Классификация САПР с использованием английских терминов

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

По отраслевому назначению

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

По целевому назначению

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

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

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

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

Лекция: САПР

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ САПР

Различные возможности и границы применения вы­числительной техники для

автоматизации проектирова­ния определяются уровнем формализации научно-

тех­нических знаний в конкретной отрасли. Чем глубже разработана теория того

или иного класса технических систем, тем большие возможности объективно

существуют для автоматизации процесса их проектирования.

Применение ЭВМ при проектно-конструкторских ра­ботах в своем развитии прошло

несколько стадий и пре­терпело значительные изменения. С появлением

вычисли­тельной техники был сделан акцент на автоматизацию проектных задач,

имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики,

ориентиро­ванные на ручное проектирование. Затем, по мере накоп­ления опыта,

стали создавать программы автоматизиро­ванных расчетов на основе методов

вычислительной мате­матики (параметрическая оптимизация, метод конечных

элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств

появляются универсальные про­граммы для ЭВМ для решения как расчетных, так и

не­которых рутинных проектных задач (изготовление чер­тежей, спецификаций,

текстовых документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется

автома­тизации расчетно-конструкторских работ при проекти­ровании типовых

узлов и агрегатов, когда синтез кон­струкции проводится эвристически, а

основные пара­метры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме

диалога проектировщика и ЭВМ.

Однако на всех этих стадиях автоматизации проекти­рования инженеру помимо

изучения инструкций по экс­плуатации и написанию программ приходится

познавать ряд по сути дела ненужных ему подробностей системных программ и

языков программирования. Кроме того, при использовании в проектировании

специализированных по объектам разрозненных пакетов прикладных программ (ППП)

инженер вынужден каждый раз вновь кодировать и вводить информацию согласно

инструкции ППП. Отмеченные недостатки приводят к тому, что частичная

(«позадачная») автоматизация не оказала существенного влияния на повышение

качества и производитель­ности проектирования технических систем и средств в

целом.

Решение проблем автоматизации проектирования с по­мощью ЭВМ основывается на

системном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР — систем

автоматизиро­ванного проектирования технических объектов, которые решают весь

комплекс задач от анализа задания до раз­работки полного объема

конструкторской и технологиче­ской документации. Это достигается за счет

объединения современных технических средств и математического обес­печения,

параметры и характеристики которых выби­раются с максимальным учетом

особенностей задач проектно-конструкторского процесса. САПР представляет

собой крупные организационно-технические системы, со­стоящие из комплекса

средств автоматизации проектиро­вания, взаимосвязанного с подразделениями

конкретной проектной организации.

ЦЕЛЬ СОЗДАНИЯ САПР

Под автоматизацией проектирования понимают си­стематическое применение ЭВМ в

процессе проектирова­ния при научно обоснованном распределении функций между

проектировщиком и ЭВМ и научно обоснованном выборе методов машинного решения

задач.

Цель автоматизации — повысить качество проектиро­вания, снизить материальные

затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа

ин­женерно-технических работников, занятых проектирова­нием и

конструированием.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и ЭВМ

подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер,

а ЭВМ — задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проекти­рования от

неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и

занимающего много времени физического моделирования — математическим

моделиро­ванием. При этом следует иметь в виду одно важнейшее обстоятельство:

при проектировании число вариантов необозримо. Поэтому нельзя ставить задачу

создания универсальной САПР, а необходимо решать вопросы проектирования для

конкретного семейства машин.

Для создания САПР необходимо:

· совершенствовать проектирование на основе примене­ния математических

методов и средств вычислительной техники;

· автоматизировать процессы поиска, обработки и вы­дачи информации;

· использовать методы оптимального и вариантного про­ектирования;

применять эффективные, отражающие су­щественные особенности, математические

модели проек­тируемых объектов, комплектующих изделий и мате­риалов;

· создавать банки данных, содержащих систематизиро­ванные сведения

справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования

объектов;

· повышать качество оформления проектной докумен­тации;

· повышать творческую долю труда проектировщиков за счет автоматизации

нетворческих работ;

· унифицировать и стандартизовать методы проекти­рования;

· подготавливать и переподготавливать специалистов;

· реализовывать взаимодействие с автоматизированными системами

различного уровня и назначения.

Комплекс средств автоматизации проектирования вклю­чает методическое,

лингвистическое, математическое, про­граммное, техническое, информационное и

организацион­ное обеспечение.

СОСТАВ САПР

САПР — система, объединяющая технические сред­ства, математическое и

программное обеспечение, пара­метры и характеристики которых выбирают с

максималь­ным учетом особенностей задач инженерного проектиро­вания и

конструирования. В САПР обеспечивается удоб­ство использования программ за

счет применения средств оперативной связи инженера с ЭВМ, специальных

проб­лемно-ориентированных языков и наличия информаци­онно-справочной базы.

Структурными составными составляющими САПР яв­ляются подсистемы, обладающие

всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Это

выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечиваю­щие выполнение

некоторых законченных проектных задач с получением соответствующих проектных

решений и проектных документов.

По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и

обслуживающие.

К проектирующим относятся подсистемы, выполняю­щие проектные процедуры и

операции, например:

· подсистема компоновки машины;

· подсистема проектирования сборочных единиц;

· подсистема проектирования деталей;

· подсистема проектирования схемы управления;

· подсистема технологического проектирования.

К обслуживающим относятся подсистемы, предназна­ченные для поддержания

работоспособности проектирую­щих подсистем, например:

· подсистема графического отображения объектов про­ектирования;

· подсистема документирования;

· подсистема информационного поиска и др.

В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида

проектирующих подсистем:

· объектно-ориентированные (объектные);

· объектно-независимые (инвариантные).

К объектным подсистемам относят подсистемы, выпол­няющие одну или несколько

проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного

объекта проектирования, например:

· подсистема проектирования технологических систем;

· подсистема моделирования динамики, проектируемой конструкции и др.

К инвариантным подсистемам относят подсистемы, выполняющие унифицированные

проектные процедуры и операции, например:

· подсистема расчетов деталей машин;

· подсистема расчетов режимов резания;

· подсистема расчета технико-экономических показа­телей и др.

Процесс проектирования реализуется в подсистемах в виде определенной

последовательности проектных про­цедур и операций. Проектная процедура

соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой

принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных

проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и

направ­лена на достижение локальной цели в процессе проекти­рования. Под

проектной операцией понимают условно Выделенную часть проектной процедуры или

элементар­ное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования.

Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки

кинематической или ком­поновочной схемы станка, технологии обработки изделий

и т. п., а примерами проектных операций — расчет при­пусков, решение какого-

либо уравнения и т. п.

Структурное единство подсистем САПР обеспечивается строгой регламентацией

связей между различными ви­дами обеспечения, объединенных общей для данной

под­системы целевой функцией. Различают следующие виды обеспечения:

· методическое обеспечение — документы, в которых отражены состав,

правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования;

· лингвистическое обеспечение — языки проектирова­ния, терминология;

· математическое обеспечение — методы, математические модели, алгоритмы;

· программное обеспечение — документы с текстами про­грамм, программы

на машинных носителях и эксплуата­ционные документы;

· техническое обеспечение — устройства вычислитель­ной и

организационной техники, средства передачи дан­ных, измерительные и другие

устройства и их сочетания;

· информационное обеспечение — документы, содержа­щие описание

стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов,

комплектующих изделий, материалов и другие данные;

· организационное обеспечение — положения и инструк­ции, приказы,

штатное расписание и другие документы, регламентирующие организационную

структуру подраз­делений и их взаимодействие с комплексом средств

авто­матизации проектирования.