Программное обеспечение САПР

Название дисциплины

Информационные технологии

Курсовая работа

Программное обеспечение САПР

1. Структура САПР

2. Обзор САПР

2.1 Тяжелые САПР

2.2 Средний класс САПР

2.3 Легкие системы

3. Программное обеспечение САПР

3.1 Состав ПО САПР

3.2 Функциональное назначение ПО САПР

3.3 Основные принципы проектирования ПО САПР Заключение Глоссарий Список использованных источников Приложения, А Приложения Б

Введение

Человечество вступило в эру информатизации, и это проявляется в следующем:

· информация и информационные ресурсы на мировом рынке становятся важнейшим высокотехнологичным продуктом;

· фирмы, разрабатывающие автоматизированные информационные технологии, занимают ведущие позиции в мировой экономике, определяют дальнейшие направления развития конкурентоспособной продукции;

· без информатизации невозможно создание высоких технологий ;

· информационные технологии (ИТ) открывают новые возможности в повышении эффективности производственных процессов, в сфере образования и быта, они выводят на новый уровень автоматизацию технологических процессов и управленческий труд, обеспечивают групповое ведение проектных работ, Интернет-технологии, CALS-технологии Cals-технологии — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) — современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия, дистанционное образование и т. д.;

· информатизация общества ведет к интернационализации производства.

Показателем научно-технической мощи страны становится внешнеторговый баланс профессиональных знаний, который реализуется рынком лицензий производственных процессов, «ноу-хау» и консультациями по применению наукоемких изделий. Например, США около 80% нововведений передают дочерним предприятиям в других странах. Пока эти предприятия осваивают предложенную технологию, в США готовят новые, т. е. реализуется опережающий технологический цикл высокоразвитой страны. К числу важнейших компонентов информационной мощи США относится глобальное лидерство в разработке, производстве и использовании информационных технологий.

Таким образом, эволюция мирового рынка дает преимущества стране, создающей у себя и передающей для производства другим странам наукоемкие изделия. Последние должны включать новые технологии и современные профессиональные знания. Идет торговля невидимым продуктом: знаниями, культурой; происходит навязывание высокоразвитыми странами стереотипа поведения. Именно поэтому в информационном обществе стратегическим ресурсом становятся информация, знание, творчество. Посредством дистанционного обучения, компьютерных игр, компьютерных видеофильмов и других ИТ компьютерные технологии оказывают огромное влияние на формирование условий и среды, в которых развиваются и процветают таланты. Предполагается, что социальное влияние информационной революции будет заключаться в синтезе западной и восточной мысли. ИТ играют серьезную стратегическую роль в развитии каждой страны. Их значение быстро увеличивается за счет того, что ИТ:

· активизируют и повышают эффективность использования информационных ресурсов, обеспечивают экономию сырья, энергии, полезных ископаемых, материалов и оборудования, людских ресурсов, социального времени;

· реализуют наиболее важные и интеллектуальные функции социальных процессов;

· занимают центральное место в процессе интеллектуализации общества, в развитии системы образования, культуры, новых (экранных) форм искусства, популяризации шедевров мировой культуры и истории развития человечества;

· обеспечивают информационное взаимодействие людей, способствуют распространению массовой информации ;

· быстро ассимилируются культурой общества, снимают многие социальные, бытовые и производственные проблемы, расширяют внутренние и международные экономические и культурные связи, влияют на миграцию населения по планете;— оптимизируют и автоматизируют информационные процессы в период становления информационного общества;

· играют ключевую роль в процессах получения, накопления, распространения новых знаний по трем направлениям.

Первое из них — информационное моделирование, позволяющее проводить «вычислительный эксперимент» даже в условиях, которые невозможны при натуральном эксперименте из-за опасности, сложности и дороговизны.

Второе направление основано на методах искусственного интеллекта, оно позволяет находить решения плохо формализуемых задач, задач с неполной информацией и нечеткими исходными данными по аналогии с созданием метапроцедур, используемых человеческим мозгом.

Третье направление базируется на методах когнитивной графики, т. е. совокупности приемов и методов образного представления условий задачи, которые позволяют сразу увидеть решение либо получить подсказку для его нахождения. Оно открывает возможности познания человеком самого себя, принципов функционирования своего сознания. Кроме того, в этом случае становится возможным реализовать методы информационного моделирования глобальных процессов, что обеспечивает возможность прогнозирования многих природных ситуаций в регионах повышенной социальной и политической напряженности, экологических катастроф, крупных техногенных аварий.

Автоматизация многих сфер человеческой деятельности прочно базируется на обработке, хранении и преобразовании больших объемов информации. Исключение не составляют и специализированные программные комплексы, занятые в сфере решения задач автоматизации проектирования, которые называются системами автоматизированного проектирования (САПР).

1. Структура САПР Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий.

Во-первых, автоматизация проектирования — синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции, есть примеры применения мейнфреймов Мейнфрейм — высокопроизводительный компьютер со значительным объёмом оперативной и внешней памяти, предназначенный для организации централизованных хранилищ данных большой ёмкости и выполнения интенсивных вычислительных работ. Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, математического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем, основанных на операционных системах Unix, Windows 2000/XP, языках программирования С, С++, Java и других, современных CASE технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Во-вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру-разработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными как из-за больших материальных и временных затрат на проектирование, так и из-за невысокого качества проектов.

Термин «САПР» в нашей стране обычно используют в тех случаях, когда речь идет о пакетах программ, которые в англоязычной терминологии называются CAD/CAM/CAE. Быков А. Цеховая САПР на базе ADEM А7 САПР и графика. Компъютер Пресс. 2007. № 1. — 29 с. Другими словами, это ПО для автоматизированного проектирования (CAD), подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (CAE). Существуют САПР и для других областей — разработки электронных приборов, строительного проектирования, но они имеют свою специфику.

Доктор Патрик Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS) и разработал методики, которые составили основу большинства современных САПР. Вскоре появились и другие CAD-пакеты. В то время они работали на мэйнфреймах и мини-компьютерах и стоили очень дорого — в среднем 90 тыс. долл. за одно рабочее место. Очевидно, что лишь крупные предприятия могли позволить себе идти в ногу со временем.

Одновременно стали появляться и первые CAM-программы, позволяющие частично автоматизировать процесс производства с помощью программ для станков с ЧПУ, и CAE-продукты, предназначенные для анализа сложных конструкций. Так в 1971 г. компания MSC. Software выпустила систему структурного анализа MSC. Nastran, которая до сих пор занимает ведущее положение на рынке CAE.

Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает базовую и специальную компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования входят в программу курса, посвященного основам САПР, более детальное изучение тех методов и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, предусматривается в профильных дисциплинах. Бурное развитие САПР происходило в 90-х годах, когда Intel выпустила процессор Pentium Pro, а Microsoft — систему Windows NT. Тогда на поле вышли новые игроки «средней весовой категории», которые заполнили нишу между дорогими продуктами, обладающими множеством функций, и программами типа AutoCAD. Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие. Приложение Б.Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах. Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными (PDM — Product Data Management), управления процессом проектирования (DesPM — Design Process Management), пользовательского интерфейса для связи разработчиков с ЭВМ, CASE (Computer Aided Software Engineering) для разработки и сопровождения программного обеспечения САПР, обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

Структурирование САПР по различным аспектам обусловливает появление видов обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения:

— техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);

— математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;

— программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

— информационное (ИО), состоящее из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД), а также других данных, используемых при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД носит название банка данных (БнД);

— лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

— методическое (МетО), включающее различные методики проектирования, иногда к МетО относят также математическое обеспечение;

— организационное, представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

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

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

— для применения в отраслях общего машиностроения. Их часто называют машиностроительными САПР или MCAD (Mechanical CAD) системами.

— для радиоэлектроники. Их названия — ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы.

— в области архитектуры и строительства.

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

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования. Так, в составе MCAD появляются CAE/CAD/CAM системы:

1) САПР функционального проектирования, иначе САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы.

2) конструкторские САПР общего машиностроения — САПР-К, часто называемые просто CAD системами;

3) технологические САПР общего машиностроения — САПР-Т, иначе называемые автоматизированными системами технологической подготовки производства АСТПП или системами CAМ (Computer Aided Manufacturing).

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

По характеру базовой подсистемы различают следующие разновидности САПР:

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

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

3) САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматического управления и т. п. Часто такие САПР относятся к системам CAE. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL язык описания аппаратуры интегральных схем. Язык проектирования VHDL является базовым языком при разработке аппаратуры современных вычислительных систем., математические пакеты типа MathCAD;

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

Функции, характеристики и примеры CAE/CAD/CAM-систем. Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относятся черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D — получение трехмерных моделей, метрические расчеты, реалистичная визуализация, взаимное преобразование 2D и 3D моделей.

Среди CAD-систем различают «легкие» и «тяжелые» системы. Первые из них ориентированы преимущественно на 2D графику, сравнительно дешевы и менее требовательны в отношении вычислительных ресурсов. Вторые ориентированы на геометрическое моделирование (3D), более универсальны, дороги, оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей. Основные функции CAM-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ (NC — Numerical Control), расчет норм времени обработки. Наиболее известны (к 1999 г.) следующие CAE/CAD/CAM-системы, предназначенные для машиностроения. «Тяжелые» системы (в скобках указана фирма, разработавшая или распространяющая продукт): Unigraphics (EDS Unigraphics); Solid Edge (Intergraph); Pro/Engineer (PTC — Parametric Technology Corp.), CATIA (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, ныне входит в PTC) и др.

«Легкие» системы: AutoCAD (Autodesk); АДЕМ; bCAD (ПроПро Группа, Новосибирск); Caddy (Ziegler Informatics); Компас (Аскон, С. Петербург); Спрут (Sprut Technology, Набережные Челны); Кредо (НИВЦ АСК, Москва) Жук Д. М. Технические средства и операционные системы САПР. — М.: Высшая школа. 2006. С 130.

Системы, занимающие промежуточное положение (среднемасштабные): Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (Топ Системы, Москва) и другие. C ростом возможностей персональных ЭВМ грани между «тяжелыми» и «легкими» CAD/CAM-системами постепенно стираются.

2 Обзор САПР

2.1 Тяжёлые САПР

Это системы, которые, во-первых, обеспечивают весь цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации, а во-вторых (и это самое главное), создают проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия с единой виртуальной электронной моделью этого изделия.

Эти системы применяются для решения наиболее трудоемких задач — моделирования поведения сложных механических систем в реальном масштабе времени, оптимизирующих расчетов с визуализацией результатов, расчетов температурных полей и теплообмена и т. д. Обычно в состав системы входят как чисто графические, так и модули для проведения расчетов и моделирования, постпроцессоры для станков с ЧПУ ЧПУ — компьютеризованная система управления, управляющая приводами технологического оборудования, включая станочную оснастку. К сожалению, эти самые мощные САПР наиболее громоздки и сложны в работе, а также имеют значительную стоимость.

Тяжёлые САПР применительны к созданию сложных изделий машиностроения, в основе организации компьютерной технологии лежит создание полного электронного макета изделия, так как именно создание трехмерных электронных моделей, адекватных реально проектируемому изделию, открывает колоссальные возможности для создания более качественной продукции (особенно сложной, наукоемкой продукции) и в более сжатые сроки. В процессе проектирования и производства сложных и многокомпонентных изделий все участвующие в проектировании должны, работая одновременно и наблюдая работу друг друга, создавать сразу на компьютерах электронные модели деталей, узлов, агрегатов, систем и всего изделия в целом.

Также необходимо одновременно решать задачи концептуального необходимо проектирования, всевозможных видов инженерного анализа, моделирования ситуаций, а также компоновки изделия и формирования внешних обводов. Не дожидаясь полного окончания разработки нового изделия, эту информацию следует использовать для технологической подготовки производства и производства как такового. Кроме того, необходимо автоматизировано управлять и всеми создаваемыми данными электронной модели (то есть структурой изделия), и самим процессом создания изделия, и к тому же иметь возможность управлять структурой процесса создания изделия. Для реализации именно компьютерной технологии проектирования и производства должны применяться системы автоматизированного проектирования инженерного анализа и технологической подготовки производства (CAD/CAE/CAM) высшего уровня, а также системы управления проектом (PDM — Product Data Management).

Система CAD/CAE/CAM высшего уровня это такая система, которая, во-первых, обеспечивает весь цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации, а во-вторых (и это самое главное), создает проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия с единой виртуальной электронной моделью этого изделия .В западных странах эта организационная философия обозначается аббревиатурой CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment), что можно перевести как «Единая среда создания изделия от идеи до реализации». Руководствуясь такой концепцией, можно резко сократить цикл создания изделия, повысить технический уровень проектов, избежать нестыковок и ошибок в изготовлении оснастки и самого изделия благодаря тому, что в подобном случае все данные взаимосвязаны и контролируемы. В настоящее время на рынке осталось три САПР верхнего ценового класса — Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Раньше мощных системы было больше, но после череды слияний и поглощений компаний, число пакетов сократилось. Главная особенность «тяжелых» САПР — обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы — все это результат длительного развития. Однако, эти системы немолоды — CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer — в 1988 г., а Unigraphics NX, хотя и вышла в 2002 г., является результатом слияния двух весьма почтенных по возрасту систем — Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в результате приобретения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного анализа и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Кроме того, все три поставщика предлагают для своих САПР системы управления инженерными данными (PDM), позволяющие управлять всей конструкторско-технологической документацией и предоставлять дополнительные данные, экспортированные из других корпоративных систем. Несмотря на то, что тяжелые системы стоят дороже своих более «легких» собратьев, затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако крупных клиентов, способных платить за САПР миллионы долларов не так много. По мнению аналитиков, этот сегмент рынка уже практически насыщен и поделен между «китами» индустрии. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов. Для них предназначены системы среднего и легкого классов.

2.2 Средний класс САПР Средние САПР заняли промежуточное положение между тяжелым и легким классами, унаследовав от первых трехмерные параметрические возможности, а от вторых — невысокую цену и ориентацию на платформу Windows Феоктистов В., Карабчеев К. ADEM-Проектирование технологичных конструкции CАПР и графика. Компьютер Пресс. 2007С 47. Они произвели революционный переворот в мире САПР, открыв небольшим конструкторским организациям путь для перехода от двумерного к трехмерному проектированию.

Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. В настоящее время Parasolid принадлежит фирме EDS, а ACIS — компании Dassault, которые продают лицензии на их использование всем желающим. Таких желающих немало — эти ядра составляют основу более сотни САПР, а число проданных лицензий перевалило за миллион. Успех понятен — ведь использование готового ядра избавляет разработчиков системы от решения трудоемких задач твердотельного моделирования и позволяет сосредоточиться на пользовательском интерфейсе и других функциях. Впрочем, это не значит, что все САПР среднего класса построены на базе этих механизмов. Многие компании ценят независимость и предпочитают разрабатывать собственные «движки». К среднему классу аналитики относят системы стоимостью порядка 4−6 тыс. долл. за рабочее место (цены в США). Для сравнения: у тяжелых САПР рабочее место обходится примерно в 25 тыс. долл., но в последнее время поставщики выпустили облегченные версии продуктов, которые стоят дешевле.

По прогнозам аналитической компании Daratech прирост среднего класса будет продолжаться, и предполагается, что до 2012;го рынок будет увеличиваться на 20% в год. Причина такой положительной динамики состоит в активном притоке новых пользователей из обоих смежных лагерей — тяжелых и легких систем. Так, по мнению аналитиков, сейчас становится все больше производителей, недовольных слабой окупаемостью своих инвестиций в дорогие продукты и ищущих более дешевые варианты. С другой стороны, глобализация, нарастание конкуренции и спад мировой экономики заставляют малые и средние предприятия переходить c двумерных САПР на трехмерные, чтобы ускорить выпуск новых изделий в продажу и повысить их качество. Процесс перехода подстегивает улучшение совместимости между 2Dи 3D-системами и увеличение преимуществ САПР среднего класса для повышения производительности труда .

У средних САПР сейчас существует обширный круг потенциальных потребителей, и они вольно или под давлением рынка будут вынуждены рано или поздно их внедрить. На руку «середнякам» играет и расширение функциональных возможностей этих продуктов. В результате у предприятий, которые хотят получить надежный инструмент для трехмерного моделирования, но могут обойтись без высокоразвитых средств тяжелых САПР, появились дополнительные варианты для выбора ПО. Ведь раньше поставщики утверждали, что средние САПР обладают 70% функций тяжелых продуктов, а их цена составляет всего 22% от стоимости дорогих систем. Теперь, считают аналитики из Daratech, по возможностям «середняки» приближаются к 90%, а по стоимости — к 50%.Поэтому различие между этими двумя классами существует и сохранится в течение обозримого будущего, так как разработчики и тех и других систем не сидят сложа руки, а будут и впредь совершенствовать свои продукты. Первым в области средних САПР стала компания SolidWorks. В 1993 г. она представила одноименный продукт, обладающий трехмерным геометрическим ядром, который, по утверждению создателей, по возможностям приближался к механизмам твердотельного моделирования тяжелых систем, но стоил гораздо дешевле. Вскоре примеру первопроходца последовала фирма Solid Edge, выпустившая одноименную САПР, а затем и Autodesk. Она сначала разработала трехмерную программу Mechanical Desktop на базе двумерной AutoCAD, а затем создала новое ПО Inventor. Помимо этих систем на рынке есть немало других САПР среднего класса, например think3, Cadkey, Alibre. Есть среди них и российские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему КОМПАС на базе собственного геометрического ядра, а фирма «Топ Системы» — программу T-Flex на основе ядра Parasolid, принадлежащего UGS. Они также прошли длительный путь развития и обзавелись встроенными средствами поверхностного моделирования, управления документами (PDM), технологической подготовки производства (CAM) и т. д., но при этом стоят существенно дешевле зарубежных аналогов и изначально ориентированы на отечественные стандарты и приемы проектирования.

2.3 Легкие системы Программы этого вида служат для двумерного черчения и обычно их называют электронной чертежной доской. В настоящее время они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР.

Первая чертежная система Sketchpad была создана еще в начале 50-х годах, а затем появилось немало других продуктов такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением персональных компьютеров. Вслед за снижением стоимости оборудования последовал обвал цен и на САПР.

Первым в этой области стала компания Autodesk, которая в 1984 г. выпустила САПР для ПК под названием AutoCAD. Успех был феноменальным — уже в 1987 г. было продано 100 тыс. копий AutoCAD, а сегодня это число превышает четыре миллиона. В результате Autodesk удалось отхватить изрядную долю рынка САПР, вытеснив тяжеловесов из сегмента программ для двумерного черчения. Примеру первопроходца последовали и остальные игроки. Так, в 1984 г. фирма Bently представила программу Microstation, которая стала основным конкурентом AutoCAD’а. Кроме них сейчас существует множество других «легких» САПР, включая DataCAD одноименной компании, TurboCAD фирмы IMSI, SurfCAM от Surfware и другие. Эти продукты проще и дешевле (100 — 4000 долл.) тяжелых и средних САПР, поэтому пользуются спросом, несмотря на нынешний экономический спад. В результате «легкие» системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования, своего рода «рабочей лошадкой» мира САПР Быков А., Карабчеев К. Эффективные технологии подготовки производства на базе CAD/CAM ADEM CАПР и графика. Компьютер Пресс, 2007С 54.

3. Программное обеспечение САПР

3.1 Состав программного обеспечения САПР Программное обеспечение САПР представляет собой совокупность всех программ и эксплуатационной документации к ним, необходимых для автоматизированного проектирования. Программное обеспечение САПР (ПО САПР) представляет собой сложную программную систему, включающую в себя десятки и сотни компонентов. ПО САПР — это совокупность программ на машинных носителях с необходимой программной документацией, предназначенной для выполнения автоматизированного проектирования.

Создание ПО САПР — трудная научно-техническая задача, для решения которой требуются большие материальные затраты. Известны САПР, ПО которых насчитывает до 500 тыс. операторов языка программирования. Разработка такого ПО требует сотен и тысяч человеко-лет, причем требования к квалификации разработчиков таких систем очень высоки. Например, в разработке САПР морских судов, оцениваемой в 600 человеко-лет, принимало участие 15 организаций. Стоимость современных САПР определяется главным образом стоимостью ПО, которое в несколько раз превышает стоимость технического обеспечения. Литовка Ю. В., Дьяков И. А., Романенко А. В., Алексеев С. Ю., Попов А. И. Основы проектирования баз данных в САПР: Учебное пособие. — Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007 — 177 с.

Средняя производительность труда программистов в организациях, занимающихся промышленной разработкой ПО, составляет 1000−2000 операторов в год. В США цена одного оператора программы колеблется в зависимости от степени сложности ПО от 15 до 700 $; по данным на 1985 г. один час работы программиста стоит в 5 раз дороже одного часа работы ЭВМ быстродействием 300 тыс. операций/с. Приведенные данные касаются ПО, представляющего собой законченный программный продукт, поставляемый как промышленное изделие. В отличие от программ индивидуального пользования, предназначенных только для обслуживания их разработчика, программный продукт:

1) имеет универсальное назначение, ориентирован на применение многими пользователями и в ряде организаций;

2) предназначен для работы в комплексе с другими компонентами программного обеспечения;

3) имеет специальные средства модификации и расширения;

4) всесторонне отлажен;

5) описан в тщательно составленной документации.

Стоимость программного продукта приблизительно в 8−10 раз выше стоимости программы индивидуального назначения и с увеличением его сложности растет по квадратичному закону.

Для оценки сложности ПО используются два основных показателя:

1) количество операторов;

2) количество и типы взаимосвязей компонентов ПО между собой.

Этот показатель более важный, так как именно он определяет эффективность декомпозиции исходной задачи декомпозиции ПО в целом на ряд вложенных подзадач разработки его компонентов. Поэтому, в частности, трудоемкость разработки управляющих программ выше (приблизительно в 4 раза) трудоемкости разработки прикладных программ.

Пользователь (user) — лицо, пользующееся услугами вычислительной техники для получения информации или решения различных задач.

В САПР можно выделить, по крайней мере, три квалификационные категории пользователей.

Разработчики САПР — специалисты в области применения ЭВМ, способные разрабатывать базовые методы, средства и оснащение САПР, общесистемное ПО, инструментальные и технологические средства проектирования, осуществлять генерацию и настройку САПР на условия конкретного применения.

Прикладные программисты имеют высокую квалификацию, знают методологию проектирования, алгоритмы прикладной области и могут разрабатывать специализированное ПО.

Проектировщики — специалисты в области проектирования, хорошо освоившие возможности САПР для выполнения автоматизированного проектирования.

Проектировщики могут относиться к так называемой категории «пользователь-непрограммист», т. е. к числу специалистов, которые не являются профессионалами в области вычислительной техники, но нуждаются в прямом доступе (без посредников) к ресурсам ЭВМ.

Программное обеспечение подразделяют на базовое, общесистемное и специализированное.

Базовое ПО не является предметом разработки при создании ПО САПР.

Общесистемное ПО является инвариантным к объектам проектирования.

Специализированное ПО функционирует в операционной среде, которая состоит из общесистемного и базового ПО. Основной функцией специализированного ПО САПР является получение проектных решений.

Состав и структура ПО САПР определяются как составом и структурой подсистем САПР, так и САПР в целом.

3.2 Функциональное назначение программного обеспечения САПР По назначению ПО САПР можно разделить на ряд программных комплексов (ПК), представляющих собой совокупность программных, информационных, методических, математических и лингвистических компонент, предназначенных для выполнения заданных функций. Можно выделить следующие программные комплексы: проектирующие, обслуживающие и инструментальные. Проектирующие ПК предназначены для получения законченного проектного решения и в свою очередь делятся на проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные. Проблемно-ориентированные ПК выполняют унифицированные проектные процедуры, не зависимые от объекта проектирования. Объектно-ориентированные ПК используются для проектирования объектов определенного класса. Проектирующие ПК входят в состав специализированного ПО.

3.3 Основные принципы проектирования ПО САПР Проектирование ПО САПР осуществляется на основе принципов системного единства, развития, совместимости и стандартизации.

Принцип системного единства. При создании, функционировании и развитии ПО САПР связи между компонентами должны обеспечивать ее целостность.

Принцип развития. ПО САПР должно создаваться и функционировать с учетом пополнения, совершенствования и обновления ее компонент.

Принцип совместимости. Языки, символы, коды, информация и связи между компонентами должны обеспечивать их совместное функционирование и сохранять открытую структуру системы в целом.

Принцип стандартизации. При проектировании ПО САПР необходимо унифицировать, типизировать и стандартизовать ПО, инвариантное к проектируемым объектам.

Одной и проблем, возникающих при проектировании ПО САПР, является создание единого информационно совместимого между собой программного комплекса, предназначенного для выполнения автоматизированного проектирования. Петров А. В. Проблемы и принципы создание САПР. — М.: Высшая школа, 2008. — 250 с.

автоматизированный проектирование программный

Заключение

Программное обеспечение САПР представляет собой сложную программную систему, включающую в себя десятки и сотни компонентов. Для успешного функционирования и конкурентоспособности промышленных предприятий в современных условиях абсолютно необходимы передовые информационные технологий. Они позволяют не только решать широкий круг задач в сфере автоматизации финансово-хозяйственной и управленческой деятельности, но и осуществлять комплексную автоматизацию основных технологических и производственных бизнес-процессов.

Потребности современного производства диктуют необходимость глобального использования информационных компьютерных технологий на всех этапах жизненного цикла изделия: от предпроектных исследований до утилизации изделия.

Область применения системы САПР очень велика. Возможности САПР во многом определяются программным обеспечением, которое зачастую делят на уровни, опираясь на сложность системы и область ее возможностей.

Системы Автоматизированного Проектирования нижнего уровня в основном применяются при выпуске конструкторской документации, обычно она не связана друг с другом. А также САПР, которые обеспечивают выпуск комплектов конструкторской документации (КД), включая документы (экспликации, спецификации и т. п.) текстовые, сборочные, подсборочные, увязанные друг с другом. Применяются такие системы в создании проектов с различной степенью сложности в области строительства, архитектуры, геодезии, генплана, машиностроения и других. САПР среднего уровня обеспечивает поверхностное и твердотельное моделирование в трехмерном пространстве, а также выпуск документации на проектируемые модели. Область применения САПР этого уровня — машиностроение (трехмерное проектирование), архитектура, геодезия и многое другое. Оно позволяет инженерам-конструкторам, которые работают в различных областях электроники, механики, архитектуры сильно повысить производительность контроля, документирования и проектирования изделий.

САПР верхнего уровня позволяет производить комплексное решение задач в моделировании объектов, выпуска конструкторской документации, расчетов, помогает решить специфические прикладные задачи. Примером может послужить расчет и прокладка газового трубопровода. Системы САПР верхнего уровня применяются в различных областях архитектуры, строительства, машиностроения и многих других.

С помощью САПР увеличивается эффективность выполняемых проектных работ за счет:

· очень удобных и принципиально новых средств рисования схем;

· в программном обеспечении заложено автоматическое формирование монтажно-коммутационных схем;

· средств, которые управляют проектом, состоят из множества документов;

· повышение уровня качества выпускаемой продукции.

Результатами САПР служат законченные проекты или части его. Они могут быть использованы как другими САПР, так и сделаны в виде уже законченного проекта, который открывается самостоятельно без необходимости установки дополнительного программного обеспечения.

Глоссарий

Список использованных источников

1 Быков А. Цеховая САПР на базе ADEM А7 САПР и графика. Компьютер Пресс. 2007. № 1. — 30 с.

2 Быков А., Карабчеев К. Эффективные технологии подготовки производства на базе CAD/CAM ADEM CАПР и графика. Компьютер Пресс, 2007. № 6. — 44 с.

3 Жук Д. М. Технические средства и операционные системы САПР. — М.: Высшая школа. 2006. — 200 с.

4 Казаков А., Карабчеев К., Кашуба А. Что такое ADEM CАПР и графика Компьютер Пресс. 2008. № 9. — 62 с.

5 Литовка Ю. В., Дьяков И. А., Романенко А. В., Алексеев С. Ю., Попов А. И. Основы проектирования баз данных в САПР: Учебное пособие. — Тамбов: Издательство ТГТУ, 2008. — 170 с.

6 Майстренко Н. В., Майстренко А. В. Программное обеспечение САПР. Операционные системы: Учебное пособие. — Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007. — 99 с.

7 Норенков И. П. Автоматизированное проектирование. Учебник. Серия: Информатика в техническом университете. — M.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 380 с.

8 Петров А. В. Проблемы и принципы создание САПР. — М.: Высшая школа, 2008. — 160 с.

9 Феоктистов В., Карабчеев К. ADEM-Проектирование технологичных конструкции CАПР и графика. Компьютер Пресс. 2007. № 1. — 60 с.

10 Юзмухаметов А. Автоматизация получения технической документации в ADEM САПР и графика. Компъютер Пресс. 2006. № 2. — 99 с.