Эффективная CAD-система по проектированию чертежной КД

Эффективная CAD-система по проектированию чертежной КД

Изучение реального процесса проектирования в различных графических системах показало, что из их числа можно выделить четыре системы-лидера: AutoCAD, T-Flex, КОМПАС и 3D-StudioMAX. Каждая из них обладает практически полным набором функций и дает возможность проектировать чертежи деталей и узлов любого уровня сложности — как двух-, так и трехмерные. Во всех системах имеется универсальный набор выходных форматов файлов, позволяющий строить на их основе сквозные интегрированные системы:

AutoCAD — DXF, DWG, SAT, WMF, STL, 3DS, GIF, BMP, JPG, TGA, TIFF, DXB, DXX;

T-Flex — DXF, DWG, SAT, WMF, STL, IGES, IGS, STEP, GRB, EMF, BMF;

КОМПАС — DXF, DWG, SAT, STL, IGES, CDW, FRW, KDW, SPW, KSF;

3D-Studio — DXF, DWG, STL, IGES, IGS, 3DS, AI, ASC, ASE, IGE, PRJ, SHP, WRL, WRZ.

Обобщенные экспериментальные данные по оценке возможности реализации сквозных интегрированных систем приведены в виде графа на рис. 1.

Проведенные экспериментальные работы во внедренных системах показали высокую конкурентоспособность отечественных разработок КОМПАС и T-Flex, в том числе их преимущество в плане соответствия требованиям российских ГОСТов и в параметрическом проектировании. Немаловажным достоинством системы КОМПАС является наличие в ее составе богатого набора прикладных библиотек. Эти данные могут использоваться для выработки рекомендаций по внедрению графических САПР на промышленных предприятиях.

Проблемы проектирования в графических САПР

Экспериментальные исследования эффективности графических САПР показали, что наилучших результатов минимизации цикла проектирования в системе (Тц) можно получить, когда для построения чертежа используется не менее 70% типовых фрагментов чертежа из ранее созданной базы данных (БД). Соответственно графические САПР развиваются как по пути совершенствования программно-аппаратных средств ввода первичной графической информации (собственно автоматизированное черчение), так и по пути максимизации эффекта от использования БД.

Пример развития первого направления:

1. Выиграть за счет построения дополнительных проекций по некоторой исходной первой, в том числе использовать проекционное черчение 3D ® 2D.

2. Применять несколько экранов (мониторов) для разных проекций сложных чертежей (конструктор работает за одним из экранов, а на других, по возможности, обновление происходит автоматически).

Пример развития второго направления:

1. Используя интерактивный режим, с помощью мыши рисовать чертеж не по точкам, а каркасными линиями, то есть на экране некоторая линия возникает как объект, с которым можно манипулировать относительно других объектов, в том числе устанавливать функциональные связи между ними. После фиксации таких каркасных линий указываются узловые точки на каркасе, которые будут точками чертежа (такой подход впервые был реализован в системе класса ПРАМ1.1 — язык «ЯКОБ», а в настоящее время применяется в системах параметрического черчения, например в системе T-Flex CAD). Основное преимущество таких систем (компенсирующее затраты на первичный ввод) — параметрическая БД.

Несмотря на стремительное развитие этого направления, все еще остается актуальной проблема минимизации Тц, в первую очередь при проектировании уникальных чертежей, когда нет возможности эффективно использовать созданную ранее БД. Рассмотрим именно такой случай, сравнив проектирование с помощью САПР с неавтоматизированной работой конструктора за традиционным кульманом. Анализ показывает, что «неавтоматизированный конструктор» пользуется не только карандашом (аналог — мышью), но и линейкой. БД не применяется, однако скорость черчения при этом не уменьшается. Отсюда возникает идея: смоделировать работу конструктора, использующего линейку (кульман) и скользящий по ней карандаш. Линейка — это первый маркер (опорный), карандаш — второй маркер (рисующий). Таким образом, вводится понятие «двухмаркерная графика» (рис. 2).

Концепция двухмаркерной графической CAD-системы

Рассмотрим работу данной САПР. Во-первых, при таком подходе возникает избыточность в системе координат, что позволяет значительно сократить число используемых команд в САПР (упростить технологический процесс работы). Для двухмаркерной графики предлагается использовать семь координат:

• традиционные координаты рисующего маркера (Хм,Yм);

• координаты центра условной линейки — опорный маркер (Хом,Yом), то есть координаты центра локальной системы координат (ЛСК) (Хлск, Yлск);

• угол наклона линейки, то есть ЛСК (FIом, или jом, или, для краткости, — j);

• координаты рисующего маркера относительно ЛСК (Хмл, Yмл).

В этом случае проектировщик выполняет черчение двумя руками. Одной рукой посредством мыши, клавиатуры или специального манипулятора он будет управлять виртуальной линейкой (угольником), представляющей собой перекрестье на весь размер экрана ПК, а другой — виртуальным карандашом (маркером). При этом должен быть предусмотрен режим автоматической привязки «карандаша» к «линейке» (как у конструктора, когда он ведет линию по линейке кульмана, не заботясь о точности движения). Идея данного метода представлена на рис. 3.

Вышеизложенная идея выдвигалась в качестве заявки на авторское свидетельство (по группе G06K 11/00, заявка №4706237/24, зарегистрированный приоритет 082470: исх. 945/35 от 14.02.90 из п/я Р-6047), но не была доведена до авторского свидетельства по причинам, связанным с трудностью получения авторских свидетельств на программные системы. Но несмотря на это, идея и предлагаемая технология описываются далее в полном соответствии с текстом заявки.

1. Способ ввода в ЭВМ графической информации, основанный на формировании двух числовых кодов, пропорциональных перемещению маркера (М) на экране графического дисплея соответственно по координатам X и Y, отличающийся тем, что с целью повышения скорости ввода графической информации при формировании изображения повышенной сложности формируют дополнительно три вспомогательных управляющих числовых кода, пропорциональных перемещению на экране графического дисплея двух вспомогательных взаимно перпендикулярных линий, образующих локальную систему координат (ЛСК), по координатам X, Y и углу наклона относительно оси X, сравнивают значения числовых кодов, соответствующих положению маркера, и значения числовых кодов, соответствующих положению локальной системы координат на экране графического дисплея, изменяют по результатам сравнения значения числовых кодов, соответствующих положению маркера на экране графического дисплея, до выполнения одного из трех соотношений, обеспечивающих привязку маркера к локальной системе координат:

где (Хм, Yм) — координаты М относительно основной системы координат (то есть системы координат экрана с началом координат в левой нижней точке экрана),

(Хмл, Yмл) — координаты М относительно ЛСК,

(Xом, Yом, FIом) — координаты и угол наклона осей ЛСК;

(1) соответствует привязке и перемещению М по положительной оси Х в ЛСК: заданы значения Хм, Хом, Yом, FIом, определяются Yм, Хмл;

(2) соответствует «привязке» и перемещению М по положительной оси Y в ЛСК: заданы значения Yм, Хом, Yом, FIом, определяются Хм, Yмл,

(3) соответствует перемещению М в плоскости экрана графического дисплея, ограниченной положительными полуосями OX и OY в ЛСК: заданы значения Хм, Yм, Хом, Yом, FIом, определяются Хмл, Yмл; изменяют значения числовых кодов, соответствующих положению маркера, обеспечивая его перемещение на экране графического дисплея по требуемой траектории с учетом его привязки к локальной системе координат по одному из трех соотношений — (1), (2), (3).

2. Способ, отличающийся тем, что с целью расширения эксплуатационных возможностей перед изменением значений числовых кодов, соответствующих положению маркера, обеспечивая его перемещение по требуемой траектории, изменяют значения числовых кодов, соответствующих положению локальной системы координат, обеспечивая изменение условий задания траектории при перемещении маркера в соответствии с одним из трех соотношений — (1), (2), (3).

Сухой язык формулы изобретения позволяет четко описать концепцию двухмаркерной графической CAD-системы.

Реализация двухмаркерной графической CAD-системы

Математическую основу системы двухмаркерной графики составляют алгоритмы:

• поворота линейки относительно собственного центра;

• вычисления координат виртуального карандаша относительно ЛСК;

• реализации привязки виртуального карандаша к линейке при построениях.

В соответствии с концепцией в системе предусмотрено три режима рисования:

• автопривязка рисующего маркера к оси OX. В этом режиме достаточно перемещать мышь вправо (грубо, неточно), и рисующий маркер будет скользить привязанным к оси OX с автоматической фиксацией координат. Если мышь направить обратно — произойдет стирание нарисованного;

• режим привязки к OY действует аналогично первому режиму;

• свободное рисование в плоскости XOY, как в традиционных САПР.

Идеология начальных установок в системе:

• автоматическая переброска и привязка рисующего маркера в центр ЛСК;

• автоматическая переброска и привязка ЛСК в точку стояния рисующего маркера.

На рис. 4 представлены примеры переброски ЛСК в позицию рисующего маркера, и наоборот, показана возможность стирания линии при обратном ходе мыши. Во второй части рис. 4 приводятся примеры рисования квадрата и других фигур. Как видно, возможны два режима: «кульмана» и «циркуля».

Преимущества двухмаркерной CAD-системы:

• конструктор имеет возможность сразу строить окончательный чертеж, даже если тот состоит из последовательностей линий, расположенных под разным углом. Это обеспечивается наличием полной информации о текущих расстояниях между точками и об углах наклона линий;

• можно имитировать реальный циркуль. Разместив центр ЛСК в середине предполагаемой дуги и поставив карандаш на одну из осей ЛСК, достаточно повернуть угольник на нужный угол и в нужном направлении, и карандаш, перемещаемый осью ЛСК, проведет дугу по принципу реального циркуля и т.п. (см. рис. 4).

Рассмотрим результаты эксперимента в разработанной опытной версии системы двухмаркерной графики. В таблице приведены ориентировочные данные сравнения двух подходов: классического — AutoCAD и предлагаемого альтернативного — двухмаркерного. Здесь видно, что при использовании двухмаркерной технологии можно добиться сокращения времени на построение и уменьшение количества выполняемых движений (манипуляций) почти на треть.

Таким образом, технология двухмаркерного ввода позволяет повысить производительность труда конструктора. Она может применяться как автономно, так и в действующих графических САПР (как отдельный дополнительный режим работы).

Технология выбора и применения графических CAD

Подводя итоги, представим обобщенные рекомендации и технологические процессы: по выбору рационального базового программного обеспечения (БПО) для графической САПР и по работе с графической САПР в условиях промышленного предприятия.

Разработанные обобщенные рекомендации по выбору БПО для графической САПР приведены на рис. 5, из которого, в частности, следует, что при выборе системы чертежной КД необходимо руководствоваться следующими критериями:

• установить необходимость 3D-конструирования (нужно ли объемное черчение, поскольку такие системы сложны);

• независимо от того, нужно ли 3D или только 2D, выяснить целесообразность съема координат с помощью сколки (применяется для уникальных чертежей, когда нерационально использовать другие методы, например съем выкройки одежды и т.п.);

• для 2D-черчения выяснить возможность повторяемости фрагментов чертежа и оценить в перспективе процент использования такой информации из БД;

• если чертежи все уникальные (нетиповые), выяснить, на каком этапе наиболее успешным будет применение графической САПР;

• оценить требуемые интерфейсы от данной графической системы к периферийным устройствам и их полноту, то есть наличие их в этой системе (под периферийными устройствами подразумеваются различные графические чертежные устройства (плоттеры, станки с ЧПУ, фотоустройства: фотокоординатографы и т.п.);

• проверить соответствие функций системы требованиям ГОСТов;

• выяснить, требуется ли сопряжение данной системы с моделирующими и аналитическими системами и как оно реализовано и т.д.

Эти рекомендации были использованы при оценке создаваемых и внедряемых САПР чертежной КД на промышленных предприятиях.

Разработанный обобщенный технологический процесс по работе с графической САПР в условиях промышленного предприятия приведен на рис. 6, из которого вытекает, что чертеж после изготовления в САПР проходит следующие основные фазы: традиционный конструкторский чертеж, передача в САПР-Т.

Традиционный конструкторский чертеж проходит следующие стадии: твердая копия, машинный носитель. При этом основная проблема эффективности внедрения САПР чертежной КД переносится в область отработки вносимых изменений в чертеж (на различных фазах его жизненного цикла), то есть отработка технологии изменений в электронном и «твердом» чертеже; учет, хранение и актуализация электронных чертежей. На всех фазах корректировки необходимо изменять информацию в машинных носителях (МН), в том числе для САПР-Т. Именно это обстоятельство порождает одну из основных проблем эффективности применения САПР чертежной КД, которая и заставляет искать решения по переходу на безбумажную технологию выпуска чертежной КД. При этом в обязательном порядке необходимо учитывать инерционность системы в целом за счет обратных контуров (см. рис. 6).

Рассмотренная технология была использована при внедрении графических САПР на промышленном предприятии, в том числе для решения всех вопросов организационного обеспечения САПР в части работы с машинными носителями.

Заключение

В данной статье описан альтернативный способ ввода графической информации — технология двухмаркерной CAD-системы, доведенный до уровня опытного образца системы, в которой были проведены экспериментальные исследования его эффективности для проектирования уникальных чертежей повышенной сложности. Предложены технологии выбора графических CAD-систем с учетом решаемых комплексных задач, а также проанализирован технологический процесс применения таких систем в условиях промышленных предприятий.

CAD системы: что это такое, расшифровка аббревиатуры и особенности программ

С увеличением роли строительства, дизайна, инженерии и моделирования для общества, возросла нагрузка на людей соответствующих профессий. Для облегчения их работы было разработано компьютерное обеспечение, выполняющее стандартный набор действий за человека, с целью экономии энергоресурсов и времени.

Первые системы были разработаны в 1970-х годах и умели чертить и создавать модели на плоскости. 40 лет спустя, усовершенствованные приложения могут даже составлять пакеты документов по тематикам на основе конструкторских и технологических данных по объектам. В этой статье мы расскажем о том, что такое программа системы CAD, как она работает, каковы ее особенности и где она применяется.

CAD и CAM системы: что это такое

Платформы помогают при работе с чертежами, графиками и списками, связанными со строительством и дизайном-проектированием. Разработка в электронном виде позволяет делать правки, которые не отразятся на макете, ведь при печати будет виден лишь последний вариант. Плюсом является повышение продуктивности, ведь пока происходит автоматизированная работа, человек может выполнять следующий этап, ускоряя время выполнения задачи. Качество разработанных графиков, документов и моделей высокое, поскольку процесс машинального выполнения не раз совершенствовался опытными специалистами.

Преимуществом КАДа является уменьшение себестоимости производства. Если средства, затраченные на выполнение плана, остаются, то они уходят в пользу компании, ее работников и на закупку новейших версий продукции. По окончанию разработки объемной модели, платформа выдает перечень материалов, из которых изготовление было бы выгоднее и удобнее. Ноутбук или ПК могут находиться в любой точке мира, однако процесс производства не будет зависеть от геолокации.

Большинство фирм отдает предпочтение системам, которые работают быстро, качественно, имеют понятный и удобный интерфейс, но при этом недорого стоят. Одним из сайтов, пользующимся популярностью у строителей и инженеров, где можно найти такую платформу, является ZWSOFT. На этой странице вы сможете подобрать устраивающий вас по цене и функционалу аналог автокада. Современные CAD системы – это совокупность мощностей, которые осуществляют исполнение основных задач инженерии и дизайна.

• Создание трехмерных (объемных) моделей.
• Разработка чертежей и графиков по алгоритмам, внесенным в базу.
• Составление документации по стандартной схеме, где происходит выявление характеристик по объектам.

Благодаря САПРу оптимизируется работа во многих фундаментальных направлениях, повышающих уровень жизни. Например, в архитектуре и строительстве приложения такого типа подходят для планирования и детализации внешнего и внутреннего вида зданий. Типовые постройки сдаются быстрее заявленного срока, ведь разработки готовы заранее. Для большинства компаний, чья работа зависит от массивных чертежей и шаблонов, регламентировано наличие CAD для каждого уполномоченного сотрудника.

Особенности CAD систем

Обеспечение может иметь различия и по набору расширений для выполнения задач разного уровня сложности. О наполнении пакета системы можно почитать в инструкции от производителя. К каждому типу с фиксированной периодичностью выпускаются дополнения, вносящие новые процедуры и корректирующие работу платформы.

Можно разделить функционал программ для инженеров и дизайнеров по следующим критериям:

• Сложность модели, которую необходимо создать.
• Количество модулей при производстве макета.
• Тип разрабатываемого объекта.
• Объем трехмерной детали и количество уровней в структуре исполнения.
• Степень автоматизации процесса черчения, производства документов и макетов.
• Вид документов и объем информации, переработанной для их заполнения.
• Цельность процесса производства. Если продукт был сделан не за один запуск программы, требуется либо система большей мощности, либо повторное использование. Последнее противоречит цели использования КАДа – экономии ресурсов.

Универсальным является софт, объединяющий в себе комплексный и интегрированный функционалы. Компании отдают предпочтение им, ведь они подходят для всех сотрудников. Чаще уполномоченные представители фирм заказывают пакеты программ на сайте zwsoft.ru, где опытные сотрудники консультируют клиентов при наличии вопросов и представляют виды программ с их функционалом. Посетители сайта видят обновление версий платформ, а затем принимают решение о том, какой лучше купить.

Существуют платные и бесплатные системы, обновленные версии делятся на такие же подвиды. Вопросы от клиентов и посетителей собраны в разделе «Форум», где ведется диалог между разработчиками и пользователями. Разнообразие профессий, которым необходима автоматизация на начальном этапе работы, велико. Дизайнеры, строители, математики, инженеры, архитекторы, медики, программисты, технологи – всем необходимы узко специализированные платформы, позволяющие работать в определенной сфере.

В каждый тип КАД систем включается набор задач, выполнение которых ускоряет работу человека определенного рода занятий. САПР разрабатывают программисты совместно со специалистами разных областей, на которые рассчитаны узкопрофильные версии приложения. Существует несколько типов таких систем, и разнообразие CAD программ помогает ответить на вопрос о том, что это такое.

• Для математиков и строителей подходят платформы, в которых автоматически происходит геометрическое моделирование. Можно настроить функцию 3D Modeling, если решение задачи этого требует.
• Для этих же специалистов существует усложненная программа с большим набором автоматизации. Двухмерное и трехмерное проектирование может быть подкреплено документацией, данные по которой берутся из характеристик объектов.
• Для архитекторов, дизайнеров и инженеров разработано создание чертежей и дальнейшее проектирование по ним.
• Существует возможность сохранения и печати электронного шаблона на бумаге любого размера.
• Для программистов созданы средства CAE, облегчающие анализ ПО и устранение неполадок в работе операционной системы.
• Для технологов существует специальный набор настроек CAD и САПР, позволяющий контролировать технологическую подготовку процесса производства тех или иных продуктов. Программа автоматически составляет отчет, куда включается процентное соотношение ошибок и успешно выполненных норм.

Подробнее остановимся на системах, которые используют врачи для анализа заболеваний и общего состояния организма

Программы КАД в медицине

Отдельным семейством платформ являются CAD/CAM системы, ориентированные на анализ здоровья человека. Без них невозможно обойтись при создании искусственного органа или заполнения форм бланков регистрации пациента. Принцип работы такого софта следующий:

• Создание трехмерной модели в электронном виде.
• Проверка ошибок и общий анализ объекта.
• Изготовление протеза на фрезерном блоке.

Стоматологи пользуются программой чаще и продуктивнее. Неудовлетворительное состояние зубов может привести к инфекционным заболеваниям полости рта или всего организма, поэтому необходимо как можно скорее воздействовать на источник проблемы. Быстрая работа автоматизированного оборудования позволяет сократить сроки обслуживания клиента. Экономия времени больного является частью заботы о нем со стороны медицинского учреждения. Иногда результаты анализов и слепки появляются в день обращения в поликлинику, то есть он сразу идет с ними к своему врачу и проблема решается в течение нескольких часов.

Преимущества использования дантистами CAD следующие:

• Быстрое и безошибочное создание слепка. Поскольку работа механизирована, исключается человеческий фактор и ошибки по невнимательности персонала.
• Сохранение каркаса в базе данных в электронном виде. Функция позволяет в дальнейшем создать отчет по объекту.
• Возможность внесения доктором корректировок. При необходимости, зубной врач может поправить деталь слепка по желанию клиента. Например, если делается каркас для создания брекетов, а у пациента есть дополнительные пожелания.

Разработаны специальные станки, оборудованные числовым программным управлением, что реализует возможность создания слепков и коронок за считанные минуты. ЧПУ получает информацию от КАД и отливает объект по чертежу с учетом всех внесенных правок. Благодаря CAD была усовершенствован принцип создания коронок. Макет может быть изготовлен из оксида циркония. Этот материал не вызывает аллергических реакций и отличается высокой биосовместимостью. Импланты выглядят более естественными, ведь специалист может выбрать подходящий оттенок. Цвет будет учитываться при покрытии искусственного зуба керамической массой. Софт может предложить использование других материалов, например, хром, пластмассу, воск, титан. С медицинской и практической точек зрения наиболее подходящим по всем параметрам является оксид циркония.

Что обозначает аббревиатура CAD

В государственных стандартах и учебниках по проектированию чаще встречается аббревиатура САПР, которую можно истолковать как «Система автоматизации проектных работ». В документах можно найти толкование «Система автоматизированного проектирования», но эта формулировка применима не только к программному обеспечению, то есть не соответствует сути работы. Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD. По ГОСТу это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Но КАД системы не полностью автоматизированы, для установления команд в 65% случаев требуются действия со стороны человека.

Полная автоматизация происходит лишь на немногих платформах и относится к нетрудным, прописанным в базе, действиям. С этой точки зрения, аббревиатура САПР подобрана некорректно. В расшифровке CAD, CAM, CAE легко ошибиться и запутаться, необходимо усвоить, что все эти приложения разработаны с целью помочь при проектировании и контроле за модулями производства.

Международная классификация CAD, CAE, CAM

Согласно современной классификации системы делятся на:

• Позволяющие создать трехмерную модель объекта в электронном виде. Благодаря им появилась возможность разобрать процесс создания на фазы: от чертежа до производства. Эти обеспечения называются КАД.
• Отображающие электронное описание предмета. Технология собирает данные о модели на протяжении всего ее существования: от проектирования до продажи и уничтожения. Обобщенное наименование таких платформ — CAE, эти приложения используются во всех отраслях торговли и промышленности.
• Чертежные автоматизированные конструкции, появившиеся еще в 70-х гг. Именно их создание стало точкой отсчета в развитии автоматизированной помощи работникам определенных родов деятельности. Приспособления, с помощью которых проводятся простейшие операции, программисты определяют как CAM системы.

Такое четкое разделение помогает ориентироваться на всемирном рынке компьютерного обеспечения. При выпуске программы, изготовитель указывает тип CAD, согласно общепринятой международной классификации. Закупщик может ознакомиться с документами и понять, к какому поколению относится определенный продукт, какая польза от него будет на производстве. Мы разобрались в том, что такое КАД системы и какую роль они играют в оптимизации современного рабочего процесса. Руководители компаний, понимающие, что экономия средств и времени может снизить себестоимость, активно закупают программы CAD.

Система автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования работ (англ.  Computer-aided design (CAD) ) — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования [1] , представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности [2] [3] . Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Создавалась после окончания Второй мировой войны научно-исследовательскими организациями ВПК США для применения в аппаратно-программном комплексе управления силами и средствами континентальной противовоздушной обороны, — первая такая система была создана американцами в 1947 г. [4] Первая советская система автоматизированного проектирования была разработана в конце 1980-х гг. рабочей группой Челябинского политехнического института, под руководством профессора Кошина А. А. [5]

Использование САПР в проектировании электронных систем известно как автоматизация электронного проектирования (англ. EDA). В механическом проектировании САПР известен как механическая автоматизация проектирования (англ. MDA) или автоматизированное составление чертежей (англ. CAD-computer aided design), который включает процесс создания технического чертежа с использованием компьютерного программного обеспечения. [6]

Программное обеспечение САПР для механического проектирования использует векторную графику в целях изображения объектов традиционного черчения или может также создавать растровую графику, отображающую общий вид проектируемых объектов. Тем не менее, это включает в себя больше, чем просто шаблонные формы. Как и при ручном создании технических и инженерных чертежей, выходные данные САПР должны передавать информацию, такую ​​как характеристики используемых материалов, процессы, размеры и допуски, в соответствии с соглашениями для конкретных приложений.

CAD может использоваться для проектирования кривых и фигур в двумерном (2D) пространстве; или кривых, поверхностей и твердых тел в трехмерном (3D) пространстве.

САПР является важным звеном в промышленном конструировании, широко используемым во многих отраслях, в том числе в автомобильной, судостроительной и аэрокосмической промышленности, промышленном и архитектурном проектировании, протезировании и многих других. САПР также широко используется в создании компьютерной анимации для спецэффектов в фильмах, рекламных и технических материалах, часто называемых цифровым контентом. Современное повсеместное распространение компьютеров означает, что даже флаконы для духов и диспенсеры для шампуней сегодня разрабатываются с использованием информационных технологий, невиданных инженерами 1960-х годов. Из-за своей огромной экономической важности, САПР стал основной движущей силой исследований в области вычислительной геометрии, компьютерной графики (как аппаратной, так и программной) и дискретной дифференциальной геометрии. [7]

Содержание

Расшифровки и толкования аббревиатуры [ править | править код ]

• Система автоматизированного проектирования. Наиболее популярная расшифровка в современной технической, учебной литературе и государственных стандартах аббревиатура САПР раскрывается именно так.
• Система автоматизации проектных работ. Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре, однако более тяжеловесна и используется реже.
• Система автоматического проектирования. Это неверное толкование. Понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы без участия человека. В САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово «автоматизированный», по сравнению со словом «автоматический», подчёркивает участие человека в процессе.
• Программное средство для автоматизации проектирования. Это излишне узкое толкование. В настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства.

Английский эквивалент [ править | править код ]

Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD [8] [9] (англ.  computer-aided design ), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 [10] это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Понятие CAD не является полным эквивалентом САПР как организационно-технической системы. Термин САПР на английский язык может также переводиться как CAD system [11] [12] , automated design system [13] , CAE system [14] .

В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM. [15] [16] [17] [18]

Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (англ.  computer-aided technologies ).

История CAD [ править | править код ]

Начиная примерно с середины 1960-х годов, благодаря системе разработки документов IBM (англ. IBM Drafting System), системы автоматизированного проектирования стали предоставлять больше возможностей, чем просто возможность воспроизведения чертежей вручную с помощью электронных чертежей, что стало очевидной экономической выгодой для компаний, переходящих на CAD. Преимущества CAD по сравнению с ручным созданием чертежей — автоматическая генерация спецификаций, автоматическая разметка в интегральных схемах, проверка помех и многое другое — это те возможности, которые сегодня часто принимаются как должное в компьютерных системах. В конечном итоге CAD предоставил разработчику возможность выполнять инженерные расчеты. Во время этого перехода вычисления всё ещё выполнялись либо вручную, либо теми лицами, которые могли запускать компьютерные программы. CAD был революционным изменением в машиностроительной отрасли, где начинали соединяться роли чертёжников, дизайнеров и инженеров. Это не упраздняло подразделения и отделы, а объединяло разные отделы. CAD — это пример того, как компьютерные технологии начали оказывать влияние на промышленность.

Современные пакеты программного обеспечения для автоматизированного проектирования варьируются от 2D-векторных систем черчения до 3D-моделей твердого тела и поверхности. CAD пакеты также часто допускают вращение в трех измерениях, позволяя просматривать проектируемый объект под любым желаемым углом, даже изнутри наружу. Некоторые программы CAD способны к динамическому математическому моделированию. Технология CAD используется при проектировании инструментов и механизмов, а также при проектировании всех типов зданий, от небольших жилых домов до крупнейших коммерческих и промышленных сооружений (больниц и заводов).

CAD в основном используется для детального проектирования 3D-моделей или 2D-чертежей физических компонентов, но он также используется на протяжении всего процесса проектирования — от концептуального проектирования и компоновки изделий до прочного и динамического анализа сборок и определения методов изготовления компонентов. CAD также можно использовать для проектирования таких объектов, как украшения, мебель, бытовая техника и т. д. Кроме того, многие приложения CAD теперь предлагают расширенные возможности рендеринга и анимации, чтобы инженеры могли лучше визуализировать дизайн своих продуктов. 4D BIM — это тип виртуального инженерного моделирования строительства, включающий информацию о времени или расписании для управления проектом. CAD стал особенно важным в области компьютерных технологий с такими преимуществами, как более низкие затраты на разработку продукта и значительно сокращенный цикл проектирования. CAD позволяет дизайнерам планировать и разрабатывать проекты на экране, распечатывать их и сохранять для дальнейшего редактирования, экономя время на своих чертежах.

Цели создания и задачи [ править | править код ]

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.

Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

Что такое САПР?

САПР расшифровывается как система автоматизированного проектирования — это комплекс программных и технических средств, эксплуатируемых для простой, недорогой и быстрой разработки проектов, моделей и чертежей. Это объемное понятие, объединяющее в себе десятки разновидностей по сложности, типу и функционалу. Предлагаем ознакомиться с особенностями и видами САПР более подробно.

Пример работы САПР программы SolidWorks

Функционал САПР

Системы автоматизированного проектирования имеют функционал для осуществления работ на всех стадиях жизненного цикла изделия, начиная от создания проекта и заканчивая подготовкой к производству. В распоряжении специалистов по инженерии есть следующие возможности:

оперативное принятие решений и оформление документов;

функции для качественного управления рабочими процессами;

доступ к технологиям параллельного проектирования изделий;

возможность неоднократного применения готовых решений;

максимально реалистичное математическое моделирование;

информационная поддержка, стратегическая разработка проекта;

опции расчета количества материалов и времени производства.

возможность ведения группового проекта

Классический вариант позволяет инженеру выполнять геометрические построения и 3D-моделирование, наносить размеры, оперировать с графическими и текстовыми объектами и разрабатывать комплект технической документации, а также редактировать ранее созданные проекты и готовить их к приемке. Конкретный функционал зависит от того, с каким конкретно программно-техническим комплексом взаимодействует разработчик.

Достоинства систем автоматизированного проектирования

Использование САПР в первую очередь значительно упрощает труд инженера-проектировщика. Если раньше специалисты разрабатывали чертежи и документацию от руки, сегодня это выполняется в автоматизированном режиме. Другие преимущества:

ускорение процесса проектирования и конструирования деталей в 1,5-2 раза;

уменьшение затрат на изготовление изделий вплоть до 20%;

удешевление процесса разработки и расходов на эксплуатацию;

меньшие расходы на формирование моделей и проведение тестов;

значительный рост качества и технического уровня результатов работы.

В совокупности перечисленные преимущества делают предприятие более конкурентоспособным за счет увеличения качества выпускаемой продукции вместе с уменьшением себестоимости.

Пример работы САПР программы SolidWorks

Применение САПР

Сфера применения определяется отраслевым назначением того или иного комплекса для автоматизации. По данному признаку классификация насчитывает 3 основные разновидности:

MCAD. Программно-технические комплекты, разработанные для формирования проектов механизмов. Без них не обходится изготовление автомобилей, речных и морских судов, космических аппаратов. Кроме готовых изделий проектируются и конструктивные детали. Яркие представители систем проектирования из этой категории – КОМПАС, SolidWorks.

EDA. Средства, широко используемые для конструирования как готовых электронных приборов, так и их составляющих – микросхем и печатных плат. Другое название данной категории – ECAD. Популярные у специалистов решения – OrCAD и Altium Designer.

AEC CAD. Главное назначение этих систем заключается в автоматизированной разработке строительных и архитектурных объектов. К ним относятся промышленные и жилые здания, автомобильные и железные дороги, мосты и объекты инфраструктуры. Программные продукты для этого направления есть у AutoDesk, AutoCAD, Bentley.

Таким образом, для каждого направления инженерной деятельности есть свои продукты с предназначенным для этого функционалом. Благодаря такому разделению в каждом комплексе есть только нужные инструменты и ничего лишнего, а это упрощает и ускоряет работу инженера.

Разновидности САПР

Отраслевое назначение – не единственная классификация, в рамках которой многочисленные системы САПР делятся на отдельные виды. Большую роль играет деление по ГОСТ и назначению.

По ГОСТ

Классификация инженерных программ, согласно ГОСТ, включает разделение по признакам:

тип и сложность проектируемого объекта – эта классификация рассмотрена выше;

уровень автоматизации: низкий (до 25%), средний (от 25% до 50%), высокий (от 50%);

комплексность автоматизации: одноэтапные, многоэтапные, комплексные;

вид выпускаемых документов: на листе, на машинных или на фотоносителях;

производительность выпуска документации: малая, средняя, высокая.

Также значение имеет число уровней технического обеспечения. По этому признаку решения классифицируются на одноуровневые, двухуровневые и трехуровневые.

По назначению

Проектировочные работы включают многочисленные аспекты, за каждый из которых отвечает тот или иной тип программ согласно своему целевому назначению. Выделяют 4 разновидности:

CAD. Предназначены непосредственно для моделирования двумерных или трехмерных проектов, а также для создания технологической и конструкторской документации. Категория включает подкатегории CADD и CAGD, инструменты в которых отвечают за создание чертежей и формирование геометрических моделей соответственно.

CAE. Продукты для симулирования и исследования физических процессов, проведения конструкторских расчетов, динамического тестирования и оптимизации проектов. Отдельно выделяется подкатегория CAA, включающая ПО для компьютерного анализа.

CAM. Применяются на этапе подготовки изделия к выпуску, используются для управления оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) или гибких автоматизированных производственных систем (ГАПС) для изготовления изделий.

CAPP. Категория средств, которые объединяют в себе возможности уже рассмотренных выше CAD и CAM. Используются для планирования технологических процессов.

Стоит заметить, что многие САПР являются комбинацией двух или более перечисленных выше аспектов. Наиболее часто встречаются сочетания CAD/CAM, CAD/CAE/CAM и CAD/CAE. Именно совместное использование программ обеспечивает эффективную разработку и производство.