Возможности и перспективы графических сапр.

Система автоматизированного проектирования (САПР, в англоязычном написании CAD System - Computer Aided Design System) - это система, реализующая проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ.

В настоящий момент существует несколько классификационных подгрупп, из них три основных: машиностроительные САПР (MCAD - Mechanical Computer Aided Design), архитектурно-строительные САПР (CAD/AEC - Architectural, Engineering, and Construction), САПР печатных плат (ECAD - Electronic CAD/EDA - Electronic Design Automation).

CAD – computer Aided Design (САПР). Это общий термин для обозначения всех видов проектирования с использованием компьютерной техники. CAD охватывает создание как геометрических моделей изделия, а также и генерацию чертежных изделий и их сопровождений.

CAM – Computer Aided Manufacturing.Термин CAM используется для обозначения систем автоматизированной подготовки производства и для обозначения программных средств подготовки информации для станков с ЧПУ.

CAE – Computer Aided Engineering– это система автоматического анализа проекта, необходима для обнаружения ошибок например в расчете прочности или оптимизации производственных возможностей.

Системы графических САПР выполняют ввод, хранение, обработку и вывод графической информации в виде конструкторских документов. Эффективность применения САПР при разработке КД обеспечивается следующими ее возможностями:

• наличием средств преобразований: поворота, переноса, симметрирования, масштабирования, построения зеркального изображения и др.;

• использованием готовых фрагментов чертежей (для функциональных схем автоматизации – контрольно-измерительные приборы, запорно-регулирующая арматура и др.; для принципиальных схем – кнопки, переключатели, лампы, реле, предохранители и др.);

• ведением диалога с компьютером в привычных для конструктора терминах и с привычными для него объектами;

• получением чертежей высокого качества, оформленных по стандартам ЕСКД путем вывода на графопостроители, плоттеры, принтеры.

Система AutoCAD фирмы AutoDesk является одной из наиболее распространенных в мире систем подготовки конструкторско-технологической документации самого широкого профиля.

Сегодня под САПР понимается процесс проектирования с использованием машинной графики поддерживаемых пакетами ПО для решения на компьютерах аналитических квалификационных экономических и эргономических проблем связанных с проектной деятельностью. Широкое применение САПР началось с использованием микроЭВМ. Лидером в разработке была фирма Computer Visual.

В 70х годах были получены результаты, которые показали, что область проектирования можно реализовать машинными средствами. В тот период основное внимание уделялось системам автоматического черчения.

В 80-х годах, благодаря развитию компьютерной техники, компьютеры стали доступны даже мелким фирмам. Столы для черчения заменили дисплеи компьютеров, благодаря этому скорость работы и уровень черчения значительно повысился. В это время наряду с 2D проектированием появляется и 3D моделирование. Сначала в 3D были только простые поверхности, а затем твердотельные изображения.

В 90-е годы – можно считать периодом зрелости, были исправлены многие ошибки в разработке систем. На переднем плане встал интерфейс. Актуальны методы отката назад, которые восстанавливают конкретно проект, несмотря на ошибки как собственные, так и ошибки алгоритмов данных.

В последнее время происходит более отчетливое расслоение классов систем. Так как в промышленности имеются большие предприятия, средние и мелкие, то и автоматизация для них должна быть разной. Сейчас на рынке CAD/CAM/CAE систем имеется большой выбор ПС, различающихся по стоимости, по функциональности и по степени охвата проектно-технологической и производственной сферы предприятия.

Можно выделить три градации систем, отражающих их концептуальную сущность:

1) Чертежно-ориентированные системы (появились первыми в 70-ые и продолжают использоваться). Это легкие системы для пользователей CAD начального уровня, имеющие урезанный набор функций. (AutoCad, ArchiCad, в основном работают с 2d объектами)

2) Системы среднего уровня требуют ПК старшего класса со специальным графическим оборудованием или младшие модели рабочих станций или RISC - процессоры. Это системы позволяют создавать электронную модель объекта, которая будучи представлена в трехмерном пространстве, дает возможность решения задач моделирования вплоть до момента его изготовления. Среди систем этого класса можно отметить:

- Mechanical Desktop (Autodesk) для параметрического 3D-моделирования, ассоциативного конструирования, распределенного проектирования в сети Internet, оформления 2D-документации. Построена на графическом ядре ACIS. Имеется управляющая программа CAD-менеджер со средствами настройки, конфигурирования и управления рабочими группами.

- SolidWorks (Solid Works Corporation) - система твердотельного параметрического моделирования механических конструкций, построенная на графическом ядре Parasolid. Используется технология граничного моделирования с аналитическим или сплайновым описанием поверхностей.

Среди САПР среднего уровня, наряду с продуктами зарубежных фирм, неплохо зарекомендовали себя системы российских разработчиков Компас (компания Аскон), T-FlexCAD (Топ Системы).

В системе Компас для трехмерного твердотельного моделирования используется графическое ядро. Синтез конструкций выполняется с помощью булевых операций над объемными примитивами, модели деталей формируются путем выдавливания или вращения контуров, построением по заданным сечениям. Имеются библиотеки с данными о типовых деталях и графическими изображениями, а также программы специального назначения: проектирование тел вращения, пружин, трубопроводной арматуры, штамповой оснастки, раскроя листового материала.

Подсистема трехмерного твердотельного моделирования T-FlexCAD 3D в САПР T-FlexCAD построена на на базе ядра Parasolid. Реализована двунаправленная ассоциативность, т.е. изменение параметров чертежа автоматически вызывает изменение параметров модели и наоборот. Для параметрического проектирования и оформления конструкторско-технологической документации служит подсистема T-FlexCAD 2D.

3) Системы старшего уровня, "тяжелые САПР", обычно работают на рабочих станциях и графических серверах. Они поддерживают "полное электронное описание объекта", т.е. разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла объекта, включая: маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию.

На основании вышесказанного принято называть эти системы не CAD - системами, а системами CAD/CAM/CAE и PDM системами. К таким относятся I/EMS (Intergraph), CATIA (Dessault Systemes), Pro/Engineer (Parametric Technology Corporation), CADDS 5 (Computer Vision), Euclid (Matra Division), I-DEAS (EDS).

CADDS5 - интегрированная инструментальная программная среда для автоматизации процессов проектирования и технологической подготовки изделий, которая включает в себя более 85 отдельных программных продуктов, функционально охватывающих эскизное и рабочее проектирование, синтез геометрических моделей, инженерный анализ, разработку чертежно-конструкторской документации, подготовку производства. Эта система представляет собой среду способную функционировать на любых технических платформах аппаратных средств и взаимодействовать с другими прикладными программами, относящимися к области CAD/CAM/CAE/PDM и с ЧПУ-оборудованием. CADDS5 позволяет в масштабах предприятия логически связывать информацию об изделии, обеспечивая быструю обработку и доступ к ней пользователя.

Система Unigrafics - универсальная система геометрического моделирования и конструкторско-технологического проектирования, в том числе разработки больших сборок, прочностных расчетов и подготовки конструкторской документации. Это многомодульная система в конструкторской части которой, имеются средства для твердотельного конструирования, геометрического моделирования на основе сплайновых моделей поверхностей, создания чертежей по 3D-модели, проектирования сборок с учетом ассоциативности.

Системы автоматизированного проектирования совершили революцию в промышленности, сократив объем ручного труда, повысив точность конструирования, уменьшив количество ошибок, увеличив производительность проектировщиков и улучшив качество проектов.

Сегодня, когда проектировщики создают трехмерные модели изделий, им приходится думать не только о результате работы, но и о том, какие из многочисленных функций нужно применить. Современные пакеты включают тысячи всевозможных инструментов, причем с выходом каждой новой версии их число увеличивается. Наиболее распространенный способ расширения возможностей САПР состоит в добавлении новых команд и функций в уже существующие системы. Это ведет к совершенствованию ПО, однако требует от инженеров запоминания все большего количества инструментов. В итоге рано или поздно люди перестают применять значительную долю новых средств, используя только хорошо изученную их часть.

Получается что в погоне за функционалом многие разработчики САПР подзабыли о том, для кого он предназначен. В результате на рынке появились системы, которые содержат массу возможностей для автоматизации работы конструктора или технолога, но специалисты не в состоянии воспользоваться этим богатством из-за сложности освоения. Поэтому разработчикам САПР следует не только расширять, но и усиливать функциональность своих продуктов, т. е. делать наиболее востребованные инструменты более простыми в изучении и эффективными в использовании.

Огромное внимание уделяется пользовательскому интерфейсу, который от версии к версии должен становиться всё более интуитивно понятным. Так как речь идет об автоматизированных системах, значит, нужно автоматизировать те операции, которые инженеры выполняют изо дня в день. Кое-какие меры уже принимаются.

Разработчики ПО стараются объединить несколько связанных между собой операций в одно целое. Новая функциональность, как правило, позволяет сократить количество действий проектировщика за счет применения меньшего числа более общих команд. Каждая новая команда проходит отладку, цель которой – сократить объем труда пользователя для ее выполнения. Некоторые компании (например Autodesk) продвигает методы функционального проектирования и цифрового прототипирования, направленные на то, чтобы инженеру стало проще именно разрабатывать изделия, а не рисовать трехмерные модели.

Простота работы с системой становится одним из важнейших конкурентных преимуществ.

Важную роль в освоении системы играет диалоговая помощь. Сейчас подсказки и контекстная справка стали неотъемлемым атрибутом САПР, появились даже интеллектуальные функции, “предугадывающие” режимы работы и построений в зависимости от уже существующего контекста. Например, разработчики зачастую выносят в диалоговые окна и панели управления весь спектр параметров, задействованных в работе той или иной функции. В результате пользователь вынужден заполнять десятки полей, хотя при тщательном рассмотрении многие из них система могла бы заполнить автоматически, следуя установленным правилам и стандартам.

Особую значимость сейчас приобретает возможность многократного использования ранее созданных деталей или узлов для создания целого семейства аналогичных объектов. Ведь гораздо проще внести изменения в уже существующий проект, чем разработать его с нуля. Редактировать модели приходится и по другим причинам — из-за обнаруженных ошибок, смены общей концепции, проблем с изготовлением.

Однако модифицировать ранее созданные виртуальные конструкции нелегко. Дело в том, что метод параметрического проектирования, составляющий основу большинства современных САПР, имеет как плюсы, так и минусы. Строить параметрические модели удобно, но разобраться в ранее созданной конструкции можно только в том случае, если параметризация проста или подробно задокументирована. Когда же в сборке несколько сотен деталей, понять внутренние связи настолько сложно, что легче их перестроить заново.

Повторное использование проектов затрудняется тем, что для внесения изменений требуются экспертные знания САПР, модели негибкие и “разваливаются” в результате редактирования, пользователи не могут найти нужные данные, успешно перестроить модель может только ее создатель.

Таким образом, пользователи должны не только уметь работать с конкретной САПР, но и применять правильные технологии геометрического моделирования. Разработчики стараются облегчить им эту задачу, снабжая свои системы подробной документацией и учебно-методическими пособиями.

Сложность повторного использования спроектированных деталей усугубляет несовместимость форматов данных в разных САПР. Тема отсутствия единых стандартов для проектной информации обсуждается уже много лет, но особого прогресса пока не наблюдается.

В мире САПР сейчас имеется более сорока разных форматов данных. В результате предприятия сталкиваются с трудностями при информационном обмене, по крайней мере те, кто применяет разные САПР.

Разработчики уверяют, что стараются упростить обмен, снабжая свои системы средствами преобразования форматов. Некоторые компании используют трансляторы независимых разработчиков, а также развивают собственные средства импорта-экспорта через стандартные форматы обмена, другие предлагают в базовой поставке дополнительные интерфейсы для стандартных форматов, нейтральных IT форматов известных САПР.

К сожалению, трансляторы не позволяют полностью решить проблему обмена данными. В качестве главной причины, затрудняющей использование импортированных данных, являются проблемы при трансляции. Дело в том, что в результате конвертации часто теряется важная информация о проекте, например дерево построения модели, ассоциированные чертежи, свойства материалов и даже геометрические характеристики.

Не улучшили ситуацию и стандартные форматы STEP и IGES, хотя в свое время на них возлагались большие надежды. Причиной провала называют то, что поставщики САПР по-разному реализуют их, в результате чего появились десятки диалектов, малосовместимых между собой, а сами STEP и IGES перестали быть средством полноценного обмена данными.

Впрочем, в последнее время наметились некоторые позитивные сдвиги. Например, компании Autodesk и PTC договорились о взаимном обмене технологиями, направленном на упрощение взаимодействия между системами, улучшилась ситуация с передачей данных между SolidWorks и Autodesk Inventor. Появилась новая версия стандарта STEP, которая включает ряд усовершенствований, в частности поддерживает теперь важную производственную информацию о допусках и размерах.

В области САПР связь с клиентами особенно важна. Ведь такое ПО должно учитывать многочисленные тонкости реального производства, но создают его не инженеры, а программисты, которые зачастую не очень глубоко понимают особенности проектирования и изготовления продукции. Поэтому регулярное общение с заказчиками жизненно необходимо для развития ПО САПР.

За последние 10-15 лет средства автоматизации проектирования прошли огромный путь развития с точки зрения расширения функционала, повышения надежности и снижения стоимости. Но, как показывает список перечисленных выше проблем, им есть куда совершенствоваться. И хотя в основном это задача разработчика, пользователи тоже могут внести свой вклад в ее решение. Они должны обращать внимание разработчиков на недостатки ПО, делиться с ними тонкостями и особенностями своей работы, участвовать в бета-тестировании. Поставщикам ПО стоит внимательно изучать, как работают заказчики, и учитывать особенности их труда, прикладывать больше сил на создание подсказок и руководств для пользователя, упрощать интерфейс, группируя на экране те инструменты, которые необходимы для конкретного процесса (проектирование изделий из листовых материалов, литых деталей, пресс-форм и т. д.), проводить бета-тестирование новых версий, чтобы не выпускать “сырое” ПО.