Что такое автоматизированное проектирование объектов строительства

САПР: что такое система автоматизированного проектирования

Редкий инженер предпочитает бумажные чертежи электронным. Старый дедовский способ занимает гораздо больше времени и допускает погрешности в построении и расчетах. Поэтому большинство предприятий перешли на компьютерные технологии. Расходы на установку систем и обучение сотрудников полностью окупилось результативностью и качеством работы с компьютером. К тому же, такой подход позволяет вести всю документацию в цифровом виде и обеспечивает удобство сообщения с другими компаниями и дочерними предприятиями.

Чтобы понять, что такое САПР и для чего он нужен в работе, узнаем, как расшифровывается аббревиатура программы – это система автоматизированного проектирования. В этой статье мы узнаем, как появилось и развивалось это программное обеспечение, какие возможности оно открывает для конструирования, и чем отличаются его разновидности.

История создания САПР

Англоязычный вариант названия – CAD, то есть Computer Aided Design. Изначально разработчики добивались плотного взаимодействия человеческих ресурсов и возможностей электронно-вычислительных машин. Путь достижения этой цели короток – существование платформ не длится и полвека. Условно весь период развития можно разбить на три части:

САПР: зачем нужна система автоматизированного проектирования и как выбирать подходящую?

• 1970-е годы. В это время появилась уверенность, что проектирование теоретически подвергается компьютеризации. Сфера деятельности машины была невелика, в основном упор делался на возможности автоматического черчения. Такие программы получили название САЧ.
• 1980-е годы ознаменовались появлением микрокомпьютеров, поэтому все силы уходили на создание систем для них. Также этот период положил начало объемному 3D-моделированию с возможностью передачи данных.
• 1990-е годы окончили формирование базовых понятий САПРа и устранения ошибок и погрешностей. В частности, было убрано препятствие при передаче файла в одном формате на другую компьютерную систему. Когда производители пришли к единому образцу, применение платформы стало доступнее и популярнее.

С тех пор создатели только совершенствуют модели, укомплектовывают новыми функциями и облегчают работу с ними.

Можно назвать следующие ступени эволюции программы:

• работа с радиотехникой и электроникой на примитивном уровне в США, 50-е – начало 60-х годов;
• схематическое конструирование радиоэлектроники и интегральных схем в СССР, 60-е годы;
• первый шаг в развитии автоматизированного машиностроения – создание графической системы «Sketchpad» ученым Сазерлендом в 1963 г.;
• появление кривых линий и моделей неправильной формы – 1970 г.;
• в 1982 году увидел свет первый продукт компании «Autodesk» – AutoCAD, ставший первым и самым популярным САПРом для инженера.

С этого момента все производители программного обеспечения пытаются превзойти по качеству первоначальный вариант, нужно отметить, что качество некоторых аналогов Автокада уже завоевало почетное место на компьютерном рынке. Альтернативой распространенной платформе является продукт компании ZWSOFT – ZWCAD. Это новейшие технологии в сочетании с классикой систем автоматического проектирования: удобный дизайн, совместимость с форматами других программ, широкие возможности расчета, конструирования и проверки продукта в работе. Невысокая цена в сочетании с отличным качеством делает платформу востребованной во всем мире, тем более, что она переведена на многие языки. Компания предлагает возможность бесплатно протестировать пробный пакет, тем самым давая инженерам шанс «распробовать» аналог Автокада.
Мы много говорили о пользе автоматического проектирования, в чем именно она состоит?

Проектирование в ZWCAD наружных инженерных сетей : водоснабжения, канализации, газоснабжения, теплоснабжения.

Возможности и области применения САПР

Основная цель разработки платформы – это повышение эффективности труда инженеров с помощью обеспечения взаимодействия с электронно-вычислительными машинами. Оно достигается следующими факторами:

• облегчается процесс конструирования для сотрудников всех отраслей;
• уменьшаются сроки завершения проектов в целом;
• сокращается начальная стоимость работы проектирования за счет устранения издержек и оплаты многочасового труда работников;
• улучшается качество готового продукта и каждого отдельного этапа;
• практически убирается статья расходов на тестирование изделий и устранение погрешностей.
• Такой результат достигается за счет ряда достоинств автоматизации:
• обширная и доступная информационная база, заложенная в структуре программы;
• автоматический сбор и классификация всех сопутствующих документов;
• возможность системы параллельного конструирования и, соответственно, предоставления объема работ на текущий момент моделирования;
• заложенная в программе библиотека готовых решений;
• режим проверки и испытаний готового продукта путем математического моделирования;
• подбор и предложение максимально выгодных методов моделирования при минимизации расходов;
• сбор и классификация информации для наиболее выгодного управления предприятием.

Состав и структура САПР

Это обширная система, которая, не смотря на перевод, не полностью соответствует аббревиатуре CAD. В русскоязычный термин входят три базовых понятия:

• CAE (Computer-aided engineering) – программа инженерного анализа, осуществляющая расчет данных.
• CAD (Computer-Aided Design) – этап собственно проектирования и построения схем.
• CAM (Computer-aided manufacturing) – модуль по управлению результатами деятельности двух предыдущих устройств.

На деле все три технологии взаимодействуют и дают возможности в одной программе осуществлять полный цикл конструирования объектов любой сложности.

Для создания САПРа были привлечены технологии из разных сфер:

• основы телекоммуникаций;
• методы вычислительных сетей;
• широкое математическое обеспечение: от способов вычисления и статистики до элементов искусственного разума;
• компьютерные технологии для обслуживания популярных операционных систем и основных языков программирования.

Система автоматизированного проектирования САПР – это программа, которая базируется на двух основных подсистемах: проектирование и обслуживание. С помощью первой осуществляется само построение схем, чертежей. Вторая служит для управления первой.

Вот основные составляющие модули:

• Построение двумерных систем и геометрическое 3D-моделирование.
• DesPM – Design Process Management – управление процессом конструирования.
• PDM — Product Data Management – организация и оптимизация заложенных данных.
• Диалоговый модуль – дает возможность эффективного общения пользователя с программой.
• Совокупность технических средств – измерительные приборы и инвентарь для построения.
• Математическая база, включающая в себя алгоритмы решения проблем и функции преображения данных.
• Информационное обеспечение – энциклопедический набор знаний, к которому имеет доступ пользователь.
• Языковая надстройка с возможностью перевода текста.
• Базовая совокупность средств, необходимых при стандартных ситуациях проектирования.

Классификация САПР

Можно разделять все виды программ согласно следующим критериям:

1. по отраслевому назначению;
2. по цели использования;
3. по масштабам;
4. по форме основной подсистемы.

Разновидности ПО в зависимости от отрасли

• MCAD – mechanical CAD – это сфера машиностроения любой сложности: от ракетных установок и автомобилей до примитивного тостера;
• EDA или electronic CAD – это группа радиоэлектронных разработок, необходимая для разработки как целого проекта, так и его элементов: микросхем, плат и других деталей.
• AEC СAD или CAAD – программное обеспечение для архитекторов и строителей. Используется для возведения зданий, строительства дорог и элементов инфраструктуры любой сложности.

Классификация по цели использования

Она повторяет три составляющих классического САПРа:

• CAD – отвечает за проектирование и создание чертежей;
• CAE – модуль для автоматических подсчетов и аналитических процессов;
• CAM – подготовка производства и управление всей системой.

Они могут быть как воплощены в раздельных платформах, так и объединены в одной – это комбинированные программы. Также возможны надстройки с соответствующими функциями на базовой комплектации.

Отличия платформы по масштабу комплектации

Есть три типа, они характеризуются расположением от простого к сложному:

• Нижний уровень отвечает за конструкторскую документацию. Используется в различных сферах деятельности, когда нужно подготовить отчетную смету.
• Средний уровень отличается повышенным контролем за отчетность и возможностью построения 3D-моделей.
• Высший уровень обеспечивает наиболее широкий спектр возможностей, сопровождая процесс создания изделия любой сложности от расчетных манипуляций до момента тестирования.

Виды программного обеспечения САПР по характеру базовой комплектации

• На основе технической графической методики, двумерного и объемного моделирования. Они настроены на использование с целью проектирования объектов и взаимного расположения элементов схемы. Применяются в большинстве случаев в машиностроении.
• На Системе Управления Базой Данных. Такие платформы ориентированы на математические расчеты, использование формул и алгоритмов, оперирование большим количеством информации. Чаще всего используются для создания бизнес-проектов и экономических выкладок.
• На базе узкопрофильных модулей, необходимых для специализированных действий в той или иной сфере деятельности.
• Интегрированные программные обеспечения, включающие в себя все предыдущие виды. Они сложнее в управлении, но обеспечивают широкий охват возможностей.

Примеры САПР-программ: системы автоматизированного проектирования в действии

Расскажем о наиболее популярных платформах, их плюсах и минусах.

Автокад

Еще недавно он занимал первую позицию на рынке систем конструирования. Софт был разработан еще в 1982 году американскими учеными, он сразу стал популярным, тем более, что на тот момент был уникальным средством компьютерного моделирования. AutoCAD предлагает возможности для инженеров всех сфер, в ее комплектации есть как широкий спектр инструментов, так и специальные модули для узкой профилизации, чтобы не загромождать интерфейс. Таким образом, можно купить наиболее удобную для работы версию. Другой вопрос – в какую сумму это обойдется.
Являясь самой популярной программой во всем мире, Автокад переведен на 18 языков, в частности, на русский. Нашим специалистам понятно все, кроме необходимой инструкции по применению. В своем арсенале продукт имеет десятки разновидностей и тысячи надстроек и модулей. Почему же сейчас все чаще ищут аналог этой системы САПР?

У платформы есть как верные защитники, так и противники. Для первых все приписываемые минусы – это лишь результат недостаточного освоения программы. Вторая группа видит следующие минусы:

• Неудобная работа с таблицами. Привычные текстовые редакторы дают больше возможностей использовать этот примитивный способ передачи информации.
• Трудность в освоении софта: большой функционал не всегда пригождается каждому пользователю, однако, загромождает интерфейс и приводит к путанице.
• Невозможность корректного импортирования чертежей, выполненных в Автокаде, в другие ПО. Это не дает пользователем возможность продолжить работу с другого компьютера, на котором установлена другая система.
• Производители уделяют много времени и сил на создание новых надстроек, однако, интерфейс побочных модулей зачастую не проработан.
• Основным недостатком является завышенная ценовая политика. Для многих инженеров стоимость Автокада остается запредельной. Тем более редко его устанавливают студенты и начинающие проектировщики. Крупным компаниям тоже становится выгоднее покупать лицензии у производителей с хорошей системой корпоративных скидок.

Таким образом, появляется необходимость в поиске лучшего САПРа, который должен отвечать ряду требований:

• оптимальный расширенный функционал, не уступающий возможностям популярного продукта;
• приятный и удобный внешний вид, понятный интерфейс, удачное расположение инструментария;
• нетрудная система обретения лицензии и последующего продления;
• возможность обновлений и добавления профильных надстроек с расширенным специализированным комплектом функций;
• легкое импортирование из одной программы в другую, совместимость форматов редактирования;
• невысокая цена и система корпоративных скидок.

Какие платформы пришли на замену?

NanoCAD

Распространенный продукт российской компании NanoSoft. Большим плюсом является его родина, в связи с ней, Нанокад ориентирован на правила ГОСТа. Интерфейс остается полной имитацией работы в брендовом модуляторе. Соотносится с другими системами автоматического проектирования и легко импортируется за счет поддержания различных форматов. Имеет возможность доступа в библиотеку заготовленных схем и поддерживает обмен данными с системой NormaCS.

Из минусов выделяют нестабильную работу и частые сбои, долгую загрузку софта. И трудности при редактировании геометрии – затруднена работа со сплайнами и штриховками.

ZWCAD – лучший аналог Автокада

Компания ZWSOFT разработала программное обеспечение, которое обещает быть самым популярным на рынке систем автоматизированного проектирования. Продукт имеет следующие достоинства:

• Привычный интерфейс и удобное меню с грамотным переводом на русский язык сделает работу в ЗВКАДе удобной.
• Базовая комплектация имеет стандартный набор инструментов, необходимый для продуктивной деятельности инженера. Для узких специальностей компанией представлен ряд дополнительных модулей с расширенным функционалом.
• Полная совместимость с другими ПО, в том числе, с Автокадом. Популярные форматы сохранения чертежей и, как правило, отсутствие проблем с результатами разработок в других софтах.
• Поддержка как двумерных, так и трехмерных моделей.
• Низкая цена и возможность покупки пакета лицензий для локального пользования.
• Возможность протестировать демо-версию САПРа.
• Консультация специалистов при покупке программы.

ZWCAD подойдет для работ разного уровня сложности как специалистами, так и новичками, студентами.

Выбор хорошей системы автоматического проектирования зависит от личных пожеланий инженера. Эта программа, с которой он будет проводить каждый свой рабочий день. Поэтому необходимо внимательно разобраться с возможностями, которые предлагает платформа.

Компас

Отечественный продукт компании АСКОН изначально планировался как программа для 3D-моделирования. Со временем появились дополнения, позволяющие вести в нем и всю сопутствующую документацию. Он также выигрывает в том, что запрограммирован на соблюдение стандартов ГОСТ. Но софт имеет ряд минусов.

Формат чертежей, выполненных в Компасе, не поддерживается прочими схожими платформами. А также имеет скудные возможности в оформлении текста.

Источник

Системы автоматизированного проектирования объектов строительства

CAD, CAE, CAM системы предназначены для комплексной автоматизации проектирования, конструирования и изготовления продукции. В них фактически объединены три системы разного назначения, разработанные на единой базе, аббревиатуры которых расшифровываются следующим образом:

CAD — Computer Aided Design — компьютерная поддержка конструирования;

САЕ — Computer Aided Engineering — компьютерная поддержка инженерного анализа;

САМ — Computer Aided Manufacturing — компьютерная поддержка изготовления;

Этап конструирования (CAD, САЕ) предполагает объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ на расчётных моделях высокого уровня, оценку проектных решений, получение чертежей.

Этап технологической подготовки производства (АСТПП) — на Западе называют САРР (Computer Automated Process Planing) — предполагает разработку технологических процессов, технологической оснастки, управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ. Сюда входит задача САПР ТП — разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и регламентирующей процесс изготовления детали. Конкретное описание обработки на оборудовании с ЧПУ в виде управляющих программ вводится в систему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе называют САМ.

САЕ системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых узлов и деталей, охватывают широкий круг задач моделирования упругонапряженного, деформированного, теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т.п. Наиболее распространены САЕ-системы, использующие решение систем дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов (МКЭ). Они делятся на универсальные системы анализа с использованием МКЭ и специализированные.

В зависимости от функциональных возможностей, набора модулей и структурной организации CAD, CAE, CAM системы можно условно разделить на три группы: легкие, средние и тяжелые системы.

Легкие системы. Это первый в сложившемся историческом развитии класс систем. К этой категории можно отнести такие системы, как AutoCAD, CAD-KEY, Personal Designer, ADEM, КОМПАС. Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы предназначены в основном для качественного выполнения чертежей.

Также они могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и трёхмерных построений. Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.

Системы среднего класса. Сравнительно недавно появившийся класс относительно недорогих трёхмерных CAD систем. К нему относятся системы AMD, Solid Edge, Solid Works и т.д. Их появление связано с увеличением мощности персональных компьютеров и развитием операционной системы.

С их помощью можно решать до 80% типичных машиностроительных задач, не привлекая мощные и дорогие CAD,CAM системы тяжёлого класса. Большинство систем среднего класса основываются на трёхмерном твёрдотельном моделировании. Они позволяют проектировать большинство деталей, сборочные единицы среднего уровня сложности, выполнять совместную работу группам конструкторов. В этих системах возможно производить анализ пересечений и зазоров в сборках

Системы тяжёлого класса. Такие системы предоставляют полный набор интегрированных средств проектирования, производства, анализа изделий. В эту категорию систем попадают CATIA, Unigraphics, Pro/ENGENEER, CADDS5, EUCLID, Cimatron, Ansys, LS-Dyna, Adams, Nastran, ABAQUS. Они используют мощные аппаратные средства, как правило, рабочие станции с операционной системой UNIX. Системы тяжёлого класса позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач. Кроме функций, доступных системам среднего класса, тяжёлым CAD,CAM системам доступно:

-проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности;

-выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали, выполнения сглаживания поверхностей и сложных сопряжении;

-проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы);

-работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия.

Отдельно можно выделить PDM системы. PDM — Product Data Management — системы управления проектными и инженерными данными. CAD, CAE, CAM системы и системы класса PDM позволяют организовать параллельное проектирование — коллективный режим работы над проектом, когда одновременно большое количество специалистов работает над различными частями и стадиями проекта изделия как в рамках ОКБ, так и в рамках виртуальной корпорации (с распределёнными смежниками). Все это дает новое качество — проектирование и изготовление превращается в виртуальную технологию изготовления компьютерного макета изделия.

Источник

Что такое автоматизированное проектирование объектов строительства

CAD-системами (Computer-aided design) называется программное обеспечение, предназначенное для автоматизированного проектирования. Программный пакет, который призван создавать конструкторскую и технологическую документацию,3D модели и чертежи. Представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Производители проектных систем

Представленная в данном материале таблица представляет собой упорядоченный список производителей готовых программных решений в области систем проектирования, разработки и промышленного дизайна.

Особенности

Наряду с использованием систем автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE в данное время, как правило, используются системы автоматизированного проектирования CAD (Computer-Aided Design). Сведения из CAD-систем поступают в CAM (Computer-aided manufacturing).

Следует заметить, что английский термин «CAD» по отношению к промышленным системам имеет более узкое толкование, чем русский термин «САПР», поскольку в понятие «САПР», входит и CAD, и CAM, и CAE. Среди всех информационных технологий автоматизация проектирования занимает особое место.

Прежде всего, автоматизация проектирования — это дисциплина синтетическая, так как в ее состав входят различные современные информационные технологии. Так, например, техническое обеспечение САПР базируется на эксплуатации вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, также САПР практикует использование персональных компьютеров и рабочих станций.

Говоря о математическом обеспечении САПР, следует отметить разнообразие используемых методов: вычислительной математики, математического программирования, статистики, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР можно сравнить с одними из самых сложных современных программных систем, в основе которых лежат такие операционные системы как Windows, Unix, и такие языки программирования как С, С++ и Java, а также современные CASE-технологии. Практически каждый инженер-разработчик должен обладать знаниями основ автоматизации проектирования и уметь работать со средствами САПР. Поскольку все проектные подразделения, офисы и конструкторские бюро оснащены компьютерами, работа конструктора таким инструментом как обычный кульман или расчеты с помощью логарифмической линейки стали неактуальны. Следовательно, предприятия, работающие без САПР или использующие ее в малой степени, становятся неконкурентоспособными, поскольку тратят на проектирование значительно больше времени и финансовых средств.

Типы САПР

• Математическое обеспечение САПР (МО) — этот вид подразумевает объединение математических методов, моделей и алгоритмов с целью выполнения проектирования)
• Лингвистическое обеспечение САПР (ЛО) — это обеспечение представляет собой выражение языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками обмена данными и языками программирования между техническими средствами САПР;
• Техническое обеспечение САПР (ТО) — сюда относятся периферийные устройства, ЭВМ, линии связи, обработка и вывод данных и т. д.;
• Информационное обеспечение САПР (ИО) — состоит из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД) и других данных, которые используются при проектировании;
• Программное обеспечение САПР (ПО) — это, прежде всего компьютерные программы САПР;
• Методическое обеспечение (МетО) — включает в себя различного рода методики проектирования;
• Организационное обеспечение (ОО) — представляется штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые определяют работу проектного предприятия.

Структура САПР

Будучи одной из сложных систем, САПР состоит из двух подсистем: проектирующей и обслуживающей. Проектные процедуры выполняют проектирующие подсистемы . Подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов являются ярким примером проектирующих подсистем.

С помощью обслуживающих подсистем осуществляется функционирование проектирующих подсистем, их единство, как правило, называют системной средой или оболочкой САПР. Характерными обслуживающими подсистемами считаются подсистемы управления процессом проектирования (DesPM — Design Process Management), управления проектными данными (PDM — Product Data Management). Диалоговая подсистема (ДП); СУБД; инструментальная подсистема; монитор — обеспечивающий взаимодействие всех подсистем и управление их выполнением — это обслуживающие подсистемы ПО. Диалоговая подсистема ПО дает возможность интерактивного взаимодействия пользователя САПР с управляющей и проектирующими подсистемами ПО, а также подготовку и корректирование первоначальных данных, ознакомление с результатами проектирующих подсистем, функционирующих в пакетном режиме.

Структура ПО САПР определяется следующими факторами:

• аспектами и уровнем создаваемых с помощью ПО описаний, проектируемых объектов и предметной областью;
• степенью автоматизации конкретных проектных операций и процедур;
• ресурсами, предоставленными для разработки ПО;
• архитектурой и составом технических средств, режимом функционирования.

Классификация САПР

САПР классифицируют по следующим принципам: целевому назначению, по приложению, масштабам и характеру базовой подсистемы. По целевому назначению выделяют САПР или подсистемы САПР, которые предоставляют различные аспекты проектирования. Таким образом, CAE/CAD/CAM системы появляются в составе MCAD:

• САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы. Здесь имеются в виду САПР функционального проектирования
• САПР-К — конструкторские САПР общего машиностроения, чаще всего их называют просто CAD-системами;
• САПР-Т — технологические САПР общего машиностроения — АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) или системы CAМ (Computer Aided Manufacturing).

По приложениям самыми важными и широко используемыми считаются такие группы САПР как:

• Машиностроительные САПР или MCAD (Mechanical CAD) системы — это САПР для применения в отраслях общего машиностроения.
• ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы — САПР для радиоэлектроники.
• САПР в области архитектуры и строительства.

Помимо этого, существует большое количество более специализированных САПР, или выделяемых в определенных группах, или являющихся самостоятельной ветвью в классификации. Это такие системы как: БИС-САПР (больших интегральных схем); САПР летательных аппаратов и САПР электрических машин. По масштабу определяют самостоятельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР:

• Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ)
• Комплекс анализа электронных схем;
• Системы ПМК;
• Системы с уникальными архитектурами программного (software) и технического (hardware) обеспечений.

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.
• САПР на базе определенного прикладного пакета. По сути это свободно используемые программно-методические комплексы, такие как, комплекс имитационного моделирования производственных процессов, комплекс синтеза и анализа систем автоматического управления, комплекс расчета прочности по методу конечных элементов и т. п. Как правило, данные САПР относятся к системам CAE. Например, программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

Развитие САПР

Одна из ключевых тем развития САПР — «облачные» вычисления: удаленная работа с данными, размещенными на удаленных серверах, с различных устройств, имеющих выход в интернет. На сегодняшний день облака очень существенно продвинулись в сегменте легких приложений и сервисов — преимущественно в потребительском секторе. Возможны два варианта интеграции.

В первом случае в облако переносится вся инфраструктура инженерных служб, и соответственно необходимость в инженерном ПО, установленном на рабочем месте, исчезает вовсе. Во втором случае у конструктора по-прежнему остается графическая рабочая станция с установленной САПР, но при этом он получает из нее доступ к различным облачным сервисам, благодаря которым можно решать задачи, требующие весьма существенных ресурсов (например, проводить прочностной анализ). Осуществлять облачное взаимодействие возможно двумя способами: публично, когда доступ к серверу, расположенному у провайдера, открыт через интернет, и в частном порядке, когда сервер находится на предприятии и обращения к нему происходят по закрытой локальной сети. В России развитие облаков в области САПР сдерживается необходимостью соблюдать в очень многих проектах излишнюю секретность. Поэтому скорее всего именно частные облака станут в ближайшее время основным драйвером рынка. Облака — это не только новые технологии, но еще и возможность экспериментировать с новыми бизнес-моделями. [1]

Следующая важная тенденция — альтернативные ОС. Еще лет пять назад, когда заводились разговоры об альтернативе Microsoft Windows, речь, как правило, шла о Linux. Данная тема актуальна и сегодня: отечественная национальная программная платформа, по всей видимости, будет сделана на базе ядра Linux; к этой ОС растет интерес в области образования и в госструктурах (есть примеры успешного перехода). Однако теперь уже можно говорить о существенном потенциале операционной системы Google Chrome OS. И здесь упомянутый тренд смыкается с облачным трендом — ОС Google, как известно, не подразумевает установку приложений на локальном компьютере.

Немаловажную роль в продвижении этой ОС играет тенденция к уменьшению рыночной доли ПК. Очевидно, что если в облака перенести большинство громоздких и сложных вычислений, снижаются требования к аппаратному обеспечению и появляется возможность работать на любых устройствах. Например, на планшетах. В итоге разработчикам САПР-решений придется либо разрабатывать платформонезависимые решения (облачный вариант), либо делать их мультиплатформенными.

Следующая тема — `железо`. Здесь все опять же определяется неудовлетворенностью рынка решением монополиста — классической архитектурой Intel (темпами ее развития). В этой связи явно отмечается тренд на развитие архитектуры ARM. Ее сейчас поддерживает несколько производителей, среди которых одним из самых активных является компания Nvidia (Нвидиа).

Пока данная архитектура активно применяется только в мобильных устройствах, но в ближайшее время, судя по всему, она перейдет и на стационарные ПК. Косвенно об этом свидетельствует тот факт, что будущая ОС Microsoft Windows 8 сможет работать и на ARM-архитектуре тоже (впервые не только на Intel).

Вторая тенденция — перенос существенной части вычислений с центрального процессора на графическое ядро. Данная тема относится скорее к области параллельных вычислений.

Еще один тренд — это рост рынка мобильных устройств. Наибольшее ускорение он получил в прошлом году с появлением iPad. Вначале, правда, казалось, что это устройство сугубо потребительское и в корпоративном секторе оно не будет применимо. Однако выяснилось, что оно вполне подходит для решения многих задач.

В секторе САПР сегодня многие сотрудники являются мобильными — работают на выезде, на удаленных строительных объектах, перемещаются по стране, трудятся дома. (Все это требует удобного мобильного устройства.)

Так или иначе за рубежом о том, что планшет скоро будет у каждого сотрудника инженерной службы, сегодня говорят как о свершившемся факте. Уже появились привлекательные для разработчиков мобильные платформы IOS Apple и Android Google, а также существенное количество САПР-приложений под них.

Сейчас весьма сложно сказать, уйдут ли через десять лет из нашего арсенала клавиатура и мышь. Но факт в том, что интерфейсы, ориентированные на работу с мультитач-экранами (пальцеориентированные), явно набирают популярность. В мобильных устройствах они уже практически стали стандартом.

На сегодняшний день вполне понятно, что этот интерфейс более чем подходит для потребления информации. Так же ли он хорош для ее создания, для работы с САПР, сказать пока сложно. Для массового перехода к подобным интерфейсам до сих пор не хватает технологической базы. Сейчас на рынке просто не существует достаточно больших мультитач-панелей с необходимым для САПР разрешением.

Рынок САПР весьма консервативен. Даже замена одной такой системы на другую в рамках работы над одним проектом — задача довольно сложная. Что уж говорить о серьезной смене парадигмы, интерфейсов, поколений САПР. Поэтому данный рынок явно не входит в число лидеров технологической гонки — развитие есть, но очевидно не такое быстрое, как хотелось бы. Впрочем, в ближайшее десятилетие на предприятия придут инженеры, выросшие уже в эпоху интернета, новых технологий и мобильных устройств, и так или иначе они станут активно привносить на рынок элементы своей культуры.

САПР в строительстве

Цифровизация бизнеса затронула все его отрасли. В последнее десятилетие бум переживают решения для проектирования, инжиниринга и конструирования промышленных объектов. От советских кульманов проектировщики пришли к 3D-моделированию. Что цифровизация означает для этого сегмента, как помочь команде работать в едином пространстве и почему пока не удается окончательно избавиться от бумажных носителей, помогал разбираться генеральный директор компании AVEVA Алексей Лебедев.

Источник

САПР — система автоматизированного проектирования

Текущее состояние рынка продукции и, обостряющаяся конкуренция межу производителями, накладывает жесткие условия на все этапы жизненного цикла производства изделий. В условиях постоянно сокращающегося времени между возникновением новой идеи и ее моральным устареванием конкурентоспособность производителя достигается за счет оптимизации, унификации и автоматизации стандартных процедур, сопутствующих выпуску новых товаров. Для реализации этих задач проектные организации используют специализированное программное обеспечение, являющееся частью САПР.

Аббревиатура САПР расшифровывается как система автоматизированного проектирования и, зачастую, воспринимается обывателями, как набор программ для черчения. Однако, согласно действующему ГОСТ 23501.101-87, термин САПР трактуется обширнее и подразумевает всю организационно-техническую инфраструктуру проектного отдела или организации. Затрачивая внушительную часть бюджета на развитие и поддержание структуры САПР, предприятия преследуют единственную цель — повышение качества выпускаемой продукции и оперативное реагирование на обратную связь от потребителей.

Возможности и области применения

Наиболее очевидной и востребованной функцией комплексов САПР является возможность построения компьютерной 2D- и 3D-модели разрабатываемого изделия. Однако, применение САПР не ограничивается только разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя уже этот момент помогает экономить массу времени и трудозатрат инженера, позволяя в ходе работы менять элементы чертежей, ничуть не заботясь о влиянии этих изменений на проект в целом.

Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. Мощный математический аппарат упрощает инженерные расчеты, позволяя в режиме реального времени визуально оценивать контролируемую величину и ее зависимость от изменения проектируемой конструкции. Наиболее актуально эта задача проявляется в системах с распределенными параметрами, расчет которых крайне трудоемок. В качестве примеров можно привести анализ напряжений в узлах механических систем, строительных конструкций, тепловой расчет электронных устройств и т.д. Сложно переоценить возможности САПР в плане компьютерной анимации и симуляции разрабатываемых устройств, позволяющие увидеть их работу до изготовления прототипа и устранить ошибки и недочеты, сделанные при проектировании.

Исторически сложилось, что САПР получили широкое применение в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Однако, в настоящее время с их помощью можно автоматизировать практически любой процесс, начиная от раскроя и пошива одежды и, заканчивая разработкой поточной линии крупного завода.

Структура САПР

Являясь разновидностью информационных систем, классифицируемых по сфере применения, САПР относятся к сложным многоуровневым структурам, образуемым совокупностью средств вычислительной техники, различными видами обеспечения, а также обслуживающим их персоналом.

Структура САПР регламентирована ГОСТ 23501.101-87 и включает в себя два класса подсистем: проектирующие и обслуживающие. Основным назначением проектирующих модулей выступает решение конкретных проектных задач, а функции информационного обмена между ними возложены на подсистемы обслуживания, к задачам которых можно отнести:

• Управление процессами проектирования.
• Документирование процессов проектирования.
• Реализация графического интерфейса.
• Организация и ведение банка данных.

Согласно стандарту, компоненты САПР строятся на основе следующих видов обеспечения:

• Техническое обеспечение объединяет вычислительное, телекоммуникационное оборудование и линии связи.
• Программное обеспечение состоит из средств нижнего и верхнего уровней. Это операционная система с комплектом драйверов периферии и, собственно, сами компоненты САПР.
• Совокупность данных, необходимых для реализации процесса разработки включается в информационное обеспечение САПР. Это нормативная информация, данные о прототипах проектируемых объектов, готовые шаблоны.
• Математическое обеспечение объединяет в себе алгоритмы и математические модели, необходимые для реализаций проектных задач.
• Лингвистическое обеспечение включает набор интерфейсов для организации межмодульного взаимодействия, а также специальные языки проблемно-ориентированного программирования.
• К методическому обеспечению относится общая и внутренняя нормативная документация, регламентирующая процессы обслуживания и эксплуатации САПР.

Несмотря на разнообразие решений для автоматизации проектной деятельности, их архитектура также регламентирована. Разработка САПР должна вестись строго в соответствии с принципами создания информационных систем. Одним из них является принцип системного единства, согласно которому, разрабатываемая система должна иметь свойства целостности и взаимосвязанности отдельных компонентов и структуры, а сам процесс проектирования должен носить индуктивный характер, то есть вестись от частного к целому.

Функционирование подсистем и компонентов САПР должно быть подчинено принципу совместимости, в соответствии с которым составные части информационных систем должны решать свои задачи в строгом взаимодействии. Кроме того все элементы подлежат унификации, обеспечивая взаимозаменяемость и открытость.

САПР строится с учетом возможной интеграции с другими информационными системами, а также модификации и пополнения их компонентов.

Классификация САПР

Для более укрупненного описания систем автоматизированного проектирования принята классификация САПР по набору определенных отличительных особенностей. В отечественной практике применяется ГОСТ 23501.108-85, выделяющий среди таких особенностей тип, разновидность и сложность разрабатываемого объекта, уровень автоматизации и ее комплексность, номенклатура подготавливаемой документации, а также сложность структуры технического обеспечения.

Международные стандарты рассматривают такие комплексы в аспекте отраслевого и целевого назначения.

По отраслевому назначению

Признак классификации по отраслевому назначению отчасти перекликается с отечественным типом объекта проектирования и подразделяет все САПР на:

• Машиностроительные — позволяют выполнять разработку элементов механических систем, а также создавать из них сборки, получая сложные механизмы.
• Приборостроительные — используются для создания радиоэлектронного оборудования, интегральных микросхем и трассировки печатных плат.
• Архитектурные — применяются в промышленном и гражданском строительстве, позволяют моделировать конструкции зданий и сооружений.

Следует отметить, что приведенная классификация несколько условна и не охватывает весь перечень отраслей, в которых применяются САПР. Комплексы не попавшие в общепринятую классификацию, трактуются стандартом как «Прочие».

По целевому назначению

Согласно данному классификационному признаку различают CAD-, CAE- и CAM-системы.

• CAD-системы объединяют в себе инструментарий конструирования различных деталей, подготовки чертежей, спецификаций и сопутствующей документации. Большинство современных программ обладают функциями создания 3D-моделей, используемых в CAM и CAE-системах.
• CAM-системы позволяют выполнять технологическую поддержку производства изделия. Примером может служить генерация управляющей программы для станков и обрабатывающих центров с ЧПУ.
• CAE-системы обладают обширными средствами поддержки математического анализа. С помощью них моделируют и прогнозируют процессы в области теплотехники, гидравлики, механики; выполняют сложные расчеты с использованием расширенного математического аппарата. CAE системы позволяют оценить работоспособность проектируемого изделия до его производства.

Англоязычный эквивалент

С 1990 года в нашей стране англоязычный термин CAD нормативно закреплен за определением «автоматизированное проектирование», хотя и не соответствует в полной мере российскому значению САПР. По сути, под понятием CAD понимается применение информационных технологий для поддержки процесса конструирования. Зарубежные CAM системы эквивалентны отечественным автоматизированным системам технологической подготовки производства.

Наиболее полное соответствие прослеживается между определениями САПР и CAE, поскольку включают в себе обе вышеперечисленные системы и представляя собой более широкое понятие.

Популярные программы

На текущий момент существует большое разнообразие CAD-систем разного уровня сложности, что вполне соответствует классификации по комплексности автоматизации проектирования.

К примерам комплексов верхнего уровня можно отнести:

• NX (разработчик — Siemens PLM Software) — программный продукт с большими возможностями в сфере промышленного дизайна, конструирования, проектирования оснастки (штампов, литейных форм), программирования станков с ЧПУ, инженерного анализа. NX построен на геометрическом ядре Parasolid. NX нашла свое применение в области энергомашиностроения, транспортного машиностроения, при производстве газотурбинных двигателей, а авиационной и автомобильной промышленности.
• CATIA (разработчик — Dassault Systemes). Нишей данного программного комплекса выступают такие отрасли как авиастроение и кораблестроение, тяжелое машиностроение. Эта САПР построена на ядре CGM (Convergence Geometric Modeler), которое жестко связано с самой системой. Особенностью CATIA является возможность совместной работы в режиме реального времени. Данный программный комплекс включает в себя порядка трех сотен подключаемых модулей.

Эти программные комплексы соответствуют классу CAE.

К среднему уровню можно отнести:

• Mechanical Desktop (разработчик ・Autodesk) предназначен для подготовки проектных решений как отдельных деталей, так сборок, а также сопроводительной технической документации. Имеет возможности трехмерного твердотельного моделирования, позволяет спроектировать объекты произвольной геометрической формы и степени сложности. Имеет обширную базу стандартных изделий, в том числе ЕСКД.
• Mastercam (разработчик — CNC Software, Inc.) представляет собой универсальный, используемый в различных областях программный продукт, предлагающий возможность многовариантных решений в разных режимах работы. Имеет удобный, понятный интерфейс и широкие возможности настройки параметров. Поддерживает трехмерное моделирование, позволяет создавать программы для обработки деталей по 2 — 5 осям на фрезерных, токарных станках, поддерживает операции штамповки и резки листового материала.

Пакеты нижнего уровня:

• Bricscad (разработчик — Bricsys) программный продукт, предназначенный для создания двумерных чертежей и трехмерного моделирования. Широко используется в машиностроении, строительстве, электрике и автоматике. Основная особенность — единый формат для 2D и 3D объектов.
• КОМПАС (разработчик АСКОН) представляет собой программу для моделирования. Дает возможность вести конструкторскую документацию, поддерживает отечественные стандарты ЕСКД. Однако не является кросс платформенной системой, так как формат чертежей не поддерживается другими пакетами.

Самой популярной САПР в мире стала программа AutoCAD. Существуя на рынке уже более тридцати лет, она занимает лидирующее положение среди аналогичных программных решений среднего уровня. Имея в своем арсенале развитый инструментарий разработки и адаптации, она представляет собой универсальную платформу на базе которой создано большое количество специализированных приложений, решающих задачи проектирования в области механики, электроники, архитектуры, строительства.

Источник