Обзор современных программных средств сбора и обработки данных

В настоящее время на основе современных вычислительных комплексов и средств автоматизации созданы и находятся в промышленной эксплуатации системы автоматизированного проектирования, позволяющие в значительной степени освободить конструктора-проектировщика от однообразной, трудоемкой и утомительной умственной работы и повысить его интеллектуальные возможности на этапах принятия решений.

По сравнению с историей развития вычислительной техники история развития автоматизированных систем очень коротка, она не насчитывает и пятидесяти лет. Однако без этих систем компьютеры никогда бы не стали тем, чем они являются сейчас — орудием труда миллионов специалистов, занятых проектированием в самых разных областях.

История развития САПР достаточно условно можно разбить на 3 этапа:

• 70-е годы — были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации; в этот период основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения. Многие программные продукты того времени назывались системами автоматизированного черчения — САЧ.
• 80-е годы — характеризуются активным применением микрокомпьютеров и супер микрокомпьютеров, появлением массовых систем и базовых программных продуктов для них. Этот период характерен использованием различного ПО различными подразделениями одного предприятия (период основной автоматизации). Однако в эти же годы наряду с 2D черчением появились системы 3D моделирования. Теперь стала желательной возможность передавать данные с одного этапа на другой этап ЖЦ. Кроме того, появилось понятие твердотельное моделирование.
• 90-е года — период «зрелости» — некоторые ошибки были исправлены (например, убраны барьеры несовместимости между системами). Сначала стали появляться — третье сторонние фирмы — разработчики ПО для конвертации данных из системы в систему. Потом крупные системы стали сами предоставлять возможность импорта и экспорта данных с другими распространенными системами.

Первые программы автоматизированного проектирования были созданы для нужд электронной и радиотехнической промышленности. Они появились в конце 50-х — начале 60-х годов прошлого века. В качестве примера можно назвать программы анализа электронных схем Net-1, ECAP или программу логического моделирования цифровой аппаратуры С. Крея — Р. Киша, созданные в США. В СССР в 60-е годы появляются программы проектирования печатных плат, оформления конструкторской документации, логического и схемотехнического моделирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и интегральных схем. Развитие систем автоматизированного проектирования в машиностроении тесно связано с аппаратно-программными средствами машинной графики и геометрического моделирования, так как проектирование механических изделий заключается прежде всего в конструировании, т. е. в определении геометрических форм тел и их взаимного расположения. Поэтому отправной точкой истории автоматизации проектирования в машиностроении обычно считают создание графической станции Sketchpad на основе дисплея и светового пера И. Сазерлендом в 1963 г., хотя еще в 1946 г. И. Шоенбергом была представлена теория B-сплайнов. В 70-е годы в геометрическом моделировании стали использовать неравномерные рациональные B-сплайны (NURBS), а также модели кривых и поверхностей любой формы, разработанные П.Безье. К 1982 г. твердотельное моделирование начинают применять в своих программных продуктах компании Computervision, IBM, Prime и др. В 1986 г. компания Autodesk выпускает свой первый CAD-продукт Autocad. В 1988 г. создается аппаратура для прототипирования изделий с помощью лазерной стереолитографии по данным, получаемым в САПР. Также в 1988 г. компания PTC впервые реализует параметризацию моделей. Развитие компьютерной графики определялось не только возможностями аппаратных средств, но и характеристиками программного обеспечения. Оно должно было быть инвариантным по отношению к используемым аппаратным средствам ввода и вывода графической информации. Поэтому значительное внимание с 70-х годов уделяется вопросам стандартизации графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включает в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования. В 1977 г. ACM публикует документ Core, описывающий требования к аппаратно-независимым программным средствам. А в начале 1982 г. появляется система Graphical Kernel System (GKS), задающая примитивы, сегменты и преобразования графических данных и ставшая стандартом ISO в 1985 г. В 1987 г. разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D графику. В 1986 г. утверждается ряд новых стандартов в области компьютерной графики. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS P (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System) — стандарт ANSI, ставший стандартом ISO в 1989 г. В 1993 году компанией Silicon Graphics предложен стандарт OpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время. В этих системах используются графические форматы для обмена данными, представляющие собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Графический формат (метафайл) обеспечивает возможность запоминать графическую информацию единым образом, передавать ее между различными системами и интерпретировать для вывода на различные устройства. Такими форматами стали CGM — Computer Graphics Metafile, PostScript — Adobe Systems' Language, GEM — GEM Draw File Format и др. Работы по стандартизации были направлены на расширение функциональности графических языков и систем, включение в них средств описания не только данных чертежей и 3D-моделей, но и других свойств и характеристик изделий. В области автоматизации проектирования унификация основных операций геометрического моделирования привела к созданию инвариантных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Наибольшее распространение получили два геометрических ядра Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания Spatial Technology). Ядро Parasolid разработано в 1988 г. и в следующем году становится ядром твердотельного моделирования для CAD/CAM Unigraphics, а с 1996 г. — промышленным стандартом.

В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. Система Solidworks вошла в число ведущих систем среднего уровня. Ряд CAD/CAM систем среднего и нижнего уровней разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон), Кредо (НИЦ АСК), T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие системы. Компания Аскон основана в 1989 г. В нее вошел коллектив разработчиков, который до этого в Коломенском конструкторском бюро машиностроения проектировал систему Каскад. Первая версия Компас для 2D проектирования на персональных компьютерах появилась в том же 1989 г. В 2000 г. САПР Компас распространена на 3D проектирование. В 2003 г. выпущена 6-я версия Компас и PDM система Лоцман.PLM. Автоматизация технологической подготовки производства в системах CAM не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования в системах CAD.

В СССР для ЭВМ «Минск-22» был реализован компилятор с языка ЛЯПАС, который мог быть использован и для отработки алгоритмов автотрассировки. В конце 1970 — начале 1980 годов в СССР были разработаны системы автоматического проектирования печатных плат такие, как «Аврора», ЕСАП, «Граф 2Д», «Рапира», «Киев-1052», имеющие функции автоматической трассировки соединений. В это же на Западе появляются пакеты LPKF, Sprint, OmniBoards и другие. Все они были реализованы на малых и средних ЭВМ, таких как IBM 370 (ЕС ЭВМ), VAX и PDP (СМ ЭВМ). C появлением персональных ЭВМ алгоритмы автотрассировки перекочевали на них. Предшественник САПР ACCEL EDA — P-CAD — имеет собственную программу автотрассировки печатных плат PC-Route.