Кад системы: Современная CAD система – что это, список самых популярных программ автоматизированного проектирования

Что такое CAD и САМ?

Сегодня для достижения успеха на рынке промышленное предприятие вынуждено работать над сокращением срока выпуска продукции, снижением ее себестоимости и повышением качества. Стремительное развитие компьютерных и информационных технологий привело к появлению CAD/CAM/CAE-систем, которые являются наиболее продуктивными инструментами для решения этих задач.

Под CAD-системами (computer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) понимают программное обеспечение, которое автоматизирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компьютера.

САМ-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) автоматизируют расчеты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ и обеспечивают выдачу управляющих программ с помощью компьютера.

САЕ-системы (computer-aided engineering – компьютерная поддержка инженерных расчетов) предназначены для решения различных инженерных задач, например для расчетов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчетов гидравлических систем и механизмов.

Развитие CAD/CAM/CAE-систем продолжается уже несколько десятилетий. За это время произошло некоторое разделение, или, точнее, «ранжирование» систем на уровни. Появились системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Системы верхнего уровня обладают огромным набором функций и возможностей, но с ними тяжелее работать. Системы нижнего уровня имеют довольно ограниченные функции, но очень просты в изучении. Системы среднего уровня – это «золотая середина». Они обеспечивают пользователя достаточными для решения большинства задач инструментами, при этом не сложны для изучения и работы.

Как выбрать CAD-систему. Какие бывают CAD-системы

Когда у человека появляется необходимость освоить 3D моделирование и начать создавать трехмерные модели, то он невольно сталкивается с проблемой выбора программного обеспечения (ПО) для решения своих задач. На сегодняшний день на рынке существует огромный выбор ПО, отличающегося по своему функционалу. Оно может быть платным или бесплатным, требующим установки на компьютер или расположенным на серверах производителей и работающим непосредственно в окне браузера. В наше время каждый может использовать для построения 3D моделей свой смартфон или планшет. Существуют неплохие приложения для моделирования на android и ios. Все это разнообразие называется одной общей аббревиатурой САПР (системы автоматизированного проектирования). Ближайшей по смыслу английской аббревиатурой можно назвать CAD-systems (computer-aided design), но все же понятие CAD является лишь малым подпунктом такого определения как САПР.

Также следует упомянуть часто используемые английские аббревиатуры CAM-system (Computer-aided manufacturing, автоматизированная система подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ) и CAE-system (Computer-aided engineering, автоматизированная система для проведения расчётов, анализа и симуляции физических процессов). Эти типы систем могут являться как самостоятельными программами (например CAM-система Power Mill или CAE-система Ansys) так и быть одним из модулей САПР (модуль SolidCAM в системе SolidWorks или Inventor).

Перед тем как мы начнем обсуждать существующие категории САПР, поговорим о трех основных способах моделирования. Базовые различия между ними обязательно нужно знать начинающему пользователю для правильного выбора ПО. Различают твердотельное, поверхностное и полигональное моделирование. Каждый из трех способов имеет свои преимущества и недостатки, лучше подходит для решения одних задач и хуже (а порой и вовсе не подходит) для решения других.

Твердотельное моделирование – это идеальный инструмент для создания параметрических моделей, где нам нужно контролировать размеры каждого элемента, иметь возможность легко их редактировать, определять зависимости между элементами, чтобы при изменении одного из них автоматически происходило изменение других. Весь инструментарий твердотельного моделирования сводится к различным способам вытягивания трехмерных элементов (по прямой, по кривой, по сечениям, тело вращения и т.д.), булевым операциям (сложение, вычитание и пересечение объектов) и построениям скруглений и фасок. Этим способом можно без проблем создавать модели относительно простой формы, которой обычно обладают детали из области машиностроения.

ПРИМЕРЫ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Поверхностное моделирование хорошо подходит для описания сложных криволинейных форм. С его помощью создаются модели различных бытовых приборов, изогнутых корпусов, кузовов, элементов зданий и т.д. Сложную форму изделия чаще всего невозможно описать одной поверхностью, поэтому конечные модели состоят из множества поверхностей. Важным аспектом поверхностного моделирования является возможность создания гладких поверхностей и качественного сопряжения их между собой. Поверхности могут сопрягаться с различным типом непрерывности (G1, G2, G3, G4). Непрерывность характеризует плавность перехода от одной поверхности к другой. Основная сфера применения этого способа моделирования – промышленный дизайн.

ПРИМЕРЫ ПОВЕРХНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Полигональное моделирование лучше всего подходит для создания моделей с очень высокой степенью детализации. Такие модели используются в мебельном производстве, ювелирном деле, киноиндустрии, игровой индустрии, сувенирной продукции, рекламе и т.д. К ним можно отнести сложные орнаменты, узоры, персонажей (людей, животных, монстров и т.д.), одежду и др. Например, средствами твердотельного или поверхностного моделирования будет невероятно сложно построить 3D модель человека, детализация которой позволит отобразить в ней все самые мелкие элементы, вплоть до морщин и пор на коже. Полигональное моделирование легко справится с этой задачей.

ПРИМЕРЫ ПОЛИГОНАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Все эти три способа моделирования могут комбинироваться и дополнять друг друга. Многие САПР, в той или иной степени, позволяют это делать, но для полноценного использования всех преимуществ каждого способа многие специалисты используют несколько программных пакетов в своей работе. Важно помнить, что любая твердотельная модель может быть легко конвертирована в поверхностную или полигональную. Поверхностная модель также может быть конвертирована в твердотельную (при условии что она описывает замкнутый объем) или полигональную. А вот полигональная модель не может быть конвертирована в твердотельную или поверхностную, хотя это особенно востребовано в обратном инжиниринге. Для этой задачи имеется различное специализированное программное обеспечение, позволяющее воссоздавать поверхностные или твердотельные модели по полигональным, полученным, например, в результате 3d сканирования.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) подразделяются на несколько категорий в зависимости от своего функционала. Самой распространенной классификацией является их деление на системы нижнего, среднего и верхнего уровней. Часто еще говорят легкие, средние и тяжелые САПР. Проблема в том, что при упоминании такой классификации чаще всего называют только лишь машиностроительные системы, т.к. они наибольшим образом подходят под определение САПР. Мы же не обойдем стороной и остальные системы, которые используются в дизайне, архитектуре, стоматологии, киноиндустрии и т.д. В связи с этим, я отнесу все три вышеупомянутых подвида систем к первой категории САПР (машиностроительные САПР).

Итак, коротко о первой категории САПР:

Системы нижнего уровня предназначены для 2D-проектирования и черчения. В них, как правило, есть возможность создавать отдельные трехмерные модели, но нет полноценного инструментария для работы со сборочными единицами. К таким системам можно отнести AutoCAD, BricsCAD, VersaCAD.

Системы среднего уровня покрывают больший спектр задач. Наряду с созданием 3D моделей, сборочных единиц, чертежей и документооборота, в них можно проводить различные инженерные расчеты (прочностные, температурные, расчеты связанные с жидкостными и газовыми потоками и многое другое). Кроме того, системы среднего уровня могут обладать множеством встроенных модулей для решения специализированных задач – автоматизации проектирования электрических, гидравлических и прочих вспомогательных систем, автоматизации проектирования пресс-форм, работы с листовыми материалами и т.д. Часто в подобные системы интегрируется модуль подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM-система). САПР среднего уровня пользуются наибольшим спросом на рынке т.к. решают подавляющее число инженерных задач. В качестве примера можно привести Inventor, SolidWorks, SolidEdge, Компас 3D, T-Flex.

Системы верхнего уровня охватывают самый внушительный спектр инженерных задач, включают встроенные подсистемы инженерного анализа (CAE) и подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ и промышленных манипуляторов (CAM), подсистемы для обратного инжиниринга, аддитивного производства и многие другие специализированные средства разработки. С помощью тяжелых САПР можно создавать очень ресурсоемкие сборки, состоящие из десятков тысяч деталей (авиастроение, кораблестроение и др.). Эти САПР могут быть интегрированы с подсистемой управления инженерными данными (PDM – Product Data Management), способной охватить целое предприятие. Одной из целей PDM-систем является обеспечение возможности групповой работы над проектом, когда группа людей одновременно трудится над одним заданием и совместно использует необходимые для этого данные. Исходя из этого, подобные САПР наиболее громоздки, сложны в работе, имеют значительную стоимость и больше всего подходят для крупных предприятий. К системам высокого уровня относятся Siemens NX, CATIA от Dassaut Systemes , PTC Creo.

Как было сказано в начале статьи, существуют САПР, которые не требуют установки на компьютер (“облачные” САПР), а работают прямо в окне браузера или через специальное приложение. Преимущество таких систем заключается в том, что их можно использовать даже на слабых компьютерах, так как вся вычислительная нагрузка ложится на сервера, где базируется эта система. Кроме того, все данные при работе в таких системах можно хранить в “облаке” и иметь доступ к ним в любое время и с любого устройства (ПК, телефон, планшет). В качестве примера можно привести такие системы как Autodesk Fusion 360 (бесплатна для студентов) и Onshape. По уровню функционала их можно отнести к средним САПР.

Наибольший интерес для пользователей чаще всего представляют САПР среднего и верхнего уровня. Подобным системам присуща высокая степень параметризации. Сама концепция моделирования в них предполагает создание эскизов в строго определенных плоскостях. Элементы эскизов при этом имеют различные ограничения и взаимосвязи между собой, размеры определяют конечный вид эскиза, а изменение размеров ведет к его автоматическому перестроению. Эскизы, в свою очередь, служат основой для построения трехмерных элементов. Вся история построений сохраняется в навигаторе операций и всегда находится на виду у пользователя, что позволяет ему быстро вносить какие-либо изменения на любом этапе моделирования и вся модель будет автоматически перестраиваться в соответствии с этими изменениями.

Основные способы моделирования для этой категории систем – твердотельный (на первом месте) и поверхностный. Имеются инструменты для работы с полигональными моделями, но они достаточно ограничены.

Вторая категория САПР:

Ко второй категории относятся системы для промышленного дизайна. Преимущественным способом работы в них является поверхностное моделирование . Эти системы не имеют такой высокой степени параметризации, как вышеописанные САПР. Работа происходит в более свободном стиле, без задания различных ограничений, взаимосвязей и образмеривания (хотя в некоторых случаях эта возможность имеется). Размеры для всех элементов определяются непосредственно при построении каждого из них, а не после наброски общего вида эскиза. Что касается самих эскизов, то их создание происходит относительно активной системы координат без жесткой привязки к какой-либо конкретной плоскости. История построений не сохраняется. Эти системы менее громоздки и более удобны для решения задач, связанных с промышленным дизайном (бытовые приборы, элементы наземного, водного и воздушного транспорта, мебель, интерьеры, посуда, архитектура и т.д.). В качестве примера подобных систем можно привести Autodesk Alias, Rhinoceros 3D, PowerShape, IcemSurf, SolidThinking и др.

Третья категория САПР:

К третьей категории САПР я отнесу программное обеспечение, направленное на решение узкоспециализированных задач. Среди прочих можно отметить такие специализированные системы как Autodesk Crispin ShoeMaker – для проектировщиков обуви (в настоящее время программа не поддерживается разработчиками). Autodesk Revit, ArchiCAD – для архитекторов. DentalCAD от EGS и другие – для стоматологов. Matrix и MatrixGold от Gemvision (на базе Rhinoceros), RhinoGold – для ювелиров и т.д.

Четвертая категория САПР:

Четвертая категория – это системы для художественного моделирования, анимации, визуализации.

Если немного более подробно изучить определения САПР и CAD, то мы обнаружим, что названные мной далее системы не относят к этим понятиям, делая упор на такие возможности САПР, как создание чертежей, ведение проектной документации, проведение инженерных расчетов, создание управляющих программ для станков с ЧПУ и т.д. В ГОСТе, определяющем понятие САПР, говорится: “САПР – организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП)”. При подробном знакомстве с этим ГОСТом мы узнаем, что в САПР входит много разных компонентов и это не только программное обеспечение. Суть в том, что даже на уровне программного обеспечения для покрытия всего перечня решаемых задач, в большинстве случаев требуется использование нескольких программных пакетов (за исключением тяжелых САПР). И только в комплексе все это можно будет назвать полноценной системой автоматизированного проектирования. Ничто не мешает нам дополнить тот же инженерный инструментарий программами из этой категории и использовать их в качестве инструмента в общем комплексе средств, так как решение некоторых инженерных задач в них можно выполнять намного эффективней, чем в классических САПР.

Основным инструментом систем четвертой категории является полигональное моделирование, которое проще всего позволяет манипулировать формой изделия. В этом случае модели состоят из множества полигонов и чем более мелкие детали мы хотим отобразить в модели, тем больше этих полигонов нам нужно.

В отличии от САПР нижнего, среднего и верхнего уровней, в этих системах нам не требуется так явно контролировать размеры всех элементов и зависимости между ними. Обычно достаточно определить габаритные размеры и пропорции модели. Параметризация в таких программах проявляется немного по-другому и об этом мы упомянем ниже. Системами этой категории являются Autodesk 3ds Max, Autodesk Maya, Cinema 4d, Modo, Blender (бесплатное ПО) и т.д. Сюда же можно отнести программное обеспечение, специализирующееся на цифровом скульптинге (цифровой лепке) – ZBrush, 3D Coat, Mudbox, Sculptris (бесплатное ПО), SculptGL (работает в окне браузера, можно попробовать прямо сейчас).

Многие системы этой категории имеют возможность создания моделей и анимации на основе симуляции физических процессов (воздействие силы тяжести, ветра, симуляция разрушений, движения частиц и т.д.). В качестве интересного примера на эту тему можно привести программы для моделирования одежды, где модели являются результатом одного из видов такой симуляции – Marvelous Designer, CLO3D, Optitex PDS и т.д.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ОДЕЖДЫ В MARVELOUS DESIGNER

Возможности некоторых видов симуляций могут стать хорошим инструментом для решения научных задач. Смотреть пример.

ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В МАГНЕТРОНЕ

Есть во всей этой категории программ и большие возможности для параметризации, которая появилась в них благодаря внедрению визуальной среды программирования. В этой среде мы имеем возможность создавать объекты, присваивать им различные свойства, связывать эти объекты и свойства между собой и воздействовать на них в режиме реального времени, посредством так называемых нод. Говоря простым языком, нода – это блок, который хранит в себе какие-либо данные (объекты, свойства, значения) или обрабатывает поступающие данные по определенному алгоритму. Нода может иметь один или несколько входов для поступления данных и выходы для их передачи. Если произвести изменение в какой-либо ноде (указать другое значение или подставить другой объект), то вся цепочка блоков (нод) выполнится с учетом этих изменений. Визуальная среда программирования может содержать в себе сотни готовых нод, которые покрывают весь необходимый функционал. При должных навыках, пользователь имеет возможность дополнять этот функционал своими собственными нодами. Использование визуальной среды программирования еще называют процедурным моделированием. Наиболее ярким представителем системы с такими возможностями, на мой взгляд, является Houdini FX. Для того, чтобы лучше понять и осознать силу такого способа параметризации, достаточно посмотреть видеоролик. На основе процедурной модели, созданной в этом ролике, можно в считанные секунды получать любое количество вариаций декоративной панели и развертку ее послойных элементов для дальнейшего изготовления на фрезерном или лазерном станке с ЧПУ.

Следует отметить что такая среда визуального программирования существует и в других категориях САПР. Что касается ПО для промышленного дизайна (вторая категория), то там имеется очень популярный плагин Grasshopper для программы Rhinoceros 3D. Раньше Grasshopper нужно было скачивать и устанавливать для Rhinoceros 3D отдельно, но эта среда визуального программирования настолько сильно увеличивает возможности программы, что начиная с 6-ой версии Rhino, плагин решили включить в базовый набор программы.

В категории специализированных САПР можно отметить среду визуального программирования Dynamo Studio для системы Revit от Autodesk, а в САПР верхнего уровня (первая категория) это 3D Generative Innovator от Dassault Systemes (работает в окне браузера).

Подводя итоги, можно сказать, что выбор программного обеспечения огромен. Прогресс не стоит на месте и с каждым годом мы можем наблюдать в САПР появление новых инструментов, открывающих дополнительные возможности. Если Вы начинающий пользователь, то надеюсь, что после прочтения этой статьи Вы сможете определиться хотя бы с тем, на какую категорию САПР Вам нужно обратить свое внимание. В статье обозначены все самые популярные программы, а их названия в тексте являются ссылками на официальные сайты разработчиков. На сайтах Вы можете более подробно ознакомиться с соответствующей программой, найти какие-либо обучающие материалы от разработчиков, узнать является ли программа платной или бесплатной и т.д.

С наилучшими пожеланиями!

Автор: Дмитрий Головин &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp &nbsp Наверх

Картотека арбитражных дел.

Нет результатов

По вашему запросу дел не найдено

Рекомендации

Убедитесь, что все слова написаны без ошибок.
Попробуйте использовать другие ключевые слова.
Попробуйте уточнить другой период поиска.

Видеоинструкции по использованию сервиса

Как искать по номеру дела
Как искать по наименованию компании
Как работать с карточкой дела

Запрос на поиск

Вы можете заполнить форму и мы постараемся найти интересующее вас дело.

ФИО: *

E-mail: *

Суд: *

Верховный Суд РФ Высший Арбитражный Суд РФ АС Волго-Вятского округа АС Восточно-Сибирского округа АС Дальневосточного округа АС Западно-Сибирского округа АС Московского округа АС Поволжского округа АС Северо-Западного округа АС Северо-Кавказского округа АС Уральского округа АС Центрального округа 1 арбитражный апелляционный суд 10 арбитражный апелляционный суд 11 арбитражный апелляционный суд 12 арбитражный апелляционный суд 13 арбитражный апелляционный суд 14 арбитражный апелляционный суд 15 арбитражный апелляционный суд 16 арбитражный апелляционный суд 17 арбитражный апелляционный суд 18 арбитражный апелляционный суд 19 арбитражный апелляционный суд 2 арбитражный апелляционный суд 20 арбитражный апелляционный суд 21 арбитражный апелляционный суд 3 арбитражный апелляционный суд 4 арбитражный апелляционный суд 5 арбитражный апелляционный суд 6 арбитражный апелляционный суд 7 арбитражный апелляционный суд 8 арбитражный апелляционный суд 9 арбитражный апелляционный суд АС Алтайского края АС Амурской области АС Архангельской области АС Астраханской области АС Белгородской области АС Брянской области АС Владимирской области АС Волгоградской области АС Вологодской области АС Воронежской области АС города Москвы АС города Санкт-Петербурга и Ленинградской области АС города Севастополя АС Еврейской автономной области АС Забайкальского края АС Ивановской области АС Иркутской области АС Кабардино-Балкарской Республики АС Калининградской области АС Калужской области АС Камчатского края АС Карачаево-Черкесской Республики АС Кемеровской области АС Кировской области АС Коми-Пермяцкого АО АС Костромской области АС Краснодарского края АС Красноярского края АС Курганской области АС Курской области АС Липецкой области АС Магаданской области АС Московской области АС Мурманской области АС Нижегородской области АС Новгородской области АС Новосибирской области АС Омской области АС Оренбургской области АС Орловской области АС Пензенской области АС Пермского края АС Приморского края АС Псковской области АС Республики Адыгея АС Республики Алтай АС Республики Башкортостан АС Республики Бурятия АС Республики Дагестан АС Республики Ингушетия АС Республики Калмыкия АС Республики Карелия АС Республики Коми АС Республики Крым АС Республики Марий Эл АС Республики Мордовия АС Республики Саха АС Республики Северная Осетия АС Республики Татарстан АС Республики Тыва АС Республики Хакасия АС Ростовской области АС Рязанской области АС Самарской области АС Саратовской области АС Сахалинской области АС Свердловской области АС Смоленской области АС Ставропольского края АС Тамбовской области АС Тверской области АС Томской области АС Тульской области АС Тюменской области АС Удмуртской Республики АС Ульяновской области АС Хабаровского края АС Ханты-Мансийского АО АС Челябинской области АС Чеченской Республики АС Чувашской Республики АС Чукотского АО АС Ямало-Ненецкого АО АС Ярославской области ПСП Арбитражного суда Пермского края ПСП Арбитражный суд Архангельской области Суд по интеллектуальным правам

Укажите номер дела, если известен:

Комментарий*

* — поля, обязательные для заполнения

Отправить запрос

Обзор популярных CAD-систем – MegaObzor

За последние годы в проектировании замечен настоящий прорыв. Чертежи и модели перекочевали в виртуальное пространство, процесс обработки данных заметно ускорился, появилось большое количество новых разработок на рынке CAD-систем. Их все можно разделить на две большие группы – зарубежные и отечественные.

Зарубежные разработки

За рубежом системами автоматического проектирования начали пользоваться гораздо раньше. Здесь же разработана классификация CAD-систем – для машиностроения, электроэнергетики, строительства и т.д. Законодателями мод считаются следующие компании:

• Autodesk. Признанный мировой лидер, поставляющий лучшие продукты. Фирму ждал успех после выпуска решения AutoCAD. Для российских потребителей он стал находкой. Популярные продукты для 2D-проектирования предлагает компания «ПОИНТ» – https://www.pointcad.ru/product#prod_2d.
• Unigraphics Solutions. Компания получила огласку после заключения контракта с General Motors. Практически все обзоры CAD-систем разработчики писали с уклоном на автомобилестроительный гигант, поэтому направление обеспечения весьма специфическое.

• IMB ETS. Успехом обязана подконтрольной французской фирме Dassault, выпускающей SolidWorks, CATIA, Deneb, MicroCADAM. Существуют решения практически для всех сфер промышленности.

• PTC. Основная система – Pro/Engineer. В последнее время она претерпела множество обновлений, потому и заслуживает внимания. Есть специальный пакет для судостроительных корпораций.

Обзор CAD-систем отечественного производства

На российском рынке тоже есть достойные игроки. Среди них:

• АСКОН. Популярность КОМПАСА растет заметными темпами. А все потому, что система ориентирована в первую очередь на отечественных разработчиков.

• Интермех. Со своим продуктом Cadmech базирующаяся в Минске фирма постепенно набирает обороты. Из плюсов – хорошо проработанная система заполнения документации.

• Топ Системы. Московский разработчик, подаривший нам T-FLEX CAD, уже давно пересек границы России и начал распространяться в Европе.

Большая часть производителей России работает с системами AutoCAD, КОМПАС и SolidWorks. Остановимся на них подробнее.

AutoCAD

Бесспорный лидер. Для многих AutoCAD является эталоном. Действительно, у программного обеспечения от Autodesk есть ряд преимуществ:

• Богатый набор функций. Большинство новейших разработок сначала появляются здесь.

Простота покупки. Партнерская сеть обширна и общедоступна, а новая лицензионная модель распространения – по подписке, даёт возможность приобрести этот продукт любому потенциальному пользователю (Подробнее можно узнать здесь: https://www.pointcad.ru).

• Техническая поддержка. Актуальные обзоры CAD-системы и ее возможностей всегда в открытом доступе.

• Обновления и расширения. Продукт постоянно развивается и совершенствуется.

• Низкие требования. Один из ключевых факторов. Для работы в AutoCAD не требуются чересчур мощные компьютеры.

КОМПАС

Ни один обзор CAD/CAM-систем в России не обходится без упоминания КОМПАС. И тому есть несколько причин:

• Ориентация на отечественный рынок. Программа разрабатывалась изначально на русском языке, все инструкции доступны для чтения.

• Библиотека ГОСТ. Неоспоримый плюс. Проектировать с готовой библиотекой ГОСТ гораздо удобнее и выгоднее.

• Совместимость версий. Одна из проблем зарубежных систем – чертежи, созданные в старых версиях, скорее всего не откроются в новых. Здесь все гораздо проще и дружелюбнее.

SolidWorks

Система, пользующаяся меньшей популярностью, нежели предыдущие. В основном это связано с высокими требованиями к производительности компьютера. Тем не менее, SolidWorks обладает интуитивно понятным интерфейсом и некоторыми функциями, недоступными среди продуктов других разработчиков.

Выбор в пользу того или иного программного комплекса делается на основе вдумчивого анализа. Большинство задач способен решить AutoCAD, но иногда требуются специфические функции и ориентация на конкретный рынок. В ряде случаев на первый план выходят стоимость и требовательность продукта, его сложность и наличие квалифицированных специалистов.

CAD/CAM — CAD/CAM-системы / Хабр

Современное аддитивное производство в последние годы выросло в геометрической прогрессии с точки зрения того, ЧТО может быть достигнуто. Это уже не метод, позволяющий просто создавать необычные и привлекательные макеты. Фактически, аддитивные технологии открыли возможности для таких видов конструкций и дизайна продукта, которые всего несколько лет назад даже не рассматривались. Теперь мы можем использовать бионический дизайн практически полностью, без ограничений. С помощью аддитивного производства мы можем вырастить изделие практически где угодно; в море на глубине, далеко в космосе, в отдаленных и кризисных зонах.

Это действительно удивительная перспектива.

Аддитивные технологии — это не только возможности, но и новые задачи, новые повышенные требования. Конечная цель процесса аддитивного производства – соответствие требованиям к изделию. И в этом численный анализ должен играть ведущую роль при разработке и совершенствовании конечного продукта.

Чтобы иметь возможность оптимизировать процесс аддитивного производства и производить продукцию высшего качества необходимо объединить усилия всех участников процесса: конструктора, расчётчика и технолога. Это возможно осуществить на платформе 3DEXPERIENCE, на которой построено решение Print to Perform для реализации процесса цифрового аддитивного производства. Данное решение представляет собой сквозной процесс проектирования от создания первых эскизов и 3D моделей до выпуска управляющей программы для станка. Таким образом решение Print to Perform на платформе 3DEXPERIENCE объединяет в себе функционал сразу трех брендов компании DASSAULT SYSTEMES: CATIA, SIMULIA и DELMIA. От бренда CATIA у нас присутствует оптимизация формы и концептуальный вид, исследование альтернативных решений; бренд DELMIA обеспечивает настройку и оптимизацию размещения и ориентации деталей области печати, системы поддержек и создание управляющей программы для станка; бренд SIMULIA обеспечивает качественный прогноз построения детали: напряженно-деформированное состояние и поле температур с сохранением истории по времени, искажения, пористость, остаточные деформации, прогноз микроструктуры и фазовых превращений.

ПРИМЕНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ CAD-СИСТЕМ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ РАБОТ ТЕХНИЧЕСКИХ НАПРАВЛЕНИЙ ПОДГОТОВКИ — НАУЧНОЕ ОБОЗРЕНИЕ: МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

Аннотация: В статье показан процесс применения современных систем инженерного геометрического моделирования при выполнении студентами выпускных квалификационных работ по техническим направлениям подготовки. При этом системы компьютерной поддержки конструирования различных производителей успешно решают поставленные перед ними задачи.

Выпуск: №4 / 2018 (октябрь-декабрь)

УДК: 004.925.84:378.14.015.62

Автор(ы): Борисов Виталий Иванович
кандидат технических наук, доцент, кафедра механизации переработки сельскохозяйственной продукции, институт механики и энергетики, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва»

Борисова Наталья Васильевна
магистрант, институт механики и энергетики, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва»

Страна: Россия

Библиографическое описание статьи для цитирования: Борисов В. И. Применение современных CAD-систем при выполнении выпускных квалификационных работ технических направлений подготовки [Электронный ресурс] / В. И. Борисов, Н. В. Борисова // Научное обозрение : электрон. журн. – 2018. – № 4. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Систем. требования: Pentium III, процессор с тактовой частотой 800 МГц ; 128 Мб ; 10 Мб ; Windows XP/Vista/7/8/10 ; Acrobat 6 х.

В последнее время неоспоримым фактом является важность и эффективность проектирования, изготовления, совершенствования и модернизации любых технологических операций и продуктов с применением компьютерных систем [1]. Автоматизированные компьютерные системы повышают эффективность, значительно изменяя содержательную сторону многих этапов любых технологических процессов, оказывают существенное влияние на способы проектирования, технологию, совершенствование и организацию производства. Особенно это актуально в области применения систем автоматического проектирования (САПР) и, в частности, компьютерного геометрического моделирования [1, 2].

В настоящее время под термином «САПР» подразумевается комплексная автоматизированная система, состоящая из CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM-подсистем [1]. Самыми распространенными и интегрированными в любой процесс производства являются CAD-системы, предназначенные, прежде всего, для решения конструкторских задач и автоматизации оформления проектно-конструкторской документации. Современные универсальные CAD-системы [2] позволяют выполнять как 2D, так и 3D-геометрическое моделирование деталей и сборок и разрабатывать на основе геометрических моделей полный комплект технической документации: чертежи, спецификации, ведомости и т.д. В настоящее время существует ряд специализированных программных CAD-продуктов для компьютерного геометрического моделирования [2], из которых наиболее распространенными являются КОМПАС-3D, SolidWorks, AutoCAD, T—FLEX, SolidEdge, NX и др.

Объемные геометрические модели или 3D-модели в настоящее время являются основой развития компьютерного моделирования в производстве [2]. Создание и использование геометрических моделей деталей и сборок значительно расширяет и упрощает деятельность по автоматизации проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства.

Основная цель создания компьютерных геометрических моделей – это представить изделие в виде реалистически виртуальной модели с возможностью последующей имитации всех этапов ее жизненного цикла. Таким образом, использование CAD-систем позволяет прорабатывать компоновку изделия, проверять увязку габаритных, установочных и присоединительных размеров, оптимизировать ее конструкцию и технологию сборки.

В рамках учебного процесса компьютерное геометрическое моделирование используется при освоении прикладных программ, то есть как объект изучения. Однако при правильном внедрении подсистем САПР, в частности указанных выше CAD-систем, для обучения студентов информационным технологиям проявляется дополнительный «предметный» обучающий эффект от применения компьютерного моделирования, который необходимо развивать и целенаправленно использовать для развития профессиональных способностей.

Непосредственным примером проявления обучающего эффекта от применения систем геометрического моделирования в ходе учебного процесса является итоговая выпускная квалификационная работа технических направлений подготовки, которая имеет своей целью систематизацию, обобщение и закрепление теоретических знаний, практических умений и профессиональных компетенций выпускника, позволяющие выпускнику решать профессиональные задачи.

С целью наглядного представления использования современных систем геометрического моделирования (CAD-систем) в учебном процессе в данной статье показаны примеры их применения при выполнении итоговых выпускных работ в форме бакалаврских работ направления подготовки «Агроинженерия» Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева в 2018 году.

Повышению эффективности и производительности процесса измельчения зерна посвящена работа «Модернизация конструкции вальцового станка для производства муки», в которой произведено усовершенствование конструкции вальцового станка ВМП по следующим характеристикам: усовершенствован механизм привала-отвала и механизм настройки вальцов на параллельность, что позволило точно регулировать расстояние между мелющими вальцами; повышен уровень автоматизации управления вальцовым станком; усовершенствована межвальцовая передача.

Суть модернизации заключалась в замене существующего полуавтоматического механизма привала-отвала станка ВМП на новый автоматический механизм компании Buhler.

Для точного геометрического позиционирования модернизированного механизма привала-отвала мелющих вальцов станка и отработки их взаимодействия с элементами приводов станка посредством использования CAD-системы AutoCAD создана полномасштабная 3D-модель (рис. 1, а, б) вальцового станка ВМП, на основе которой сгенерированы чертежи вальцового станка и механизма привала-отвала мелющих вальцов (рис. 1, в).

Рис. 1. Вальцовый станок ВМП: а) 3D-модель основных узлов, б) 3D-модель системы привала-отвала,  в) сборочный чертеж системы привала-отвала

Использование наиболее распространенной на территории Российской Федерации отечественной, мощной и универсальной системы трехмерного проектирования КОМПАС-3D позволило в работе на тему «Разработка конструкции смесителя комбикормов периодического действия» создать новую конструкцию смесителя комбикормов. Необходимость разработки новой конструкции обусловлена тем, что существующие смесители хотя и обеспечивают требуемую однородность смеси, но имеют высокую удельную энергоемкость. Поэтому создание нового эффективного и простого по конструкции и надежного в эксплуатации бункерного смесителя, является актуальной задачей.

На основе анализа существующих конструкций была разработана и обоснована конструктивно-технологическая схема универсального смесителя комбикормов с неподвижным прямоугольным бункером с одним горизонтально расположенным валом, с установленными на нем восьмью рабочими органами в виде разнонаправленных лопаток принудительного действия.

Для точного геометрического позиционирования основных узлов и механизмов смесителя и отработки их взаимодействия посредством использования системы КОМПАС-3D создана полномасштабная 3D-модель смесителя (рис. 2, а, б), на основе которой сгенерированы чертежи смесителя и мешалки смесителя (рис. 2, в).

Произведены расчеты основных конструктивных параметров смесителя.

В результате получена конструкция смесителя комбикормов периодического действия со следующим техническими характеристиками: производительность – 1500 кг/ч; рабочий объем – 0,4 м³, коэффициент загрузки – 0,75, частота вращения – 0…112 об/мин, мощность электродвигателя – 1,5 кВт.

В работе «Разработка конструкции тестомесильной машины периодического действия» представлен процесс усовершенствования тестоприготовительного оборудования путем его проектирования, которое имеет первостепенное значение в области повышения эффективности производства и роста производительности. Проектирование оборудования позволит значительно интенсифицировать технологические процессы, сократить продолжительность производственных циклов и снизить потери сырья.

Было установлено, что существующие тестомесильные машины периодического действия не удовлетворяют технологическим и эксплуатационным требованиям, таким как качество замеса, удобство обслуживания, низкое энергопотребление и стоимость обслуживания. Следовательно, разработка тестомесильной машины периодического действия с улучшенными технологическими и эксплуатационными показателями является актуальной.

Для реализации процесса разработки тестомесильной машины периодического действия автор провел критический обзор существующих моделей, а именно изучил их функциональные схемы и конструкции. Затем было произведено технико-экономическое обоснование разработки конструкции тестомесильной машины периодического действия.

Рис. 2. Смеситель комбикормов периодического действия: а) 3D-модель смесителя, б) 3D-модель рабочего органа (мешалки), в) сборочный чертеж смесителя

В данном проекте на базе анализа конструкций была разработана и обоснована конструктивно-технологическая схема тестомесильной машины периодического действия с подкатной дежой и двумя приводами. Один привод осуществляет передачу крутящего момента рабочему органу (мешалке). Второй привод осуществляет передачу вращения деже, что интенсифицирует процесс замеса теста.

Для точного геометрического позиционирования основных узлов и механизмов тестомесильной машины и отработки их взаимодействия посредством использования CAD-систем КОМПАС-3D и SolidWorks создана полномасштабная 3D-модель тестомесильной машины (рис. 3, а, б), на основе которой сгенерированы чертежи тестомесильной машины (рис. 2, в). Основные узлы, редуктора, гидроцилиндры, приводы, а также электродвигатели выбирались исходя из имеющихся в базе названных выше CAD-систем параметрических библиотек, что значительно ускорило темпы проектирования.

Произведены расчеты основных конструктивных параметров тестомесильной машины.

В результате получена конструкция тестомесильной машины периодического действия со следующим техническими характеристиками: производительность – 492 кг/ч; рабочий объем – 0,14 м³, частота вращения рабочего органа – 100 об/мин, суммарная мощность двух электродвигателей – 5,5 кВт.

Рис. 3. Тестомесильная машина периодического действия: (а) общий вид, б) разрез  3D-модели, в) спроектированный сборочный чертеж

В заключение следует отметить, что использование систем геометрического моделирования или компьютерной поддержки конструирования при выполнении выпускных квалификационных работ технических направлений подготовки существенно упрощает выполнение данных проектов, позволяя получить при этом необходимые профессиональные знания, умения и навыки, которые будут особенно востребованы, в настоящее время, потенциальными работодателями. Проекты, выполненные при помощи данных систем, являются более презентабельными, информативными и «выигрышными» по сравнению с теми работами, где такие системы не используются.

 

 

 Список использованных источников 

 

1. Что такое CAD, CAM, CAE-технологии? // ProCae.ru: сайт инженерных решений. URL: http://www.procae.ru/articles/15-other/10-wgat-is-it.html (дата обращения: 10.10.2018).
2. Обзор популярных систем автоматизированного проектирования (CAD): официальный сайт компании «ПОИНТ». URL: https://www.pointcad.ru/novosti/obzor-sistem-avtomatizirovannogo-proektirovaniya (дата обращения: 11.10.2018).

 

---

 

Borisov Vitaly

PhD in Engineering sciences, Associate Professor, Department of Mechanization of Processing of Agricultural Products, Institute of Mechanics and Power Engineering, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «National Research Ogarev Mordovia State University»

 

Borisovа Nataliya

undergraduate, Institute of Mechanics and Power Engineering, Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «National Research Ogarev Mordovia State University»

 

THE USE OF MODERN CAD-SYSTEMS IN THE FINAL QUALIFYING PROJECTS AT TRAINING OF TECHNICAL SPECIALISTS

 

The article shows the application process of modern systems of engineering geometric modeling when students of technical specialisations curry the final qualifying works. At the same time computer design support systems of various manufacturers successfully solve their tasks.

 

Key words: modeling, system, application, improvement, modernization, design, model, drawing.

 

© АНО СНОЛД «Партнёр», 2018

© Борисов В. И., 2018

© Борисова Н. В., 2018

CAD-системы (САПР) – системы автоматизированного проектирования

CAD-система (расшифровывается как сomputer-aided design) представляет собой систему автоматизированного проектирования. Позволяет проводить проектные работы посредством компьютерного оборудования. Дополнительное предназначение – создание технологической и конструкторской документации. Сокращение CAD обладает аналогом в русскоязычной среде – САПР. Хотя термин CAD не является полноценным эквивалентом САПР, поскольку согласно государственному стандарту под номером 15971-90 данное буквосочетание служит заменой англоязычного термина «автоматизированное проектирование». Иногда САПР переводится как CAD system либо CAE system.

Согласно иностранным источникам, перечисленные термины являются взаимосвязанными. Например, CAE служит обобщающим понятием применения компьютерных технологий при ведении инженерной деятельности. А термин CAx (расшифровывается как computer-aided technologies) обозначает любую автоматизацию действий посредством компьютерного оборудования.

Цели САПР

Основополагающей целью внедрения САПР является увеличение продуктивности инженерного труда благодаря автоматизации некоторых разновидностей деятельности. Автоматизированное проектирование применяется на нескольких этапах проектирования или подготовки производства. Благодаря существованию САПР получилось достигнуть:

Упрощения проектирования;

Существенного уменьшения сроков работы;

Уменьшения стоимости изготовления;

Поднятия качества спроектированных изделий;

Удешевления испытаний.

Для вводной информации САПР применяются полученные технические знания специалистов. Они позволяют протестировать разработанную конструкцию, внести необходимые изменения и повысить точность результатов. Сегодня САПР представляет собой сборник дополнительного программного обеспечения, устанавливающийся на персональный компьютер. Сюда относятся программные продукты для моделирования и черчения.

Обычно нынешние CAD системы обладают встроенными программными дополнениями для моделирования конструктивных деталей. Также доступно дополнительное программное обеспечение, позволяющее составлять текстовую документацию (например – ведомости, спецификации, чертежи). Точная комплектация варьируется от разработчика ПО.

Классификация САПР по ГОСТ

Современная классификация САПР по российскому государственному стандарту:

• Разновидность проектируемого объекта;
• Степень автоматизации;
• Показатель сложности проектирования;
• Комплексность выполняемых задач;
• Разновидности выпускаемой документации;
• Количество документации;
• Число уровней в техническом обеспечении.

Разновидности САПР по назначению

CAD. Средства автоматизированного проектирования. Рассматриваемая классификация означает средства САПР, позволяющие визуализировать трехмерные или двухмерные конструктивные элементы, писать технологическую документацию и автоматизировать этапы геометрического проектирования.

CADD. Основное предназначение – черчение. Работа осуществляется в специализированном программном обеспечении.

CAGD. Представляет собой средства геометрического моделирования.

CAE. Набор программных средств, позволяющих симулировать протекание физических процессов и анализировать полученную информацию для инженерных расчетов. Посредством программного обеспечения можно получать динамическое моделирование поведения конструкции в зависимости от внешней среды. CAE помогает оптимизировать спроектированные изделия.

CAA. Разновидность средств CAE, предназначенных для компьютерного анализа.

CAM. Программные средства для технологической подготовки изготовления спроектированных изделий. Помогают оптимизировать управление и программирование станков. Русскоязычным аналогом данного термина является АСТПП. Указанная аббревиатура расшифровывается следующим образом: автоматизированная система технологической подготовки выпуска изделий.

CAPP. Средства планирования и автоматизации различных технологических процессов, проходящих между системами CAD и CAM.

Некоторые перечисленные системы автоматизированного проектирования объединяют решение задач, причисляющихся к разным аспектам автоматизированного проектирования. Они именуются интегрированными или комплексными.

Международная классификация автоматизированных систем

1. Системы для черчения. Датой создания считаются семидесятые годы прошлого столетия. Сегодня продолжают пользоваться успешностью.
2. Системы, позволяющие моделировать трехмерный аналог объекта. Подобное программное обеспечение облегчает многочисленные задачи проектирования и помогает достигнуть повышенного качества итогового результата.
3. Системы, предназначенные для реализации концепции полного электронного описания – EPD. Рассматриваемая технология призвана обеспечивать разработку информационной модели объекта на протяжении всей эксплуатации изделия. Сюда относится реклама, концептуальное проектирование, создание технологической базы, сервисное обслуживание и утилизация.

Расшифровка аббревиатуры САПР

Сегодня сокращение САПР в нынешней технической литературе или учебных пособиях обозначает «Систему автоматизированного проектирования». Впрочем, термин можно расшифровать намного точнее – «Система автоматизации проектных работ». Подобное словосочетание усложнено для человеческого восприятия, поэтому используется намного реже.

Также встречается неправильное толкование термина – «Система автоматического проектирования», так как само слово «автоматический» означает самостоятельную деятельность компьютерной системы без участия оператора. В САПР определенная часть функций возложена на человека. Программное обеспечение выполняет только некоторые математические операции.

Расшифровка «Программное средство для автоматизации проектирования» тоже неверная: она считается узкоспециализированной, невзирая на то, что сегодня САПР зачастую рассматривается в качестве прикладного программного обеспечения для ведения проектной деятельности. Таким образом, в русскоязычных письменных источниках упоминаемое понятие распространяется на многие аспекты автоматизированного проектирования помимо компьютерных программ.

Самые крупные разработчики CAM-систем современности

• PMTC;
• DASTY;
• ADSK;
• UGS;
• SDRC.

Топ-10 лучших программ САПР для всех уровней

Что такое программное обеспечение САПР?

Программное обеспечение, которое вы должны использовать при разработке чего-либо для 3D-печати, полностью зависит от того, что вы пытаетесь сделать. В целом программное обеспечение для 3D-дизайна делится на две категории. Программное обеспечение САПР обычно используется при создании промышленных объектов, таких как механические объекты. С другой стороны, некоторые программы САПР обеспечивают большую свободу творчества, поскольку проекты не должны работать механически, быть функциональными или соответствовать реальному устройству.Исторически программное обеспечение для 3D-моделирования использовалось в анимации фильмов и видеоиграх для создания органических дизайнов. Однако его также можно использовать для создания моделей для 3D-печати.

Здесь мы сосредотачиваемся на программном обеспечении САПР (автоматизированного проектирования) для механических объектов. Программное обеспечение может быть очень специфичным, оно разработано как технический инструмент с функциями в промышленном дизайне, механическом проектировании, архитектуре и таких областях, как аэрокосмическая техника и космонавтика. Модель CAD будет содержать такие данные, как свойства материала, размеры, допуски и информацию о производственном процессе.Кроме того, многие приложения САПР теперь предлагают расширенные возможности рендеринга и анимации для лучшей визуализации дизайна продукта.

Если вы решите создать модель для 3D-печати с помощью САПР, вы можете сохранить модель в формате файла стереолитографии (STL), фактическом формате файлов САПР для аддитивного производства (существуют и другие форматы файлов, специально разработанные для AM).

Список: 10 лучших от новичка до профессионального уровня

У нас также есть список программного обеспечения для 3D, предназначенного исключительно для новичков ЗДЕСЬ.

1. TinkerCAD

TinkerCAD – онлайн-приложение для 3D-дизайна от Autodesk, предназначенное для начинающих. В программе реализована интуитивно понятная концепция построения блоков, позволяющая разрабатывать модели из набора основных форм. Онлайн-программное обеспечение поставляется с библиотекой из миллионов файлов, которые пользователи могут использовать, чтобы находить формы, которые им больше всего подходят, и манипулировать ими по своему желанию. Он также напрямую взаимодействует со сторонними полиграфическими службами. Это довольно упрощенная программа, которая будет иметь ограничения для некоторых проектов.Тем не менее, он предназначен в основном для людей, не имеющих никакого опыта в 3D-моделировании.

– Начальный уровень
– Бесплатно

2. FreeCAD

FreeCAD – это полностью бесплатный инструмент параметрического 3D-моделирования с открытым исходным кодом, который позволяет создавать реальные объекты любого размера. Параметрический компонент упрощает редактирование. Вы можете перейти в историю своей модели и изменить параметры, чтобы получить другую модель. Это программное обеспечение не предназначено для профессиональных целей, но является хорошим средством обучения.Варианты, которые он предлагает, довольно простые, но это хорошая отправная точка, когда у вас нет опыта.

– Начальный уровень
– Бесплатно

3. BlocksCAD

Это программное обеспечение для 3D-моделирования создано специально для образовательных целей, его разработка ведется таким образом, чтобы в дальнейшем каждый мог использовать OpenSCAD, более профессиональное программное обеспечение САПР. Команды для развития предметов и их трансформации представлены цветными блоками, напоминающими всем известные конструкторы LEGO.Код BlocksCAD полностью совместим с OpenSCAD, так что вы можете дать своим моделям последний штрих. Форматы экспорта могут быть OpenSCAD или STL. Чтобы каждый мог научиться использовать программное обеспечение, BlocksCAD имеет канал Youtube с различными учебными пособиями по 3D-моделированию.

– Начальный уровень
– Бесплатно

4. Creo

Creo CAD – один из лидеров рынка в области проектирования изделий, разработанный Parametric Technology Corporation более 30 лет назад.Он объединяет множество функций, таких как тепловое, структурное, динамическое, параметрическое и произвольное создание поверхностей и прямое моделирование. Это законченный инструмент, идеально подходящий для аддитивного производства, который позволит вам выполнять все расчеты размеров при моделировании вашей окончательной идеи. Последняя версия Creo 5.0 была выпущена в 2018 году и отличается улучшенным пользовательским интерфейсом, переработанным для более удобной работы. 30-дневная пробная версия доступна бесплатно.

– Промежуточный уровень
– Одна лицензия стоит 2310 долларов США

5.Фьюжн 360 °

Fusion 360 – это облачная программа 3D CAD. Он уникален в том смысле, что использует всю мощь возможностей для объединения команд дизайнеров для совместной работы над сложными проектами. Преимущество платформы Fusion 360 ° в том, что она хранит всю историю модели, включая все изменения. Он содержит множество вариантов дизайна, включая моделирование произвольной формы, твердое тело и сетку. Он работает на основе ежемесячной подписки. Разработчики также регулярно обновляют функции, улучшая их по мере появления новых выпусков.Он работает на нескольких платформах и позволяет пользователям получать доступ к своей информации где угодно. В опросе i.materialise в 2017 году они заметили скачок популярности программы за последние два года. Многие люди хвалят профессиональные возможности программного обеспечения, удобный интерфейс и рабочий процесс.

– Промежуточный уровень
– Оплата: 60 ​​долларов в месяц или 495 долларов в год
– Бесплатно для студентов, преподавателей и академических учреждений

6.Solidworks

Изданный Dassault Systèmes, он часто используется профессиональными 3D-дизайнерами. Это параметрическая модель на основе признаков. Программное обеспечение включает в себя широкий спектр функций, таких как инструменты проверки конструкции или обратное проектирование. Чаще используется для промышленных объектов. Это довольно практично и подробно. Одна из его особенностей заключается в том, что в отличие от многих других программ, которые имитируют кривые за счет плавно наклонных плоских структур, Solidworks использует систему NURBS. Эта система позволяет создавать очень подробные изгибы.Кроме того, вместо многоугольного моделирования, он использует размерные эскизы, так что изменение размера становится гораздо менее хлопотным. Одним из недостатков, о котором часто говорят пользователи программного обеспечения, является ограниченная возможность импорта файлов .STL. Если вы хотите загружать и редактировать файлы .STL, скорее всего, потребуется дополнительная программа. Формат файла в значительной степени является форматом выходного файла и не предназначен для пост-дизайнерской обработки.

– Профессиональный уровень
– Одна лицензия стоит 3995 долларов США

7.AutoCAD

Программное обеспечение AutoCAD

от Autodesk было одним из первых программ САПР, выпущенных на рынок в 1982 году, что сделало его очень популярным программным обеспечением САПР в различных отраслях. Несмотря на то, что AutoCAD популярен и широко используется, его популярность в сообществе 3D-печати в последнее время снизилась, согласно опросу i.materialise. Многие пользователи отмечают, что, хотя он идеально подходит для 2D-черчения, его не так просто использовать для 3D-моделирования. Действительно, для того, чтобы выйти за рамки простых частей, нужно научиться осваивать макросы и скрипты.Программа предназначена для профессионалов, имеющих опыт алгоритмического программирования моделей. Если у вас есть такие навыки, вы мало что сможете сделать с AutoCAD. 3D-модели можно легко преобразовать в файлы STL для 3D-печати. С 2010 года AutoCAD был выпущен также для мобильных устройств и веб-приложений под названием AutoCAD 360.

– Профессиональный уровень
– От 185 долларов в месяц или 1470 долларов в год
– Бесплатная полнофункциональная версия для загрузки для студентов и преподавателей.

8. CATIA

Решение CATIA CAD исторически разрабатывалось для собственных нужд Dassault Aviation. Это больше, чем просто программное обеспечение САПР, так как это также многоплатформенный программный пакет для САПР, CAM (автоматизированное производство), CAE (автоматизированное проектирование) и многого другого. Он работает на платформе 3DEXPERIENCE от Dassault Systèmes. CATIA вводит новшества в дизайн и опыт продукта, интегрируя различные подходы к проектированию и разработке продукта, позволяя нескольким дисциплинам использовать свои существующие инструменты на всех этапах процесса разработки продукта.Таким образом, программное обеспечение очень полезно для промышленных и творческих дизайнеров, инженеров-механиков и системных архитекторов. CATIA предоставляет среду трехмерного проектирования, которая позволяет онлайн-людям и заинтересованным сторонам обмениваться проектами продуктов и совместно работать над их моделированием.

– Профессиональный уровень
– Начальная цена около 10 000 долларов США

9. OpenSCAD

OpenSCAD – это бесплатное программное обеспечение САПР с открытым исходным кодом, предназначенное для создания твердых 3D-моделей.Подходит для опытных пользователей, ищущих платформу для проработанного проекта. Кроме того, с учетом конструктивной твердотельной геометрии (CSG) и экструзии 2D-контуров это программное обеспечение интуитивно понятно для кодеров / программистов. Он отлично подходит для простых форм, которые уже определены параметрически. Поскольку она полностью основана на языке описания, программа не будет интуитивно понятной для всех.

– Профессиональный уровень
– Бесплатно

10.Носорог

Компания, создавшая это программное обеспечение, позиционирует его как самый универсальный в мире разработчик 3D-моделирования. Это коммерческое программное обеспечение для трехмерной компьютерной графики и САПР. Программа использует точную математическую модель, известную как NURB, которая позволяет манипулировать точками, кривыми, сетками, поверхностями, твердыми телами и многим другим различными способами. Сильной стороной Rhino3D является широкий спектр конструктивных особенностей. Он предлагает большую универсальность при создании сложных 3D-моделей. Однако многие пользователи сообщают, что программное обеспечение сложно изучить, и для его освоения потребуется много практики.Также сообщается, что это не самое точное программное обеспечение для улавливания намерений пользователей. Программное обеспечение доступно для загрузки в различных пакетах на их веб-сайте по разным ценам.

– Профессиональный уровень
– Включает разные пакеты; Rhino 6.0 начинается с 995 евро для Windows и Rhino 5.0 с 695 евро для Mac

.

Не забывайте, что у нас состоится веб-семинар, который состоится 26 февраля , , с сегодняшнего дня вы можете зарегистрироваться бесплатно ЗДЕСЬ.

Был ли этот рейтинг полезен? Дайте нам знать в комментариях ниже или на наших страницах в Facebook и Twitter! Не забудьте подписаться на нашу бесплатную еженедельную рассылку новостей, где все последние новости в области 3D-печати доставляются прямо на ваш почтовый ящик!

Понимание компонентов системы CAD

Программы эффективного автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного производства (CAM) включают в себя следующие основные компоненты: пользовательский интерфейс (UI) и логику приложения.

В свою очередь, прикладная логика самого программного обеспечения CAD / CAM состоит из следующих частей:

• база данных;
• Пакет для 3D визуализации;
• mesher;
• Разработчик 3D-моделей;
• и пакет для перевода 3D-данных.

В этом посте мы рассмотрим конкретные возможности, необходимые для каждого компонента логики приложения, чтобы построить полноценную систему CAD / CAM.

Логика приложения

Короче говоря, компоненты логики приложения САПР являются наиболее важными и наиболее сложными частями программного обеспечения.Однако это компоненты, которые не только обеспечивают работу программных комплексов САПР, но и отличают более функциональные и качественные пакеты от некачественных.

База данных

База данных является стандартным программным компонентом для всех программ, а не только для САПР. Ваше приложение
будет управлять базой данных через систему управления базами данных (СУБД).

Средство 3D-моделирования

Разработчик 3D-моделей – важный компонент САПР. Он должен позволять вам создавать, изменять и запрашивать геометрическое представление объектов для их визуализации, моделирования или анализа.

Ваш специалист по 3D-моделированию должен для начала предоставить следующее:

Многогранное моделирование

В дополнение к B-Rep разработчик трехмерного моделирования должен предлагать возможность представления геометрии в форме треугольной сетки, особенно из STL, 3MF и других сопоставимых источников данных.

Многогранное моделирование важно для ряда отраслей, особенно для информационного моделирования в области здравоохранения и строительства (BIM). Так, например, в медицинском дизайне формы обычно более органичны.Пытаясь смоделировать эти данные в форме B-Rep, вы рискуете построить слишком много топологии или пространственных отношений, что, в свою очередь, потребует больших затрат на аппаратное и программное обеспечение проектировщиков / инженеров.

Напротив, многогранное моделирование менее затратно для системы и обеспечивает большую гибкость в определенных рабочих процессах, где поддержание этих сложных пространственных отношений и свойств не так важно. Идея состоит в том, чтобы сделать форму менее ресурсоемкой.

Проверка и диагностика ошибок

Разработчик модели должен уметь находить аномалии или проблемы в проекте, которые могут привести к функциональному сбою.Он также должен иметь возможность предоставлять интеллектуальную диагностику, которую затем можно использовать для итеративного улучшения дизайна.

Проверочные операции

Специалисты по 3D-моделированию должны вооружить ваших пользователей для выявления проблем, требующих потенциального исправления, например, повторяющихся или повторяющихся геометрических фигур, поперечных треугольников, пересекающихся кромок и т. Д.

Операции очистки

Это функции восстановления, которые помогают пользователю сэкономить время при устранении потенциальных проблем. Специалист по 3D-моделированию должен выполнять операции сшивания, ремонта, удаления и закрытия отверстий.

Возможности запроса

Благодаря функциям запросов ваши пользователи смогут подробно изучить модели САПР, чтобы найти и решить потенциальные проблемы на ранних этапах процесса проектирования. Им потребуются дистанционные запросы, обнаружение столкновений, закрытие, стрельба лучами, а также запросы объема, площади и массового имущества.

Выше приведены лишь некоторые из возможностей, которые необходимы вашему разработчику 3D-моделирования для большинства рабочих процессов, но вам также следует подумать о добавлении плоских и многоплоскостных срезов, деформации и логических операций.

Удаление

Он должен распознавать типы элементов (например, отверстия, подушечки, карманы, логотипы и т. Д.) И иметь возможность удалять элементы. Разработчик 3D-моделей также должен учитывать упрощение модели. Это особенно важно, если вы создаете систему моделирования, поскольку чаще всего вам нужно максимально упростить свои модели, чтобы обеспечить имитацию с высокой производительностью.

---

Узнайте, как Simerics реализована на всех своих требованиях к функциям CAD / CAM
с использованием пакетов SDK Spatial

---

Преобразование 3D-данных

Следующий компонент – это пакет для трансляции 3D-данных.Это позволяет импортировать файлы CAD / CAM различных форматов для повторного использования данных и взаимодействия между различными командами, рабочими процессами и т. Д.

Полнофункциональный пакет для преобразования 3D-данных позволит конечному пользователю импортировать в файл CAD или CAM структуру продукта или сборки, мозаичную геометрию, точную геометрию или геометрию B-Rep, а также идентификаторы метаданных.

Создание сетки

Ваш пакет САПР должен предлагать возможность создания сетчатой ​​модели, то есть моделей с полигональным представлением (например,g., треугольники, четырехугольники и т. д.), но без массовых свойств. Это необходимая часть для моделирования на основе программного обеспечения, такого как вычислительная гидродинамика (CFD) или компьютерная инженерия (CAE).

Конкретные возможности вашего набора сетей должны включать:

• Поверхностная сетка
• Очистка сетки
• Объемная сетка
• Адаптация сетки.

Визуализация

Пакет 3D-визуализации служит внутренним механизмом для возможностей 3D-моделирования и преобразования 3D-данных вашего программного обеспечения CAD / CAM.Он должен поддерживать проверенные фреймворки, такие как OpenGL и Direct 3D, а также интегрироваться в компоненты, которые мы описали выше.

Пользовательский интерфейс (UI)

По сути, это часть вашего приложения CAD / CAM, которую видит конечный пользователь, то есть интерфейс пользователя (UX). Однако при всей своей важности UI / UX – это, так сказать, верхушка айсберга приложения. Но чтобы обеспечить первоклассный опыт, вам нужен каждый базовый компонент для создания, редактирования и визуализации моделей.

---

---

Убедитесь, что ваши системы CAD / CAM предлагают следующие возможности, необходимые конечному пользователю:

В целом, проблема для независимых поставщиков программного обеспечения (ISV) заключается в разработке и сопровождении каждого из компонентов пакета CAD / CAM. Вам нужен не только большой объем ресурсов для разработки программного обеспечения, но и основные инженерные знания.

Это нереалистичное ожидание для каждого независимого поставщика программного обеспечения, поэтому готовые решения (OOTB), уже содержащие эти компоненты, имеют решающее значение.Использование наборов OOTB позволяет вам не только предоставить точные возможности, которые ожидают конечные пользователи, но и сократить время разработки и вместо этого сосредоточиться на дифференциации (например, на совершенствовании UI / UX).

Spatial предоставляет все необходимые компоненты для пакета CAD / CAM мирового класса, включая преобразование 3D-данных (3D InterOp), 3D-моделирование (3D ACIS и CGM Core Modelers), построение сетки (3D Precise Mesh) и 3D-визуализацию (HOOPS Visualize). ). Свяжитесь с нами сегодня и оцените наши SDK.

Система автоматизированного проектирования – обзор

4.2.2 Кинематические соединения

В некоторых системах САПР, таких как Pro / ENGINEER, проектировщикам предоставляется возможность выбрать либо согласование ограничений между геометрическими объектами (например, в таблицах 4.2 и 4.3), либо определение кинематических соединений между компонентами.

Кинематическое соединение – это соединение между двумя компонентами, которое накладывает ограничения на их относительное движение. Обычно существует два типа суставов: нижняя пара и высшая пара. Физически соединение нижней пары используется для описания соединения между парой жестких компонентов, когда относительное движение характеризуется двумя общими поверхностями, скользящими друг по другу.Обычно используемые нижние парные соединения включают поворотные (также называемые шарнирами или штифтами), призматические (также называемые ползунками или перемещениями), цилиндрические, плоские, сферические и винтовые, как показано на рис. 4.9. С другой стороны, соединения более высоких пар описывают соединения точками или линиями, такие как соединение кулачкового толкателя.

Рисунок 4.9. Кинематические шарниры нижней пары. (a) поворотный, шарнирный или штифт, (b) призматический, скользящий или поступательный, (c) цилиндрический, (d) плоский, (e) сферический или шаровой, (f) универсальный, (g) винтовой.

Призматическое, скользящее или поступательное соединение (рисунок 4.9 (a)) требует, чтобы линия в движущемся компоненте (или сопрягаемой детали) оставалась коллинеарной с линией в фиксированном компоненте (или базовой части), а плоскость была параллельна ей. эта линия в движущемся компоненте поддерживает контакт с аналогичной параллельной плоскостью в неподвижном компоненте. Это ограничивает пять степеней свободы относительного движения звеньев – два поступательных и три вращательных, – которые, следовательно, имеют одну поступательную степень свободы.

Поворотное, шарнирное или штифтовое соединение (Рисунок 4.9 (b)) требует, чтобы линия в движущемся компоненте оставалась коллинеарной с линией в неподвижном компоненте, а плоскость, перпендикулярная этой линии в движущемся компоненте, поддерживает контакт с аналогичной перпендикулярной плоскостью в неподвижном компоненте. Это ограничивает пять степеней свободы относительного движения деталей – три поступательных и два вращательных, что, следовательно, допускает только одну степень свободы вращения.

Цилиндрическое соединение (рис. 4.9 (c)) требует, чтобы линия в движущемся компоненте оставалась коллинеарной с линией в неподвижном компоненте.Это комбинация поворотного шарнира и призматического шарнира. Этот шарнир имеет две степени свободы – поступательную и вращательную.

Плоское соединение (рис. 4.9 (d)) требует, чтобы плоскость подвижного компонента поддерживала контакт с плоскостью неподвижного компонента. Этот шарнир имеет три степени свободы: две поступательные и одну вращательную.

Сферическое соединение или шаровое соединение (рисунок 4.9 (c)) требует, чтобы точка в движущемся компоненте поддерживала контакт с точкой в ​​неподвижном компоненте. Этот шарнир имеет три степени свободы – все вращательные.

Универсальный шарнир (Рисунок 4.9 (f)) позволяет передавать вращение одного компонента вращению другого компонента. Это соединение особенно полезно для передачи вращательного движения вокруг углов или для передачи вращательного движения между двумя соединенными валами, которым разрешено изгибаться в точке соединения (например, ведущий вал в системе автомобильной трансмиссии).

Винтовое соединение (рис. 4.9 (g)) требует нарезания резьбы на двух компонентах, чтобы между ними было как вращательное, так и скользящее движение.Этот шарнир имеет одну степень свободы – вращательную и поступательную.

Степени свободы, ограниченные нижними суставами, приведены в Таблице 4.5.

Таблица 4.5. Соединения нижней пары и ограничение глубины резкости

9034 0,5

Тип соединения	Ограничение глубины резкости			Примечания
	Смещение	Вращение	Всего
9034 903 903 903 903 903 903 Вращается вокруг оси
Поступательное	2	3	5	Перемещает по оси
Цилиндрический	2	2	Поворачивает около 4
Плоский	2	1	3	Компоненты, соединенные плоским шарниром, перемещаются в плоскости относительно друг друга.Вращение происходит вокруг оси, перпендикулярной плоскости.
Сферический	3	0	3	Вращается в любом направлении
Универсальный	3	1	4			0,5 Вращается по двум осям	1	Совместное вращение и поступательное движение по одной оси

Далее мы используем тот же пример ползунка и кривошипа, который обсуждался в разделе 4.2.1 для иллюстрации кинематических шарниров, используемых для сборки в Pro / ENGINEER. Обратите внимание, что при использовании кинематических соединений для сборки в Pro / ENGINEER проектировщики должны использовать менее интуитивно понятные объекты, такие как оси и точки, для определения соединений.

Кинематически пример кривошипа с ползунком, показанный на рис. 4.6 (а), представляет собой четырехзвенный рычажный механизм, как схематично показано на рис. 4.10. Они обычно встречаются в механических системах, таких как двигатели внутреннего сгорания и оборудование для бурения нефтяных скважин.В двигателе внутреннего сгорания механизм приводится в действие пусковой нагрузкой, которая толкает поршень (ползун), преобразуя возвратно-поступательное движение во вращательное движение на кривошипе.

Рисунок 4.10. Схематический вид кинематической модели кривошипно-шатунного механизма.

В оборудовании для бурения нефтяных скважин крутящий момент прилагается к кривошипу. Вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное движение ползуна или поршня, который врезается в землю. Обратите внимание, что в любом случае длина кривошипа должна быть меньше длины стержня, чтобы механизм мог работать.Это называется законом Грасгофа (Erdman et al., 2001).

Узел ползунка и кривошипа, показанный на рисунке 4.11 (a), состоит из четырех частей: кривошипа ( crank.prt ), штока ( rod.prt ), пальца ( pin.prt ) и поршня (). поршневой.prt ), как показано в покомпонентном виде на Рисунке 4.11 (b). Вместо использования опорной части мы используем элементы базы сборки, показанные на рис. 4.11 (c), в качестве грунта. Базовые точки (например, APNT0, в сборке и PNT0 кривошипа, показанные на рисунке 4.11 (b)) и базовые оси (например, AA_1 сборки, показанной на рисунке 4.11 (c)), созданные в деталях и сборке, будут использоваться для определения соединений между деталями.

Рисунок 4.11. Кривошипно-бегунковый механизм. (a) Собранная кинематическая модель, (b) покомпонентное изображение с опорными точками для определения местоположения соединений, и (c) опорные элементы сборки, служащие в качестве наземной части.

Элементы базы данных сборки, показанные на рис. 4.11 (c), включают плоскости базы, оси базы и точки базы. Обратите внимание, что опорные оси AA_1 и AA_2 и опорная точка APNT0 будут использоваться для создания соединений – в частности, шарнирного соединения между землей и кривошипом, а также шарнира ползуна между землей и поршнем.

Мы определяем штифтовое соединение ( Pin1 ), которое допускает одно вращательное движение между кривошипом и землей. Второй штифт ( Pin2, ) создан для обеспечения вращательного движения между кривошипом и стержнем. После сборки кривошипа и штока система должна иметь две степени свободы, позволяющие кривошипу и штоку независимо вращаться вдоль соответствующих шарнирных соединений.

Затем штифт жестко крепится к штанге с использованием ограничений размещения, сохраняя при этом две степени свободы.Затем поршень собирается со штифтом, образуя третье шарнирное соединение. Следовательно, поршень будет свободно вращаться по общим осям A_1 (штифт) и A_5 (поршень). Общее количество степеней свободы теперь увеличивается до трех.

Наконец, поршень монтируется на землю с помощью призматического шарнира. Призматическое соединение создается путем совмещения двух параллельных осей ( A_6, в поршне и AA_1 в сборке) и двух базовых плоскостей ( DTM3, в поршне и ASM_TOP в сборке).Призматический шарнир допускает только одно поступательное движение между поршнем и землей, то есть вдоль общих осей без вращения. Кривошипно-ползунный механизм теперь ограничен плоским движением с тремя вращениями ( Pin1, Pin2 и Pin3, ) и одним поступательным движением ( Slider1, ). Однако все три вращения и поступательное движение связаны, образуя механизм с замкнутым контуром, оставляя только одну свободную степень свободы, которая может быть любым из трех вращений или поступательным движением.Обратите внимание на совместные символы Pro / ENGINEER, показанные на Рисунке 4.11 (a).

Общее количество степеней свободы кривошипно-ползункового механизма можно также рассчитать следующим образом, используя подсчет Грюблера:

3 (подвижных тел) × 6 (степеней свободы / тело) – 3 (поворотные шарниры) × 5 (степеней свободы / поворот. ) – 1 (призматический шарнир) × 5 (степеней свободы / призматический) = 18-20 = −2.

Мы знаем, что у этого кривошипно-шатунного механизма есть только одна степень свободы. Однако счет дает −2. Это связано с тем, что в системе созданы три избыточных степени свободы.Это нормально, потому что система CAD, такая как Pro / ENGINEER, отфильтровывает избыточные степени свободы для кинематического анализа. Соединения, определенные в этой имитационной модели, сведены в Таблицу 4.6. Пары опорных точек и опорных осей, созданные в деталях и сборке для определения этих четырех шарниров, можно увидеть на виде сверху и спереди механизма, как показано на рисунке 4.12.

Таблица 4.6. Соединения, определенные в имитационной модели

	Корпус	Кривошип	Шток / палец	Поршень
Кривошип	Палец 1 A_1 N (кривошип)		Pin2 A_2 (кривошип) / A_1 (стержень) и PNT1 (кривошип) / PNT4 (стержень)
Шток / палец		Pin2 A_2 (кривошип) / A_1 (шток) и PNT1 (кривошип) / PNT4 (шток)		Pin3 A_5 (поршень) / A_1 (палец) и PNT2 (поршень) / PNT0 ( штифт)
Поршень	Slider1 A_6 (поршень) / AA_1 и DTM3 (поршень) / ASM_TOP		Pin3 A_5 (поршень) / A_1 (поршень) / A_1 (штифт) ПНТ2 (поршневой) / ПН T0 (штифт)

Рисунок 4.12. Расположение опорных точек и опорных осей. (а) вид сверху и (б) вид спереди.

Обратите внимание, что способ определения суставов не уникален. Одно из шарнирных соединений может быть заменено подшипниковым соединением, которое описывает кинематически идентичный кривошипно-ползунный механизм, в котором общая глубина резкости становится равной 1.

После завершения сборки с использованием кинематических шарниров вы можете нажать кнопку «Перетащить компоненты» в в верхней части графического окна в Pro / ENGINEER, щелкните и перетащите компонент, чтобы увидеть, как перемещаются детали.Вы также можете перенести сборку в Mechanism Design, выбрав в раскрывающемся меню: Applications> Mechanism, в котором вы можете создать драйвер (например, роторный двигатель) для привода механизма или определить силу, которая толкает поршень для проведения динамическое моделирование.

Компьютерное обнаружение (CAD): обзор

Cancer Imaging. 2005; 5 (1): 17–19.

R2 Technology, 1195 West Fremont Avenue, R2 Technology, Саннивейл, Калифорния, США

Адрес для корреспонденции: R A Castellino MD, R2 Technology, 1195 West Fremont Avenue, R2 Technology, Саннивейл, Калифорния, США.Электронная почта: moc.hcet2r@onilletsacr Авторские права © 2005 International Cancer Imaging Society Эта статья цитируется другими статьями в PMC.

Abstract

Компьютерное обнаружение (CAD) – это технология, разработанная для уменьшения наблюдательного надзора – и, следовательно, количества ложноотрицательных результатов – врачей, интерпретирующих медицинские изображения. Проспективные клинические исследования продемонстрировали рост выявления рака груди с помощью ИБС. В этом обзоре кратко описаны метрики, которые использовались для определения производительности системы CAD.

Ключевые слова: Компьютерное обнаружение, CAD, наблюдение, рак груди, рак легких

Введение

Использование компьютеров для помощи радиологам в приобретении (например, КТ, МРТ, УЗИ, компьютерная радиография), управлении и хранении (PACS) и отчеты (RIS) медицинских изображений хорошо известны. Совсем недавно были разработаны и одобрены для использования в клинической практике компьютерные программы, которые помогают радиологам обнаруживать потенциальные отклонения от нормы при диагностических радиологических исследованиях.Это приложение называется компьютерным (или вспомогательным) обнаружением, обычно называемым САПР.

Используемый в этом обзоре термин «компьютерное обнаружение » относится к программному обеспечению распознавания образов, которое идентифицирует подозрительные элементы на изображении и привлекает к ним внимание радиолога, чтобы уменьшить количество ложноотрицательных показаний. В настоящее время рентгенолог сначала просматривает исследование, затем активирует программное обеспечение CAD и повторно оценивает проблемные области, отмеченные CAD, прежде чем выдать окончательный отчет.CAD в настоящее время одобрен FDA и CE для использования как с пленочной, так и с цифровой маммографией, как для скрининговых, так и для диагностических исследований; для КТ грудной клетки; и для рентгенограмм грудной клетки.

Это отличается от концепции «компьютерная диагностика » (которая также называется CAD), которая относится к программному обеспечению, которое анализирует рентгенологические данные для оценки вероятности того, что признак представляет собой конкретный процесс заболевания (например, доброкачественный или злокачественный ). Насколько мне известно, эта технология еще не одобрена для клинического использования.

Предпосылки

Проще говоря, практика радиологии состоит из (а) рассмотрения изображения (визуальное восприятие) и затем (б) интерпретации увиденного (познание) [1]. Многочисленные исследования показали, что рентгенологические аномалии, которые явно присутствуют на изображении, иногда не регистрируются. Чтобы решить эту проблему, выборочно использовались такие стратегии, как двойное чтение, например, при скрининговой маммографии, что приводит к увеличению частоты выявления рака. Однако это требует больших затрат труда и поэтому широко не используется, за исключением случаев, когда это предписано медицинскими или государственными учреждениями.

Основная цель ИБС – повысить уровень выявления заболеваний за счет снижения количества ложноотрицательных результатов из-за наблюдений. Преимущество использования компьютера, а не второго человека-наблюдателя, состоит в том, что он не увеличивает требования к группе радиологов (или обученных наблюдателей). Важным аспектом любого подхода является повышение уровня выявления заболеваний без отмены воздействия на показатели отзыва и обработки. Наконец, в некоторых приложениях САПР и связанные с ним автоматизированные программные инструменты могут повысить эффективность рабочего процесса.Это последнее приложение выходит за рамки этого обзора.

Алгоритмы САПР разработаны для поиска тех же функций, которые радиолог ищет при рассмотрении случая. Таким образом, при раке груди на маммограммах алгоритмы САПР ищут микрокальцификации и образования (как спикулярные, так и спикулированные, архитектурные искажения и асимметрии). На рентгенограммах грудной клетки и компьютерной томографии текущие приложения САПР ищут плотности легких, которые обладают определенными физическими характеристиками, например.грамм. сферичность, которая может представлять узелки в легких.

Неудивительно, что алгоритмы САПР будут отмечать элементы, которые соответствуют требованиям алгоритма, но не представляют результатов, которые радиолог считает необходимыми для дальнейшего исследования, т.е. ложные отметки САПР. Кроме того, иногда истинно положительный результат ИБС после проверки рентгенологом отклоняется как не требующий дальнейшего исследования. В этом случае ложноотрицательный отчет будет результатом ошибки интерпретации, а не восприятия.

Клиническая реализация CAD

Алгоритмы CAD требуют набора цифровых данных изображения для анализа. Если изображение получено на рентгеновской пленке, такой как маммограмма на пленочном экране, аналоговое изображение необходимо сначала оцифровать. Однако алгоритмы САПР могут напрямую анализировать изображения, полученные в цифровом формате, например, с помощью цифровой маммографии (FFDM) и компьютерной томографии.

В соответствии с действующей практикой (и в соответствии с требованиями FDA) экзамен сначала должен быть рассмотрен и интерпретирован обычным образом.Только после этого отображаются метки САПР, после чего рентгенолог повторно просматривает те области, которые были предложены системой САПР. Необходимо соблюдать два важных принципа:

• Текущие системы CAD не отмечают все результаты, требующие принятия мер. Таким образом, отсутствие отметки CAD на обнаружении, которое вызвало обеспокоенность радиолога во время его / ее проверки перед CAD, не должно препятствовать дальнейшему обследованию.

• Текущие системы CAD генерируют гораздо больше ложных оценок CAD, чем истинных оценок CAD.Таким образом, радиолог несет ответственность за определение того, требует ли отметка CAD дальнейшее обследование.

Как оценить систему CAD

Систему CAD можно оценить несколькими способами, включая анализ данных, полученных в лабораторных или испытательных условиях, а также влияние CAD на работу радиолога в условиях реальной клинической практики .

«Автономная» чувствительность и специфичность

Эту информацию можно получить, наблюдая за производительностью системы CAD на наборе «истинных» случаев.Истина обычно устанавливается путем гистологической проверки наличия (например, рака) или отсутствия (например, клинического наблюдения) заболевания. Чувствительность определяется процентом положительных случаев, в которых система CAD отмечает место болезни. Количество ложных отметок САПР на обычное изображение или случай обычно используется в качестве суррогата специфичности.

Результаты этого упражнения, конечно, зависят от сбора случаев. Предвзятость, преднамеренная или непреднамеренная, при сборе положительных случаев, которые имеют более заметные результаты, приведет к очевидному превосходству производительности САПР по сравнению со случаями, которые менее заметны, даже если алгоритм САПР тот же.Таким образом, один и тот же алгоритм САПР будет демонстрировать различную чувствительность и специфичность (ложные оценки для каждого случая) в зависимости от состава случая.

Предпочтительный метод сравнения систем САПР – определение чувствительности и вероятности ложных маркеров на одном и том же наборе случаев «истинности». Эти случаи должны быть «неизвестны» системе САПР, то есть они не должны использоваться для обучения алгоритмов САПР. Достаточное (а часто и большое) количество случаев потребуется для установления статистической значимости превосходства или эквивалентности в производительности при сравнении систем САПР.

«Лабораторные» исследования потенциального улучшения обнаружения

Эти исследования привлекают радиологов (или других «читателей») для оценки набора «истинных» случаев, чтобы определить чувствительность и частоту обратных звонков невооруженного читателя (до CAD) с читатель с помощью САПР. Такие исследования полезны для оценки потенциального преимущества ИБС для и предоставления оценок ожидаемых изменений в выявлении заболеваний и частоте обследований / повторных обращений. Однако настройки тестирования часто ставят под угрозу производительность читателя, поскольку он может либо переоценить, либо занижать количество проверенных случаев в тестовой среде.

Фактический опыт клинической практики

Во многих отношениях эти результаты можно считать лучшей оценкой системы CAD, поскольку они оценивают вклад (или его отсутствие) CAD в условиях реальной клинической практики. В этой ситуации определяется влияние ИБС на (а) выявление заболевания и (б) скорость отзыва / обследования. Эти данные, конечно, отражают только эту конкретную клиническую практику; однако, как и в случае со всеми подобными клиническими исследованиями, совокупные отчеты о различных практиках должны демонстрировать тенденцию в отношении ценности (или ее отсутствия) введенного вмешательства, т.е.е. CAD.

Это можно сделать в клиническом исследовании «последовательного чтения», в котором исследование сначала считывается до, а затем после ввода CAD [2–5]. Изменение в обнаружении заболевания из-за ввода CAD, а также изменение частоты отзыва / обработки, будет определять вклад CAD в ведение пациентов. Важно отметить, что процентное увеличение выявления заболеваний должно соответствовать или меньше процентного увеличения частоты отзыва / обследования.

Другим подходом является исследование «исторического контроля», в котором процентное изменение в выявлении заболевания и частоте повторных обращений / обследований определяется путем сравнения данных до и после внедрения ИБС в клиническую практику [6, 7].Эти данные также полезны, но изменения в демографических характеристиках пациентов и схемах практики могут объяснять изменения в периодах до CAD и CAD, которые не зависят от внедрения CAD. При сообщении результатов таких исследований необходимо учитывать те переменные, которые могут независимо влиять на уровень выявления заболеваний [8].

Резюме

Компьютерное обнаружение (CAD) – это клинически проверенная технология, которая увеличивает обнаружение рака груди за счет помощи радиологу в уменьшении наблюдательного надзора (т.е. снижение ложноотрицательного показателя). За недавним клиническим внедрением ИБС в помощь радиологам в обнаружении действенных узелков в легких, вероятно, последуют разработка, проверка клинических испытаний, одобрение регулирующих органов и коммерциализация различных приложений ИБС в диагностической визуализации.

Список литературы

1. Крупинский Э.А. Будущее восприятия изображений в радиологии. Acad Radiol. 2003; 10: 1–3. [PubMed] [Google Scholar] 2. Фрир Т.В., Улисси MJ. Скрининговая маммография с компьютерным обнаружением: проспективное исследование 12 860 пациентов в общественном центре груди.Радиология. 2001; 220: 781–6. [PubMed] [Google Scholar] 3. Мортон М.Дж., Уэйли Д.Х., Брандт К.Р. и др. Влияние компьютерного обнаружения (CAD) на программу местной / региональной скрининговой маммографии: проспективная оценка 12 646 пациентов. Радиология. 2002; 225 (P): 459. [Google Scholar] 4. Бандодкар П., Бердвелл Р., Икеда Д. Компьютерное обнаружение (CAD) со скрининговой маммографией в академическом учреждении: предварительные результаты. Радиология. 2002; 225 (P): 458. [Google Scholar] 5. Николас MJ, Slanetz PJ, Mendel JB.Перспективная оценка компьютерного обнаружения при интерпретации скрининговых маммографий: работа в стадии разработки. AJR. 2004. 182 (P): 32–3. [Google Scholar] 6. Cupples TE. Влияние компьютерного обнаружения (CAD) на региональную скрининговую маммографическую программу. Радиология. 2001; 221 (P): 520. [Google Scholar] 7. Гур Д., Сумкин Дж. Х., Рокетт Х. Э. и др. Изменения в показателях выявления рака груди и повторных результатов маммографии после внедрения компьютерной системы обнаружения. J Natl Cancer Inst. 2004. 96: 185–90. [PubMed] [Google Scholar] 8.Фейг С.А., Сиклз Е.А., Эванс В.П., Линвер М.Н. Письмо редактору. Re: Изменения в показателях выявления рака груди и повторных результатов маммографии после внедрения компьютерной системы обнаружения. J Natl Cancer Inst. 2004; 96: 1260–1. [PubMed] [Google Scholar]

Системы компьютерной диагностики (CAD) для болезни Альцгеймера

Многие исследователи разработали системы компьютерной диагностики (CAD), которые автоматически диагностируют болезнь Альцгеймера (БА) до того, как ее можно будет обнаружить с помощью когнитивных тестов.ИБС приобретает все большее значение в медицинских и клинических исследованиях. CAD используется для поддержки решений с использованием данных медицинской визуализации. Системы CAD анализируют и оценивают радиологические данные за короткий период времени. Это помогает рентгенологам повысить точность и эффективность их медицинской диагностики.

Чтобы показать, что высокопроизводительный CAD может уменьшить диагностические ошибки, были предприняты огромные исследовательские усилия для обнаружения, характеристики и количественной оценки биологических маркеров AD, особенно на доклинических или продромальных стадиях AD, чтобы можно было начать терапевтические стратегии лечения.

Целью этого специального выпуска является объединение оригинальных исследований и обзорных статей, касающихся последних достижений и применения CAD в идентификации биомаркеров при AD. Приветствуются сообщения о новых тенденциях в измерении и обработке биомаркеров. Также приветствуются исследования по использованию интеллектуальных алгоритмов для анализа биомаркеров, поддержки диагностики, принятия решений и классификации.

Возможные темы включают, но не ограничиваются следующим:

• Маркеры нейровизуализации для диагностики болезни Альцгеймера: нейровоспаление, БА и деменция
• Диагностика деменции с использованием маркеров амилоида, тау-белка, нейродегенерации и сосудов (ATN (V))
• Выявление болезни Альцгеймера на основе VBM
• Автоматическое обнаружение болезни Альцгеймера с помощью системы компьютерной диагностики (CAD)
• Методы визуализации, такие как МРТ, ПЭТ и компьютерная томография.
• Сопоставление s-MRI и PET для поддержки диагностики AD
• Разработка САПР для обнаружения AD с помощью HC / NC и MCI
• Методы мультимодальной визуализации, сочетающие данные МРТ, ЦСЖ и ПЭТ

Безопасность | Стеклянная дверь

Мы получаем подозрительную активность от вас или кого-то, кто пользуется вашей интернет-сетью.Подождите, пока мы подтвердим, что вы настоящий человек. Ваш контент появится в ближайшее время. Если вы продолжаете видеть это сообщение, напишите нам чтобы сообщить нам, что у вас возникли проблемы.

Nous aider à garder Glassdoor sécurisée

Nous avons reçu des activités suspectes venant de quelqu’un utilisant votre réseau internet. Подвеска Veuillez Patient que nous vérifions que vous êtes une vraie personne. Вотре содержание apparaîtra bientôt. Si vous continuez à voir ce message, veuillez envoyer un электронная почта à pour nous informer du désagrément.

Unterstützen Sie uns beim Schutz von Glassdoor

Wir haben einige verdächtige Aktivitäten von Ihnen oder von jemandem, der in ihrem Интернет-Netzwerk angemeldet ist, festgestellt. Bitte warten Sie, während wir überprüfen, ob Sie ein Mensch und kein Bot sind. Ihr Inhalt wird в Kürze angezeigt. Wenn Sie weiterhin diese Meldung erhalten, informieren Sie uns darüber bitte по электронной почте: .

We hebben verdachte activiteiten waargenomen op Glassdoor van iemand of iemand die uw internet netwerk deelt.Een momentje geduld totdat, мы узнали, что u daadwerkelijk een persoon bent. Uw bijdrage zal spoedig te zien zijn. Als u deze melding blijft zien, электронная почта: om ons te laten weten dat uw проблема zich nog steeds voordoet.

Hemos estado detectando actividad sospechosa tuya o de alguien con quien compare tu red de Internet. Эспера mientras verificamos que eres una persona real. Tu contenido se mostrará en breve. Si Continúas recibiendo este mensaje, envía un correo electrónico a para informarnos de que tienes problemas.

Hemos estado percibiendo actividad sospechosa de ti o de alguien con quien compare tu red de Internet. Эспера mientras verificamos que eres una persona real. Tu contenido se mostrará en breve. Si Continúas recibiendo este mensaje, envía un correo electrónico a para hacernos saber que estás teniendo problemas.

Temos Recebido algumas atividades suspeitas de voiceê ou de alguém que esteja usando a mesma rede. Aguarde enquanto confirmamos que Você é Uma Pessoa de Verdade.Сеу контексто апаресера эм бреве. Caso продолжить Recebendo esta mensagem, envie um email para пункт нет informar sobre o проблема.

Abbiamo notato alcune attività sospette da parte tua o di una persona che condivide la tua rete Internet. Attendi mentre verifichiamo Che sei una persona reale. Il tuo contenuto verrà visualizzato a breve. Secontini visualizzare questo messaggio, invia un’e-mail all’indirizzo per informarci del проблема.

Пожалуйста, включите куки и перезагрузите страницу.

Это автоматический процесс. Ваш браузер в ближайшее время перенаправит вас на запрошенный контент.

Подождите до 5 секунд…

Перенаправление…

Заводское обозначение: CF-102 / 68f37acdee6010b9.

Система компьютерного обнаружения (CADe) и диагностики (CADx) рака легких с вероятностью злокачественного новообразования | BioMedical Engineering OnLine

В этом разделе представлены материалы, использованные в этом исследовании, и предложение новой системы CAD для обнаружения и характеристики легочных узелков на КТ-изображениях.

Материалы

База данных, использованная в этом исследовании, состояла из 420 случаев, случайно полученных из LIDC-IDRI (Консорциум баз данных изображений легких) [23]. База данных LIDC-IDRI находится в открытом доступе в Архиве изображений рака (TCIA) и в настоящее время содержит 1010 КТ-сканирований грудной клетки, собранных на различном оборудовании и с различными параметрами конфигурации (например, толщиной среза, размером пикселя и общим количеством срезов). . Размер узелка колеблется от 3 мм до 30 мм и может быть первичным раком легких, метастатическим заболеванием, доброкачественным узлом или неопределенным характером.Все узелки были оценены четырьмя опытными радиологами, которые с помощью программных средств извлекли области узелков и описали их вероятность злокачественного образования. Вероятность была разделена на пять степеней: крайне маловероятно, умеренно маловероятно, неопределенно, умеренно подозрительно и очень подозрительно. Более подробную информацию о базе данных, например о методах и протоколах, используемых для получения данных изображения, а также о процессе аннотации поражений, можно найти в Armato et al. [23].

Узлы, полученные в нашем исследовании, были диагностированы на основе консенсуса, по крайней мере, двумя радиологами.Было использовано 1109 узлов, а именно: 196 узлов с высокой степенью вероятности злокачественности, 254 узла с умеренной вероятностью злокачественности, 323 узла с неопределенным злокачественным новообразованием, 167 узлов с умеренным подозрением на злокачественные новообразования и 169 узлов с высокой степенью подозрения на злокачественные новообразования (как показано на рис. 1). Мы используем оригинальные изображения DICOM с разрешением 16 бит и оценки радиологов LIDC-IDRI для обучения и тестирования контролируемого классификатора. Проверенная база данных включала одиночные, юкстаплевральные, юкставаскулярные, маленькие и матовые узелки.

Рис. 1

Связь между каждой категорией злокачественных новообразований с количеством узлов и количеством пациентов с этими узелками

В исследовании использовалось обследование 420 пациентов, имеющих от 1 до 8 легочных узелков. Среди них 31 с узелками с высокой степенью маловероятности злокачественности, 98 с узелками с умеренно маловероятной злокачественностью, 139 с узелками с неустановленной злокачественностью, 64 с узелками со средним подозрением на злокачественность и 47 с узелками, очень подозрительными на злокачественность (как показано на рис. .1).

Предлагаемая CAD-система

Предлагаемая CAD-система состоит из пяти этапов: 3D-сегментация легких на КТ-изображениях, 3D-сегментация внутренних структур легких, обнаружение узлов-кандидатов, устранение ложных срабатываний и расчет вероятности злокачественности. На всем этапе обработки изображения использовались изображения с разрешением 16 бит. Ниже подробно представлены пошаговые инструкции.

Трехмерная сегментация легких

Сегментацию изображений легких можно определить как процесс определения пространственной протяженности легких, которые появляются на изображениях грудной клетки.Этот процесс возможен на КТ-изображениях, потому что значения затухания, сгенерированные для изображения, отражают плотность различных тканей. Затухание обычно выражается как относительный коэффициент затухания, называемый единицей Хаунсфилда (HU) [24]. Таким образом, предлагается новый полуавтоматический метод сегментации КТ-изображений легких, объединяющий алгоритм роста области и морфологические фильтры, как показано на рис. 2.

Рис. 2

Схема полуавтоматического метода, предложенного для сегментации легкого изображения в компьютерной томографии грудной клетки

В начале процесса сегментации пользователь должен указать две точки (называемые начальными числами) на изображении, которые соответствуют пикселям, которые находятся внутри правого и левого легкого.Последовательно назначается фильтр предварительной обработки, называемый потоком кривизны, для устранения шума в изображении. Этот фильтр представляет собой алгоритм конечных разностей, предложенный Sethian [25] и реализованный Insight Segmentation and Registration Toolkit (ITK) [26]. ITK – это кроссплатформенная система с открытым исходным кодом, которая предоставляет обширный набор программных инструментов для анализа изображений.

Затем он использует алгоритм сегментации, основанный на росте регионов, который называется Connected Threshold из набора инструментов ITK [26].Этот алгоритм группирует соседние воксели в соответствии с их интенсивностью в пределах порогового значения. В качестве границ сходства использовались следующие значения: -1000 HU и -200 HU. Эти значения были выбраны, потому что они охватывают легочную ткань, легочные сосуды и воздух в легких [27].

На результирующих изображениях группировки обычным явлением является появление мелких структур, которые не группируются, включая юкстаплевральные узелки. Юкстаплевральные узелки прикрепляются к плевральной поверхности.Эта проблема сегментации вызвана тем, что узелки имеют единицы Хаунсфилда, похожие на плевру [13]. Чтобы включить эти структуры, был использован трехмерный морфологический закрывающий фильтр с двенадцатью единицами в радиусе от инструментария ITK для выполнения бинарной дилатации с последующей эрозией [28]. В результате создается двоичная маска с вокселями. Внутри легких значение равно единице, а вне легких значение равно нулю. Эта маска используется для определения объема сегментированного легкого, т.е.номер вокселя внутри легкого. Если объем близок к среднему статистическому значению объема легких (равному 3 545 668 вокселов), маска будет применена к исходному изображению, и сегментированное легкое будет показано пользователю. Если громкость маски сильно различается (более 60%), будет проведена новая попытка группировки вокселей. Если объем маски соответствует среднему статистическому значению и если пользователь принимает сегментацию, процесс завершается. В противном случае, если пользователь не принимает сегментацию, он должен сообщить другим начальным точкам о перезапуске процесса.

Трехмерная сегментация внутренних структур легких

После процесса сегментации легких выполняется сегментация внутренних органов. В этой сегментации внутренние структуры (например, трахея, бронхи и легочные сосуды) разделяются с целью различения легочных узелков, если они есть. В этой части использовалось преобразование Watershed, предложенное Винсентом и Сойлем [29, 30] и реализованное ITK Toolkit [26]. Этот метод определяет функцию f ( x , y , z ) для группировки набора вокселей, которые являются локальными минимумами.{2}} \ end {align} $$

(1)

$$ \ begin {align} J_w = I \ odot \ left (\ frac {\ partial} {\ partial _ {w}} \ odot G \ right) \ end {выравнивается} $$

(2)

где: I – исходное трехмерное изображение, а G – трехмерная функция Гаусса. Посредством этой сегментации можно сгруппировать ткани, которые имеют одинаковую интенсивность, что позволяет отделить легочные структуры, особенно легочные узелки, от других структур.На рисунке 3 показан пример реконструкции сегментированных легких и легочных структур, сегментированных преобразованием Уотершеда с функцией вычисления величины градиента.

Рис. 3

3D реконструкция: a легких и b структур легкого, сегментированных предложенным методом

Обнаружение возможных легочных узелков

Диагностика рака легких обычно начинается с выявления отклонения от нормы в радиологических исследованиях.Эти аномалии очень разнообразны и зависят от их расположения и взаимоотношений с бронхами и сосудами. Однако наиболее распространенными радиологическими паттернами являются: коллапс, уплотнение (образование), плевральный выпот и различные комбинации [31]. Изначально они округлые, но по мере роста имеют тенденцию терять эту форму и принимать более неправильные настройки и плохо очерченные контуры. Узелки можно разделить на: небольшие узелки, узелки, прикрепленные к сосудам (называемые юкставаскулярными), узелки, прикрепленные к стенке легкого (называемые юкстаплевральными), и узелки матового стекла [21].

Маленькие узелки представляют собой узелки диаметром менее 5 мм. Юкставаскулярные узелки относятся к узелкам, которые связаны с кровеносными сосудами, тогда как юкставаскулярные узелки относятся к случаям, когда они связаны со стенкой паренхимы или диафрагмой. Узелки матового стекла относятся к типу узелков, в которых значение интенсивности пикселей значительно ниже, чем у твердых узелков [32]. На рисунке 4 показаны примеры следующих типов узелков: матовое стекло, юкстаплевральные узелки, маленькие узелки и юкставаскулярные узелки.

Рис. 4

Примеры различных типов узелков в легких. a матовый узелок неправильной формы, b сплошной юкстаплевральный узелок яйцевидной формы , c сплошной сферический узел диаметром 4 мм и d сплошной юкставаскулярный узелок яйцевидной формы

Для анализа сегментированных внутренних структур и разделения возможных узелков был использован классификатор на основе правил.Первое правило, называемое округлостью, применялось к сегментированной структуре с целью обнаружения сферических или полусферических объектов. Его расчет показан в формуле. 3. Каждый раз, когда округлость превышает пороговое значение, сегментированный объект считается без узелков и утилизируется с более поздних стадий. Второе правило, называемое удлинением, направлено на обнаружение цилиндрических структур. Его расчет показан в формуле. 4. Если удлинение меньше порогового значения, объект не считается узелком.2} <3.3 \ end {align} $$

(5)

где: \ (A_n \) – площадь гиперсферы (радиусом r ), которая имеет такой же объем конкреции, a – площадь конкреции, \ (MP_ {max} \) – наибольшая момент основного изображения \ (MP_ {min} \) – наименьший момент основного изображения, нс, – количество срезов, на которых появляется узелок, уровней, соответствуют максимальному значению интенсивности в шкале серого изображения и \ ( P_ {i, j} \) – гистограмма совпадения уровней серого изображения.Более подробную информацию об округлости, удлинении и энергии, такие как определения и параметры, можно найти в Lehmann [28] и Hall-Beyer [33].

Классификатор на основе правил был использован для быстрого удаления некоторых структур, которые легко распознаются как ложноположительные (например, бронхов, трахеи, легочных сосудов), чтобы исключить влияние таких структур на последующих стадиях. В этой работе правила были разработаны на основе знаний, полученных от радиологов, и статистических исследований морфологических характеристик, интенсивности и текстуры легочных узелков и не узелков при компьютерной томографии, доступной в LIDC-IDRI.Правила были определены с относительно тонкими критериями, поэтому они не относятся к набору данных, используемому в этой работе.

Устранение ложных срабатываний

На этом этапе мы устраним оставшиеся ложные срабатывания (FP), сохранив истинные срабатывания. В контексте систем CADe термин ложноположительный означает поражения, которые идентифицированы алгоритмом CAD, но не являются узелками. Типичными ложноположительными результатами были: сосуды с резкой кривизной, толстые сосуды с разветвлениями, пятна, вызванные дыхательным или сердечным движением, и рубцы на паренхиматозной ткани (паренхиматозной ткани).

Обычно FP удаляются алгоритмами классификации. Для этого кандидаты в узелки сегментируются и извлекаются их особенности. Задача классификатора – определить границы для разделения классов (то есть узелков и не узелков) на основе извлеченных признаков. В качестве метода выделения конкреций использовалась гистограмма ориентированного градиента (HOG) [34] библиотеки Skimage [35]. Skimage – это набор алгоритмов для обработки изображений и компьютерного зрения, доступных бесплатно и без ограничений.Основная идея этого метода заключается в том, что внешний вид и форму объектов, присутствующих на изображениях, можно охарактеризовать распределением интенсивности и направлением градиентов пикселей.

HOG разделяет изображения на небольшие области (называемые ячейками), и для каждого пикселя внутри ячейки его градиент вычисляется с помощью уравнения. 6. После этого для каждой ячейки вычисляется гистограмма градиентов. Градиент указывает направление максимального изменения интенсивности около пикселя, улавливая контуры, силуэты и некоторую информацию о текстуре.Для повышения точности гистограммы ячеек нормализованы путем их группировки с гистограммами соседних ячеек. Эта группировка ячеек называется блоком, и эта нормализация приводит к лучшей инвариантности к изменениям освещения и затенения.

$$ \ begin {выровнено} \ nabla f = \ frac {\ partial f} {\ partial x} X + \ frac {\ partial f} {\ partial y} Y \ end {выровнено} $$

(6)

где: \ (\ frac {\ partial f} {\ partial x} \) – градиент в направлении X, а \ (\ frac {\ partial f} {\ partial y} \) – градиент в направлении Ю.

HOG был рассчитан для каждого среза объекта. Затем была сгенерирована результирующая гистограмма путем группирования HOG каждого среза. Результат показал высокую размерность с векторами признаков с размерами от 77 до 2 380 848 для каждого узла-кандидата. Таким образом, был применен анализ главных компонентов (PCA) для уменьшения размерности, чтобы данные можно было обрабатывать и хранить более эффективно.

PCA – это математический метод, предложенный Хотеллингом [36], который использует ортогональное преобразование для преобразования набора переменных, возможно, коррелированных, в набор значений линейно некоррелированных переменных, называемых главными компонентами.Уменьшение размерности данных заключается в получении основных компонентов из упорядочения извлеченных собственных значений ковариационной матрицы исходных данных [37]. Метод, предложенный Thomas P Minka [38], позволяет использовать PCA, определяя минимальный процент отклонения, который должен поддерживаться без необходимости заранее определять количество компонентов. При этом использовался PCA, сохраняющий 80% дисперсии исходных данных. После PCA вектор признаков кандидатных узелков имел размер 73.Алгоритм PCA, использованный в этом исследовании, был реализован библиотекой Sklearn [39]. Sklearn – это простой и эффективный инструмент с открытым исходным кодом для интеллектуального анализа и анализа данных.

Наконец, классификатор машин опорных векторов (SVM) используется для анализа результатов PCA. SVM – это метод, основанный на теории статистического обучения типа контролируемого обучения [40], способный обобщать проблемы двоичной классификации из набора данных. Его работа осуществляется с помощью нелинейных функций (называемых ядрами), которые отображают входные векторы в многомерное пространство (называемое пространством признаков) [41].В предложенном методе SVM-классификатор был выбран для исключения ложных срабатываний, поскольку он обеспечивает лучшие результаты по сравнению с другими классификаторами. Это сравнение будет представлено в разделе «Результаты и обсуждение».

Вычислить вероятность злокачественности

После обнаружения следующим этапом является определение вероятности злокачественности узелков. Что касается текстуры, узелки с матовым стеклом являются злокачественными в 59–73% случаев, в то время как твердые узелки имеют вероятность 7–9%.Что касается формы, узелки неправильной формы имеют более высокую вероятность злокачественного образования по сравнению с круглыми узелками. Характер кальцификации узелков также полезен для определения злокачественности. Типы кальцификации доброкачественных узелков описаны как центральные, попкорновые, твердые и слоистые. Доброкачественные узелки часто имеют четко очерченные гладкие края. Шиповидные узелки и узелки с неровными или дольчатыми краями чаще являются злокачественными узелками.

Согласно McNitt-Gray et al. [42] вероятность злокачественного новообразования связана с возрастом пациента, курильщиком он и особенностями формы и внешнего вида узелков.К этим характеристикам относятся: структура кальцификации, внутренняя структура, край, форма, текстура и наличие дольчатости и спикуляции. Таким образом, предлагаемая система CAD будет использовать концепции McNitt-Gray et al. для определения вероятности злокачественного новообразования с учетом курящих пациентов старше 60 лет. Вероятность злокачественного новообразования делится на пять степеней: крайне маловероятно, умеренно маловероятно, неопределенно, умеренно подозрительно и очень подозрительно. Опытные радиологи предложили использовать пятиступенчатую шкалу.

Радиолог должен увидеть выделенные узелки и их трехмерную реконструкцию, как показано на рис. 5. Для реконструкции использовалась библиотека VTK [43]. В результате радиологи должны сообщить о семи характеристиках текстуры, формы и внешнего вида узелков. К этим характеристикам относятся: паттерны кальцификации, внутренняя структура, лобуляция, граница, сферичность, спикуляция и текстура. Характеристики и их соответствующие значения показаны в Таблице 1.

Рис. 5

Примеры узелков, обнаруженных системой. a A выделенный узелок в различных срезах теста, b Трехмерная реконструкция найденного узелка

Таблица 1 Особенности текстуры, формы и внешнего вида узелков и их значения, которые рентгенологи должны сообщить системе

На основе значений, предоставленных радиологами, система использует классификатор SVM, обученный ранее, для определения вероятности злокачественного новообразования.