Сапр: что такое система автоматизированного проектирования. CAD-системы Система автоматизированного проектирования сапр cad

В век современных технологий проектирование зданий и сооружений, как и многое другое, взвалили на плечи автоматизированных систем. Появилась возможность в короткие сроки создать полноценный проект, показать заказчику, оперативно что-то изменить или добавить в нем. О таких инструментах, как программы CAD, пойдёт речь в этой статье.

Что такое САПР?

Система автоматизированного проектирования — есть не что иное, как отечественное название CAD (computer-aided design). Его суть заключается в увеличении производительности проектировщиков и инженеров, а также улучшение качества их работ. Это достигается за счёт нескольких полезных свойств CAD программ:

• процесс создания всей документации происходит в автоматическом режиме;
• возможность использовать параллельное проектирование несколькими людьми;
• созданные ранее проекты легко использовать в новых, подключив их в короткие сроки;
• отпадает необходимость использовать макеты и испытания;
• снижает процент ошибок и недочётов.

Таким образом, вывели проектирование на совершенно новый уровень, снизив трудозатраты и увеличив производительность.

Обзор CAD программ

На рынке присутствует множество различных программных решений для самых разных отраслей проектирования. Стоит их рассмотреть более подробно.

AutoCAD

Этот обзор был бы неполным без включения в него этого "мастодонта" САПР. AutoCAD существует на рынке уже более 20 лет и давно занял позицию лучшей CAD программы. Все, что нужно проектировщику, реализовано в этом ПО.

Однако технологии и требования не стоят на месте, и очень скоро возможностей AutoCAD стало не хватать. Он годится для средних и мелких проектов. Но если понадобится создать полноценный огромный проект, работать с ним будет уже неудобно.

Поэтому компания-разработчик Autodesk пошла дальше и создала Architectural Desktop. Ее пользователи — профессиональные архитекторы и специалисты в области При всех своих возможностях эта CAD программа сумела сохранить простоту использования AutoCAD.

Так как проектирование охватывает большое количество отраслей, для которых нужны чертежи и планы, то компания Autodesk создала и несколько узкоспециализированных решений. Все продукты разработчика являются платными и ощутимо дорогими.

ArchiCAD

Это одна из CAD программ, набирающих популярность среди проектировщиков. Обладает большими возможностями. В частности, предоставляет виртуальную модель, с помощью которой можно до малейших деталей проработать не только внутреннее строение, но и внешний облик.

Также программа может генерировать весь необходимый комплект документов для оформления.

Крупным архитектурным студиям и бюро понравится функция совместной работы над проектом. Распараллеливание задач значительно ускоряет творческий процесс.

ATHENA

CAD программа для создания чертежей и проектов. Специализируется в основном на решениях для фасадных и металлических конструкций. Но последние версии могут также проектировать и полноценные здания и комплексы.

Работа происходит как в 2D режиме, так и в трёхмерном пространстве.

Программы CAD для Linux

Как известно, в среде Linux наиболее распространены программы, обладающие бесплатными лицензиями или вовсе с открытым исходным кодом. В большинстве случаев они сильно отстают в возможностях от платных продуктов среды Windows. Однако рассмотрим несколько достойных CAD решений, способных решать задачи проектировщиков.

Qcad

Распространяется под свободной лицензией GNU GPL. Однако есть версия и для профессионалов, цена которой около 33 $.

Область применения программного продукта — 2D-чертежи, наброски. В общем, система подойдёт для создания небольших и не сложных проектов.

Open CASCADE

Данный продукт уже ориентирован на создание полноценных 3D-проектов. Помимо этого, есть средства быстрого обмена документацией, визуализации и совместной разработки.

Распространяется CASCADE в свободном виде, имеется открытый код. Однако по условиям лицензии, если пользователь внёс изменения в код, он должен поставить в известность разработчиков.

ARCAD

А это уже платное решение для среды Linux. Полноценная система, рассчитанная на профессионалов. Обладает большими возможностями. В частности, создание 3D-модели, визуализации, расчёты необходимых объёмов и масс, а также многое другое.

CAD и "Андроид"

С такой тенденцией развития мобильных устройств неудивительно, что смартфоны и планшеты скоро полностью заменят своих «больших братьев». Вот и теперь такие сложные и тяжёлые инструменты, как средства САПР имеются и на мобильных платформах. Дальше будет небольшой обзор CAD программ для "Андроид".

AutoCAD 360

Данный продукт уже упоминался в начале статьи. Разработчик программы тот же — компания Autodesk. Приложение бесплатно, но имеются и коммерческие версии Pro и Pro Plus. Данный же представитель умеет работать с файлами полноценной ПК-версии, то есть создавать и редактировать их. Интерфейс прост и понятен. Правда, существует одно небольшое ограничение — работать можно с файлами меньше 10 МБ.

CadTouch

Неплохой редактор и просмотрщик САПР. Бесплатен, просто и интуитивно понятен. Обладает обширным списком инструментов, работой с DWG файлами, а также имеется растровый режим.

К сожалению, разработка в среде 3D пока не доработана, но приложению есть куда расти. Как и большинство программ, имеет Pro-версию, за которую нужно заплатить около 20$.

TurboViewer

Данное приложение представляет собой не редактор, а простой просмотрщик файлов типа DWG/DXF. Работает довольно быстро. Будет неплохим решением для проектировщиков, когда нужно оперативно показать рабочие элементы проекта заказчику вдали от компьютера.

Заключение

Программы для автоматизации проектирования имеются на всех известных платформах. Какие-то являются платными решениями, у других открытый код. Но всех их объединяет одно — умение в короткие сроки создать полноценный проект объекта.

От редакции сайт: Мы публикуем сокращенный перевод опубликованной на днях статьи Курта Морено (Curt Moreno) «Free CAD Software for Mobile Devices ». Автор позиционирует себя в качестве независимого писателя, профессионального специалиста по AutoCAD, работающего с этой системой с 1990 года, а также - постоянного спикера и преподавателя на Autodesk University.

В довольно пространной вводной части Курт Морено напоминает о взрывном распространении мобильных устройств и приводит авторитетный прогноз: в текущем году число таких устройств превысит численность населения Земли. Затем автор объясняет, что проникновение мобильности не обошло отрасль САПР и приводит примеры уже наблюдаемых применений.

Далее уточняется, что мобильные системы следует отличать от полномасштабных САПР, которые работают под традиционными операционными системами на переносных компьютерах. Курт Морено сообщает, что в представленном им сравнительном обзоре рассмотрены только те САПР-приложения, которые:

• бесплатны,
• в основном используются для просмотра и редактирования САПР-файлов,
• написаны под Android и/или iOS,
• загружаются с официальных сайтов типа Apple App Store или Google Play Store
• допускают управление пальцами с помощью интерфейса touchscreen
• работают через мобильные телефонные сети или Wi-Fi.

Наконец, Курт Морено сообщает, что для обзора им были выбраны семь систем, доступных на Google Play Store и Apple App Store, обладающих достаточно полным набором характерных качеств и созданных известными компаниями. При тестировании выбранных систем автор руководствовался следующими критериями, сгруппированными в четыре категории (столбцы в приводимой ниже таблице).

1. Интерфейс. В какой степени естественен и удобен пользовательский интерфейс?

2. Набор инструментов. Обеспечен ли полный набор средств просмотра и редактирования (если редактирование предусмотрено в данном приложении)? Предоставляет ли приложение только общепринятые базовые возможности или еще какие-то дополнительные?

3. Возможности коллективной работы. Предоставляет ли приложение механизмы для легкого коллективного доступа к файлам и/или возможности синхронной/асинхронной совместной работы? Насколько прост импорт и экспорт чертежей?

4. Простота работы. Разработано ли приложение так, чтобы обеспечить простоту работы как для новичка, так и для ветерана? Дает ли оно возможность достижения разумно высокой производительности пользователя?

Отмечается, что широта набора форматов файлов не оценивалась, поскольку многие системы разрабатывались для пользователей конкретных САПР.

AutoCAD 360 v2.2 (Android)

AutoCAD 360 доступен и для Android, и для iOS. Установка системы, загрузка файлов с настольного компьютера и создание новых файлов (в версиях Pro и Pro Plus чрезвычайно просты). Хотя интерфейс AutoCAD 360 мало похож на интерфейс десктопных версий AutoCAD, он весьма интуитивен и легко усваивается. Приложение работало без сбоев и быстро реагировало на управление пальцами.

AutoCAD 360 позволяет пользователям открывать разнообразные форматы файлов и использовать базовую функциональность CAD, которая доступна на панели инструментов внизу.

Панель инструментов для пометок в AutoCAD 360

Бесплатный AutoCAD 360 - это хорошо развитое CAD приложение для мобильных устройств, которое предоставляет возможность открывать и просматривать разнообразные типы файлов, включая DWG, DXF, PDF и JPG, и, кроме того, позволяет пользователям делать в них пометки. Имеются также инструменты анализа модели, такие как вычисление расстояния и площади, поддержка координат, базовая поддержка функционала слоёв. Пользователи могут изменять типы единиц измерения и сохранять в PDF или DWF, а затем автоматически пересылать получившиеся результаты коллегам по электронной почте. Бесплатная версия поддерживает PDF и DWF files, но размер файла ограничен 10 MB. Пользователи могут просматривать и редактировать файлы, расположенные во включенном файловом хранилище размером 5 GB.

AutoCAD 360 Pro и Pro Plus являются расширением функционала AutoCAD 360 с добавленными возможностями черчения, средствами анализа модели, инструментами для управления слоями и сохранением в виде DWG. Пользователи получают доступ к библиотеке блоков, свойствам объектов и прочим функциям. Облачное файловое хранилище увеличено до 25 ГБ и 100 ГБ, а максимальные размеры файлов до 30 и 40 MB соответственно. Цена для Pro версии составляет $4.99 в месяц или $49.99 в год, а Pro Plus стоит $99.99 в год.  

Navigator Mobile v4.00.01 (iOS)

Преимущества: надежное средство работы со строительными данными, виртуальное отображение строительных проектов.
Недостатки: реализован только для iOS, нет функций для пометок или комментирования;
Цена: бесплатно
Bentley Systems, www.bentley.com

Вероятно, Bentley Navigator Mobile - как раз то, что необходимо профессионалам, работающим в архитектурно-строительной отрасли. Эта программа – больше, чем простой САПР-просмотрщик, это -мощное средство для полевой работы со строительной информацией.

Окно свойств объекта в Navigator Mobile может составить конкуренцию многим десктопным приложениям

Функциональность управления данными об объекте сделана наиболее надежным способом из всех, которые мы видели в мобильных решениях, и может легко составить конкуренцию многим десктопным приложениям. Организация доступа, модификация и создание видов модели являются интуитивными. Навигация 3D представлением проста в управлении и быстро реагирует на стандартный «мультитач» ввод.

В то время как Navigator Mobile не поддерживает DWG или DGN файлы, он использует так называемые i-model, которые могут содержать информацию из любого приложения AEC. Пользователи публикуют i-model, используя бесплатные плагины, которые можно скачать с http://www.Bentley.com/iWare , или любой продукт Bentley, а также получив доступ к ним через ProjectWise Explorer Mobile или Field Supervisor.  

CadFaster Collaborate v2.0.3 (iOS)

CadFaster Collaborate это мобильный CAD-просмотрщик, предназначенный для 3D AEC и MCAD рынков, однако по большому счету он особенно хорош в качестве инструмента для совместной работы. Пользователи могут просматривать и комментировать BIM-модели, в том числе с помощью онлайн демонстрации своего экрана. И всё это безо всякого CAD на PC или iPad. CadFaster использует для этого плагин для десктопных CAD, который экспортирует либо EXE-файлы либо файлы, совместимые с iPad.

Слева: Интерфейс файловой директории CadFaster позволяет быстрее найти ваших текущий рисунок.
Справа: CadFaster предлагает прекрасные возможности для организации совместной работы в реальном времени.

Одним из недостатков CadFaster является высокая цена. В то время ка CadFaster для мобильных устройств бесплатен, лицензии на десктопные плагины стоят от $189 до $389 за годовую подписку. Другой проблемой является EXE-формат для файлов, поскольку многие ИТ-подразделения считают их потенциально опасными.

Впрочем, на смену CadFaster уже должен прийти вскоре MyCadbox 2.0, который, вероятно, устранит отмеченные недостатки.  

cadTouch v5.0.0 (Android)

CadTouch это бесплатный мобильный CAD редактор, способный многое предложить продвинутому CAD пользователю. Он доступен для Android и iOS.

Панели инструментов cadTouch очень просты в использовании.

Бесплатная версия cadTouch поставляется с более, чем 20 блоками в ее библиотеке.

Просмотр чертежей очень интуитивен, с поддержкой «мультитач» интерфейсов. Бесплатная версия поддерживает стандартные DWG и DXF форматы, а также PDF и JPG.

CadTouch Pro ($19.99) по функционалу и виду напоминает бесплатную версию. Однако в ней разблокированы функции экспорта, которые включают форматы DWG, DXF, PDF, и PNG.  

TurboViewer v1.5.0 (Android)

Версия для iOS предоставляет функционал внесения пометок, а вот в версии TurboViewer для Android, которая анализировалась в рамках данной статьи, таких возможностей нет. (Предполагается, что они появятся в конце августа 2014.) Приложение довольно быстро реагировало на запросы, и довольно легко можно было сконфигурировать виды 2D и 3D.

TurboViewer в режиме 2D

TurboViewer в режиме 3D

TurboViewer позволяет просматривать различные типы файлов и включает поддержку DWG/DXF. Версия TurboViewer Pro ($19.99) добавляет средства просмотра, такие как x-ray с уровнями прозрачности, настраиваемый перспективный вид и материалы. Он также поддерживает инструменты для управления слоями.

eDrawings Viewer v2.0.1 (Android)

Профессионалы, работающие в сфере мащиностроительных САПР, вряд ли найдут что-то лучшее, чем eDrawings Viewer от SolidWorks. В категории мобильных просмотрщиков для машиностроительной отрасли, eDrawings Viewer выглядит отлично.

Приложение легко и просто устанавливается, оно чутко реагирует как на открытие файлов, так и на сенсорное управление, оно поддерживает файлы SolidWorks и нативные форматы DXF и DWG. Система показала хорошую производительность, однако в ходе тестирования на iPad 2 не так уж редко ломалась.

Опции выходных данных и совместного редактирования в eDrawings Viewer

eDrawings Viewer предоставляет возможность просмотра в режиме «разноса» сборки

Приложение доступно в виде бесплатной и профессиональной версии для Android и iOS. Бесплатная версия предоставляет возможности просмотра множественных компонент машиностроительных сборок с замечательным рендерингом eDrawing, анимацией и функциями «разноса» сборки.

Pro версию можно приобрести за $7.99, которая дает возможность делать динамические сечения.

ZWCAD Touch v1.3.0 (Android)

Пользователи десктопных CAD могут посчитать трудным перейти от обычного пользовательского интерфейса к более современным сенсорным интерфейсам. К счастью для них существует ZWCAD Touch от ZWSOFT, который определенно зацепит многих пользователей с «десктопным» опытом. Этот мобильный CAD редактор довольно функционален и доступен для Android и iOS.

ZWCAD Touch предлагает многие из инструментов, доступных в других десктопных CAD программах.

Интерфейс ZWCAD Touch в режиме 2D предлагает хорошо известные возможности внесения пометок.

ZWCAD Touch довольно быстро реагирует на «мультитач»-ввод для масштабирования или вращения. Возможности сохранять модель ограничиваются форматом DWG.

Главным отличием ZWCAD Touch является его возможность сохранять и воспроизводить голосовые памятки, присоединенные к чертежам, -функциональность, которая явно будет востребована теми, кто работает в полевых условиях с занятыми руками.

CAD-система (сomputer-aided design компьютерная поддержка проектирования) – это система автоматизированного проектирования, предназначенная для выполнения проектных работ с применением компьютерной техники, а также позволяющая создавать конструкторскую и технологическую документацию на отдельные изделия, здания и сооружения.

Обычно, аббревиатура CAD считается стандартизированным англоязычным эквивалентом термина САПР . Однако понятие CAD не является полным эквивалентом САПР, как организационно-технической системы: так в ГОСТ 15971-90 это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Термин САПР на английский язык может также переводиться как CAD system, automated design system, CAE system.
В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM. Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (англ. computer-aided technologies).

Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров, за счет автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Так, благодаря САПР, удается добиться:

Сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
- сокращения сроков проектирования;
- сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
- повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
- сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

В качестве входной информации САПР использует технические знания специалистов, которые вводят проектные требования, уточняют результаты, проверяют полученную конструкцию, изменяют ее и т.д.
Система автоматизированного проектирования реализуется в виде комплекса прикладных программ, обеспечивающих проектирование, черчение, трехмерное моделирование конструкций, плоских либо объемных деталей.
Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.).

Классификация САПР по ГОСТ 23501.108-85:

Тип /разновидность объекта проектирования
- сложность объекта проектирования
- уровень автоматизации проектирования
- комплексность автоматизации проектирования
- характер выпускаемых документов
- количество выпускаемых документов
- количество уровней в структуре технического обеспечения

Классификация САПР (или подсистемы САПР) по целевому назначению:

CAD (англ. computer-aided design/drafting) - средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.
- CADD (англ. computer-aided design and drafting) - проектирование и создание чертежей.
- CAGD (англ. computer-aided geometric design) - геометрическое моделирование.
- CAE (англ. computer-aided engineering) - средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
- CAA (англ. computer-aided analysis) - подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.
- CAM (англ. computer-aided manufacturing) - средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)). Русским аналогом термина является АСТПП - автоматизированная система технологической подготовки производства.
- CAPP (англ. computer-aided process planning) - средства автоматизации планирования технологических процессов применяемые на стыке систем CAD и CAM.
Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM. Такие системы называют комплексными или интегрированными.

Общепринятая международная классификация CAD/CAM/CAE-систем:

Чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор).

Системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления.

Системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD Electronic Product Definition). EPD это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию.

Аббревиатура САПР в современной технической, учебной литературе и государственных стандартах расшифровывается как «Система автоматизированного проектирования» , хотя более точно соответствует аббревиатуре САПР расшифровка «Система автоматизации проектных работ» , но она более тяжеловесна для восприятия и используется гораздо реже. Часто можно услышать неверное толкование – «Система автоматического проектирования» , что ошибочно по своей сути, так как понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы, без участия человека, а в САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Не совсем верно и толкование «Программное средство для автоматизации проектирования» , поскольку оно является слишком «узким»: безусловно, в настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако, в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства.

В настоящее время крупнейшими разработчиками CAD/CAM-систем являются компании:

Parametric Technology Corporation (PMTC) - ПО Pro/Engineer, Windchill;
- Dassault Systemes (DASTY) - ПО CATIA, SolidWorks, ENOVIA CATIA, DELMIA;
- Autodesk (ADSK);
- Unigraphics Solutions (UGS) - ПО Unigraphics, Solid Edge, iMAN, Parasolid;
- Structural Dynamics Research Corporation (SDRC) - ПО I-DEAS.

Системы CAD представляют собой , которые используются для выполнения разнообразных проектных процедур с задействованием компьютерной техники. Также при помощи такого программного обеспечения создается технологическая и на отдельные здания, изделия или сооружения. Современные системы CAD используются в самых разнообразных сферах деятельности современного человека, и практически для каждой есть свой уникальный тип таких утилит.

Что это такое?

Зачастую аббревиатуру CAD принято считать стандартным англоязычным аналогом термина САПР, но на самом деле это не совсем так. Системы CAD нельзя рассматривать как полноценный аналог САПР в качестве организационно-технической системы, так как ГОСТ приводит данное словосочетание в виде стандартизированного англоязычного эквивалента термина «автоматизированное проектирование». Таким образом, на английский язык термин САПР переводится больше как CAE system, но в ряде зарубежных источников указывается, что термин САЕ представляет собой обобщенное понятие, в которое входит применение любых компьютерных технологий в инженерной работе, включая также CAM и CAD.

Зачем это нужно?

Системы CAD используются в основном для того, чтобы максимизировать эффективность и производительность работы инженеров за счет полной автоматизации проектирования и дальнейшей подготовки производства. Таким образом, за счет их применения достигаются следующие преимущества:

• существенно сокращается срок проектирования;
• сокращается количество труда, необходимого для планировки и проектирования;
• существенно снижается общая себестоимость изготовления и проектирования, что напрямую сказывается на эксплуатационных затратах;
• увеличение технико-экономического уровня, а также качества результатов проведенных проектных работ;
• сокращение затрат, необходимых для испытания и натурного моделирования.

В качестве входных данных современные CAD-системы используют различные технические знания экспертов, которые занимаются уточнением результатов, введением различных проектных требований, проверкой полученной конструкции, ее изменением и множеством других вещей.

Реализация системы автоматизированного проектирования осуществляется в качестве комплекса прикладных утилит, с помощью которых обеспечивается проектирование, а также дальнейшее черчение и трехмерное моделирование конструкций или же объемных и плоских деталей.

В преимущественном большинстве случаев CAD-системы включают в себя модули моделирования трехмерных конструкций, а также оформления чертежей и различной конструкторской текстовой документации.

Классифицируются же они в основном по нескольким параметрам:

• разновидность и тип рассматриваемого объекта;
• уровень автоматизации процедуры проектирования;
• сложность создаваемого объекта;
• комплексность процесса автоматизации;
• количество используемых документов;
• характер используемых документов;
• общее количество уровней, которые будут присутствовать в структуре технического обеспечения.

Целевое назначение

В зависимости от того, какие реализуются задачи CAD-систем, они разделяются на несколько групп:

• Автоматизация трехмерного или двухмерного геометрического проектирования, а также создания различной технологической или конструкторской документации.
• Проектирование и дальнейшее создание чертежей.
• Ведение геометрического моделирования.
• Автоматизация различных инженерных расчетов, проведение динамического моделирования, а также анализа и симуляции физических процессов с последующей проверкой и оптимизацией изделий.
• Подкласс средств САЕ, использующихся для компьютерного анализа.
• Средства, предназначенные для технологической подготовки производственного процесса различных изделий, что позволяет обеспечить автоматизацию процедуры программирования и дальнейшего управления оборудованием с ГАПС или ЧПУ.
• Средства, предназначенные для автоматизации процессов планировки различных технологических процессов, используемые на стыке систем CAM и CAD.

Большинство систем автоматизированного проектирования могут совместить в себе решение различных задач, которые относятся к разным аспектам проектирования - это комплексная или интегрированная система автоматизированного проектирования (CAD).

Общепринятая международная классификация

Современная классификация распределяет их на несколько категорий:

• чертежно-ориентированные системы, которые впервые появились в семидесятые года прошлого века, но до сих пор могут использоваться в некоторых ситуациях;
• системы, создающие трехмерные электронные модели объектов, за счет чего появляется возможность решения различных задач, связанных с моделированием вплоть до процедуры производства;
• системы, с помощью которых поддерживается концепция полного электронного описания объекта.

Последний тип представляет собой технологию, обеспечивающую разработку и последующую поддержку информационной электронной модели на протяжении всего ее жизненного цикла, включая концептуальное и рабочее проектирование, полноценный маркетинг, производство, технологическую подготовку, эксплуатацию, а также утилизацию и ремонт.

В современной технической и учебной литературе, а также различных государственных стандартах аббревиатура САПР трактуется как «Система автоматизированного проектирования», но при этом наиболее точно здесь соответствует понятие «Система автоматизации проектных работ», но оно является более тяжелым для восприятия, поэтому встречается на порядок реже. Нередко случается так, что, проводя проектирование в системах CAD, можно заметить некорректное толкование «Система автоматического проектирования», хотя на самом деле это по своей сути ошибочно. Не стоит забывать о том, что понятие «автоматический» предусматривает полностью самостоятельную работу системы без необходимости в каком-либо участии человека, в то время как САПР все-таки требует исполнения некоторых задач самим человеком, а полная автоматика относится только к отдельным процедурам и операциям.

Не совсем верным является также такое понятие, как «Программное средство автоматизированного проектирования», так как его можно назвать слишком узконаправленным. Конечно, на данный момент САПР рассматривается исключительно в качестве прикладного программного обеспечения, необходимого для проведения проектной деятельности, однако на самом деле в отечественной литературе и различных государственных стандартах САПР рассматривается как более объемное понятие, в которое входят не только программные инструменты.

САПР в стоматологии

Преимущественное большинство современных стоматологических клиник использует CAD. CAD-системы в стоматологии применяются для производства высококачественных зубных протезов, уже более чем десять лет используются для изготовления абатментов для имплантов, коронок и всевозможных протезов, причем все эти изделия отличаются отменным качеством и высокой точностью. Суть данной технологии заключается в том, что изначально проводится трехмерное моделирование создаваемой конструкции на компьютере, и только потом уже, используя проектную модель, осуществляют изготовление на фрезерном блоке.

Таким образом, стоматологи получают массу преимуществ за счет применения в своей работе технологии CAD. CAD-системы в стоматологии применяются чаще всего следующим образом:

• сначала врач проводит снятие слепка, который потом отправляется в лабораторию;
• после доставки слепок помещают в специализированный сканер, создающий модель будущего изделия;
• в дело вступает CAD-система: 3D-модель превращается в специализированный файл, который будет служить источником данных для фрезерного блока;
• используя полученный файл, на фрезерном блоке осуществляют производство каркаса из специальной заготовки, сделанной из оксида циркония;
• в конечном итоге получившийся каркас тщательно покрывается керамической массой и запекается.

CAD/CAM-системы в стоматологии позволяют изготавливать коронки из диоксида циркония, которые отличаются от металлосодержащих изделий массой преимуществ. Сами по себе эти изделия практически не имеют никаких отличий по цвету от естественных зубов, так как выбор оттенка осуществляется еще в процессе производства каркаса. Далее каркас тщательно покрывается особой керамической массой, имеющей полупрозрачную и светопроницаемую структуру, а также включает в свою палитру достаточно широкий спектр цветов, благодаря чему получается изготавливать коронки, похожие на естественные зубы.

Сам по себе отличается высокой биосовместимостью, даже если сравнивать его с драгоценными металлами, и представляет собой гиппоаллергенный материал, что подтверждено в процессе проведения целого ряда научных клинических исследований. Однако на самом деле коронки, основанные на каркасе из оксида циркония, являются далеко не единственным видом изделий, для изготовления которых используются CAD/CAM-системы. ЧПУ-станок на основе таких технологий позволяет изготавливать:

• различные мостовидные протезы;
• индивидуальные абатменты.

Помимо уже указанного диоксида циркония, в процессе изготовления могут применяться самые разнообразные материалы, включая пластмассу, воск, кобальт и титан, хром.

В чем преимущества?

Данные технологии обеспечивают такие преимущества, как:

• максимально возможная точность изготовления с незначительными отклонениями;
• полная автоматизация процессов производства, которая практически полностью исключает вероятность появления ошибок;
• возможность использования целого ряда материалов;
• возможность проведения процедур моделирования и производства изделий в разных местах;
• предельная производительность любых проводимых процессов.

САПР в машиностроении

CAD-система (T-FLEX CAD и другие) нашла достаточно широкое распространение в области машиностроения, которое различается на три уровня - нижний, средний и верхний. Такое разделение появилось на рубеже восьмидесятых-девяностых годов прошлого века.

Нижний уровень включает в себя CAD/CAM/CAE-системы с небольшой стоимостью, которые в основном ориентируются на 2D-графику, то есть направлены в основном на обеспечение автоматизации чертежных работ. В качестве легких САПР использовались персональные ЭВМ, которые уже на тот момент существенно уступали по функционалу полноценным рабочим станциям.

Системы верхнего уровня, или, как их еще принято называть, тяжелые САПР, разрабатывались для того, чтобы использоваться на всевозможных мейнфреймах или рабочих станциях. Такие системы оказались гораздо более универсальными, но в то же время имели и довольно высокую стоимость, ориентируясь в основном на поверхностное и твердотельное моделирование. Оформление разнообразной чертежной документации в них зачастую проводится посредством предварительной разработки специальных геометрических трехмерных моделей. После этого системы, в которых функция 3D-моделирования ограничивалась исключительно твердотельными моделями, то есть занимающие промежуточное положение между тяжелыми и легкими, получили собственный, средний уровень.

На сегодняшний день развитие САПР уже привело к тому, что в большинстве систем среднего уровня начали появляться специальные средства поверхностного моделирования, а функции, доступные для использования в персональных ЭВМ, стали также приемлемыми и для современных систем верхнего уровня. За счет этого изменились даже те принципы, по которым раньше осуществлялось различие средних и тяжелых систем. Современные CAD-системы тяжелого уровня теперь принято называть CAE/CAD/CAM/PDM, то есть такими, которые одновременно включают в себя такие возможности, как:

• технологическое и конструкторское проектирование;
• инженерный анализ;
• управление проектной информацией;
• расширенный состав специальных программных модулей.

В отличие от них, современные системы среднего уровня принято называть mainstream, mid-range или просто серийными.

Системы одного уровня можно назвать по функциональным возможностям примерно равноценными, так как какие-то новые достижения, появляющиеся в определенном программно-методическом комплексе, уже в ближайшее время будут реализованы в новых версиях других. В САПР крупных компаний достаточно часто принято комбинировать одновременно несколько систем разных уровней. Зачастую это связано с тем, что практически все процедуры конструирования могут проводиться на CAD-системах среднего и нижнего уровней, а помимо этого, тяжелые являются слишком дорогостоящими. Именно по этой причине предприятия покупают лицензии программ верхнего уровня в довольно ограниченном количестве, а преимущественное большинство современных клиентских баз обеспечивается за счет нижнего и среднего уровней.

При этом достаточно часто случается так, что CAD/CAE-системы могут иметь определенные проблемы в плане обмена информацией между собой, но подобные неурядицы решаются за счет применения специальных форматов и языков, принятых в CALS-технологиях, хотя для обеспечения неискаженной передачи геометрических данных через промежуточные унифицированные языки приходится преодолевать некоторые сложности.

Структура

Как и любые другие сложные системы, CAD включают в себя несколько подсистем, которые могут быть проектирующими или обслуживающими.

Первые занимаются непосредственным выполнением разнообразных проектных работ. В качестве примера таковых можно привести подсистемы трехмерного геометрического моделирования всевозможных механических объектов, схемотехнического анализа, создания конструкторской документации или же трассировки соединений печатных плат.

Обслуживающие подсистемы предназначаются для того, чтобы обеспечить нормальную работоспособность проектирующих, а их комбинацию довольно часто среди специалистов принято называть системной средой САПР. В качестве типичных обслуживающих подсистем часто используются базы управления проектными данными, всевозможные подсистемы разработки и последующего сопровождения программного обеспечения CASE, а также обучающие, предназначенные для облегчения освоения пользователями технологий, реализованных в CAD.

Структурирование по различным аспектам позволило появиться видам обеспечения САПР, которых сегодня выделяют всего семь:

• техническое, которое включает в себя различные ;
• математическое, объединяющее всевозможные математические методы, алгоритмы и модели;
• программное, представляющее собой компьютерные программы САПР;
• информационное, в состав которого включены базы данных, системы управления этими базами, а также множество другой информации, использующейся в процессе проектирования;
• лингвистическое, выражающееся в виде языков общения между ЭВМ и проектировщиками, языками обмена данными между техническими средствами CAD и языками программирования;
• методическое, в которое входят всевозможные технологии проектирования;
• организационное, выполненное в виде должностных инструкций, штатных расписаний и прочей документации, при помощи которой осуществляется регламентирование работы проектных предприятий.

Стоит отметить, что вся совокупность информации, которая применяется в процессе проектирования, специалистами называется информационным фондом CAD. База данных представляет собой упорядоченную совокупность информации, в которой отражаются различные характеристики объектов и их взаимосвязь в определенной Доступ к базе данных для изучения, записи и последующей корректировки данных проводится через СУБД, а совокупность СУБД и БД принято называть БнД, то есть банк данных.

Классификация

Системы проектирования CAD/CAM классифицируются по целому ряду признаков, таких как приложение, целевое предназначение, масштабы (насколько комплексно решаются поставленные задачи), а также характер базовой подсистемы.

По приложениям среди наиболее популярных и представительных стоит выделить следующие группы САПР:

• использующиеся в сфере общего машиностроения (за счет чего их принято называть машиностроительными);
• использующиеся в сфере радиоэлектроники;
• использующиеся в сфере строительства и архитектуры.

Помимо этого, существует также достаточно большое количество специализированных систем или выделяемых в перечисленных группах, или представляющих собой полностью самостоятельное ответвление классификации. В качестве наглядного примера можно привести САПР крупных интегральных схем, электрических машин, летательных аппаратов и еще целый ряд других.

По масштабам различаются отдельные программно-методические комплексы, включая комплекс проверки прочности различных механических изделий согласно методу конечных элементов или же комплекс проверки электронных схем, а также системы с уникальной архитектурой не только программного, но еще и технического обеспечения.

Базовая подсистема

Здесь существуют следующие разновидности CAD:

• На основе подсистемы геометрического моделирования и машинной графики. Такие САПР в основном ориентируются на различные приложения, в которых в качестве основной процедуры проектирования выступает конструирование, то есть четкое определение пространственных форм, а также взаимного месторасположения объектов. Именно поэтому в эту группу входят многие САПР из сферы машиностроения, основанные на базе графических ядер. В наше время достаточно часто принято использовать унифицированные графические ядра.
• На основе СУБД. Они в основном ориентируются на те приложения, в которых есть возможность, проводя относительно несложные математические расчеты, переработать достаточно большой объем информации. Их часто можно встретить в технико-экономических приложениях, таких как проектирование бизнес-планов, но при этом нередко их используют и в процессе проектирования крупных объектов наподобие щитов управления в автоматических системах.

Помимо этого, существуют также комплексные САПР, в которые входят подсистемы всех предыдущих видов. В качестве характерных примеров таких комплексных систем стоит привести программное обеспечение, которое активно используется в современном машиностроении, или же САПР БИС. Последний включает в свой состав СУБД и различные подсистемы проектирования компонентов, функциональных и логических схем, топологии кристаллов, а также тесты для анализа годности изготовленных изделий. Для того чтобы обеспечить нормальное управление такими сложными программами, принято использовать специализированные системные среды.

Практически во всех сферах деятельности человека сегодня наблюдается жесткая конкуренция. Преимущества имеют те участники рынка, кто быстрее и точнее сумеет спроектировать продукт, точно спрогнозировать его качества и определить оптимальную технологию производства. Добиваться успешной реализации идей любой сложности призвана система автоматизированного проектирования (САПР). Под этим понятием подразумевают программное обеспечение, позволяющее создавать модель объекта с максимальной точностью и предоставить производителю полный пакет конструкторской документации по международным стандартам.

Практически решают эту задачу, используя комплекс эффективных технологий по анализу, разработке, подготовке производственного процесса с помощью CAD/CAM/CAE систем. Только так можно добиться необходимого качества, снижения себестоимости продукции. Основную часть работы по созданию проекта делают компьютерные программы, скорость и точность которых многократно превышает возможности традиционных технологий, таких как создание чертежей, расчет предполагаемых нагрузок, прогнозирование поведения материалов.

Возможности и области применения

Автоматизировать производство человечество стремилось всегда. Но до середины 20-го века это были попытки усовершенствования механизмов и технологий. Первые опыты использования систем автоматизации начались после Второй Мировой Войны. Назвать прорывом применение электронных устройств для нужд ВПК в США в конце 40-х, начале 50-х нельзя. Мощности вычислительных машин было тогда недостаточно. Серьезные успехи пришли только в 70-е годы, когда появились электронные устройства, способные работать с большим массивом информации. Этот период принято называть первым этапом развития автоматизированных систем проектирования. Была доказана эффективность использования ЭВМ в решении производственных задач.

В 80-е начался второй этап электронной революции. К этому времени размер вычислительных устройств заметно уменьшился, а скорость работы существенно возросла. Серьезной причиной взрывного роста стал выпуск персональных компьютеров, с помощью которых увеличился круг пользователей.

Среди множества путей развития и нескольких крупных производителей стал вырисовываться лидер - компания IBM. Архитектура устройств с микропроцессором Intel х86 оказалась наиболее удачной для использования в автоматизации проектирования. Тогда же начали зарождаться CAD и CAM системы в машиностроении, наукоемких производствах.

Методы пространственного моделирования позволили просчитывать сложные процессы, создавать основу технологии программирования для станков с ЧПУ. К середине 80-х наметился спад в развитии популярности продуктов Apple, Motorola. Однако графические станции под управлением ОС Unix удерживали лидерские позиции. Но уже в начале 90-х программы на платформе Windows обогнали конкурентов. Предлагаемые системы для станков, оборудования были удобнее, производительнее и главное дешевле. Методы пространственного проектирования оказались востребованы в энергетике, производстве бытовой техники, автомобилестроении, космонавтике.

Активнее стала использоваться технология в машиностроении. Программы для токарных станков, обрабатывающих центров повысили качество продукции, сократили время производства. Возникла необходимость образования отдельных направлений в цифровые графике. Окончательно оформились термины CAD, CAM, CAE, их назначение и особенности.

Принятое в отечественной инженерной практике понятие САПР носит общий характер. Оно включает в себя все возможности программного проектирования. Однако удобнее пользоваться англоязычными версиями, описывающими виды и технологии выполняемых работ более детально. Наиболее популярные термины означают:

1. CAD системы - означает компьютерную поддержку проектирования (сomputer-aided design). Программы с пакетом модулей для создания трехмерных объектов с детализацией их особенностей и возможностью получения полного комплекта конструкторско-проектной документации.
2. CAM системы - переводится как компьютерная поддержка производства (computer-aided manufacturing). Прикладные программы для реализации проектов. С их помощью прописывают алгоритм работы станков с ЧПУ. В качестве основы используется трехмерная модель, сделанная по стандартам CAD.
3. CAE системы - класс продуктов для компьютерной поддержки расчетов и инженерного анализа (computer-aided engineering). Появление возможности создавать твердотельную модель требовала детального ее описания, прогнозирование эксплуатационных нагрузок, включая воздействие температуры, сопротивления среды.

Автоматизированная система проектирования в процессе эволюции разделилась на отдельные направления, в рамках которых решались узкоспециализированные задачи. Расширялся и арсенал инструментов для достижения цели. Можно на каждом этапе производства выбрать систему, наиболее подходящую в конкретном случае. Технология создания модели 3d в САПР значительно ускорило запуск новых изделий, которые проектируется с заданными характеристиками. Твердотельный прообраз проверяется и испытывается с достаточной точностью виртуально, минимизируя расходы на реальном тестировании.

Методы электронного проектирования проникают в отдельные сферы деятельности, учитывая характер производства. Подчиняясь общим правилам и нормам создаются новые направления развития. Так в 2012 госкорпорация «Росатом» перешла на Единую отраслевую систему документооборота (ЕОСДО). Программа позволила систематизировать проектную документацию. Проще стал доступ к электронному архиву. В результате повысилась производительность труда, сохранность информации, надежность ее защиты.

Примеры программ системы автоматизированного проектирования

Профессия современного разработчика требует серьезного обучения. Преподают САПР в профильных ВУЗах. Однако базовое образование не является гарантией успеха. Сектор активно развивается. Регулярно появляются новые продукты на рынке, требующие изучения и навыков работы. Становится нормой прохождение курсов повышения квалификации для инженера. Разработчики ПО идут на встречу пользователям их продуктов. Платные программы включают в себя важную опцию - возможность пользоваться поддержкой и обучаться приемам работы.

Для того, чтобы узнать все графические возможности ПО необходимо время. Многие разработчики предлагают воспользоваться бонусом для обучающихся. Так лидер рынка компания Autodesk дает лицензию для студентов на три года при пользовании 3ds Max. По функционалу программа конструирования почти такая же, как дорогостоящая профессиональная версия. Стоимость базового пакета Autodesk 3ds Max на текущий период времени составляет более 60 000 рублей для одного пользователя. Сумма большая даже для действующего инженера. Обычно такую продукцию закупает предприятие.

Потребности в 3d моделировании испытывают не только крупные предприятия. Сегодня востребовано трехмерное проектирование у индивидуальных предпринимателей и просто любителей. Для осуществление задуманных идей им нет необходимости приобретать продукцию с набором функций, необходимых в высокотехнологичных отраслях. Можно найти программы для проектирования за более умеренные деньги, либо воспользоваться бесплатными версиями с ограниченными возможностями.

Проектировщикам, работающим в системе САПР хорошо известен пакет AutoCAD. Уже много лет он пользуется заслуженным уважением за возможность реализовывать идеи достаточно простыми, интуитивно понятными инструментами. Поддерживается возможность работать как в двухмерном, так и в трехмерном пространстве. Сохраняются проекты в стандартной форме САПР. Стоимость продукта позволяет приобретать его средним и малым компаниям. В качестве опробования производитель дает возможность 30 дней пользоваться программой бесплатно. За это время специалист с базовым образованием научится пользоваться основными функциями и решить, стоит ли ее покупать или нет.

К профессиональным продуктам относят и Pro/ENGINEER от американского разработчика Parametric Technology Corp. Оригинальный движок программы отличается высокой производительностью и качеством. Есть возможность вывести проект в фотореалистичном изображении в хорошем разрешении. Известен специалистам в области инноваций французский бренд CATIA. Продукт полностью интегрирован с системами CAD/CAM/CAE и может использоваться в различных областях производственной деятельности, от машиностроения до строительства.

Активно продвигается на рынке отечественная разработка компании «Аскон» программа трехмерного проектирования «Компас». Классический вариант опций для создания CAD проектов. Интерфейс, описание, помощь на русском языке, что становится причиной растущей популярности. Поддерживается функция создания текстовых и графических документов по стандарту ЕСКД. Программа проста в обучении и пользовании.

Нельзя не упомянуть ПО SolidWorks. Программа адаптирована для широкого использования на средних по мощности компьютерах. Не самый богатый функционал, но имеющихся возможностей вполне хватает для реализации достаточно сложных проектов. Программой пользуются и крупные предприятия. Производитель предлагает линейку продуктов разного назначения для решения всех задач в системах CAD, CAM, CAE. Ядром графического проектирования является собственная разработка Parasolid, которая имеет как плюсы, так и минусы.