К назначению систем автоматизированного проектирования относятся: системы автоматизированного проектирования: что такое САПР, разновидности, применение, функционал

НОУ ИНТУИТ | Лекция | Системы автоматизированного проектирования (САПР) РЭС

Аннотация: В лекции приводятся основные определения, назначение и принципы систем автоматизированного проектирования (САПР). Даются сущность и схема функционирования САПР. Показано место САПР РЭС среди других автоматизированных систем. Рассматриваются структура и разновидности САПР. Основное назначение лекции — показать сущность процесса проектирования РЭС, основные принципы проектирования. Особенное внимание уделяется системному подходу к проектированию конструкции и технологии производства РЭС

Ключевые слова: ПО, САПР, проектная организация, объект проектирования, автоматизация, работ, очередь, опыт, проектная операция, объект автоматизации проектирования, технологический процесс, системы автоматизированного проектирования технологического процесса (САПР ТП), операции, средства автоматизации, эскизный проект, интерактивный режим, мощность, имитационное моделирование, критерий эффективности, информационное согласование, контроль, удобство эксплуатации, автоматизированная система, CAE, PDM, проектирующие подсистемы, обслуживающие подсистемы, проектная процедура, страта, MCAD, ACI, VHDL-T

4.

1. Определение, назначение, цель

По определению, САПР — это организационно-техническая система, состоящая из совокупности комплекса средств автоматизации проектирования и коллектива специалистов подразделений проектной организации, выполняющая автоматизированное проектирование объекта, которое является результатом деятельности проектной организации [54, 9].

Из этого определения следует, что САПР — это не средство автоматизации, а система деятельности людей по проектированию объектов. Поэтому автоматизация проектирования как научно-техническая дисциплина отличается от обычного использования ЭВМ в процессах проектирования тем, что в ней рассматриваются вопросы построения системы, а не совокупность отдельных задач. Эта дисциплина является методологической, поскольку она обобщает черты, являющиеся общими для разных конкретных приложений [59].

Идеальная схема функционирования САПР представлена на рис.

4.1.

Рис. 4.1. Схема функционирования САПР; КСА — комплекс технических средств

Эта схема идеальна в смысле полного соответствия формулировке согласно существующим стандартам и несоответствия реально действующим системам, в которых далеко не все проектные работы выполняются с помощью средств автоматизации и не все проектировщики пользуются этими средствами.

Проектировщики, как следует из определения, относятся к САПР. Это утверждение вполне правомерно, т. к. САПР — это система автоматизированного, а не автоматического проектирования. Это значит, что часть операций проектирования может и всегда будет выполняться человеком. При этом в более совершенных системах доля работ, выполняемых человеком, будет меньше, но содержание этих работ будет более творческим, а роль человека в большинстве случаев — более ответственной.

Из определения САПР следует, что целью ее функционирования является проектирование. Как уже было сказано, проектирование — это процесс переработки информации, приводящий в конечном счете к получению полного представления о проектируемом объекте и способах его изготовления [37].

В практике неавтоматизированного проектирования полное описание проектируемого объекта и способов его изготовления содержит проект изделия и техническую документацию. Для условия автоматизированного проектирования еще не узаконено названия конечного продукта проектирования, содержащего данные об объекте, и технологии его создания. На практике его называют по-прежнему “проектом”.

Проектирование — это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проектирования сложных объектов не под силу одному человеку и выполняется творческим коллективом. Это, в свою очередь, делает процесс проектирования еще более сложным и трудно поддающимся формализации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко знать, что в действительности он собой представляет и как выполняется разработчиками. Опыт свидетельствует, что изучение процессов проектирования и их формализация давались специалистам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно все новые проектные операции. Соответственно, поэтапно создавались новые и совершенствовались старые системы. Чем на большее число частей разбита система, тем труднее правильно сформулировать исходные данные для каждой части, но тем легче провести оптимизацию.

Объектом автоматизации проектирования являются работы, действия человека, которые он выполняет в процессе проектирования. А то, что проектируют, называют объектом проектирования.

Человек может проектировать дом, машину, технологический процесс, промышленное изделие. Такие же объекты призвана проектировать САПР. При этом разделяют САПР изделия (САПР И) и САПР технологических процессов ( САПР ТП ).

Следовательно, объекты проектирования не являются объектами автоматизации проектирования. В производственной практике объектом автоматизации проектирования является вся совокупность действий проектировщиков, разрабатывающих изделие или технологический процесс, или то и другое, и оформляющих результаты разработок в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной документаций.

Разделив весь процесс проектирования на этапы и операции, можно описать их с помощью определенных математических методов и определить инструментальные средства для их автоматизации. Затем необходимо рассмотреть выделенные проектные операции и средства автоматизации в комплексе и найти способы сопряжения их в единую систему, отвечающую поставленным целям.

intuit.ru/2010/edi”>При проектировании сложного объекта различные проектные операции многократно повторяются. Это связано с тем, что проектирование представляет собой закономерно развивающийся процесс. Начинается он с выработки общей концепции проектируемого объекта, на ее основе – эскизного проекта. Далее приближенные решения (прикидки) эскизного проекта уточняются на всех последующих стадиях проектирования. В целом такой процесс можно представить в виде спирали. На нижнем витке спирали находится концепция проектируемого объекта, на верхнем — окончательные данные о спроектированном объекте. На каждом витке спирали выполняют, с точки зрения технологии обработки информации, идентичные операции, но в увеличивающемся объеме. Следовательно, инструментальные средства автоматизации повторяющихся операций могут быть одни и те же.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, т.

к. позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на основе более совершенных технических решений и с меньшими затратами ресурсов.

В целом для всех этапов проектирования изделий и технологии их изготовления можно выделить следующие основные виды типовых операций обработки информации:

• поиск и выбор из всевозможных источников нужной информации;
• анализ выбранной информации;
• выполнение расчетов;
• принятие проектных решений;
• оформление проектных решений в виде, удобном для дальнейшего использования (на последующих стадиях проектирования, при изготовлении или эксплуатации изделия).

Автоматизация перечисленных операций обработки информации и процессов управления использованием информации на всех стадиях проектирования составляет

сущность функционирования современных САПР.

Каковы основные черты систем автоматизированного проектирования и их принципиальные отличия от “позадачных” методов автоматизации?

Первой характерной особенностью является возможность комплексного решения общей задачи проектирования, установления тесной связи между частными задачами, т. е. возможность интенсивного обмена информацией и взаимодействие не только отдельных процедур, но и этапов проектирования. Например, применительно к техническому (конструкторскому) этапу проектирования САПР РЭС позволяет решать задачи компоновки, размещения и трассировки в тесной взаимосвязи, которая должна быть заложена в технических и программных средствах системы.

Применительно к системам более высокого уровня можно говорить об установлении тесной информационной связи между схемотехническим и техническим этапами проектирования. Такие системы позволяют создавать радиоэлектронные средства, более эффективные с точки зрения комплекса функциональных и конструкторско-технологических требований.

Вторым отличием САПР РЭС является интерактивный режим проектирования, при котором осуществляется непрерывный процесс диалога “человек-машина”. Сколь ни сложны и изощренны формальные методы проектирования, сколь ни велика мощность вычислительных средств, невозможно создать сложную аппаратуру без творческого участия человека. Системы автоматизации проектирования по своему замыслу должны не заменять конструктора, а выступать мощным инструментом его творческой деятельности.

Третья особенность САПР РЭС заключается в возможности имитационного моделирования радиоэлектронных систем в условиях работы, близких к реальным. Имитационное моделирование дает возможность предвидеть реакцию проектируемого объекта на самые различные возмущения, позволяет конструктору “видеть” плоды своего труда в действии без макетирования. Ценность этой особенности САПР заключается в том, что в большинстве случаев крайне трудно сформулировать системный критерий эффективности РЭС. Эффективность связана с большим числом требований различного характера и зависит от большого числа параметров РЭС и внешних факторов. Поэтому в сложных задачах проектирования практически невозможно формализовать процедуру поиска оптимального по критерию комплексной эффективности решения. Имитационное моделирование позволяет провести испытания различных вариантов решения и выбрать лучший, причем сделать это быстро и учесть всевозможные факторы и возмущения.

Четвертая особенность заключается в значительном усложнении программного и информационного обеспечения проектирования. Речь идет не только о количественном, объемном увеличении, но и об идеологическом усложнении, которое связано с необходимостью создания языков общения проектировщика и ЭВМ, развитых банков данных, программ информационного обмена между составными частями системы, программ проектирования. В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов функционирования, более совершенной элементной базы и структуры, улучшенных конструкций и прогрессивных технологических процессов.

4.2. Принципы создания систем автоматизированного проектирования конструкции и технологии

При создании САПР руководствуются следующими общесистемными принципами:

1. Принцип включения состоит в том, что требования к созданию, функционированию и развитию САПР определяются со стороны более сложной системы, включающей в себя САПР в качестве подсистемы. Такой сложной системой может быть, например, комплексная система АСНИ — САПР — АСУТП предприятия, САПР отрасли и т. п.
2. Принцип системного единства предусматривает обеспечение целостности САПР за счет связи между ее подсистемами и функционирования подсистемы управления САПР.
3. Принцип комплексности требует связности проектирования отдельных элементов и всего объекта в целом на всех стадиях проектирования.
4. intuit.ru/2010/edi”>Принцип информационного единства предопределяет информационную согласованность отдельных подсистем и компонентов САПР. Это означает, что в средствах обеспечения компонентов САПР должны использоваться единые термины, символы, условные обозначения, проблемно-ориентированные языки программирования и способы представления информации, которые обычно устанавливаются соответствующими нормативными документами. Принцип информационного единства предусматривает, в частности, размещение всех файлов, используемых многократно при проектировании различных объектов, в банках данных. За счет информационного единства результаты решения одной задачи в САПР без какой-либо перекомпоновки или переработки полученных массивов данных могут быть использованы в качестве исходной информации для других задач проектирования.
5. Принцип совместимости состоит в том, что языки, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами и компонентами САПР должны быть согласованы так, чтобы обеспечить совместное функционирование всех подсистем и сохранить открытую структуру САПР в целом. Так, введение каких-либо новых технических или программных средств в САПР не должно приводить к каким-либо изменениям уже эксплуатируемых средств.
6. Принцип инвариантности предусматривает, что подсистемы и компоненты САПР должны быть по возможности универсальными или типовыми, т. е. инвариантными к проектируемым объектам и отраслевой специфике. Применительно ко всем компонентам САПР это, конечно, невозможно. Однако многие компоненты, например программы оптимизации, обработки массивов данных и другие, могут быть сделаны одинаковыми для разных технических объектов.
7. Принцип развития требует, чтобы в САПР предусматривалось наращивание и совершенствование компонентов и связей между ними. При модернизации подсистемы САПР допускается частичная замена компонентов, входящих в подсистему, с изданием соответствующей документации.

Приведенные общесистемные принципы являются чрезвычайно важными на этапе разработки САПР. Контроль над их соблюдением обычно осуществляет специальная служба САПР предприятия.

Сущность процесса проектирования РЭС заключается в разработке конструкций и технологических процессов производства новых радиоэлектронных средств, которые должны с минимальными затратами и максимальной эффективностью выполнять предписанные им функции в требуемых условиях.

В результате проектирования создаются новые, более совершенные РЭС, отличающиеся от своих аналогов и прототипов более высокой эффективностью за счет использования новых физических явлений и принципов.

Классификация САПР

Классификация САПР

 

Классификация САПР

 

Актуальной задачей является по возможности более полная автоматизация трудоемких процессов, встречающихся при проектировании конструкций. Отсюда большое разнообразие систем автоматизированного проектирования на каждой из стадий создания объекта. Существует следующая классификация САПР:

1) по уровню формализации решаемых задач—системы, построенные на полностью формализуемых методах решения проектных задач; ведущие проектные работы, не поддающиеся полной формализации; организующие поиск решения неформализуемых задач;

2) по функциональному назначению — системы расчетно-оптимизационные; графические; автоматизированного проектирования конструкций; графоаналитические; подготовки технической документации; обработки результатов экспериментальных исследований; информационные; технологической подготовки программ для станков с ЧПУ;

3) по специализации — системы специализированные и инвариантные;

4) по технической организации — системы с центральным процессорным управлением; комплектуемые автоматизированными рабочими местами конструктора (АРМ) с собственными вычислительными ресурсами.

  Попробуем разобраться, зачем необходим такой “ассортимент” средств проектирования. Для этого заберемся на верхнюю “ступеньку” нашей классификации и будем спускаться с нее вниз.

Формализованное описание расчетной задачи было рассмотрено в работах академика В. М. Глушкова на основе кибернетического подхода.

При обычном (неавтоматизированном) проектировании реализация каждого этапа осуществляется человеком, при этом для каждой конкретной задачи весь процесс выполняется заново.

Иначе выглядит этот процесс в САПР, построенных на полностью формализуемых методах решения проектных задач. Результат решения задачи в таких системах — множество взаимосвязанных элементов объекта, т. е. конструктивно-технологический граф. Сам процесс решения связан с формированием функциональных элементов объекта и может быть представлен в качестве структурно-функционального графа. Синтез объекта состоит из решения идентичных задач, которые в САПР классифицируются как проектные операции. 

При этом нельзя сказать заранее, сколько проектных операций и применительно к каким элементам объекта необходимо будет применить, однако можно указать перечень тех проектных операций, которые и определяют синтез объекта в формализованных САПР.

В системах можно выделить три части, или подсистемы: формирования входной информации; проектирования—пакеты прикладных и управляющих программ; формирования выходной информации. Такие системы работают обычно в автоматическом режиме, имеют многовариантную основу, т. е. могут быть нацелены на процесс перепроектирования, если полученный результат по тем или иным причинам не устраивает проектировщика. Идентичные элементы систем САПР в зарубежной литературе имеют следующую аббревиатуру: подсистема формирования входной информации — PREPROCESSOR; подсистема проектирования —PROCESSOR; подсистема формирования выходной информации — POSTPROCESSOR.

Для придания этим системам большей универсальности в них предусмотрено несколько уровней ветвления хода решения задачи, в связи с чем программное обеспечение их имеет колоссальные размеры, обращение с ними непросто, а трудоемкость разработки достигает иногда сотен тысяч человеко-лет.

Наиболее правильное название таких САПР — системы автоматического проектирования. Хотя они уязвимы с точки зрения экономичности, однако отдельные их подсистемы — желанные компоненты любой САПР.

Наибольшую известность у нас в стране и за рубежом получили системы автоматизированного проектирования, которые в отличие от автоматических способны осуществлять процесс проектирования при решении задач, не поддающихся полной формализации. Проектирование в таких системах осуществляется под непосредственным контролем человека-оператора, чаще всего на уровне человеко-машинного диалога. Человек сам принимает решение там, где процесс проектирования не поддается формализации, благодаря чему активно используется профессиональный уровень проектировщика в том случае, когда оценка проектных решений не имеет количественного выражения. Системы, в которых организуется поиск решений неформализуемых задач, составляют группу эвристических САПР.

Представляется целесообразным объединять в рамках одной САПР приемы эвристического и формального представления проектных процедур.

Следующая “ступенька” в иерархии — САПР функционального назначения, наиболее популярными представителями которых являются расчетно-оптимизационные САПР. Популярность их объясняется тем, что первоначально на ЭВМ выполнялись различные расчеты, а затем на втором, более высоком уровне с помощью этих расчетов начались поиски оптимальных характеристик конструкций. Основой таких САПР служат пакеты управляющих и прикладных программ. Чаще всего режим работы диалоговый, но встречается также и пакетный. Графический интерпретатор в таких системах обычно обеспечивает вывод конечных или промежуточных проектных решений на устройства графического вывода.

Особый интерес в конструкторских бюро вызывает применение графоаналитических САПР. Первоначально конструктор на экране графического дисплея формирует изображение или расчетную схему проектируемого объекта, что эквивалентно введению информации в память ЭВМ. Затем с помощью расчетных модулей осуществляется решение задачи анализа конструкции. Полученные результаты тут же обрабатываются и выдаются на экране графического дисплея в виде эпюр, гистограмм, графиков и т. д. Далее, в зависимости от поставленной задачи, конструктор вносит изменения в первоначальный проект геометрии образа, и указанный процесс осуществляется заново. Таким образом, за определенное число графических итераций может быть получено оптимальное проектное решение.

Часто приходится слышать, в частности от математиков, что отсутствие оптимизационной математической основы в таких системах делает их “слепыми” но сравнению с расчетно-оптимизационными. Однако не следует забывать о тех, кто будет работать у экранов графических дисплеев,— о конструкторах. В этом плане графоаналитическая САПР служит как бы контролером правильности действий конструктора-проектировщика, так как задача создания новой конструкции стоит перед ним, а не перед ЭВМ. Как показывает опыт эксплуатации таких систем, в большинстве случаев за 8—10 итераций, выполненных проектировщиком, становится ясным, какой должна быть та или иная конструкция. В заключение отметим, что графоаналитические САПР в основном ориентированы на проектирование небольших узлов и деталей.

Системы автоматизированного проектирования конструкций, представляющие третью группу САПР, создаются обычно только в крупных фирмах или на заводах и предназначаются для проектирования и конструирования всего изделия в целом, т. е. самолета, корабля, автомобиля, трактора, строительного объекта и т. д. В основном они строятся на дифференциальной основе, когда проектирование крупных узлов изделия осуществляется подсистемами проектирования. Согласно ГОСТ 23501.0—89, подсистемы — составные структурные части САПР, которые представляют элементы всех “обеспечении” автоматизированного проектирования, необходимые для выполнения подсистемой ее функций, и по своим свойствам и функциям могут рассматриваться как отдельные системы.

Подсистемы на уровне формализации решаемых задач — это отдельные единицы, основные функции которых — автоматизация отдельных участков наиболее трудоемких процессов проектирования, т. е. ввода и вывода информации, изготовления документации и т. д. Подсистемы на уровне системы автоматизированного проектирования, рассматриваемой на данном этапе,— это сложные комплексы проектирования, направленные на автоматизацию проектирования отдельных узлов сложных изделий. Например, если объектом проектирования является самолет, то подсистемами САПР будут подсистема проектирования крыльев, подсистема проектирования фюзеляжа, подсистема проектирования хвостовой части, подсистема проектирования системы жизнеобеспечения и другие; если объект проектирования —автомобиль, то подсистемами САПР могут быть подсистема проектирования передних и задних мостов, подсистема проектирования кабины и т. д.

Естественно, что каждая подсистема САПР может создаваться как отдельный элемент процесса проектирования. В дальнейшем, с увеличением количества подсистем и ростом их качества при наличии достаточной базы типовых структур становится возможным объединение их в рамках систем автоматизированного проектирования.

Такие САПР обладают программным обеспечением различного уровня, в том числе активными графическими системами, и обеспечивают глубину проработки проектируемого изделия до полных чертежей основных узлов.

Следующей разновидностью САПР являются графические системы, предназначенные для непосредственного вычерчивания на экране различных узлов и деталей конструкций. Графические системы особенно необходимы на стадии технического проектирования, когда выполняется значительный объем чертежных работ и требуется большое количество чертежно-графической документации. Задачи графических систем состоят в том, чтобы облегчить и ускорить доработку конструкций, уменьшить вероятность появления технических ошибок.

Системы подготовки технической документации обеспечивают автоматизированный выпуск рабочих чертежей деталей или конструкций. Они позволяют воспроизвести формы детали по одной ее проекции или разрезу на сборочном чертеже, определить все размеры с допусками на изготовление и техническими условиями. Однако количество таких систем в общей массе САПР пока незначительно, и проблема массового выпуска рабочих чертежей пока не решена.

Еще одно бурно развивающееся направление САПР намечается в области обработки результатов экспериментальных исследований. Это обусловлено, с одной стороны, возросшим числом экспериментальных исследований новой техники, а с другой стороны, появлением программно-экспериментальных комплексов, позволяющих осуществлять автоматизацию экспериментальных исследований. В связи с этим на крупных предприятиях организовываются замкнутые системы получения, обработки и передачи экспериментальной информации на вход других подсистем САПР, при этом образуется эффективная система проектирования изделия, что в свою очередь позволяет производить оценку тех аналитических или численных методов, которые были заложены в основе других подсистем, и дает толчок к совершенствованию последних.

Немалая роль отводится так называемым информационным системам, которые призваны собирать, компактно хранить и в нужный момент избирательно передавать необходимый файл информации на вход следующей подсистемы или по требованию конструктора на указанное им устройство. К достоинствам этих САПР необходимо отнести их способность организации патентного поиска требуемого образца или детали.

Специфическую группу САПР составляют системы. технологической подготовки программ для станков с ЧПУ. Сегодня это направление во многом определяет эффект, который дает автоматизация проектирования. Вопрос зачастую ставится так: экономично ли использовать системы САПР — CAD без систем ИАСУ — САМ или их элементов? Ответ на этот вопрос дает практическое использование в системах САПР даже отдельных компонентов систем числового программного управления, каковыми являются САПР технологической подготовки программ для ЧПУ.

На следующей классификационной “ступеньке” расположены специализированные и инвариантные САПР.

Под специализированными САПР понимают такие системы проектирования, область применения которых ограничивается определенным классом конструкций, например САПР грузового автомобиля, САПР строительных конструкций, САПР тракторов и т. д. Инвариантные САПР — это такие системы автоматизированного проектирования, область применения которых не ограничена определенными сферами применения, например система автоматизации прочностных расчетов методом конечных элементов может быть инвариантна по отношению к автомобилю, строительной конструкции, трактору и т. д.

Какие системы нужны? Наверное, и те, и другие. Судите сами. Специализированные САПР обеспечивают обычно полную проработку всех узлов изделия, в то время как инвариантные затрагивают только какую-то отдельную функциональную их особенность, например вопросы прочности. С другой стороны, инвариантная САПР в отличие от специализированной найдет применение на многих предприятиях и в проектных институтах. Следовательно, чтобы специализированные САПР были экономически эффективными, их следует разрабатывать на крупных предприятиях, выпускающих сложную дорогостоящую продукцию, или на предприятиях, выпускающих продукцию большими сериями.

И наконец, последняя “ступенька” нашей классификации, характеризующая, каким образом технические средства определяют различия в системах автоматизированного проектирования.

По современным представлениям, существуют две тенденции развития САПР, связанные с наличием аппаратных средств и вычислительной техники. К первой относятся системы проектирования, в которых вся основная информация, связанная с проектированием, обрабатывается мощной ЭВМ, а корректировка и ввод графической информации на местах осуществляются с помощью мини- или микроЭВМ, соединенных интерфейсом с большой машиной. Другую группу образуют системы САПР, в которых весь процесс проектирования осуществляется на автоматизированных рабочих местах конструкторов (АРМах) за счет собственных вычислительных и графических средств, а более мощный компьютер служит только передаточным звеном с общей базой знаний.

Что же более выгодно? Почему существуют обе тенденции?

Чтобы ответить на эти вопросы, вспомним, как шел процесс создания вычислительной техники. Сначала появились большие ЭВМ, затем мини-ЭВМ и, наконец, микроЭВМ. Соответственно и САПР сначала создавали на больших ЭВМ, затем инициатива перешла “в руки” их более компактных наследников, тем более, что на базе последних начали создаваться различные средства автоматизации конструкторских работ.

Второе направление в создании САПР на базе АРМов следует признать более прогрессивным по многим аспектам, главные из которых следующие: во-первых, процесс проектирования не зависит от выхода из строя одного из рабочих мест, как это имеет место в системах первого направления, где выход из строя основной ЭВМ практически срывает весь процесс проектирования; во-вторых, независимая обработка данных избавляет конструктора от потерь времени, связанных с выполнением задания другого конструктора, упрощает управление процессом проектирования. Программное обеспечение САПР относится к наиболее сложным программным системам, созданным к настоящему времени.

Языки проектирования имеют две функции: познавательную и коммуникативную. Познавательная функция используется конструктором при фиксировании отдельных результатов процесса проектирования. С одной стороны, это освобождает его от хранения всей поступающей информации, с другой стороны, позволяет передавать текущие результаты решения проблемы другим конструкторам. Так как проектируемое изделие обычно создается коллективом конструкторов в процессе общения друг с другом, то имеет большое значение коммуникативная функция языка проектирования.

Представление описаний проектируемого изделия, выполняемое с использование языка лингвистики, есть не что иное, как реализация познавательной функции языка проектирования, а осуществление преобразований описаний за счет взаимодействия человека и ЭВМ реализуется в коммуникативной функции. Чем ближе язык диалогового проектирования САПР к естественному языку, тем большими возможностями располагает проектировщик при создании нового изделия.

 

Для перехода назад, оцените статью!

 Ник:

Отлично (+3)Хорошо (+2)Нормально (+1)Сойдёт (0)Так себе (-1)Ерунда (-2)Фигня (-3)

 

Хостинг от uCoz

Автоматизированное проектирование – Энциклопедия Нового Света

«CAD» и «CADD» перенаправляются сюда.

Вид сбоку на четырехцилиндровый рядный коленчатый вал с поршнями.

Компьютерное проектирование (САПР) – это использование компьютерных технологий для помощи в проектировании и черчении (черчение включает в себя создание технических или инженерных чертежей и является поддисциплиной промышленного искусства, которая лежит в основе технических усилий) практический продукт или художественное творение. Это одновременно и визуальный, и символьный метод коммуникации, полезный инструмент для инженеров, архитекторов, художников и чертежников.

Содержание

• 1 Обзор возможностей
  • 1.1 Характеристики
  • 1.2 Разработка цифровых продуктов
• 2 Программные технологии
• 3 Аппаратные средства и технологии ОС
• 4 Использование САПР
• 5 Эффекты САПР
• 6 См. также
• 7 Каталожные номера
• 8 Внешние ссылки
• 9 кредитов

Текущие программные пакеты САПР варьируются от двухмерных (2D) векторных систем черчения до трехмерных (3D) твердотельных и поверхностных моделей. Современные пакеты САПР часто допускают вращение в трех измерениях, так что спроектированный объект можно рассматривать под любым желаемым углом, даже если смотреть изнутри наружу. САПР стала особенно важной технологией в рамках компьютерных технологий с такими преимуществами, как более низкие затраты на разработку продукта и значительно сокращенный цикл проектирования. CAD позволяет дизайнерам планировать и разрабатывать работу на экране, распечатывать ее и сохранять для редактирования в будущем, экономя время на своих чертежах. Некоторое программное обеспечение САПР способно к динамическому математическому моделированию, и в этом случае оно может продаваться как 9.0011 CADD для «автоматизированного проектирования и черчения».

Пример технического чертежа САПР.

Моделирование обтекания двигателя воздушным потоком

Обзор возможностей

САПР используется при проектировании инструментов и механизмов, используемых при производстве компонентов, а также при проектировании и проектировании всех типов зданий, от небольших жилых домов (дома ) до крупнейших торгово-промышленных структур (больниц и заводов).

CAD в основном используется для детального проектирования 3D-моделей и/или 2D-чертежей физических компонентов, но также используется на протяжении всего процесса проектирования, от концептуального проектирования и компоновки изделий до прочностного и динамического анализа сборок до определения методов производства. компонентов.

Особенности

Некоторые функции современных САПР включают:

• Твердое моделирование
• Создание инженерных чертежей из твердотельных моделей
• Моделирование поверхностей произвольной формы
• Автоматизированное проектирование сборок, представляющих собой наборы деталей и/или других сборок
• Повторное использование компонентов дизайна
• Простота изменения конструкции модели и производство нескольких версий
• Автоматическая генерация стандартных компонентов конструкции
• Валидация/верификация проектов в соответствии со спецификациями и правилами проектирования
• Моделирование конструкций без создания физического прототипа
• Производство инженерной документации, такой как производственные чертежи и спецификации, необходимые для создания продукта
• Подпрограммы импорта/экспорта для обмена данными с другими программными пакетами
• Вывод проектных данных непосредственно на производственные предприятия
• Вывод непосредственно на машину быстрого прототипирования или быстрого производства промышленных прототипов
• Ведение библиотек деталей и сборок
• Расчет свойств деталей и узлов
• Улучшение визуализации с помощью затенения, поворота, удаления скрытых линий и т. д.
• Включение программного кода в модель для контроля и связывания желаемых атрибутов модели

Разработка цифровых продуктов

CAD является частью всей деятельности по разработке цифровых продуктов (DPD) в рамках процесса управления жизненным циклом продукта (PLM). Таким образом, он используется вместе с другими инструментами, которые могут быть интегрированными модулями или отдельными продуктами. Примеры:

• Компьютерное проектирование (CAE) и анализ методом конечных элементов (FEA)
• Автоматизированное производство (CAM), включая инструкции для станков с ЧПУ с числовым программным управлением
• Фотореалистичная визуализация
• Управление документами и контроль версий с помощью Product Data Management (PDM)
• Сравнение программного обеспечения CAD

Программные технологии

CAD-модель мыши.

Первоначально программное обеспечение для CAD-систем разрабатывалось с помощью компьютерного языка, такого как Fortran, но с развитием методов объектно-ориентированного программирования это радикально изменилось. Типичные современные системы моделирования на основе параметрических признаков и поверхностей произвольной формы построены на основе ряда ключевых модулей языка программирования C с собственными интерфейсами прикладного программирования (API). Систему САПР можно рассматривать как построенную на основе взаимодействия графического пользовательского интерфейса (GUI) с геометрией NURBS и/или данными граничного представления (B-rep) через ядро ​​геометрического моделирования. Механизм ограничений геометрии также может использоваться для управления ассоциативными отношениями между геометрией, например, каркасной геометрией в эскизе или компонентами в сборке.

Неожиданные возможности этих ассоциативных отношений привели к новой форме прототипирования, называемой цифровым прототипированием. В отличие от физических прототипов, которые влекут за собой затраты времени и материалов на изготовление, цифровые прототипы позволяют проверять дизайн и тестировать его на экране, ускоряя время выхода на рынок и снижая затраты. По мере развития технологий CAD перешел от инструмента документирования (представляющего проекты в графическом формате) к более надежному инструменту проектирования, помогающему в процессе проектирования.

Оборудование и технологии ОС

Сегодня большинство компьютеров САПР представляют собой ПК на базе Windows. Некоторые CAD-системы также работают на одной из операционных систем Unix и на Linux. Некоторые CAD-системы, такие как QCad или NX, обеспечивают многоплатформенную поддержку, включая Windows, Linux, UNIX и Mac OS X.

Как правило, никакой специальной базовой памяти не требуется, за исключением высокопроизводительной видеокарты на базе OpenGL. Однако для разработки сложных продуктов рекомендуются машины с высокоскоростными (и, возможно, несколькими) процессорами и большим объемом оперативной памяти. САПР была приложением, которое выиграло от установки числового сопроцессора, особенно в первых персональных компьютерах. Человеко-машинный интерфейс обычно осуществляется с помощью компьютерной мыши, но также может осуществляться с помощью пера и графического планшета. Манипулирование видом модели на экране также иногда осуществляется с помощью мыши-космоса/SpaceBall. Некоторые системы также поддерживают стереоскопические очки для просмотра 3D-модели.

Использование САПР

САПР — это важный инструмент, который по-разному используется инженерами и дизайнерами. Его использование зависит от профессии пользователя и типа рассматриваемого программного обеспечения. Каждый из различных типов CAD-систем требует, чтобы оператор по-разному думал о том, как он или она будет их использовать, и он или она должен проектировать свои виртуальные компоненты по-разному для каждого из них.

Существует много производителей недорогих 2D-систем, включая ряд бесплатных программ с открытым исходным кодом. Они обеспечивают подход к процессу рисования без всей суеты по поводу масштаба и размещения на чертежном листе, которые сопровождали ручное черчение, поскольку их можно настроить по мере необходимости во время создания окончательного проекта.

3D-каркас в основном представляет собой расширение 2D-черчения. Каждая линия должна быть вручную вставлена ​​в чертеж. Конечный продукт не имеет связанных с ним массовых характеристик и не может иметь непосредственно добавленных к нему элементов, таких как отверстия. Оператор подходит к ним аналогично 2D-системам, хотя многие 3D-системы позволяют использовать каркасную модель для создания окончательных видов инженерного чертежа.

3D “глупые” тела (программы, использующие эту технологию, включают AutoCAD и Cadkey 19) создаются аналогично манипуляциям с реальными объектами слова. К базовым трехмерным геометрическим формам (призмам, цилиндрам, сферам и т. д.) добавляются или вычитаются твердые объемы, как если бы они собирали или вырезали объекты реального мира. Двухмерные проекции могут быть легко созданы из моделей. Базовые 3D-тела обычно не содержат инструментов, позволяющих легко разрешать движение компонентов, устанавливать ограничения на их движение или определять пересечения между компонентами.

Трехмерное параметрическое твердотельное моделирование (программы, использующие эту технологию, включают NX, комбинацию UniGraphics и IDeas, Autodesk Inventor, Alibre Design, TopSolid, T-FLEX CAD, SolidWorks и Solid Edge) требуют, чтобы оператор использовал то, что называется «дизайнерский замысел». Создаваемые объекты и функции настраиваются. Любые будущие модификации будут простыми, сложными или почти невозможными, в зависимости от того, как была создана исходная деталь. Нужно думать об этом как о представлении компонента в «идеальном мире». Если элемент предполагалось расположить из центра детали, оператору необходимо расположить его из центра модели, а не, возможно, из более удобного края или произвольной точки, как он мог бы при использовании «тупого» твердые вещества. Параметрические тела требуют от оператора тщательного рассмотрения последствий своих действий. То, что может быть самым простым сегодня, может оказаться худшим завтра.

Некоторые программные пакеты позволяют редактировать параметрическую и непараметрическую геометрию без необходимости понимания или отмены истории проектных замыслов геометрии с помощью функций прямого моделирования. Эта возможность может также включать в себя дополнительную возможность определения правильных взаимосвязей между выбранной геометрией (например, касание, концентричность), что делает процесс редактирования менее трудоемким и трудоемким, освобождая инженера от бремени понимания истории замысла модели. . Такие системы, не основанные на истории, называются Explicit Modellers. Первая система явного моделирования была представлена ​​в конце XIX в.80-х годов, компанией Hewlett-Packard, и получил название SolidDesigner. За ним последовало множество более поздних версий.

Эскизные виды можно легко создать из моделей. Сборки обычно включают в себя инструменты для представления движений компонентов, установки их пределов и выявления помех. Наборы инструментов, доступные для этих систем, постоянно расширяются; включая пакеты для проектирования 3D трубопроводов и пресс-форм для литья под давлением.

Программное обеспечение среднего уровня облегчало интеграцию параметрических твердых тел для конечного пользователя: интеграция более интуитивно понятных функций (SketchUp), использование лучшего из обоих миров с трехмерными простыми телами с параметрическими характеристиками (VectorWorks) или создание очень реалистичных сцен в относительно несколько шагов (Cinema4D).

Топовые системы позволяют включать в дизайн более органичные, эстетичные и эргономические функции (Catia, GenerativeComponents). Моделирование поверхностей произвольной формы часто сочетается с твердыми телами, что позволяет дизайнеру создавать продукты, которые соответствуют форме человека и визуальным требованиям, а также взаимодействуют с машиной.

Эффекты САПР

Начиная с конца 1980-х, разработка легкодоступных программ САПР, которые можно было запускать на персональных компьютерах, положила начало тенденции к массовому сокращению отделов чертежей во многих малых и средних компаниях. Как правило, один оператор САПР может легко заменить от трех до пяти чертежников, использующих традиционные методы. Кроме того, многие инженеры начали выполнять свои собственные чертежные работы, что еще больше устранило необходимость в традиционных отделах чертежей. Эта тенденция отражала тенденцию к устранению многих офисных работ, традиционно выполняемых секретарем, поскольку текстовые процессоры, электронные таблицы, базы данных и т. д. стали стандартными программными пакетами, которые должен был изучить «каждый».

Другим последствием было то, что, поскольку последние достижения часто были довольно дорогими, малые и даже средние фирмы часто не могли конкурировать с крупными фирмами, которые могли использовать свои вычислительные преимущества в конкурентных целях. Однако сегодня стоимость аппаратного и программного обеспечения снизилась. Даже высококачественные пакеты работают на менее дорогих платформах, а некоторые даже поддерживают несколько платформ. Затраты, связанные с внедрением CAD, теперь в большей степени зависят от затрат на обучение использованию этих высокоуровневых инструментов, затрат на интеграцию CAD/CAM/CAE PLM с использованием корпоративных сред с несколькими CAD и многоплатформенными средами, а также затрат изменения рабочих процессов проектирования, чтобы использовать все преимущества инструментов САПР.

Поставщики САПР эффективно предоставляют инструменты для снижения затрат на обучение. Эти инструменты работали в трех областях САПР:

1. Улучшенный и упрощенный пользовательский интерфейс. Это включает в себя наличие настраиваемых пользовательских интерфейсов для конкретных «ролей», через которые команды представляются пользователям в форме, соответствующей их функциям и опыту.
2. Усовершенствования прикладного программного обеспечения. Одним из таких примеров является улучшенное проектирование в контексте благодаря возможности моделировать/редактировать компонент проекта в контексте большого, даже мульти-CAD, активного цифрового макета.
3. Опции моделирования, ориентированные на пользователя. Это включает в себя возможность освободить пользователя от необходимости понимать историю замысла разработки сложной интеллектуальной модели.

См. также

• Компьютер
• Автоматизированное производство
• Программное обеспечение

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Амруш, Фарид М. 2004. Принципы автоматизированного проектирования и производства, 2-е изд. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон/Прентис Холл. ISBN 0130646318.
• Фарин, Джеральд Э., Йозеф Хошек и Мён Су Ким. 2002. Справочник по автоматизированному геометрическому проектированию. Амстердам: Эльзевир. ISBN 0444511040.
• Калай, Иегуда Э. 2004. Новые медиа архитектуры: принципы, теории и методы автоматизированного проектирования. Кембридж, Массачусетс: MIT Press. ISBN 0262112841.
• Люптов, Ричард М. 2008. Графические концепции для автоматизированного проектирования, 2-е изд. ESource — инженерный источник Prentice Hall. Река Аппер-Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл. ISBN 978-0132229876.

Внешние ссылки

Все ссылки получены 16 марта 2017 г.

• АКАДИЯ. Ассоциация автоматизированного проектирования в архитектуре.
• Степень CAD / автоматизированного проектирования онлайн.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света авторов и редакторов переписали и дополнили статьи Википедии в соответствии со стандартами New World Encyclopedia . Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с надлежащим указанием авторства. Кредит должен соответствовать условиям этой лицензии, которая может ссылаться как на Энциклопедия Нового Света участников и самоотверженных добровольных участников Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних вкладов википедистов доступна исследователям здесь:

• Компьютерный дизайн  ^{история}

История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

• История «Системы автоматизированного проектирования»

Примечание. На использование отдельных изображений, лицензированных отдельно, могут распространяться некоторые ограничения.

Что такое автоматизированное проектирование (CADD)?

CADD профессиональный

от YTI

23 марта 2021 г.

Задумывались ли вы когда-нибудь, что на самом деле входит в строительство зданий или производство автомобилей? Есть сотни компонентов, но в самом начале всего этого есть план, дизайн и, возможно, кто-то за экраном, использующий программное обеспечение для автоматизированного проектирования. Компьютерное черчение и проектирование или CADD – это использование программного обеспечения для рисования и проектирования физических компонентов или процессов компоновки. Это важная часть многих отраслей, включая архитектуру и инженерию, потому что она дает точные инструкции о том, как что-то должно быть сделано.

Преимущества автоматизированного проектирования

До эпохи компьютеров чертежникам и дизайнерам приходилось рисовать чертежи или создавать модели вручную. На это уходило много времени и усилий, и не всегда было легко редактировать или совместно работать над дизайном. Теперь вы можете использовать компьютерное программное обеспечение, такое как AutoCAD или Revit, для создания 2D- и 3D-проектов. Вы можете рисовать фигуры и линии, копировать и редактировать содержимое, а также рассчитывать точные размеры с помощью программного обеспечения CADD. Вы также можете сохранять и дублировать свои проекты, отправлять их на 3D-принтер для производства или даже делиться ими через облако с другими членами вашей команды.

Эффективность автоматизированного проектирования экономит время и деньги. С помощью CADD вы можете вносить все свои изменения и ошибки на этапе проектирования. Вы также можете точно оценить виды и количество используемых материалов или продолжительность времени изготовления, а значит, вы не перерасходуете свой бюджет.

Как используется автоматизированное проектирование?

Автоматизированное проектирование используется в нескольких отраслях, а именно в архитектуре и машиностроении. Этим отраслям нужны чертежники, которые могут взять свои концепции и воплотить их с помощью компьютерного проектирования. Для чего они используют компьютерный дизайн?

• Архитектура: Компьютерное проектирование используется для создания чертежей и планов этажей для архитекторов. На этих чертежах указаны точные размеры того, как должно быть построено здание и каждая комната. Они также включают инструкции по электропроводке и сантехнике. Их также можно использовать для визуализации того, как будет выглядеть здание после его завершения.
• Машиностроение: Применение автоматизированного проектирования в машиностроении широко. Он может использоваться инженерами-строителями для проектирования мостов или дорог. Он может использоваться инженерами-механиками для проектирования деталей автомобиля или самолета, а также может давать инструкции о том, как эти детали должны быть изготовлены. Инженеры-электрики также используют автоматизированное проектирование для создания более эффективных электрических систем.

Другие отрасли промышленности также полагаются на автоматизированное проектирование. Дизайнеры интерьера будут использовать планы этажей, чтобы представить, как можно спроектировать или украсить комнату. Градостроители могут использовать CADD для анализа земельных участков и того, как их следует развивать или благоустраивать. Художники могут даже использовать CADD для создания рисунков или эскизов скульптур, прежде чем они начнут лепить глину.

 

Компьютерное проектирование затрагивает так много аспектов нашего повседневного мира, что его трудно измерить. Ваш телефон, вероятно, был разработан с помощью CADD, и автомобиль, которым вы управляете, вероятно, был произведен с его помощью. Представьте что-то, что соответствует современному миру, а затем представьте себе CADD. Если вам нравятся технологии и вы хотите сделать карьеру, которая будет иметь влияние, вы можете стать отличным кандидатом на карьеру драфтера.

В YTI Career Institute в Пенсильвании мы предлагаем программу компьютерного черчения и дизайна, которая поможет вам приобрести навыки и знания, необходимые для карьеры в этой полезной области. Заполните форму, чтобы узнать больше.

Готовы ли вы к карьерному обучению?

Определите цели, личные сильные стороны и важные факты о вашей потенциальной карьере, чтобы вы могли принять обоснованное решение о своем будущем.