Системы автоматизированного проектирования.

Лекция 3

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий.

Во – первых, автоматизация проектирования – синтетическая дисциплина, составными частями которой являются многие другие современные информационные технологии.

Так, техническое обеспечение САПР основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры, рабочие станции, применяются мэйнфреймы.

Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта.

Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем. Они основаны на операционных системах UNIX, Windows – 95/NT, языках программирования С, С++, Java и др., современных CASE – технологиях, реляционных и объектно-ориентированных СУБД, стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во – вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру – разработчику. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как вследствие больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из – за невысокого качества проектов.

Появление первых программ для автоматизации проектирования за рубежом и в СССР относится к началу 60 – х годов 20-го века.

Приближение САПР к конструктору позволило резко повысить производительность процесса проектирования и самих САПР, распространение которых сдерживалось трудностью алгоритмизации конструкторских задач, т.к. невозможно было к каждому конструктору «приставить» программиста.

Это противоречие можно было устранить только использованием прикладных программных средств, общающихся с конструктором на «естественном языке».

САПР ориентированы на работу в интерактивном режиме, предоставляя проектировщику, оперативный доступ к графической информации, простой и эффективный язык управления её обработкой с практически неограниченными возможностями контроля результатов проектирования.

В начале шестидесятых годов были созданы программы для решения задач строительной механики, анализа электронных систем, проектирования печатных плат.

Дальнейшее развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения вычислительной эффективности программ моделирования и анализа, расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.

К настоящему времени создано большое число программно – методических комплексов для САПР с различными степенью специализации и прикладной ориентацией.

Представленные на рынке прикладные программы для САПР позволяют разрабатывать объекты машино- и приборостроения, проектировать корпусные конструкции в судостроении, аэрокосмические строения, объекты и конструкции зданий и архитектурных сооружений, моделировать одежду и дизайн интерьера помещений, проектировать сложные объекты в отраслях топливно-энергетического комплекса, промышленном и гражданском строительстве, добывающих и перерабатывающих отраслях, атомной энергетике.

САПР позволяют на основе топологических и геологических данных создавать трёхмерные модели местности и геологические структуры, карты и генеральные планы застройки рабочих площадок.

С помощью САПР моделируются различные физические и химические процессы и явления, проектируются системы электроснабжения, водоснабжения, коммуникационные системы теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха крупных предприятий, строительных объектов, городов и районов.

Системы автоматизированного проектирования, существующие в настоящее время, имеют различную сложность и назначение. Пользователи выбирают систему, согласовывая необходимость графических возможностей со стоимостью системы.

АРМ, используемые в САПР (например, Workstation, Apollo, SUN и др.), которые обладают всеми мыслимыми на сегодняшний день возможностями существенно выше стоимости любого персонального компьютера (в сотни, тысячи раз). Для большинства чертежно-графических работ требуется более скромные, однако, достаточно широкие возможности, которые удовлетворяют многие системы. Такие системы как CADDS или DDM позволяют создавать в интерактивном режиме каркасные (так называемые «проволочные») модели изделий, а так же получать несколько проекций на экранном поле (как с использованием проекционной связи, так и без неё) и манипулировать каждой проекцией с соответствующими изменениями на остальных проекциях.

Примерно такими же возможностями обладают французские системы GRAFIXI, CATIA, немецкие COMPAC, GEOMETRIE, CADIS фирмы «Сименс», английская система ROMULUS, японская TIPS и др.

Системы отличаются друг от друга ориентацией на те или иные геометрические построения, способом работы с изображениями и ведения диалога с системой.

В настоящее время уже получили достаточно широкое распространение так называемые системы проектирования «высокого уровня», такие как Pro/ ENGINEER(США), ЕUCLID QUANUM (Франция), к ним также следует отнести и Т-FLEX САD, СПРУТ (Россия). К системам «среднего уровня» можно отнести Мechanical Desktop (фирма Аutodesk), SolidWorks (фирма SolidWorks) и др. Наконец, системы «низкого уровня» – АutoCAD, MiniCAD (США), КОМПАС (фирма АСКОН, Россия). Необходимо отметить, что приведенная градация названных систем весьма условна.

Строго говоря, системы низкого уровня к САПР никакого отношения не имеют. Это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, совместно с компьютером и монитором представляют собой «электронный кульман», то есть хороший инструмент для выполнения конструкторской документации. Эти системы называют двухмерными.

Первый и второй уровни в значительной мере схожи между собой. Их общее название – трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек, с использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Кроме того, эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов робота). Они отслеживают траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологического процесса изготовления спроектированного изделия. Все это делает трехмерное моделирование неотъемлемой частью совместной работы САПР/АСТПП (Систем Автоматизированного Проектирования/ Автоматизированных Систем Технологической Подготовки Производства).

Ограничением в использовании трехмерных систем в России в настоящее время является их высокая стоимость. Процесс трехмерного моделирования очень трудоемок, так как разработка модели занимает много человеко-часов. Однако если рассматривать этот процесс в рамках всего производственного цикла, то он значительно повышает эффективность проектирования и производства во многих отраслях.

Трехмерные системы могут успешно применяться для создания сложных чертежей при проектировании размещения заводского оборудования, трубопроводов, строительных сооружений и т. д., где традиционно для этих целей используется макетирование.