САПР: что такое системы автоматизированного проектирования, история создания, программное обеспечение для САПР, состав и структура, виды и области применения

Российская отрасль инженерного программного обеспечения насчитывает более 50 компаний-разработчиков. По меркам мирового рынка САПР это уже заметная величина. Но знаете ли вы, что российский след…

Производители проектных систем

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

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:

  • 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. 

САПР программы

Что такое САПР?

САПР, или средства автоматизированного проектирования и черчения, — это технологии проектирования и ведения технической документации, благодаря которым на смену черчению вручную пришли автоматические процессы.

Каждый проектировщик, чертежник, архитектор или инженер, скорее всего, знаком с такими инструментами для 2D- и 3D-проектирования, как AutoCAD или AutoCAD LT. Эти популярные программы помогают составлять строительную документацию, исследовать проектные идеи, визуализировать концепции путем создания фотореалистичных изображений и моделировать динамику эксплуатации объектов и конструкций в реальных условиях.

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? 

ZWCAD Standard

Базовый САПР. Поддержка форматов DWG, DGN

CADbro

Просмотрщик 3D-моделей различных форматов c функциями редактирования и добавления комментариев

ИНЖКАД

Проектирование 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.

САПР программа для проектирования ZWSOFT

Системный подход к проектированию

Основные идеи и принципы проектирования сложных систем выражены в системном подходе. Для специалиста в области системотехники они являются очевидными и естественными, однако, их соблюдение и реализация зачастую сопряжены с определенными трудностями, обусловливаемыми особенностями проектирования. Как и большинство взрослых образованных людей, правильно использующих родной язык без привлечения правил грамматики, инженеры используют системный подход без обращения к пособиям по системному анализу. Однако интуитивный подход без применения правил системного анализа может оказаться недостаточным для решения все более усложняющихся задач инженерной деятельности.

Основной общий принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей явления или сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход выявляет структуру системы ее внутренние и внешние связи.

Системы автоматизированного проектирования и управления относятся к числу наиболее сложных современных искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без системного подхода. Поэтому идеи и положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

САПР среднего уровня

Средние системы САПР — это программы для 3D-моделирования изделий, проведения расчетов, автоматизации проектирования электрических, гидравлических и прочих вспомогательных систем. Данные в таких системах могут храниться как в обычной файловой системе, так и в единой среде электронного документооборота и управления данными (PDM- и PLM-системах). Часто в системах среднего класса присутствуют программы для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM-системы) и другие программы для технологического проектирования.

САПР среднего уровня – самые популярные системы на рынке. Они удачно сочетают в себе соотношение “цена/функциональность”, способны решить подавляющее число проектных задач и удовлетворить потребности большей части клиентов.

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.

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. 

САПР программы для 3D моделирования

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.

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.

Примеры САПР-программ: системы автоматизированного проектирования в действии

Расскажем о наиболее популярных платформах, их плюсах и минусах. 

САПР для начинающих: Tinkercad

Tinkercad — это бесплатный интерактивный инструмент САПР для любителей, преподавателей и студентов всех возрастов. С ним можно создавать декор для дома, игрушки, модели Minecraft и многое другое.

“Тяжелые” САПР

Тяжелые САПР предназначены для работы со сложными изделиями (большие сборки в авиастроении, кораблестроении и пр.) Функционально они делают все тоже самое, что и средние системы, но в них заложена совершенно другая архитектура и алгоритмы работы.

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.

Литература:

http://www.studfiles.ru

http://www.intuit.ru

http://ru.wikipedia.org

http://www.bestreferat.ru

–Давыденко Евгения 18:40, 15 мая 2011 (UTC)

Ссылки

  • «Система автоматизации проектных работ» в разделе Википедии на русском языке
  • И. П. Норенков. Автоматизированное проектирование

Облачные САПР

В последнее время активно начали развиваться “облачные“ САПР, которые работают в виртуальной вычислительной среде, а не на локальном компьютере. Доступ к этим САПР осуществляется либо через специальное приложение, либо через обычный браузер. Неоспоримое преимущество таких систем – возможность их использования на слабых компьютерах, так как вся работа происходит в “облаке”.

Облачные САПР активно развиваются, и если несколько лет назад их можно было отнести к легким САПР, то теперь они прочно обосновались в категории средних САПР.

Onshape

Полностью “облачная” САПР Onshape разрабатывается компанией Onshape.

САПР Onshape

На что стоит обратить внимание при выборе Onshape:

  • Доступ к программе через браузер или мобильные приложения
  • Работа только в режиме онлайн
  • Узкая направленность на машиностроительное проектирование
  • Полный набор функций для моделирования изделий машиностроения
  • Контроль версий создаваемых проектов
  • Поддержка языка FeatureScript для создания собственных приложений на основе Onshape.
Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...