САПР: структура, классификация, возможности, применение

Разновидности САПР

Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков, например по приложению, целевому назначению, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базовой подсистемы — ядра САПР.

По приложениям наиболее представительными и широко используемыми являются следующие группы САПР:

САПР для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD);
САПР для радиоэлектроники: системы ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation);
САПР в области архитектуры и строительства.

Кроме того, известно большое число специализированных САПР, или выделяемых в указанных группах, или представляющих самостоятельную ветвь классификации. Примерами таких систем являются САПР больших интегральных схем (БИС); САПР летательных аппаратов; САПР электрических машин и т. п.

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования. Так, в составе MCAD появляются рассмотренные выше CAE/CAD/CAM-системы.

По масштабам различают отдельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР, например: комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ) или комплекс анализа электронных схем; системы ПМК; системы с уникальными архитектурами не только программного (software), но и технического (hardware) обеспечений.

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т. е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. К этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер.

В настоящее время широко используют унифицированные графические ядра, применяемые более чем в одной САПР (ядра Parasolid фирмы EDS Urographies и ACIS фирмы Intergraph).

2. САПР на базе СУБД. Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например при проектировании бизнес-планов, но они имеются также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые ПМК, например имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по МКЭ, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам САЕ. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

4. Комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Так, САПР БИС включает в себя СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

SolidEdge

Система трехмерного моделирования машиностроительных изделий, которую разрабатывает Siemens PLM Software.

Среди преимуществ системы можно выделить:

комбинацию технологий параметрического моделирования на основе конструктивных элементов и дерева построения с технологией прямого моделирования в рамках одной модели;
расчетные среды, включая технологию генеративного дизайна;
поддержку ЕСКД при оформлении документации;
расширенные возможности проектирование литых деталей и оснастки для их изготовления;
встроенный модуль автоматизированного создания схем и диаграмм;
тесную интеграцию с Microsoft SharePoint и PLM-системой Teamcenter для совместной работы и управления данными.

UPD к сожалению, сейчас приобрести продукты Siemens PLM Software на территории России невозможно

Цели, возможности и применение

Разработки собственно САПР преследуют исключительно мирные цели, направленные на повышение эффективности труда работников технических отделов (инженеров, конструкторов, проектировщиков). Возможности для этого предоставляет сам человек, взаимодействующий с вычислительной электроникой, и эта связка способна решать поставленные задачи, на разных стадиях проектирования, с последующей подготовкой производства. Способствуют в достижении этого следующие сопутствующие факторы:

многократно облегченный и упрощенный производственный процесс планирования;
снижение конечных сроков готовых к реализации базовых проектов;
улучшение показателей качества проектирования на каждом отдельно взятом этапе;
сокращение статьи затрат на моделирование и тестирование ввиду отсутствия доработок;
существенное сокращение затрат за счет отсутствия эксплуатации большого числа сотрудников.

Подобные преимущества, это результат достоинств и эффективности элементов автоматизированной системы. В частности:

информационной базы данных, включенной в структуру программного обеспечения;
функции автоматического сбора и классификации сопутствующей документации;
системных возможностей для конструирования с одновременным моделированием;
режима тестирования конечного проекта с функцией математических вычислений;
функции сбора и классификации оптимального управления предприятием;
архива с оптимальными решениями моделирования при минимизации затратной части;
библиотек с примерами готовых решений, включенных в структуру программного обеспечения.

Как создать красивый календарь – лучшие программы и онлайн сервисы

Примеры программ системы автоматизированного проектирования

Профессия современного разработчика требует серьезного обучения. Преподают САПР в профильных ВУЗах. Однако базовое образование не является гарантией успеха. Сектор активно развивается. Регулярно появляются новые продукты на рынке, требующие изучения и навыков работы. Становится нормой прохождение курсов повышения квалификации для инженера. Разработчики ПО идут на встречу пользователям их продуктов. Платные программы включают в себя важную опцию — возможность пользоваться поддержкой и обучаться приемам работы.

Для того, чтобы узнать все графические возможности ПО необходимо время. Многие разработчики предлагают воспользоваться бонусом для обучающихся. Так лидер рынка компания Autodesk дает лицензию для студентов на три года при пользовании 3ds Max. По функционалу программа конструирования почти такая же, как дорогостоящая профессиональная версия. Стоимость базового пакета Autodesk 3ds Max на текущий период времени составляет более 60 000 рублей для одного пользователя. Сумма большая даже для действующего инженера. Обычно такую продукцию закупает предприятие.

Потребности в 3d моделировании испытывают не только крупные предприятия. Сегодня востребовано трехмерное проектирование у индивидуальных предпринимателей и просто любителей. Для осуществление задуманных идей им нет необходимости приобретать продукцию с набором функций, необходимых в высокотехнологичных отраслях. Можно найти программы для проектирования за более умеренные деньги, либо воспользоваться бесплатными версиями с ограниченными возможностями.

Проектировщикам, работающим в системе САПР хорошо известен пакет AutoCAD. Уже много лет он пользуется заслуженным уважением за возможность реализовывать идеи достаточно простыми, интуитивно понятными инструментами. Поддерживается возможность работать как в двухмерном, так и в трехмерном пространстве. Сохраняются проекты в стандартной форме САПР. Стоимость продукта позволяет приобретать его средним и малым компаниям. В качестве опробования производитель дает возможность 30 дней пользоваться программой бесплатно. За это время специалист с базовым образованием научится пользоваться основными функциями и решить, стоит ли ее покупать или нет.

К профессиональным продуктам относят и Pro/ENGINEER от американского разработчика Parametric Technology Corp. Оригинальный движок программы отличается высокой производительностью и качеством. Есть возможность вывести проект в фотореалистичном изображении в хорошем разрешении. Известен специалистам в области инноваций французский бренд CATIA. Продукт полностью интегрирован с системами CAD/CAM/CAE и может использоваться в различных областях производственной деятельности, от машиностроения до строительства.

Активно продвигается на рынке отечественная разработка компании «Аскон» программа трехмерного проектирования «Компас». Классический вариант опций для создания CAD проектов. Интерфейс, описание, помощь на русском языке, что становится причиной растущей популярности. Поддерживается функция создания текстовых и графических документов по стандарту ЕСКД. Программа проста в обучении и пользовании.

Нельзя не упомянуть ПО SolidWorks. Программа адаптирована для широкого использования на средних по мощности компьютерах. Не самый богатый функционал, но имеющихся возможностей вполне хватает для реализации достаточно сложных проектов. Программой пользуются и крупные предприятия. Производитель предлагает линейку продуктов разного назначения для решения всех задач в системах CAD, CAM, CAE. Ядром графического проектирования является собственная разработка Parasolid, которая имеет как плюсы, так и минусы.

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.

Классификация

По ГОСТ

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:

тип/разновидность и сложность объекта проектирования
уровень и комплексность автоматизации проектирования
характер и количество выпускаемых документов
количество уровней в структуре технического обеспечения

Классификация с использованием английских терминов

В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.

По отраслевому назначению

MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);
EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР , радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Bentley MicroStation, Bentley AECOsim Building Designer, Piranesi, ArchiCAD).

По целевому назначению

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования.

CAD (англ. computer-aided design/drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.
- CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.
- CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
CAE (англ. computer-aided engineering
CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.
) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.
CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM.

Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными, или интегрированными.

С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.

Индивидуальные CAD системы

Перед тем, как выбрать программное обеспечение для 3D-моделирования, вы спросите себя, какие из них являются наиболее полезными инструментами? Вам нужно программное обеспечение, в области химии, производства ювелирных изделий или посвященное разработке игр? Специализация САПР сейчас важна для компаний, и теперь ее не остановить!

Программное обеспечение CAD может быть более гибким, и пользователи могут иметь облегченный доступ к инструментам и функциям, которые они используют больше всего, или что будет более интересным для их проектов.

Мы уже можем сказать, что эта тенденция будет усиливаться в ближайшие годы. Действительно, различным секторам и пользователям могут потребоваться разные функции. Растущее значение для персонализации. Теперь пользователи хотят расширить и настроить свою рабочую среду, и им необходимо оптимизировать ее, чтобы использовать лучшие инструменты. Основная цель — легко создавать и настраивать продукт, благодаря программному обеспечению, адаптированному к пользователю. Эти расширенные платформы необходимо еще раз персонализировать, чтобы улучшить повседневную работу пользователя.

Как вы можете видеть, мир программного обеспечения САПР быстро меняется, и основная цель всех этих тенденций — одна: улучшение работы пользователя. Мы уже знаем, что эти функциональные возможности будут быстро развиваться и станут довольно распространенными в предстоящие годы. Мы надеемся, что теперь у вас есть представление о том, как будут эволюционировать CAD системы и в каком направлении. Приготовьтесь к будущему 3D-моделирования!