Сетевое издание

Международный студенческий научный вестник

ISSN 2409-529X

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это - современные средства вычислительной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время созданы и применяются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутинных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преобразование технических чертежей, построение графических изображений и т.д.

Понятие системы автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования, САПР, CAD - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР (система автоматизации проектных работ). Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре. Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer-aided design)[1], подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 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, automated design system, CAE system.

САПР - это не системы автоматического проектирования. 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.

В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE (computer-aided engineering) определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM (computer-aided manufacturing). Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (англ. computer-aided technologies).

Краткий рейтинг зарубежных и отечественных САПР

К топовым зарубежным САПР относятся:

1. AutoCAD — это базовая САПР, разрабатываемая и поставляемая компанией Autodesk. AutoCAD – самая распространенная CAD-система в мире, позволяющая проектировать как в двумерной, так и трехмерной среде. С помощью AutoCAD можно строить 3D-модели, создавать и оформлять чертежи и многое другое. AutoCADявляется платформенной САПР, т.е. эта система не имеет четкой ориентации на определенную проектную область, в ней можно выполнять хоть строительные, хоть машиностроительные проекты, работать с изысканиями, электрикой и многим другим.
2. SolidWorks - трехмерный программный комплекс для автоматизации конструкторских работ промышленного предприятия. Разработчик – компания Dassault Systemes.
3. Autodesk Inventor - Профессиональный комплекс для трехмерного проектирования промышленных изделий и выпуска документации. Разработчик – компания Autodesk.[4]

К российским САПР же относятся:

1. Компас-3D – это система параметрического моделирования деталей и сборок, используемая в областях машиностроения, приборостроения и строительства. Разработчик – компания Аскон (Россия).
2. T-FLEX - отечественная САПР среднего уровня, построенная на основе лицензионного трехмерного ядра Parasolid. Разработчик системы – компания ТопСистемы (Россия).
3. NanoCAD. Посмотрев некоторое время на nanoCAD, вы, вероятно, придёте к выводу, что она не особенно отличается от других CAD программ. Её пользовательский интерфейс не слишком отличается от AutoCAD. Набор команд скорее похож на AutoCAD. Он читает и записывает совместимые с AutoCad DWG файлы. И он имеет API, что так же скорее похоже на AutoCad.Есть только две вещи, которые действительно выделяют nanoCAD. Первая заключается в том, что это действительно хорошо продуманная программа. И это не поспешное заявление. Второе отличие – это бесплатность для коммерческих, образовательных, или других целей, как для частного, так и корпоративного пользования.[5]

Цели создания и задачи САПР

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:

• сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
• сокращения сроков проектирования;
• сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
• повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
• сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

• автоматизации оформления документации;
• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
• использования технологий параллельного проектирования;
• унификации проектных решений и процессов проектирования;
• повторного использования проектных решений, данных и наработок;
• стратегического проектирования;
• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
• повышения качества управления проектированием;
• применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

Компоненты и обеспечение

Каждая подсистема, в свою очередь состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы.

Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.).

Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:

Техническое обеспечение (ТО) — совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).

Математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:

математические методы и построенные на них математические модели;

формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и прикладное:

Прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР).

Общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО является операционная система.

Информационное обеспечение (ИО) — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР — базы данных.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) — совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога проектировщик-ЭВМ и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.

В лингвистическом обеспечении выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS).

Методическое обеспечение (МетО) — описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят также МО и ЛО.

Организационное обеспечение (ОО) — совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования… В ОО входят штатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п.

В САПР как проектируемой системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения.

Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте.

Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования.

Состав и структура САПР

Составными структурными частями САПР, жестко свя­занными с организационной структурой проектной организации, являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексов средств решается функционально законченная по­следовательность задач САПР.

По назначению подсистемы разделяют на проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы имеют объектную ориента­цию и реализуют определенный этап (стадию) проектирования или группу непосредственно связанных проектных задач.

Примеры проектирующих подсистем:

- подсистема эскизного проектирования;

- подсистема проектирования корпусных деталей;

- подсистема проектирования технологических процессов механической обработки.

Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное при­менение и обеспечивают поддержку функционирования проекти­рующих подсистем, а также оформление, передачу и выдачу по­лученных в них результатов. Примеры обслуживающих подсистем:

- автоматизированный банк данных;

- подсистема документирования;

- подсистема графического ввода/вывода.

Системное единство САПР обеспечивается наличием ком­плекса взаимосвязанных моделей, определяющих объект проек­тирования в целом, а также комплексом системных интерфейсов, обеспечивающих указанную взаимосвязь.

Системное единство внутри проектирующих подсистем обеспечивается наличием единой информационной модели той части объекта, проектное решение по которой должно быть получено в данной подсистеме.

Формирование и использование моделей объекта проек­тирования в прикладных задачах осуществляется КСАП сис­темы или подсистемы.

Структурными частями КСАП в процессе его функцио­нирования являются программно-методические (ПМК.) и програм­мно-технические (ПТК) комплексы (далее — комплексы средств), а также компоненты организационного обеспечения.[2]

Комплексы средств могут объединять свои вычислительные и информационные ресурсы, образуя локальные вычислительные сети подсистем или систем в целом.

Структурными частями комплексов средств являются компоненты следующих видов обеспечения: программного, ин­формационного, методического, математического, лингвистического « технического.

Компоненты видов обеспечения выполняют в комплек­сах средств заданную функцию и представляют наименьший (не­делимый) самостоятельно разрабатываемый (или покупной) элемент САПР (например: программа, инструкция, дисплей и т. д.).

Эффективное функционирование КСАП и взаимодействие структурных частей САПР всех уровней должно достигаться за счет ориентации на стандартные интерфейсы и протоколы связи, обеспечивающие взаимодействие комплексов средств.

Эффективное функционирование комплексов средств должно достигаться за счет взаимосогласованной разработки (согласова­ния с покупными) компонентов, входящих в состав комплексов средств.

КСАП обслуживающих подсистем, а также отдельные ПТК этих подсистем могут использоваться при функционировании всех подсистем.

Требования

Анализ определения САПР с учетом накопленного опыта их со­здания и эксплуатации позволяет установить следующие общие тре­бования (или принцип) к построению САПР.

• Объектная ориентированность. САПР должна быть нацелена на проектирование определенного класса технических изделий в конк­ретных организациях. Чем шире класс проектируемых изделий, тем сложнее и дороже САПР. Поэтому необходим разумный компро­мисс в определении объектов и задач проектирования в САПР с учетом специфичных особенностей проектирующей организации.
• Эргатичность. САПР должна обеспечить человеку главную роль в реализации процесса проектирования, особенно при постановке задач проектирования, анализе результатов и принятии решений. Человеку следует предоставить возможность выполнения неформализуемых проектных процедур, а также таких процедур, автоматиза­ция которых связана с большой затратой сил и средств. Рациональ­ное распределение функций между человеком и ЭВМ значительно влияет на повышение эффективности САПР. При распределении надо стремиться к тому, чтобы освободить человека от трудоемких вычислительных и чертежных работ и максимально усилить твор­ческое начало в его работе.
• Коллективность. САПР следует строить как систему коллектив­ного пользования, в которой могут совместно работать проектиров­щики различного профиля (расчетчики, конструкторы, технологи). Очередность или одновременность их работы определяется струк­турой организации и технологией автоматизированного проектиро­вания. Кроме того, в САПР можно вести параллельно несколько проектных разработок.
• Системность. САПР, как и всякая сложная система, должна стро­иться в виде совокупности функциональных модулей (подсистем). Последовательное, поэтапное создание и подключение подсистем позволяет постепенно наращивать САПР, ускоряя получение эф­фекта от автоматизации проектирования при максимальном исполь­зовании ограниченных ресурсов.
• Эволюционность. САПР должна иметь возможность непрерыв­ного развития и совершенствования путем расширения за счет под­ключения новых модулей и модификации имеющихся. Это обус­ловлено длительными сроками разработки САПР (5—10 лет) и ее высокой стоимостью (до нескольких миллионов рублей). Эффек­тивность подобных систем достигает максимума при практически неограниченных сроках службы, что возможно только для откры­тых, развивающихся систем. Кроме того, эволюционность построе­ния САПР обеспечивает преемственность с традиционной техноло­гией проектирования.
• Информативность. САПР должна обеспечить восприятие, хране­ние и обработку различных видов информации, необходимой для осуществления процесса проектирования. Причем преобразуемая в САПР информация представляется различными языковыми сред­ствами кодирования и программирования. Согласование языковых средств в САПР обязательно для обеспечения информационного единства и нормального функционирования системы. Информаци­онная согласованность элементов САПР позволяет как проектиров­щикам, так и обслуживающему персоналу пользоваться проблемно- ориентированными языками, сохраняющими привычные для них понятия и термины.
• Комплексность. САПР должна обеспечить комплексную конвей­ерную автоматизацию всех этапов проектирования. Только в этом случае достигается максимальный эффект автоматизации, так как устраняются все противоречия между ручными и автоматизирован­ными формами проектирования. При комплексной автоматизации удается гибко сочетать автоматические и ручные проектные проце­дуры, установленные путем распределения функций между челове­ком и ЭВМ.
• САПР должна иметь возможность установле­ния связей с другими автоматизированными системами или вклю­чения в качестве составной части в более сложную автоматизиро­ванную систему. Например, весьма эффективными являются взаи­мосвязи САПР с автоматизированными системами производства и экспериментальных исследований. Или же САПР может работать под управлением АСУ проектной организации.
• Унифицируемость. САПР должна иметь максимальное число уни­фицированных и стандартизованных составных частей. Это сокра­щает сроки разработки вновь создаваемых САПР, уменьшает их сто­имость, упрощает взаимосвязь с другими автоматизированными си­стемами и облегчает тиражирование САПР или его элементов. Унификация и стандартизация в значительной мере решают про­блему массового внедрения САПР в средние и малые проектные организации, которых большинство и которым не под силу боль­шие капиталовложения и привлечение квалифицированных специ­алистов.[3]

Заключение

Данный реферат дает базовое представление о системах автоматизированного проектирования (САПР). САПР — это технологии проектирования и ведения технической документации, благодаря которым на смену черчению вручную пришли автоматические процессы. С помощью САПР увеличивается эффективность выполняемых проектных работ за счет: очень удобных и принципиально новых средств рисования схем; в программном обеспечении заложено автоматическое формирование монтажно-коммутационных схем; средств, которые управляют проектом, состоят из множества документов; повышение уровня качества выпускаемой продукции.