дедушкой» всех современных систем автоматизированного проектирования.

Интерактивность как принцип разработки САПР

Следующий важнейший принцип создания САПР — интерактивность. Он предполагает прежде всего создание разработчиком соответствующих систем интерфейсов, максимально облегчающих процедуру их задействования человеком, а также осуществления им необходимых коммуникаций с другими пользователями САПР.

Еще один аспект интерактивности — обеспечение в необходимых случаях взаимодействия между различными модулями систем автоматизированного проектирования в рамках формирования производственной инфраструктуры.

Можно отметить, что принцип интерактивности тесно связан с первым — унификацией. Дело в том, что обмен данными в рамках тех или иных интерактивных процедур наиболее эффективным будет при условии необходимой стандартизации взаимодействия между теми или иными субъктами. Это может выражаться в унификации файловых форматов, документов, процедур, языка, инженерных подходов при разработке тех или иных проектов.

Особенно большое значение рассматриваемый принцип играет в САПР, посредством которых осуществляется автоматизированное проектирование информационных систем. Данная сфера применения САПР характеризуется, в частности, высокой степенью потребности пользователей соответствующей инфраструктуры:

– в регулярном, динамичном взаимодействии между собой;

– обеспечении связей между большим количеством модулей САПР;

– осуществлении оптимизации различных интерактивных процедур;

– оперативном формировании отчетности.

Только при условии достаточной интерактивности систем автоматизированного проектирования пользователи вправе рассчитывать на эффективное решение подобных производственных задач.

Компоненты САПР

Автоматизированное проектирование систем управления и промышленной инфраструктуры, как мы уже знаем, состоит из различных подсистем. В свою очередь, их составляющими являются компоненты, которые обеспечивают функционирование соответствующих элементов САПР. Например, это может быть та или иная программа, файл, аппаратное обеспечение. Компоненты, обладающие общими признаками, формируют средства обеспечения систем проектирования. Таковые могут быть представлены следующими основными разновидностями:

– техническим обеспечением, которое представляет собой совокупность различных технических средств, таких как компьютеры, сетевые компоненты, измерительные приборы;

– математическими моделями, которые объединяют те или иные алгоритмы, что задействуются в целях решения различных задач;

– программным обеспечением — системным, прикладным;

– информационным обеспечением, представляющим собой совокупность различных данных, что необходимы в целях внедрения проектирования;

– лингвистическими моделями, представляющими собой совокупность различных языков, которые применяются в САПР в целях отражения сведений о проектировании;

– методическим обеспечением, представляющим собой совокупность подходов к обеспечению функционирования САПР, различных методов подбора технологических концепций для достижения оптимальных результатов при реализации тех или иных проектов;

– организационным обеспечением, которое представлено главным образом источниками, которые определяют структуру проектной документации, а также характеристики системы автоматизации и то, каким образом должны отражаться результаты реализации проектов.

Автоматизированные системы проектирования, обработки информации могут быть классифицированы по различным критериям. Рассмотрим их специфику.

T-FLEX

В конце 1980-х, семеро выпускников Московского государственного технологического университета «Станкин» начали вместе работать над созданием параметрической САПР, нацеленной на промышленность. В 1989 году у них уже был компонент программного обеспечения, который они бесплатно предоставили российским производителям. В 1992 году они официально зарегистрировали ООО «Топ Системы».

T-FLEX работает со сложными сборками.

Их САПР, T-FLEX, постоянно развивалась на протяжении многих лет и превратилась в исключительно функциональную систему, поддерживающую комплексные операции для всех типов документов, включая чертежи, сборочные чертежи, поверхности, детали, детали с несколькими твердыми телами, сборка моделей, листового металла и перечень материалов.

Люди, знакомые с рынком САПР указывают на Pro/Engineer как на первую параметрическую САПР с поэлементным моделированием построения твердых тел. Большинство САПР, появившихся с тех пор, просто скопировали подход Pre/E, с использованием аналогичных форм параметров, основанных на истории. На первый взгляд кажется, что T-FLEX тоже следует этому подходу. Но это только на первый взгляд.

Параметрика является ядром T-FLEX. Любой компонент T-FLEX может быть связан с чем-то еще. Переменные могут быть назначены в любое время для имен компонентов, видимости, материала или любого другого числового или текстового атрибута. Затем они могут быть обработаны с любым алгебраическим или логическим выражением для управления поведением конструкции. Параметры могут быть вычислены из графических зависимостей с использованием, например, мер и функций расстояния. Значения параметров могут быть динамически выбраны из внутренних таблиц или таблиц Excel и баз данных, или других файлов других типов, в зависимости от других параметров. Эта возможность используется T-FLEX для создания параметрического элемента библиотеки.

T-FLEX позволяет вам создать параметрические 2D чертежи с нуля без ограничений на количество 2D объектов. Параметрические эскизы (для 3D операций) немедленно обновят любые изменения, независимо от их источника. T-FLEX включает полностью параметрические чертежи документации, в том числе объемы, тексты и заметки в виде чертежей. Вы можете создать параметрические 2D изделия, вставив параметрические 2D компоненты со сложными параметрическими связями. Более того вы можете создать полностью параметрические 3D изделия.

Изначально, гибкость параметрики T-FLEX позволяет вам очень просто добавить свою идею в 3D-модель и изделие, а не полагаться на невнятные предложения в истории строительства. Используйте эту гибкость, чтобы создавать семейства деталей. Но логическое продолжение этого куда интереснее: с параметрикой T-FLEX стало возможным реализовать массовую настройку всей системы, такую как сборка на заказ, настройка на заказ и проектирование на заказ. Вы можете даже использовать T-FLEX как интернет-средство в этих приложениях.

T-FLEX включает в себя впечатляющий набор возможностей за пределами параметрики. Она поддерживает интегрированные поверхности и моделирование твердых тел, а также прямое редактирование и сохранение истории. Также она включает в себя обширные средства детализации и комментариев, таких как PMI (информация о продукте и производственная информация.) Перечень материалов и встроенное проектирование металлических листов включены в стандартный набор функций, как и широкий набор переводчиков импорта и экспорта данных САПР.

Топ Системы предлагает большое количество дополнительных модулей для T-FLEX, в том чисде проектирование прессформ, анализ конечных элементов, моделирование движения, сварных конструкций и документации, динамику и АСТПП

Примечания

  1. Пройдаков, Э. М. Теплицкий, Л. А. Англо-русский толковый словарь терминов и сокращений по ВТ, Интернету и программированию. — М.: Русская Редакция, 2004. — ISBN 5-750-20195-3. (Словарь поставляется в электронной версии с ABBYY Lingvo x3 для ПК)
  2. Масловский, Е. К. Англо-русский словарь по вычислительной технике и программированию (The English-Russian Dictionary of Computer Science). — ABBYY Ltd, 2008.. (Словарь поставляется в электронной версии с ABBYY Lingvo x3 для ПК и доступен на сайте )
  3. Воскобойников, Б. С., Митрович, В. Л. Англо-русский словарь по машиностроению и автоматизации производства. — М.: РУССО, 2003. — 1008 с. — ISBN 5-887-21228-4.. (Словарь поставляется в электронной версии с ABBYY Lingvo x3 для ПК)
  4. Лисовский, Ф. В. Новый англо-русский словарь по радиоэлектронике. — М.: РУССО, 2005. — 1392 с. — ISBN 5-887-21289-6.. (Словарь поставляется в электронной версии с ABBYY Lingvo x3 для ПК)
  5. Малюх В. Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. — М.: ДМК Пресс, 2010. — 192 с. — ISBN 978-5-94074-551-8.
  6. Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 430 с. — ISBN 978-5-7038-3275-2.

Классификация

По ГОСТ

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:

  • тип/разновидность и сложность объекта проектирования
  • уровень и комплексность автоматизации проектирования
  • характер и количество выпускаемых документов
  • количество уровней в структуре технического обеспечения

Классификация с использованием английских терминов

В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.

По отраслевому назначению

  • MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);
  • EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР , радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
  • AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Bentley MicroStation, Bentley AECOsim Building Designer, Piranesi, ArchiCAD).

По целевому назначению

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.

  • CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.

    • CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.
    • CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
  • CAE (англ. computer-aided engineering

    CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.

    ) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.

  • CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.
  • CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM.

Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными, или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.

Обслуживающие компоненты

Компоненты, являются частью общей структуры и составляющими подсистем, выполняя собственные задачи в их функциональности. Они замыкают иерархическую цепочку и не делятся на элементы, оставаясь однородными, при этом полностью автономными и независимыми от других структурных составляющих. Компоненты во многом похожи на приложения и расширения, их так же можно устанавливать самостоятельно. Они разнообразны по назначению, но объединяются в группы по конкретному типу, образуя расширенные средства обеспечения и обслуживания САПР:

  • технические – совокупность компонентов, связанных в технической сфере (средства связи, сетевые, периферийные, измерительные устройства и приборы);
  • математические – компоненты, объединенные математическими методами, представленные также моделями и алгоритмами для выполнения задач в проектировании;
  • программные – прикладные, с пакетами программ, решающих задачи внутри отдельных этапов и общесистемные, обеспечивающие их полноценное функционирование;
  • информационные – содержащие базу данных и архив с описанием стандартных процедур и решений, сведений о комплектациях, моделях и нормах;
  • лингвистические – языковая база, включающая терминологию и представляющая информацию об объектах, находящихся в проектировании и предоставляемых для этого средствах;
  • методические – содержат теорию процессов, методику для анализа и системного синтеза, с описанием функциональной технологии и методики выбора приемов;
  • организационные – состоят из системной документации, содержащей расписания для штата, инструкции для должностных лиц, определенные правила, приказы и положения.

F.A.Q. САПР для машиностроения – система автоматизированного проектирования

Зачем внедрять САПР?

В настоящее время на предприятиях машиностроения повсеместно используются системы автоматизированного проектирования (САПР) различных типов. За многолетнюю историю использования они доказали свою эффективность и экономическую целесообразность. Однако, большинство производителей систем так и не могут дать четкого и однозначного ответа, какой экономический эффект принесет покупка их программного обеспечения?

При выборе той или иной системы трудно однозначно понять, какое решение будет наиболее подходящим для организации и зачем вообще необходимо внедрение САПР? Для ответа на эти вопросы нужно, прежде всего, определить факторы, за счет которых достигается экономическая эффективность внедрения и использования системы, а также обратиться к мировому опыту использования САПР.

Одним из лидеров, проводящих исследования в данной области, является международное исследовательское агентство Aberdeen Group, которое, совместно с компанией Autodesk, начиная с 2007 года, выпустило ряд отчетов на эту тему:

  • Дополнительные стратегии построения цифровых и физических прототипов: как избежать кризисной ситуации при разработке продуктов?
  • Системное проектирование: Разработка новых продуктов для мехатроники.
  • Управление техническими изменениями 2.0: Интеллектуальное управление заявками на изменения для оптимизации бизнес-решений.
  • Проектирование без границ. Рост доходов благодаря применению 3D-технологий.

Организации-участники исследований были разделены на три группы в соответствии с тем, насколько они выполняют свой календарный план и бюджет: 20% – лучшие в своем классе компании (компании-лидеры), 50% – компании со средними показателями по отрасли и 30% – компании с результатами ниже среднего. Затем был проведен сравнительный анализ, чтобы понять, какие процессы, способы организации работы и технологии чаще использовались лучшими в своем классе компаниями.

По результатам исследований, основными экономическими факторами, влияющими на экономическую эффективность использования САПР, являются время и денежные затраты на разработку прототипов продукции машиностроительных организаций, а также время и затраты на внесение изменений в прототипы и выпускаемые продукты.

Компании-участники исследования были также опрошены по поводу основных факторов, которые на их взгляд, являются самыми значимыми предпосылками использования средств автоматизированного проектирования.

  • 91% респондентов поставили на первое место сокращение времени проектирования изделий,
  • на втором месте с 38% – сокращение затрат на проектирование,
  • далее следуют: увеличение технологичности проектируемых продуктов (30%), ускорение доработок изделий в соответствии с требованиями Заказчиков (кастомизации продуктов) – 15%.

Интересной особенностью является то, что несмотря на большие возможности по сокращению затрат, как и в ранее проведенных исследованиях, ключевым фактором остается возможность сокращения времени проектирования.

Для чего используют САПР лучшие машиностроительные компании?

Функционал САПР, который используется машиностроительными предприятиями для достижения вышеописанных эффектов, можно разбить на следующие основные области:

  • Разработка концепции проекта в цифровом формате.
  • Создание, оптимизация и утверждение проектов.
  • Проектирование электрических и механических деталей.
  • Управление данными о продукте.
  • Визуализация решений по продукту, обзоров, продаж и маркетинга.

Следует отметить, что функционал управления данными о продукте относится больше к PDM/PLM решениям, однако системы автоматизированного проектирования являются их неотъемлемой частью.

Классификация по характеру базовой подсистемы

  • САПР, которые направлены на приложения, где главной процедурой проектирования является конструирование, то есть определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Это САПР на базе машинной графики и математического моделирования. К данной группе систем относится большая часть графических ядер САПР в сфере машиностроения.
  • САПР, ориентированные на приложения, в которых при достаточно простых математических расчетах перерабатывается большое количество данных. Это САПР на базе СУБД. Данные САПР главным образом встречаются в технико-экономических приложениях, например, В процессе проектирования бизнес-планов, объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.
  • Комплексные (интегрированные) САПР, которые включают в себя совокупность предыдущих видов подсистем. Типичными примерами комплексных САПР могут быть CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Таким образом, СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий является составной частью САПР БИС. Для того, чтобы управлять такими сложными системами используют специализированные системные среды.
Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий