Современные САПР. 
Проектирование подстанции "Сатурн" в г. Рыбинск

Основными структурными элементами САПР являются подсистемы, которые подразделяются на проектирующие и обслуживающие. К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например расчетную, чертежно-графическую, подсистему подготовки носителей для станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и автоматизированных линий. Обслуживающие подсистемы предназначены для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например подсистемы управления данными. Каждая подсистема САПР, как правило, создается в виде пакета программ.

Существующий отечественный и зарубежный опыт в области автоматизации проектирования свидетельствует о том, что разработка, внедрение и эффективное использование комплексов, предназначенных для автоматизации процесса проектирования и реализуемых на базе современных ЭВМ, требуют комплексного решения широкого спектра проблем: организационных, технических, математических, программных, лингвистических, информационных и др. Решение этих проблем базируется на соответствующих видах обеспечения.

Ниже рассмотрены виды обеспечения САПР.

Техническое — устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства или их сочетания. В состав технического обеспечения входят всевозможные устройства ввода данных типа мышь, диджитайзеры, сканеры, принтеры, мониторы, модемы. Для эффективного функционирования САПР техническое обеспечение должно отвечать ряду требований. Основные из них: высокая производительность вычислительной техники; высокая точность расчетов; развитая периферийная аппаратура (типа мышь, диджитайзер, сканеры и т. д.); возможность параллельной одновременной работы разных конструкторов; использование единой конструкторской базы данных, установленной на сервере; обеспечение необходимого уровня секретности и защиты информации.

Математическое — методы, модели, алгоритмы, используемые в процессе проектирования.

Программное — программы на машинных носителях, документы с текстами программ и эксплуатационные документы. Особенностями программного обеспечения САПР являются возможность сетевой работы в рамках САПР, наличие очень большого количества пакетов прикладных программ, адаптация под конкретного пользователя.

Информационное — документы, содержащие описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и другие данные, а также файлы и блоки данных на машинных носителях с записью указанных документов.

Методическое — документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования.

Лингвистическое — языки проектирования, используемая терминология.

Организационное — положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений и их взаимодействие с комплексом средств автоматизации проектирования.

В настоящее время машиностроительные предприятия, проектные и научно-исследовательские организации используют большую номенклатуру САПР: от небольших графических программ до мощных специализированных пакетов. Их стоимость колеблется от ста до нескольких десятков тысяч долларов за одно рабочее место. В зависимости от возможностей современные САПР можно условно разбить на три уровня: нижний, средний и высший.

Системы нижнего уровня обеспечивают выполнение чертежных работ и представляют собой электронный кульман, который обеспечивает традиционную технологию проектирования и технологической подготовки (например, AutoCAD, VersaCAD, CADKEY, КOMPAS).

Системы среднего уровня (например, T-FLEX CAD, Solid Edge, SolidWorks, Mechanical Desktop) выполняют автоматизированный выпуск конструкторской и технологической документации, программирования обработки заготовок на станках ЧПУ. Эти системы позволяют создать объемную (трехмерную) модель изделия, по которой определяются характеристики (инерционно-массовые, прочностные и т. д.), контролируется взаимное расположение деталей, моделируются все виды ЧПУ-обработки, отрабатывается внешний вид по фотореалистичным изображениям, выпускается документация. Кроме того, обеспечивается управление проектами на базе электронного документооборота. Экономический эффект состоит в многократном повышении производительности труда при резком сокращении ошибок и соответственно в улучшении качества изделий. Пользователь получает все преимущества трехмерного проектирования: топологическую точность, возможность анализа трехмерных моделей и использования в подготовке управляющих программ для станков ЧПУ. Эти системы следует рассматривать как еще один шаг, который позволяет извлечь новые реальные возможности из компьютерного проектирования. Кроме того, обеспечиваются специализированные расчетные, аналитические системы, системы подготовки управляющих программ для станков ЧПУ.

Системы высшего уровня предназначены для интеграции всего цикла создания изделия от проектирования, подготовки к производству до изготовления. Они позволяют конструировать детали с учетом особенностей материала (пластмасса, металлический лист), проводить динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструмента, проектировать оснастку с моделированием процессов изготовления (штамповки, литья, гибки), К ним относятся EDS Unigraphics, Pro/Engineer, CATIA или CADDS. Программы математического анализа таких САПР могут включать прочностной, кинематический и динамический анализ. Моделирование механической обработки позволяет оценить качество деталей с точки зрения их деформации. Кроме того, эти системы дают возможность одновременно работать над проектируемым изделием всем специалистам — конструкторам, технологам, дизайнерам.

В проектировочной деятельности в настоящее время используются следующие наиболее популярные САПР нижнего уровня, обладающие достаточными возможностями для работы во многих областях техники и науки:

ArchiCAD — программное обеспечение компании Graphisoft является на данный момент одной из лучших систем архитектурно-строительного проектирования, которое с помощью концепции Виртуального Здания (Virtual Building) реализует уникальную технологию Информационного Моделирования Зданий (Building Information Modeling — BIM) (рисунок 16.1). ArchiCAD — мощная среда 3D-моделирования для работы с объектами по современным технологиям. Система разработана специально для архитекторов: инструментарий программы позволяет строить чертежи и модель из привычных объектов (стен, колонн, перекрытий и т. д.), а интерфейс программы интуитивно ясен. При работе в ArchiCAD не просто создаются отдельные чертежи, а разрабатывается полный набор документации по проекту в одном файле.

Рисунок 16.1 — Интерфейс ArchiCAD.

В России и странах СНГ наиболее широко распространен программный пакет AutoCAD. Разработанный Autodesk более 20 лет назад, он долгое время отвечал самым взыскательным требованиям проектировщиков. Но на сегодняшний день, обладая богатым инструментарием и возможностями адаптации, этот пакет может применяться лишь при разработке очень малых и достаточно простых проектов, автоматизируя только рутинную работу кульмана. Современному проектировщику нужно гораздо больше, чем просто быстрое и красивое выполнение чертежей (рисунок 16.2).

Рисунок 16.2 — Интерфейс AutoCAD.

КОМПАС — система автоматизированного проектирования, разработанная российской компанией с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС. Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, предназначенных для 2D черчения и трёхмерного проектирования (рисунок 16.3).

Рисунок 16.3 — Интерфейс КОМПАС 3D.

SolidWorks — продукт компании SolidWorks Corporation, система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Она представляет собой инструментальную среду, предназначенную для автоматизации проектирования сложных изделий в машиностроении и в других областях промышленности.

Рисунок 16.4 — Интерфейс SolidWorks.

Система T-FLEX CAD — новое эффективное средство для комфортной работы конструктора. Включает в себя средства 2D-черчения, 3D-проектирования, модули конечно-элементного и динамического анализа. В новой версии САПР T-FLEX CAD реализовано более 200 усовершенствований, предлагающих пользователю целый набор инструментов, недоступных в других программах сходного назначения.

Рисунок 16.5 — Интерфейс T-FLEX CAD.