Виды обеспечения сапр кратко

Обновлено: 02.07.2024

Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Знание основ автоматизации проектирования и умение работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру разработчику. САПР, являясь разновидностью информационных систем, классифицируемых по сфере применения, относятся к сложным многоуровневым структурам, образуемым совокупностью средств вычислительной техники, различными видами обеспечения и обслуживающим их персоналом. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время накоплен большой опыт создания САПР и систем автоматизации инженерного труда. Разрабатываются интегрированные САПР, которые включают в свой состав подсистемы: поддержки принятия решений, самоорганизации, адаптации, моделирования, обучения, экспертные системы. Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. В данное работе рассматривается структурирование систем автоматизированного проектирования и функциональное назначение каждой из подсистем, а также совокупность однотипных компонентов, т.е. средств обеспечения САПР, обеспечивающих функционирование подсистемы.

3. Лазарева Т.Я., Мартемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г. Л17 Интегрированные системы проектирования и управления. Структура и состав: Учеб. пособие. М.: "Издательство Машиностроение-1", 2006, С. 160-163.

8. А.П. Петров Основы САПР в машиностроении: Учебное пособие. – Курган: Издательство Курганского гос.университета, 2001, С. 21-25.

Автоматизация проектирования – неотъемлемая составляющая современного научно-технического прогресса. Проектирование технических объектов без систем автоматизированного проектирования требует достаточно больших временных и людских ресурсов вследствие чего на предприятиях идёт активное развитие конкурентоспособных систем автоматизированного проектирования. Также в сфере САПР постоянно вводятся новые технологии для увеличения возможностей настоящих и разработки новых систем и подсистем автоматизированного проектирования, что даёт существенный толчок к разработке качественно новых методов разработки САПР, анализируя уже существующие.

1. Подсистемы САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Иными словами, Система автоматизированного проектирования (САПР) - это совокупность средств и методов для осуществления автоматизированного проектирования.

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, в которых при помощи различных комплексов средств выполняется решение функционально законченных задач в определенной последовательности. Подсистема САПР—это составная структурная часть САПР, обладающая всеми свойствами системы и являющаяся самостоятельной системой. Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

1.1. Проектирующие подсистемы

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. В зависимости от отношения к объекту проектирования различают два вида функциональных подсистем: объектно-ориентированные (объектные); объектно-независимые (инвариантные).[1]

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.[2]

К проектирующим подсистемам относят:

· Подсистему функционально-логического проектирования. На выходе этой системы мы получаем функциональную схему, затем логическую схему и на выходе принципиальную электрическую схему.

· Подсистему конструкторского (технического) проектирования. На выходе этой системы получаем конструкцию устройства и конструкторскую документацию, включая схему расположения элементов на поверхности модуля и топологию печатных соединений межу элементами.

· Подсистемы технической подготовки производства. На выходе этой системы получаем маршрутную карту производственного (технологического) процесса и программы для управления станками с числовым программным управлением.

Другие примеры проектирующих подсистем:

подсистема компоновки машины;
подсистема проектирования сборочных единиц;
подсистема проектирования деталей;
подсистема проектирования схемы управления;
подсистема технологического проектирования.

1.2. Обслуживающие подсистемы

Обслуживающие подсистемы – объектно-независимые подсистемы, реализующие функции общие для подсистем или САПР в целом, обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т.п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР. [3]

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

подсистемы управления проектными данными (PDM — Product Data Management);
обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР;
подсистемы графического ввода-вывода;
система управления базами данных (СУБД);
подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering);
подсистемы управления процессом проектирования (DesPM — Design Process Management)
подсистема информационного поиска.

В состав как проектирующих, так и обслуживающих систем современных САПР могут входить:

Экспертные системы - это системы, в основе которых лежит база знаний, представленная либо в виде системы продукции, либо в виде фреймов (FRAME). Экспертная система позволяет формализовать знания эксперта в определенной предметной области с целью принятия рациональных проектных решений.

Системы принятия решений - это системы, позволяющие производить выбор эффективных проектных решений в условиях определенности и неопределенности исходной информации на основе формальных методов и процедур. Для оценки проектных решений могут также применяться нейросетевые технологии.

Системы поддержки принятия решений. Наряду с вышеперечисленными методами могут применяться различные методы информационной поддержки и аналитической обработки представленной информации для принятия более правильного решения пользователем.

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.

2. Состав и структура САПР

Системное единство САПР обеспечивается наличием комплекса взаимосвязанных моделей, определяющих объект проектирования в целом, а также комплексом системных интерфейсов, осуществляющих заданную взаимосвязь.

Формирование и использование моделей объекта проектирования в прикладных задачах осуществляется комплексом средств автоматизированного проектирования (КСАП). Структурными частями КСАП являются различные комплексы средств, а также компоненты организационного обеспечения.

Виды комплексов средств и компонентов САПР представлены на следующем рисунке

Виды комплексов и компонентов САПР

Комплексы средств подразделяются на комплексы средств одного вида обеспечения – технического, информационного, программного и комбинированные.

Программно-методический комплекс (ПМК) представляет собой взаимосвязанную совокупность компонентов программного, информационного и методического обеспечения, необходимую для получения законченного проектного решения по объекту проектирования или выполнения унифицированных процедур. В зависимости от назначения ПМК подразделяются на общесистемные, базовые, проблемно-ориентированные.

Программно-технический комплекс (ПТК) представляет собой взаимосвязанную совокупность ПМК с комплексами и компонентами технического обеспечения. В зависимости от назначения ПТК различают: автоматизированные рабочие места (АРМ); центральные вычислительные комплексы (ЦВК).

Комплексы средств могут объединять свои вычислительные и информационные ресурсы, образуя локальные вычислительные сети подсистем или системы в целом.

Эффективное функционирование КСАП достигается за счет взаимосогласованной разработки компонентов, входящих в состав комплексов средств.

Общесистемные ПМК, включающие в себя программное, информационное, методическое и другие виды обеспечения, предназначены для выполнения унифицированных процедур по управлению, контролю, планированию вычислительного процесса. Они подразделяются на мониторные системы управления функционированием технических средств, информационно-поисковые системы, системы управления базами данных, программно-методические комплексы машинной графики. Базовые проблемно-методические комплексы подразделяются на проблемно-ориентированные, предназначенных для автоматизированного упорядочения исходных данных, требований и ограничений к объекту проектирования в целом или к сборочным единицам, выбора физического принципа действия объекта проектирования, выбора технических решений и выбора структуры объекта проектирования, и объектно-ориентированные, отражающие особенности объектов проектирования, как совокупной предметной области. [4]

3. Компоненты и обеспечение САПР

Каждая подсистема состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы. Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.). Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Принято выделять семь видов обеспечения САПР:

техническое (ТО), включающее различные аппаратные средства (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое коммутационное оборудование, линии связи, измерительные средства);[5]
математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;
программное, представляемое компьютерными программами САПР;
информационное, состоящее из базы данных, СУБД, а также включающее другие данные, используемые при проектировании; отметим, что вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а база данных вместе с СУБД носит название банка данных;
лингвистическое, выражаемое языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;
методическое, включающее различные методики проектирования, иногда к нему относят также математическое обеспечение;
организационное, представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

В САПР как проектируемой системе, выделяют также эргономическое и правовое обеспечения.

Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте. Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов ее функционирования.

Теперь кратко разберёмся с назначением каждого компонента средств САПР

Математическое обеспечение САПР.

Основа - это алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР. Среди разнообразных элементов математического обеспечения имеются инвариантные элементы-принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиски экстремума. Разработка математического обеспечения является самым сложным этапом создания САПР, от которого в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом.[6]

Программное обеспечение САПР.

Программное обеспечение состоит из программ ЭВМ. Программное обеспечение (ПО) делится на общесистемное, базовое и прикладное (специальное). Общесистемное ПО предназначено для функционирования технических средств. Базовое ПО включает программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ.
Прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное ПО имеет форму пакетов прикладных программ, каждый из которых обслуживает определенный этап процесса проектирования

Информационное обеспечение САПР.

Основу составляют данные, которыми пользуются проектировщики в процессе проектирования непосредственно для выработки проектных решений. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений.

Техническое обеспечение САПР.

Техническое обеспечение САПР представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования.
Техническое обеспечение делится на группы средств программного обеспечения, подготовки и ввода данных, отображения и документирования, архива проектных решений, передачи данных от ЭВМ к терминалам (конечным пунктам вывода информации – плоттерам).
Основной показатель технического обеспечения – высокая надежность оборудования и удобство пользования (чтобы гарантировать проектировщику получение достоверных результатов с наименьшими затратами труда).[7]

Лингвистическое обеспечение САПР.

Лингвистическое обеспечение САПР представлено совокупностью языков, применяемых для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Среди алгоритмических языков наибольшее распространение получили Фортран, Паскаль, по которым составляют программное обеспечение существующих САПР.

Методическое обеспечение САПР.

Методическое обеспечение определяет объект проектирования, процесс проектирования и взаимосвязь между машиной и человеком (т.е. что проектировать и как управлять процессом проектирования).

Разработка методического обеспечения требует знаний предметной области проектирования и технических средств, с тем, чтобы определить, какие задачи и этапы проектирования выполнять в автоматическом режиме, какие оставить за проектировщиком, а какие необходимо осуществлять в интерактивном режиме пользователя и системы.

Методическое обеспечение включает также пакет документов, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования. Кроме того, в методических документах каждой системы излагается технология проектирования, дается описание циклов проектирования, типовых сочетаний программ, рационального распределения функций между человеком и ЭВМ. [8]

Организационное обеспечение САПР.

Этот пункт предписывает комплектование подразделений САПР профессионально грамотными специалистами, имеющими навыки и знания для работы с перечисленными выше компонентами САПР. От их работы будет зависеть эффективность и качество работы всего комплекса САПР (может даже всего производства)

В заключение следует отметить, что благодаря системам автоматического проектирования существенно сокращаются сроки выполнения и подготовки конструкторской и технической документации. Такая экономия во времени достигается за счет автоматизации большинства действий, связанных с этим процессом.

Также, в результате использования машинного проектирования значительно улучшается качество, как технической документации, так и непосредственно самих конструкторских разработок. Конструктору, инженеру, проектировщику больше не приходится значительную часть своих усилий тратить на рутинные операции. Он может целиком сконцентрироваться на самом творческом процессе разработки.

Системы автоматизированного проектирования совершили революцию в промышленности, сократив объемы ручного труда, повысив точность работы проектировщиков, уменьшив большинство ошибок, допускаемых людьми, увеличив производительность проектировщиков и улучшив качество проектов.

Чтобы понять, что такое САПР и для чего он нужен в работе, узнаем, как расшифровывается аббревиатура программы – это система автоматизированного проектирования. В этой статье мы узнаем, как появилось и развивалось это программное обеспечение, какие возможности оно открывает для конструирования, и чем отличаются его разновидности.

История создания САПР

Англоязычный вариант названия – CAD, то есть Computer Aided Design. Изначально разработчики добивались плотного взаимодействия человеческих ресурсов и возможностей электронно-вычислительных машин. Путь достижения этой цели короток – существование платформ не длится и полвека. Условно весь период развития можно разбить на три части:

1970-е годы. В это время появилась уверенность, что проектирование теоретически подвергается компьютеризации. Сфера деятельности машины была невелика, в основном упор делался на возможности автоматического черчения. Такие программы получили название САЧ.
1980-е годы ознаменовались появлением микрокомпьютеров, поэтому все силы уходили на создание систем для них. Также этот период положил начало объемному 3D-моделированию с возможностью передачи данных.
1990-е годы окончили формирование базовых понятий САПРа и устранения ошибок и погрешностей. В частности, было убрано препятствие при передаче файла в одном формате на другую компьютерную систему. Когда производители пришли к единому образцу, применение платформы стало доступнее и популярнее.

С тех пор создатели только совершенствуют модели, укомплектовывают новыми функциями и облегчают работу с ними.

Можно назвать следующие ступени эволюции программы:

Проектирование наружных инженерных сетей : водоснабжения, канализации, газоснабжения, теплоснабжения.

Возможности и области применения САПР

Основная цель разработки платформы – это повышение эффективности труда инженеров с помощью обеспечения взаимодействия с электронно-вычислительными машинами. Оно достигается следующими факторами:

облегчается процесс конструирования для сотрудников всех отраслей;
уменьшаются сроки завершения проектов в целом;
сокращается начальная стоимость работы проектирования за счет устранения издержек и оплаты многочасового труда работников;
улучшается качество готового продукта и каждого отдельного этапа;
практически убирается статья расходов на тестирование изделий и устранение погрешностей.
Такой результат достигается за счет ряда достоинств автоматизации:
обширная и доступная информационная база, заложенная в структуре программы;
автоматический сбор и классификация всех сопутствующих документов;
возможность системы параллельного конструирования и, соответственно, предоставления объема работ на текущий момент моделирования;
заложенная в программе библиотека готовых решений;
режим проверки и испытаний готового продукта путем математического моделирования;
подбор и предложение максимально выгодных методов моделирования при минимизации расходов;
сбор и классификация информации для наиболее выгодного управления предприятием.

Состав и структура САПР

Это обширная система, которая, не смотря на перевод, не полностью соответствует аббревиатуре CAD. В русскоязычный термин входят три базовых понятия:

CAE (Computer-aided engineering) – программа инженерного анализа, осуществляющая расчет данных.
CAD (Computer-Aided Design) – этап собственно проектирования и построения схем.
CAM (Computer-aided manufacturing) – модуль по управлению результатами деятельности двух предыдущих устройств.

На деле все три технологии взаимодействуют и дают возможности в одной программе осуществлять полный цикл конструирования объектов любой сложности.

Для создания САПРа были привлечены технологии из разных сфер:

основы телекоммуникаций;
методы вычислительных сетей;
широкое математическое обеспечение: от способов вычисления и статистики до элементов искусственного разума;
компьютерные технологии для обслуживания популярных операционных систем и основных языков программирования.

Система автоматизированного проектирования САПР – это программа, которая базируется на двух основных подсистемах: проектирование и обслуживание. С помощью первой осуществляется само построение схем, чертежей. Вторая служит для управления первой.

Вот основные составляющие модули:

Построение двумерных систем и геометрическое 3D-моделирование.
DesPM – Design Process Management – управление процессом конструирования.
PDM — Product Data Management – организация и оптимизация заложенных данных.
Диалоговый модуль – дает возможность эффективного общения пользователя с программой.
Совокупность технических средств – измерительные приборы и инвентарь для построения.
Математическая база, включающая в себя алгоритмы решения проблем и функции преображения данных.
Информационное обеспечение – энциклопедический набор знаний, к которому имеет доступ пользователь.
Языковая надстройка с возможностью перевода текста.
Базовая совокупность средств, необходимых при стандартных ситуациях проектирования.

Классификация САПР

Можно разделять все виды программ согласно следующим критериям:

по отраслевому назначению;
по цели использования;
по масштабам;
по форме основной подсистемы.

Разновидности ПО в зависимости от отрасли

MCAD – mechanical CAD – это сфера машиностроения любой сложности: от ракетных установок и автомобилей до примитивного тостера;
EDA или electronic CAD – это группа радиоэлектронных разработок, необходимая для разработки как целого проекта, так и его элементов: микросхем, плат и других деталей.
AEC СAD или CAAD – программное обеспечение для архитекторов и строителей. Используется для возведения зданий, строительства дорог и элементов инфраструктуры любой сложности.

Классификация по цели использования

Она повторяет три составляющих классического САПРа:

CAD – отвечает за проектирование и создание чертежей;
CAE – модуль для автоматических подсчетов и аналитических процессов;
CAM – подготовка производства и управление всей системой.

Они могут быть как воплощены в раздельных платформах, так и объединены в одной – это комбинированные программы. Также возможны надстройки с соответствующими функциями на базовой комплектации.

Отличия платформы по масштабу комплектации

Есть три типа, они характеризуются расположением от простого к сложному:

Нижний уровень отвечает за конструкторскую документацию. Используется в различных сферах деятельности, когда нужно подготовить отчетную смету.
Средний уровень отличается повышенным контролем за отчетность и возможностью построения 3D-моделей.
Высший уровень обеспечивает наиболее широкий спектр возможностей, сопровождая процесс создания изделия любой сложности от расчетных манипуляций до момента тестирования.

Виды программного обеспечения САПР по характеру базовой комплектации

На основе технической графической методики, двумерного и объемного моделирования. Они настроены на использование с целью проектирования объектов и взаимного расположения элементов схемы. Применяются в большинстве случаев в машиностроении.
На Системе Управления Базой Данных. Такие платформы ориентированы на математические расчеты, использование формул и алгоритмов, оперирование большим количеством информации. Чаще всего используются для создания бизнес-проектов и экономических выкладок.
На базе узкопрофильных модулей, необходимых для специализированных действий в той или иной сфере деятельности.
Интегрированные программные обеспечения, включающие в себя все предыдущие виды. Они сложнее в управлении, но обеспечивают широкий охват возможностей.

Примеры САПР-программ: системы автоматизированного проектирования в действии

Расскажем о наиболее популярных платформах, их плюсах и минусах.

Автокад

Еще недавно он занимал первую позицию на рынке систем конструирования. Софт был разработан еще в 1982 году американскими учеными, он сразу стал популярным, тем более, что на тот момент был уникальным средством компьютерного моделирования. AutoCAD предлагает возможности для инженеров всех сфер, в ее комплектации есть как широкий спектр инструментов, так и специальные модули для узкой профилизации, чтобы не загромождать интерфейс. Таким образом, можно купить наиболее удобную для работы версию. Другой вопрос – в какую сумму это обойдется.
Являясь самой популярной программой во всем мире, Автокад переведен на 18 языков, в частности, на русский. Нашим специалистам понятно все, кроме необходимой инструкции по применению. В своем арсенале продукт имеет десятки разновидностей и тысячи надстроек и модулей. Почему же сейчас все чаще ищут аналог этой системы САПР?

У платформы есть как верные защитники, так и противники. Для первых все приписываемые минусы – это лишь результат недостаточного освоения программы. Вторая группа видит следующие минусы:

Неудобная работа с таблицами. Привычные текстовые редакторы дают больше возможностей использовать этот примитивный способ передачи информации.
Трудность в освоении софта: большой функционал не всегда пригождается каждому пользователю, однако, загромождает интерфейс и приводит к путанице.
Невозможность корректного импортирования чертежей, выполненных в Автокаде, в другие ПО. Это не дает пользователем возможность продолжить работу с другого компьютера, на котором установлена другая система.
Производители уделяют много времени и сил на создание новых надстроек, однако, интерфейс побочных модулей зачастую не проработан.
Основным недостатком является завышенная ценовая политика. Для многих инженеров стоимость Автокада остается запредельной. Тем более редко его устанавливают студенты и начинающие проектировщики. Крупным компаниям тоже становится выгоднее покупать лицензии у производителей с хорошей системой корпоративных скидок.

Таким образом, появляется необходимость в поиске лучшего САПРа, который должен отвечать ряду требований:

оптимальный расширенный функционал, не уступающий возможностям популярного продукта;
приятный и удобный внешний вид, понятный интерфейс, удачное расположение инструментария;
нетрудная система обретения лицензии и последующего продления;
возможность обновлений и добавления профильных надстроек с расширенным специализированным комплектом функций;
легкое импортирование из одной программы в другую, совместимость форматов редактирования;
невысокая цена и система корпоративных скидок.

Какие платформы пришли на замену?

NanoCAD

Распространенный продукт российской компании NanoSoft. Большим плюсом является его родина, в связи с ней, Нанокад ориентирован на правила ГОСТа. Интерфейс остается полной имитацией работы в брендовом модуляторе. Соотносится с другими системами автоматического проектирования и легко импортируется за счет поддержания различных форматов. Имеет возможность доступа в библиотеку заготовленных схем и поддерживает обмен данными с системой NormaCS.

Из минусов выделяют нестабильную работу и частые сбои, долгую загрузку софта. И трудности при редактировании геометрии – затруднена работа со сплайнами и штриховками.

ZWCAD – лучший аналог Автокада

Компания ZWSOFT разработала программное обеспечение, которое обещает быть самым популярным на рынке систем автоматизированного проектирования. Продукт имеет следующие достоинства:

Привычный интерфейс и удобное меню с грамотным переводом на русский язык сделает работу в ЗВКАДе удобной.
Базовая комплектация имеет стандартный набор инструментов, необходимый для продуктивной деятельности инженера. Для узких специальностей компанией представлен ряд дополнительных модулей с расширенным функционалом.
Полная совместимость с другими ПО, в том числе, с Автокадом. Популярные форматы сохранения чертежей и, как правило, отсутствие проблем с результатами разработок в других софтах.
Поддержка как двумерных, так и трехмерных моделей.
Низкая цена и возможность покупки пакета лицензий для локального пользования.
Возможность протестировать демо-версию САПРа.
Консультация специалистов при покупке программы.

ZWCAD подойдет для работ разного уровня сложности как специалистами, так и новичками, студентами.

Выбор хорошей системы автоматического проектирования зависит от личных пожеланий инженера. Эта программа, с которой он будет проводить каждый свой рабочий день. Поэтому необходимо внимательно разобраться с возможностями, которые предлагает платформа.

Компас

Отечественный продукт компании АСКОН изначально планировался как программа для 3D-моделирования. Со временем появились дополнения, позволяющие вести в нем и всю сопутствующую документацию. Он также выигрывает в том, что запрограммирован на соблюдение стандартов ГОСТ. Но софт имеет ряд минусов. Формат чертежей, выполненных в Компасе, не поддерживается прочими схожими платформами. А также имеет скудные возможности в оформлении текста.

Аннотация: Рассматривается состав методического обеспечения САПР, его сущность, состав. Приводятся его компоненты - методическое и лингвистическое виды обеспечения САПР для случая, когда последние не являются самостоятельными.

Изучение одного из важнейших видов обеспечения САПР - методического обеспечения и его составных частей: математического и лингвистического видов обеспечения.

10.1. Назначение и состав методического обеспечения САПР

Методическое обеспечение САПР включает в себя: теорию процессов, происходящих в схемах и конструкциях РЭС; методы анализа и синтеза схем и конструкций радиоэлектронных устройств, систем и их составных частей, их математические модели; математические методы и алгоритмы численного решения систем уравнений, описывающих схемы и конструкции РЭС. Указанные компоненты методического обеспечения составляют ядро САПР . В методическое обеспечение САПР входят также алгоритмические специальные языки программирования , терминология, нормативы, стандарты и другие данные. Разработка методического обеспечения САПР РЭС требует специальных знаний в областях радиотехники, электроники, в частности, системотехники, схемотехники и микроэлектроники, конструирования и технологии произ водства РЭС. Следовательно, разработка методического обеспечения САПР РЭС - прерогатива специалистов в области радиотехники и электроники.

Обычно в качестве обособленных блоков в методическом обеспечении выделяются математическое и лингвистическое обеспечения .

Математическое обеспечение - это совокупность математических моделей, методов и алгоритмов для решения задач автоматизированного проектирования.

Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования и для осуществления диалога между проектировщиками и ЭВМ.

Если математическое и лингвистическое обеспечения являются полностью самостоятельными в составе САПР , то под методическим обеспечением САПР понимают входящие в ее состав документы, регламентирующие порядок ее эксплуатации. Документы (методики, организационные, директивные документы), относящиеся к процессу создания САПР , не входят в состав методического обеспечения . Данное уточнение весьма принципиально, так как даже специалисты в области САПР нередко рассматривают методическое обеспечение САПР как методы разработки.

Однако отдельные документы, выпущенные при создании и для создания САПР , могут войти в состав САПР и использоваться при ее эксплуатации. Например, для создания САПР разрабатываются структуры и описания баз данных, инструкции по их заполнению и ведению. Эти документы могут остаться неизменными и стать частью методического обеспечения САПР . Порядок разработки такого рода документов, относящихся к процессу создания САПР и затем включаемых в ее состав, а также обязательный состав эксплуатационных документов определены государственными стандартами.

Компоненты методического обеспечения создаются на основе перспективных методов проектирования, поиска новых принципов действия и технических решений, эффективных математических и других моделей проектируемых объектов, применения методов многовариантного проектирования и оптимизации, использования типовых и стандартных проектных процедур , стандартных вычислительных методов.

Совершенствование организации работ в области автоматизации проектирования направлено на централизованное создание типовых программно-методических комплексов (ПМК) в целях их широкого тиражирования. Такие комплексы должны включать, наряду с программами для вычислительной техники и базами данных, еще комплекты документации. При применении ПМК указанная документация становится частью методического обеспечения САПР .

10.2. Математическое обеспечение САПР

Основу этого компонента САПР составляют алгоритмы, по которым разрабатывается программное обеспечение САПР и, следовательно, осуществляется процесс автоматизирования проектирования САПР . Математическое обеспечение (МО) при автоматизированном проектировании в явном виде не используется, а применяется производный от него компонент - программное обеспечение .

Вместе с тем разработка МО является самым сложным этапом создания САПР , от которого при использовании условно одинаковых технических средств в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом.

МО любых САПР по назначению и способам реализации делится на две части. Первую составляют математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования или их части или вычисляющие необходимые свойства и параметры объектов.

Вторую часть составляет формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

В составе любой САПР эти части МО должны органично взаимодействовать.

Способы и средства реализации первой части МО наиболее специфичны в различных САПР и зависят от особенностей процесса проектирования.

Развитие и совершенствование методов в данной части - процесс постоянный. Создание САПР стимулирует эти работы, и прежде всего - в части разработки оптимизационных методов проектирования.

Сложнее обстоит дело с разработкой второй части МО.Формализация процессов автоматизированного проектирования в комплексе оказалась более сложной задачей, чем алгоритмизация и программирование отдельных проектных задач. При решении задач данной части должна быть формализована вся логика технологии проектирования, в том числе логика взаимодействия проектировщиков друг с другом с использованием средств автоматизации . Указанные проблемы решались и решаются в настоящее время эмпирическим путем, главным образом - методом проб и ошибок .

Следовательно, МО САПР должно описывать во взаимосвязи объект , процесс и средства автоматизации проектирования. Для совершенствования МО выделяют два направления работ :

развитие методов получения оптимальных проектных решений, в том числе ориентированных на автоматизированное проектирование;
совершенствование и типизацию самих процессов автоматизированного проектирования.

Анализ существующих методов решения оптимизационных задач автоматизированного проектирования показал следующее:

к числу важнейших вопросов методологии современного проектирования относится выбор критериев эффективности вариантов проектных решений, что, как правило, требует решения многокритериальных задач оптимизации;
теоретически наиболее эффективными при поиске оптимальных проектных решений являются методы нелинейного математического программирования ;
в связи с практической сложностью и высокой трудоемкостью поиска оптимальных проектных решений с помощью точных математических методов существует поиск эффективных проектных решений на основе создания специальных "банков знаний" (фондов описаний объектов, технических решений, а также типовых эвристических методов ).

10.3. Лингвистическое обеспечение САПР

Это совокупность языков, используемых в процессе разработки и эксплуатации САПР для обмена информацией между человеком и ЭВМ. Термином "язык" в широком смысле называют любое средство общения, любую систему символов или знаков для обмена информацией.

Лингвистическое обеспечение САПР состоит из языков программирования , проектирования и управления.

Языки программирования служат для разработки и редактирования системного и прикладного программного обеспечения САПР . Они базируются на алгоритмических языках - наборе символов и правил образования конструкций из этих символов для задания алгоритмов решения задач ( языки программирования подробно изучаются в курсе " Информатика ").

Языки проектирования - это проблемно-ориентированные языки, служащие для обмена информацией об объектах и процессе проектирования между пользователем и ЭВМ.

Языки управления служат для формирования команд управления технологическим оборудованием, устройствами документирования , периферийными устройствами ЭВМ.

Существуют различные уровни языков программирования : высокие, более удобные для пользователя, и низкие, близкие к машинным языкам.

Программа , записанная на некотором языке программирования высокого уровня, называется исходной . Прежде чем исходная программа будет исполнена, она должна быть преобразована в машинную форму, соответствующую ЭВМ данного типа. Подобные преобразования осуществляются специальными программами, называемыми языковыми процессорами .

Основные типы языковых процессоров - трансляторы и интерпретаторы; соответственно, преобразования программ называют трансляцией и интерпретацией .

Трансляцией называют перевод всего текста программы на исходном языке ( исходной программы ) в текст на объектном языке (объектную программу). Если исходный язык является языком высокого уровня , а объектный - машинным, то транслятор называют компилятором . Если исходный язык - машинно-ориентированный (в автокоде ), а объектный - машинный, то транслятор называют ассемблером . Если исходный и объектный языки относятся к одному уровню, то транслятор называют конвертером.

По методу трансляции (компиляции) сначала исходная программа переводится на машинный язык , а затем скомпилированная рабочая программа исполняется.

При интерпретации перевод исходной программы в рабочую совмещен во времени; очередной оператор исходной программы анализируется и тут же исполняется.

В большинстве случаев применение трансляторов приводит к меньшим затратам машинного времени, но к большим затратам машинной памяти, чем при интерпретации .

Совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора называют системой программирования.

Класс машинно-зависимых языков представлен Ассемблером (макроассемблером). Он относится к языкам низкого уровня и применяется для написания программ, явно использующих специфику конкретной аппаратуры.

К машинно-ориентированным языкам относится язык СИ (разработан в 1972 г.). В нем объединяются достоинства низкоуровневых возможностей ассемблеров и мощных выразительных средств языков программирования высокого уровня. Язык СИ является одним из претендентов на роль основного языка программирования в САПР и ориентирован на разработку системных программ . Он, в частности, послужил главным инструментом для создания операционных систем для ЭВМ UNIX и MS DOS .

Классификация языков проектирования приведена на рис. 10.1.

Языки проектирования делят на: входные, выходные, сопровождения, промежуточные и внутренние.

Этим частям соответствуют языки описания объектов и языки описания заданий. Разновидности первых: схемные языки, графические языки и языки моделирования .

Схемные языки применяются для описания электрических и электронных схем и содержат данные об элементах схем и их связях друг с другом.

Графические языки используются для ввода чертежей, геометрических изображений, деталей и т. п. Задание геометрии деталей осуществляется различными способами: координатным, структурно-символическим (методом типовых графических элементов), аналитическим (математическими уравнениями поверхностей и линий) и рецепторным (мозаичным). Разработаны специальные системы графического программирования.

Языки моделирования близки к алгоритмическим языкам и применяются для описания процессов в моделируемом объекте.

Языки сопровождения служат для непосредственного общения пользователя с ЭВМ и применяются для корректировки и редактирования данных при выполнении проектных процедур . В диалоговых режимах работы с ЭВМ средства языков входного, выходного и сопровождения тесно связаны и объединяются под названием диалогового языка. Современные диалоговые языки широко используют средства машинной графики (графический диалог). Диалог с ЭВМ может быть пассивным,когда инициатор диалога - система, и от пользователя требуются только простые ответы, и активным - при двусторонней инициативе диалога. Наиболее распространенная форма пассивного диалога - это система встроенных, в том числе иерархических, директивных меню .

Недиалоговые системы языков сопровождения ориентированы на пакетный режим работы ЭВМ.

Промежуточные языки используются для описания информации в системах поэтапной трансляции исходных программ . Введение таких языков облегчает адаптацию программных комплексов САПР к новым входным языкам, т. е. делает комплекс открытым по отношению к новым составляющим лингвистического обеспечения .

Внутренние языки устанавливают единую форму представления данных (текстовой и графической информации) в памяти ЭВМ по подсистемам САПР . Принимаются определенные соглашения об интерфейсах отдельных программ, что делает САПР открытой по отношению к новым элементам программного обеспечения.

В качестве примера современного языка проектирования можно указать язык VHDL ( VHSIC - hardware description language ) - язык описания аппаратуры на базе сверхвысокоскоростных интегральных схем . Этот язык принят в качестве стандарта как инструментальное средство автоматизации проектирования СБИС, ориентированное на методологию нисходящего проектирования . Он является достаточно универсальным, чтобы охватить все аспекты проектирования изделий в области цифровой электроники.

CAD-системами (Computer-aided design) называется программное обеспечение, предназначенное для автоматизированного проектирования. Программный пакет, который призван создавать конструкторскую и технологическую документацию,3D модели и чертежи. Представляет собой организационно-техническую систему, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР.

Содержание

Производители проектных систем

Представленная в данном материале таблица представляет собой упорядоченный список производителей готовых программных решений в области систем проектирования, разработки и промышленного дизайна.

Особенности

Типы САПР

Математическое обеспечение САПР (МО) — этот вид подразумевает объединение математических методов, моделей и алгоритмов с целью выполнения проектирования)
Лингвистическое обеспечение САПР (ЛО) — это обеспечение представляет собой выражение языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками обмена данными и языками программирования между техническими средствами САПР;
Техническое обеспечение САПР (ТО) — сюда относятся периферийные устройства, ЭВМ, линии связи, обработка и вывод данных и т. д.;
Информационное обеспечение САПР (ИО) — состоит из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД) и других данных, которые используются при проектировании;
Программное обеспечение САПР (ПО) — это, прежде всего компьютерные программы САПР;
Методическое обеспечение (МетО) — включает в себя различного рода методики проектирования;
Организационное обеспечение (ОО) — представляется штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые определяют работу проектного предприятия.

Структура САПР

Будучи одной из сложных систем, САПР состоит из двух подсистем: проектирующей и обслуживающей. Проектные процедуры выполняют проектирующие подсистемы . Подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов являются ярким примером проектирующих подсистем. С помощью обслуживающих подсистем осуществляется функционирование проектирующих подсистем, их единство, как правило, называют системной средой или оболочкой САПР. Характерными обслуживающими подсистемами считаются подсистемы управления процессом проектирования (DesPM — Design Process Management), управления проектными данными (PDM — Product Data Management). Диалоговая подсистема (ДП); СУБД; инструментальная подсистема; монитор — обеспечивающий взаимодействие всех подсистем и управление их выполнением — это обслуживающие подсистемы ПО. Диалоговая подсистема ПО дает возможность интерактивного взаимодействия пользователя САПР с управляющей и проектирующими подсистемами ПО, а также подготовку и корректирование первоначальных данных, ознакомление с результатами проектирующих подсистем, функционирующих в пакетном режиме.

Структура ПО САПР определяется следующими факторами:

аспектами и уровнем создаваемых с помощью ПО описаний, проектируемых объектов и предметной областью;
степенью автоматизации конкретных проектных операций и процедур;
ресурсами, предоставленными для разработки ПО;
архитектурой и составом технических средств, режимом функционирования.

Классификация САПР

САПР классифицируют по следующим принципам: целевому назначению, по приложению, масштабам и характеру базовой подсистемы. По целевому назначению выделяют САПР или подсистемы САПР, которые предоставляют различные аспекты проектирования. Таким образом, CAE/CAD/CAM системы появляются в составе MCAD:

САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы. Здесь имеются в виду САПР функционального проектирования
САПР-К — конструкторские САПР общего машиностроения, чаще всего их называют просто CAD-системами;
САПР-Т — технологические САПР общего машиностроения — АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) или системы CAМ (Computer Aided Manufacturing).

По приложениям самыми важными и широко используемыми считаются такие группы САПР как:

Машиностроительные САПР или MCAD (Mechanical CAD) системы — это САПР для применения в отраслях общего машиностроения.
ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы — САПР для радиоэлектроники.
САПР в области архитектуры и строительства.

Помимо этого, существует большое количество более специализированных САПР, или выделяемых в определенных группах, или являющихся самостоятельной ветвью в классификации. Это такие системы как: БИС-САПР (больших интегральных схем); САПР летательных аппаратов и САПР электрических машин. По масштабу определяют самостоятельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР:

Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ)
Комплекс анализа электронных схем;
Системы ПМК;
Системы с уникальными архитектурами программного (software) и технического (hardware) обеспечений.

Классификация по характеру базовой подсистемы

САПР, которые направлены на приложения, где главной процедурой проектирования является конструирование, то есть определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Это САПР на базе машинной графики и математического моделирования. К данной группе систем относится большая часть графических ядер САПР в сфере машиностроения.
САПР, ориентированные на приложения, в которых при достаточно простых математических расчетах перерабатывается большое количество данных. Это САПР на базе СУБД. Данные САПР главным образом встречаются в технико-экономических приложениях, например, В процессе проектирования бизнес-планов, объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.
Комплексные (интегрированные) САПР, которые включают в себя совокупность предыдущих видов подсистем. Типичными примерами комплексных САПР могут быть CAE/CAD/CAM-системы в машиностроении или САПР БИС. Таким образом, СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий является составной частью САПР БИС. Для того, чтобы управлять такими сложными системами используют специализированные системные среды.
САПР на базе определенного прикладного пакета. По сути это свободно используемые программно-методические комплексы, такие как, комплекс имитационного моделирования производственных процессов, комплекс синтеза и анализа систем автоматического управления, комплекс расчета прочности по методу конечных элементов и т. п. Как правило, данные САПР относятся к системам CAE. Например, программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

Развитие САПР

Одна из ключевых тем развития САПР - "облачные" вычисления: удаленная работа с данными, размещенными на удаленных серверах, с различных устройств, имеющих выход в интернет. На сегодняшний день облака очень существенно продвинулись в сегменте легких приложений и сервисов — преимущественно в потребительском секторе. Возможны два варианта интеграции. В первом случае в облако переносится вся инфраструктура инженерных служб, и соответственно необходимость в инженерном ПО, установленном на рабочем месте, исчезает вовсе. Во втором случае у конструктора по-прежнему остается графическая рабочая станция с установленной САПР, но при этом он получает из нее доступ к различным облачным сервисам, благодаря которым можно решать задачи, требующие весьма существенных ресурсов (например, проводить прочностной анализ). Осуществлять облачное взаимодействие возможно двумя способами: публично, когда доступ к серверу, расположенному у провайдера, открыт через интернет, и в частном порядке, когда сервер находится на предприятии и обращения к нему происходят по закрытой локальной сети. В России развитие облаков в области САПР сдерживается необходимостью соблюдать в очень многих проектах излишнюю секретность. Поэтому скорее всего именно частные облака станут в ближайшее время основным драйвером рынка. Облака — это не только новые технологии, но еще и возможность экспериментировать с новыми бизнес-моделями. [1]

Следующая важная тенденция — альтернативные ОС. Еще лет пять назад, когда заводились разговоры об альтернативе Microsoft Windows, речь, как правило, шла о Linux. Данная тема актуальна и сегодня: отечественная национальная программная платформа, по всей видимости, будет сделана на базе ядра Linux; к этой ОС растет интерес в области образования и в госструктурах (есть примеры успешного перехода). Однако теперь уже можно говорить о существенном потенциале операционной системы Google Chrome OS. И здесь упомянутый тренд смыкается с облачным трендом — ОС Google, как известно, не подразумевает установку приложений на локальном компьютере.

Немаловажную роль в продвижении этой ОС играет тенденция к уменьшению рыночной доли ПК. Очевидно, что если в облака перенести большинство громоздких и сложных вычислений, снижаются требования к аппаратному обеспечению и появляется возможность работать на любых устройствах. Например, на планшетах. В итоге разработчикам САПР-решений придется либо разрабатывать платформонезависимые решения (облачный вариант), либо делать их мультиплатформенными.

Следующая тема — `железо`. Здесь все опять же определяется неудовлетворенностью рынка решением монополиста — классической архитектурой Intel (темпами ее развития). В этой связи явно отмечается тренд на развитие архитектуры ARM. Ее сейчас поддерживает несколько производителей, среди которых одним из самых активных является компания Nvidia (Нвидиа). Пока данная архитектура активно применяется только в мобильных устройствах, но в ближайшее время, судя по всему, она перейдет и на стационарные ПК. Косвенно об этом свидетельствует тот факт, что будущая ОС Microsoft Windows 8 сможет работать и на ARM-архитектуре тоже (впервые не только на Intel).

Вторая тенденция — перенос существенной части вычислений с центрального процессора на графическое ядро. Данная тема относится скорее к области параллельных вычислений.

Еще один тренд - это рост рынка мобильных устройств. Наибольшее ускорение он получил в прошлом году с появлением iPad. Вначале, правда, казалось, что это устройство сугубо потребительское и в корпоративном секторе оно не будет применимо. Однако выяснилось, что оно вполне подходит для решения многих задач.

В секторе САПР сегодня многие сотрудники являются мобильными — работают на выезде, на удаленных строительных объектах, перемещаются по стране, трудятся дома. (Все это требует удобного мобильного устройства.)

Так или иначе за рубежом о том, что планшет скоро будет у каждого сотрудника инженерной службы, сегодня говорят как о свершившемся факте. Уже появились привлекательные для разработчиков мобильные платформы IOS Apple и Android Google, а также существенное количество САПР-приложений под них.

Сейчас весьма сложно сказать, уйдут ли через десять лет из нашего арсенала клавиатура и мышь. Но факт в том, что интерфейсы, ориентированные на работу с мультитач-экранами (пальцеориентированные), явно набирают популярность. В мобильных устройствах они уже практически стали стандартом. На сегодняшний день вполне понятно, что этот интерфейс более чем подходит для потребления информации. Так же ли он хорош для ее создания, для работы с САПР, сказать пока сложно. Для массового перехода к подобным интерфейсам до сих пор не хватает технологической базы. Сейчас на рынке просто не существует достаточно больших мультитач-панелей с необходимым для САПР разрешением.

Рынок САПР весьма консервативен. Даже замена одной такой системы на другую в рамках работы над одним проектом — задача довольно сложная. Что уж говорить о серьезной смене парадигмы, интерфейсов, поколений САПР. Поэтому данный рынок явно не входит в число лидеров технологической гонки — развитие есть, но очевидно не такое быстрое, как хотелось бы. Впрочем, в ближайшее десятилетие на предприятия придут инженеры, выросшие уже в эпоху интернета, новых технологий и мобильных устройств, и так или иначе они станут активно привносить на рынок элементы своей культуры.

САПР в строительстве

Цифровизация бизнеса затронула все его отрасли. В последнее десятилетие бум переживают решения для проектирования, инжиниринга и конструирования промышленных объектов. От советских кульманов проектировщики пришли к 3D-моделированию. Что цифровизация означает для этого сегмента, как помочь команде работать в едином пространстве и почему пока не удается окончательно избавиться от бумажных носителей, помогал разбираться генеральный директор компании AVEVA Алексей Лебедев.

Читайте также: