ВходСовременные проектно конструкторские сапр машиностроения. Опыт внедрения сапр на отечественных предприятиях машиностроительной отрасли
История развитие систем автоматизированного проектирования
| Наименование параметра | Значение |
| Тема статьи: | История развитие систем автоматизированного проектирования |
| Рубрика (тематическая категория) | Программирование |
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.
По сравнению с историей развития вычислительной техники история развития автоматизированных систем очень коротка, она не насчитывает и пятидесяти лет. При этом без этих систем компьютеры никогда бы не стали тем, чем они являются сейчас – орудием труда миллионов специалистов, занятых проектированием в самых разных областях.
В настоящий момент существует несколько классификационных подгруппСАПР. Из них три базовых:
― 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).
Наиболее развитым среди них является рынок MCAD, по сравнению с которым секторы ECAD и CAD/AEC довольно статичны и развиваются слабо.
Рассмотрим процесс развития автоматизирован ного проектирования в машиностроении.
Современный рынок машиностроения предъявляет все более жесткие требования к срокам и стоимости проектных работ. Проведение конструкторских работ, нацеленных на создание качественной, конкурентоспособной продукции, связано с подготовкой точных математических моделей узлов и агрегатов, а также с выполнением огромного объёма математических расчетов, необходимых для инженерного анализа конструкций. Основной путь повышения конкурентоспособности предприятия связан с резким сокращением сроков создания моделей и ускорением расчетов математических параметров на всех этапах разработки продукции. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, применение высокопроизводительных систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAE/CAD/CAM-систем) стало ключевым элементом бизнеса предприятия, работающего на современном рынке машиностроения.
Применение линейки, циркуля и транспортира на чертежной доске привело к технической революции начала XIX века. Для повышения точности все построения выдерживали в максимально возможном масштабе, при этом погрешность построений составляла не менее 0,1 мм, а при задании угловых значений - не менее 1 мм на одном метре. Таковы пределы точности при геометрическом моделировании на кульмане. Появление ЭВМ стало благоприятной предпосылкой для развития машинной графики, которая включила в себя дисциплины геометрического моделирования и вычислительной геометрии. Основная их задача состоит в решении геометрических задач в аналитической и вычислительной (алгоритмической) форме.
История САПР в машиностроении разделяется на несколько этапов.
В начале 50-х годов прошедшего столетия в основу идеологии автоматизированного проектирования положены разнообразные математические модели, такие как теория B-сплайнов. Объекты проектирования стали рассматриваться с точки зрения различных областей науки, базовые подсистемы САПР разделились на геометрические, прочностные, аэродинамические, тепловые, технологические, и впоследствии их стали классифицировать как CAD, CAE, CAM, PDM, PLM.
На первом этапе развития возможности систем в значительной мере определялись характеристиками имевшихся в то время недостаточно развитых аппаратных средств ЭВМ. Для работы с системами САПР использовались графические терминалы, подключаемые к мэйнфреймам. Процесс конструирования механических изделий состоит в определении геометрии будущего изделия, в связи с этим история CAD-систем практически началась с создания первой графической станции. Такая станция, появившаяся в 1963 г, использовала дисплей и световое перо. Ее создатель И. Сазерленд в дальнейшем работал в агентстве ARPA и возглавлял департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета.
Развитие компьютерной графики сдерживалось не только аппаратными возможностями вычислительных машин, но и характеристиками программного обеспечения, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должно было стать универсальным по отношению к использовавшимся аппаратным средствам представления графической информации. С 70-х годов прошлого века разрабатывался стандарт графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включал в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования.
В 1977 ᴦ. ACM представила документ Core, который описывал требования к аппаратно-независимым программным средствам. В 1982 ᴦ. появилась система Graphical Kernel System (GKS), принятая в качестве стандарта в 1985 г, а уже в 1987 ᴦ. был разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D-графику.
Параллельно с развитием CAD-систем бурное развитие получили CAM-системы автоматизации технологической подготовки производства. В 1961 ᴦ. был создан язык программирования APT, впоследствии данный язык стал основой многих других языков программирования применительно к оборудованию с числовым программным управлением. Параллельно с работами, проводившимися в США, в СССР Г.К. Горанский создал первые программы для расчетов режимов резания.
Разработанный к 1950 ᴦ. метод конечных элементов послужил толчком к развитию систем инженерного анализа CAE. В 1963 ᴦ. был предложен способ применения метода конечных элементов для анализа прочности конструкции путем минимизации потенциальной энергии.
К 1970 ᴦ. был создан пакет под названием NASTRAN. Среди компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation), которая с 1973 ᴦ. начала самостоятельно развивать пакет MSC.NASTRAN, впоследствии ставший мировым лидером в своем классе продуктов. С 1999 ᴦ. компания MSC принято называть MSC.Software Corporation.
В 1976 ᴦ. был разработан программный комплекс DYNA-3D (позднее названный LS-DYNA).
Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems), разработанный и совершенствуемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 ᴦ. Основное назначение комплекса Adams - кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.
Широкое внедрение систем САПР в то время сдерживалось высокой стоимостью программных продуктов и "железа". Так, в начале 80-х годов прошлого века стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $100000 и требовала использования дорогостоящей аппаратной платформы.
Новый этап развития ознаменовался началом использования графических рабочих станций под управлением ОС Unix.
В середине 80-х годов компании Sun Microsystems и Intergraph предложили рабочие и графические станции с архитектурой SPARC. Фирма DEC разработала автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX, появились персональные компьютеры на базе процессоров i8086 и i80286.
Эти разработки позволили снизить стоимость CAD-лицензии до $20000 и создали условия более широкого применения для CAD/CAM/CAE-систем.
В данный период математический аппарат плоского геометрического моделирования был хорошо "доведен", способствуя развитию плоских CAD-систем и обеспечивая точность геометрии до 0,001 мм в метровых диапазонах при использовании 16-битной математики. Появление 32-разрядных процессоров полностью обеспечило потребности плоских CAD-систем для решения задач любого масштаба.
Развитие CAD-систем следовало двум подходам к плоскому моделированию, которые получили название твердотельный и чертежный. Чертежный подход оперирует такими основными инструментами как отрезки, дуги, полилинии и кривые. Операциями моделирования на их базе являются продление, обрезка и соединение. В твердотельном подходе основными инструментами являются замкнутые контуры, а остальные элементы играют вспомогательную роль. Главными операциями моделирования являются булевы объединение, дополнение, пересечение.
В 80-е годы прошлого века характеристики использовавшегося для САПР вычислительного оборудования значительно различались. Аппаратной платформой CAD/CAM-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твердотельного, так и поверхностного объёмного моделирования применительно к деталям и сборочным узлам из многих деталей.
Идеология систем объёмного моделирования базируется на объёмной мастер-модели; при этом определяется геометрия поверхности не по проекциям отдельных сечений, а интегрально - для всей спроектированной поверхности. Используя модель, можно получить информацию о координатах любой точки на поверхности, а также сформировать плоские изображения: виды, сечения и разрезы.
Геометрическая модель позволяет легко получить такие локальные характеристики как нормали, кривизны и интегральные характеристики - массу, объём, площадь поверхности, момент инерции.
Системы объёмного моделирования также базируются на двух подходах к построению поверхностей модели: поверхностном и твердотельном. При использовании поверхностного моделирования конструктор определяет изделие семейством поверхностей. При твердотельном способе конструктор представляет изделие семейством геометрических примитивов, таких как куб, шар, цилиндр, пирамида, тор.
В отличие от чертежа модель является однозначным представлением геометрии и количественного состава объекта. В случае если в сборочном чертеже болт представляется несколькими видами, то в объёмной сборке - одним объектом, моделью болта.
Поверхностное моделирование получило большее распространение в инструментальном производстве, а твердотельное - в машиностроении. Современные системы, как правило, содержат и тот, и другой инструментарий и позволяют работать как с телами, так и с отдельными поверхностями, используя булевы и поверхностные процедуры.
Принято делить CAD/CAM-системы по их функциональным характеристикам на три уровня (верхний, средний и нижний). В 80-е годы прошлого века такое деление основывалось на значительном различии характеристик использовавшегося для САПР вычислительного оборудования. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ, выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах.
К 1982 ᴦ. твердотельное моделирование начали применять в своих продуктах компании IBM, Computervision, Prime, но методы получения моделей тел сложной формы не были развиты, отсутствовал аппарат поверхностного моделирования. В 1983 ᴦ. была разработана техника создания 3D-моделей с показом или удалением скрытых линий. В 1986 ᴦ. компания Autodesk выпустила свой первый CAD-продукт Autocad - однопользовательскую версию на языке "C" с поддержкой формата IGES.
В области автоматизации проектирования унификация базовых операций геометрического моделирования привела к созданию универсальных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Распространение получили два геометрических ядра: Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания-разработчик Spatial Technology). Ядро Parasolid было разработано в 1988 ᴦ. и в следующем году стало ядром твердотельного моделирования для CAD/CAM Unigraphics, а с 1996 ᴦ. - промышленным стандартом.
Необходимость обмена данными между различными системами на различных этапах разработки продукции способствовала стандартизации описаний геометрических моделей. Вначале появился стандарт IGES (Initial Graphics Exchange Specification). Фирма Autodesk в своих продуктах стала использовать формат DXF (Autocad Data eXchange Format). Далее были разработаны язык Express и прикладные протоколы AP203 и AP214 в группе стандартов ISO 10303 STEP (Standard for Exchange Product Model Data). В 1986 ᴦ. появился ряд новых стандартов. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS P (Programmer"s Hierarchical Interactive Graphics System) - стандарт ANSI, принятый в качестве стандарта ISO в 1989 ᴦ. В 1993 ᴦ. компанией Silicon Graphics предложен стандарт OpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время.
В упомянутых системах используются графические форматы для обмена данными, представляющие собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Графический формат (метафайл) обеспечивает возможность запоминания графической информации, передачи ее между различными системами и интерпретации для вывода на различные устройства. Такими форматами явились CGM - Computer Graphics Metafile, PostScript - Adobe Systems Language, GEM - GEM Draw File Format и др.
Работы по стандартизации были направлены на расширение функциональности графических языков и систем, включение в их состав средств описания не только данных чертежей и 3D-моделей, но и других свойств и характеристик изделий. Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются Unigraphics (UGS, первый вариант разработан в 1975 ᴦ.), CATIA (компания Dassault Systemes, 1981 ᴦ.), Pro/Engineer (PTC, 1987 ᴦ.). К числу САПР верхнего уровня в 90-е годы относились также EUCLID3 (Matra Datavision), I-DEAS (SDRC), CADDS5 (Computervision), но их развитие было прекращено в связи со слиянием компаний. Еще раньше система CADDS5 была приобретена компанией PTC (Parametric Technology Corp.). Эта компания, штаб-квартира которой расположена в США, была основана в 1985 ᴦ. бывшим профессором Ленинградского университета Семеном Гейзбергом.
Следующий этап развития начинается развитием микропроцессоров, что привело к возможности использования CAD/CAM-систем верхнего уровня на персональных ЭВМ. Это заметно снизило стоимость внедрения САПР на предприятиях. Рабочие станции на платформе Windows - Intel не уступали Unix-станциям по функциональности и многократно превосходят последние по объёмам продаж.
Стоимость лицензии снизилась до нескольких тысяч долларов. В 1992 ᴦ. корпорация Intergraph, один из ведущих на тот момент производителей CAD-систем для машиностроения, приняла решение о разработке нового программного продукта͵ целиком построенного на базе платформы Windows - Intel. В результате в конце 1995 ᴦ. появилась система геометрического моделирования Solid Edge. В 1993 ᴦ. в США была создана компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твердотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. В 1998 ᴦ. к Unigraphics перешло все отделение Intergraph, занимавшееся САПР для машиностроения.
В это же время Solid Edge сменила геометрическое ядро ACIS на ядро Parasolid. В 1999 ᴦ. появилась шестая версия Solid Edge на русском языке. Временные затраты на разработку крупнейших интегрированных CAD/CAM решений превысили 2000 человеко-лет.
Ряд CAD/CAM систем среднего и нижнего уровней был разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон) и T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие.
Следующий этап (начиная с конца 90-х годов) характеризуется интеграцией CAD/CAM/CAE-систем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки изделий.
На этом этапе многие предприятия уже прошли первый этап автоматизации. В основу процессов проектирования и производства была положена геометрическая модель изделия, которая применялась на всех этапах подготовки производства. При такой форме организации производства начинают эффективно функционировать сквозные процессы, опирающиеся на геометрию модели.
В первую очередь это подготовка производства с помощью CAM-систем. Сложность геометрии современных изделий неуклонно возрастает, и изготовление их без геометрической модели практически невозможно. Максимальная эффективность от внедрения САПР достигается тогда, когда система включает в себя не только конструкторское, но и технологическое проектирование.
Сложность управления проектными данными, крайне важно сть поддержания их полноты, достоверности и целостности, крайне важно сть управления параллельной разработкой привели в 80-е годы к созданию системам управления проектными данными PDM (Product Data Management).
В начале 80-х годов компания CDC разработала первую PDM-систему под названием EDL. В 90-х годах активно разрабатывались продукты PDM для САПР в машиностроении. Одной из первых развитых PDM-систем являлась система Optegra компании Computervision. В данный же период компания Unigraphics Solutions (UGS) совместно с Kodak разработала PDM-систему iMAN.
В 1998 ᴦ. компания PTC вышла на рынок PDM-систем, купив компанию Computervision и ее Internet-ориентированную PDM-технологию Windchill. В последние годы происходило быстрое развитие PDM-систем: появились ENOVIA и Smarteam от Dassault Systemes, Teamcenter от UGS и другие.
Среди российских систем PDM наиболее известными являются Лоцман:PLM компании Аскон, PDM STEP Suite, разработанная под НПО "Прикладная логистика", Party Plus компании Лоция-Софт и т.д.
Сегодня, таким образом, термин САПР (система автоматизации проектирования) подразумевает комплексный подход к разработке изделия и включает совокупность систем CAD/CAM/CAE.
Развитие систем геометрического моделирования, анализа и расчета характеристик изделия сопровождается интеграцией в рамках предприятия. Мировой рынок обособленных CAD/CAM решений уже насыщен, системы близки по функциональности, и темпы роста этого сегмента рынка минимальны. По этой причине происходит усиление интеграции систем CAD/CAM/CAE с системами PDM, которые позволяют хранить и управлять проектно-конструкторской документацией на разрабатываемые изделия, вносить в документацию изменения, поддерживать хранение истории этих изменений.
Распространение функций PDM-систем на все этапы жизненного цикла продукции превращает их в системы PLM (Product Lifecycle Management). Развитие систем PLM обеспечивает максимальную интеграцию процессов проектирования, производства, модернизации и сопровождения продукции предприятия и по сути имеет много общего с концепцией интегрированной поддержки жизненного цикла изделия.
История развитие систем автоматизированного проектирования - понятие и виды. Классификация и особенности категории "История развитие систем автоматизированного проектирования" 2017, 2018.
1. Актуальность и необходимость применения сапр.
Ускорение темпов развития науки и техники привели к следующим особенностям при проектировании РЭА:
1) непрерывному росту тактико-технических требований (масса, надежность, стоимость, электрические показатели и др.);
2) резкому сокращению сроков морального старения РЭА;
3) увеличению стоимости разработок;
4) сокращению сроков, отводимых на разработку новых изделий.
Эффективно решать эти противоречивые проблемы возможно лишь, применяя в процессе проектирования различные САПР, что в частности позволит:
1) проанализировать большое количество вариантов, различных решений;
2) создавать конструкции, оптимально учитывающие, предъявляемые к ним требования;
3) использовать более точные методы расчета и проектирования, сводящие к минимуму подстроечно - регулировочные операции;
4) сократить сроки и снизить стоимость разработки аппаратуры.
При создании САПР учитываются принципы:
системного единства, т.е. целостность системы, взаимосвязь между подсистемами и ее элементами;
совместимости, т.е. обеспечиваются совместное функционирование составных частей САПР и сохранность открытости системы в целом;
типизации (ориентирует на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР с последующей их модернизацией);
развития (способствует совершенствованию и обновлению составных частей САПР, а также взаимодействию и расширению взаимосвязи с автоматизированными системами различного уровня и функционального назначения);
иерархичности (проектирование по уровням структуры САПР).
19. Виды обеспечения САПР
математические методы и построенные на них математические модели;
формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.
прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР).
общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ . Примером компонента общесистемного ПО является операционная система.
В лингвистическом обеспечении выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS).
Техническое обеспечение (ТО) - совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).
Математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:
Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и прикладное :
Информационное обеспечение (ИО) - совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР - базы данных.
Лингвистическое обеспечение (ЛО) - совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога "проектировщик - ЭВМ" и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.
Методическое обеспечение (МетО) - описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят также МО и ЛО .
Организационное обеспечение (ОО) - совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования… В ОО входят штатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п.
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 её функционирования.
20. Классификация САПР. Стадии проектирования электронных средств.
В области классификации САПР используется ряд устоявшихся англоязычных терминов, применяемых для классификации программных приложений и средств автоматизации САПР по отраслевому и целевому назначению.
По отраслевому назначению
MCAD - автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks,Autodesk Inventor,КОМПАС,CATIA);
EDA или ECAD - САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
AEC CAD или CAAD - САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop,AutoCAD Revit Architecture Suite,Piranesi,ArchiCAD).
По целевому назначению
По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования .
CAD - 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 - проектирование и создание чертежей.
CAGD - геометрическое моделирование.
CAE - средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
CAA - подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.
CAM - средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУили ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина являетсяАСТПП- автоматизированная система технологической подготовки производства.
CAPP - 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.
С помощью CAD-средств создаётся геометрическая модельизделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.
Стадии проектирования
На стадии эскизного проекта
Стадии проектирования - это проектные исследования, технические задания, техническое предложение, эскизного, технического и рабочего проектов, испытаний и внедрения.
Стадия научно─ исследовательской работы определяет назначение, принципы построения (создания) ЭВМ и формирует техническое задание на его проектирование.
На стадии эскизного проекта проверяется корректность и реализуемость основных принципов и положений, определяющих функционирование будущей ЭВМ, и создается эскизный проект.
На стадии технического проекта ведется всесторонняя проработка всех частей проекта, конкретизация и детализация технических решений.
На стадиях рабочего проекта, испытаний и внедрений формируется вся необходимая документация для изготовления изделия. Далее создается и испытывается опытный образец или пробная партия изделий, по результатам испытаний вносятся необходимые коррективы в проектную документацию, затем - внедрение в производство.
21. Способы организации процесса проектирования электронных средств.
Способ организации процесса проектирования заключается в создании модели процесса проектирования, основанной на концепции управления.
Первый вариант модели – это схема процесса проектирования. Она включает в себя:
Цель проектирования, которая неизменна;
Знания технологии определенного типа для создания проекта;
Информацию (проект), которая может быть документирована и использована для производства тем или иным способом в процессе проектирования.
Второй вариант – это модель процесса производства. Если цель не достигнута, то проектные решения корректируются. Данные об отклонении предварительного проекта от спецификации передаются к операции синтеза. В среде проектирования находятся вычислительные средства, методическое обеспечение, сам проектировщик.
Проектные процедуры подразделяются на задачи анализа и синтеза. Синтез заключается в создании описания вычислительной системы, а анализ – в определении свойств и исследовании работоспособности объекта по его описанию, т.е. при синтезе создаются, а при анализе оцениваются проекты ВС.
Процедуры анализа могут быть одновариантные и многовариантные. Одновариантный анализ предполагает задание значений внутренних и внешних параметров и определение значений выходных параметров объекта. Задача анализа с одним вариантом сводится к однократному решению уравнений, составляющих математическую модель. Многовариантный анализ заключается в исследовании свойств ВС в некоторой области пространства внутренних параметров. Такой анализ требует многократного решения систем уравнений.
Процедуры синтеза – параметрические и структурные. Целью структурного синтеза является определение структуры ВС перечня типов элементов, составляющих ВС, и способа связи элементов (оборудования) между собой в составе ВС. Параметрический синтез заключается в определении числовых значений параметров элементов при заданных значениях структуры и условиях работоспособности выходных параметров объекта, т.е. при параметрическом синтезе необходимо определить точку или область в пространстве внутренних параметров, в которых выполняются те или иные условия.
На многих современных предприятиях используются проектирования, или САПР. Существует большое количество поставщиков подобных решений. Функции и возможности данных систем проектирования, в частности представленных специализированным ПО соответствующего назначения, могут быть самыми разными. В чем заключается сущность САПР? Каковы нюансы разработки данных систем?
Что представляют собой системы автоматизированного проектирования?
САПР — это автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную осуществления проектирования. На практике они представляют собой технические системы, позволяющие, таким образом, автоматизировать, обеспечить независимое от человека функционирование процессов, составляющих разработку проектов. В зависимости от контекста под САПР может пониматься:
Программное обеспечение, используемое в качестве основного элемента соответствующей инфраструктуры;
Совокупность кадровых и технических систем (включая те, что предполагают задействование САПР в виде ПО), применяемых предприятием в целях автоматизации разработки проектов.
Таким образом, можно выделить более широкую и узкую трактовку термина, о котором идет речь. Сложно сказать, какая из них применяется в бизнесе чаще, все зависит от конкретной сферы использования САПР, тех задач, которые призваны решать данные системы. К примеру, в контексте отдельно взятого производственного цеха под САПР, вероятно, будет пониматься конкретная программа для автоматизированного проектирования. Если речь идет о стратегическом планировании развития предприятия, данное понятие будет, вероятно, соответствовать более масштабной инфраструктуре, задействуемой в целях повышения эффективности разработки различных проектов.
Стоит отметить, что САПР — это аббревиатура, которая и расшифровываться может по-разному. В общем случае она соответствует словосочетанию «система автоматизированного проектирования». Вместе с тем есть и другие варианты расшифровки соответствующей аббревиатуры. Например, она может звучать как «система автоматизации проектных работ».
В английском языке российскому термину САПР по смыслу соответствует аббревиатура CAD, в некоторых случаях — CAX. Рассмотрим более подробно, в каких целях могут создаваться системы автоматизированного проектирования в машиностроении и иных сферах.
Цели создания САПР
Главная цель разработки САПР — повышение эффективности труда специалистов предприятия, решающих различные производственные задачи. В частности, связанные с инженерным проектированием. Повышение эффективности в данном случае может осуществляться за счет:
Снижения трудоемкости процесса проектирования на производстве;
Сокращения сроков реализации проектов;
Снижения себестоимости проектных работ, а также издержек, связанных с эксплуатацией;
Обеспечения повышения качества инфраструктуры проектирования;
Снижения издержек на моделирование, а также проведение испытаний.
САПР — это инструмент, позволяющий добиться отмеченных преимуществ за счет:
Автоматизации документации;
Рассмотрим теперь, в какой структуре может быть представлена САПР.
Структура САПР
Система автоматизированного проектирования технологических процессов, к примеру, может включать следующие компоненты:
Комплекс элементов автоматизации;
Программно-техническую инфраструктуру;
Методические инструменты;
Элементы поддержки функциональности САПР.
Распространен подход, в соответствии с которым в структуре САПР следует выделять различные подсистемы. Ключевыми принято считать:
Обслуживающие подсистемы, которые поддерживают функционирование основных проектирующих компонентов САПР, инфраструктуры, отвечающей за обработку данных, поддержание ПО;
Проектирующие подсистемы, которые в зависимости от соотнесения с объектом разработки могут быть представлены с объектными задачами или же инвариантными, то есть связанные с реализацией конкретных проектов или же с совокупностью нескольких.
САПР — это системы, которые включают в себя определенные функциональные компоненты. Рассмотрим их особенности.
Компоненты САПР
Автоматизированное проектирование систем управления и промышленной инфраструктуры, как мы уже знаем, состоит из различных подсистем. В свою очередь, их составляющими являются компоненты, которые обеспечивают функционирование соответствующих элементов САПР. Например, это может быть та или иная программа, файл, аппаратное обеспечение. Компоненты, обладающие общими признаками, формируют средства обеспечения систем проектирования. Таковые могут быть представлены следующими основными разновидностями:
Системы, применяемые в целях разработки различных чертежей;
САПР, созданные для геометрического моделирования;
Системы, предназначенные для автоматизации расчетов в рамках инженерных проектов, а также динамического моделирования;
САПР, предназначенные для осуществления компьютерного анализа различных параметров по проектам;
Средства автоматизации, используемые в целях технологической оптимизации проектов;
САПР, используемые в целях автоматизации планирования.
Стоит отметить, что данную классификацию следует считать условной.
Автоматизированная система технологического проектирования может включать в себя самый широкий спектр функций из числа тех, что перечислены выше, и не только. Конкретный перечень возможностей САПР определяет прежде всего разработчик соответствующей системы. Рассмотрим, какие в принципе задачи он может решать.
Разработка САПР
Проектирование автоматизированных систем обработки информации, управления, программирования и реализации иных функций, направленных на повышение эффективности разработки проектов в тех или иных отраслях, — процесс, который характеризуется высоким уровнем сложности и требует от его участников осуществления вложения значительных ресурсов — трудовых, финансовых. Эксперты выделяют несколько основных принципов, в соответствии с которыми может вестись разработка САПР. В числе таковых:
Унификация;
Комплексность;
Открытость;
Интерактивность.
Рассмотрим их подробнее.
Унификация как принцип разработки САПР
Работа с системами автоматизированного проектирования как на стадии их разработки, так и в период пользования соответствующей инфраструктурой предполагает следование принципу унификации, в соответствии с которым, те или иные решения могут одинаково эффективно и по схожим алгоритмам внедряться в различных отраслях производства. Данный принцип предполагает, что человек, использующий знакомый ему модуль САПР или, к примеру, методику автоматизированного проектирования в одной среде, без труда сможет адаптировать их к специфике применения в иных условиях.
Унификация САПР имеет значение и с точки зрения развития предприятия - разработчика соответствующей системы: чем более универсальными будут модули и подходы, которые данный хозяйствующий субъект предлагает рынку, тем более интенсивным может быть его рост, тем выше конкурентоспособность и готовность новых потребителей к сотрудничеству.
Комплексность как принцип разработки САПР
Следующий принцип, который характеризует процесс проектирования автоматизированных систем, — комплексность. Он предполагает, что производитель САПР сможет наделить свой продукт компонентами, которые позволят его пользователю решать поставленные задачи на самых разных уровнях реализации проекта. Данный аспект, возможно, является ключевым с точки зрения обеспечения конкурентоспособности продукта и освоения им новых рынков. Но при этом следует иметь в виду, что даже самые комплексные решения должны удовлетворять иным ключевым принципам разработки САПР. В числе таковых — открытость.
Открытость как принцип разработки САПР
Открытость в данном контексте может пониматься по-разному, но во всех случаях ее интерпретация будет уместной. Разработка системы автоматизированного проектирования — процесс, который должен прежде всего характеризоваться открытостью с точки зрения формирования обратной связи между производителем САПР и ее пользователями. Человек, задействующий соответствующую систему, должен иметь возможность информировать ее разработчика о выявленных проблемах, особенностях функционирования САПР в различных условиях, передавать бренду-производителю свои пожелания касательно улучшения продукта.
Открытость в разработке САПР также может выражаться в готовности производителя осуществлять активный мониторинг технологических разработок, в том числе от конкурирующих производителей, отслеживать различные тренды. В данном случае ведущую роль в бизнесе могут играть не только технологические подразделения, но, к примеру, маркетологи компании, специалисты по PR, менеджеры, отвечающие за переговоры фирмы с партнерами.
Открытость при разработке САПР — это также готовность разработчика соответствующей системы к прямому диалогу с другими поставщиками, которые опять же могут быть его прямыми конкурентами. Обмен технологиями, позволяющими создавать продукты, посредством которых может быть осуществлено эффективное автоматизированное проектирование систем управления, промышленной инфраструктуры, инженерных разработок, также является значимым фактором повышения конкурентоспособности бренда, поставляющего САПР в тех или иных сегментах рынка.
Интерактивность как принцип разработки САПР
Следующий важнейший принцип создания САПР — интерактивность. Он предполагает прежде всего создание разработчиком соответствующих систем интерфейсов, максимально облегчающих процедуру их задействования человеком, а также осуществления им необходимых коммуникаций с другими пользователями САПР.
Еще один аспект интерактивности — обеспечение в необходимых случаях взаимодействия между различными модулями систем автоматизированного проектирования в рамках формирования производственной инфраструктуры.
Можно отметить, что принцип интерактивности тесно связан с первым — унификацией. Дело в том, что обмен данными в рамках тех или иных интерактивных процедур наиболее эффективным будет при условии необходимой стандартизации взаимодействия между теми или иными субъктами. Это может выражаться в унификации файловых форматов, документов, процедур, языка, инженерных подходов при разработке тех или иных проектов.
Особенно большое значение рассматриваемый принцип играет в САПР, посредством которых осуществляется автоматизированное проектирование информационных систем. Данная сфера применения САПР характеризуется, в частности, высокой степенью потребности пользователей соответствующей инфраструктуры:
В регулярном, динамичном взаимодействии между собой;
Обеспечении связей между большим количеством модулей САПР;
Осуществлении оптимизации различных интерактивных процедур;
Оперативном формировании отчетности.
Только при условии достаточной интерактивности систем автоматизированного проектирования пользователи вправе рассчитывать на эффективное решение подобных производственных задач.
Система автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) представляет комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющий автоматизированное проектирование.
Основной областью применения САПР ТП является механообрабатывающее производство различной степени автоматизации. Допускается применение системы для автоматизированной разработки ТП листоштамповки, сварки, сборки и других, а также использование инструментальных средств системы для решения различных прикладных задач (экономические, информационно-поисковые и т.п.).
Главным выходным продуктом САПР ТП является библиотека ТП, которая представляет собой не систематизированный набор файлов ТП. В перспективе будет разработан банк технологических процессов (БТП), т.е., принята ориентация на «безбумажную» технологическую документацию. БТП это совокупность информационных моделей индивидуальных (единичных), типовых и групповых ТП. Информационная модель ТП (ИМТП) это набор специальным образом организованных данных, в котором содержится вся информация о ТП, состав которой определяется соответствующими стандартами. Дополнительно в ИМТП хранится информация, предназначенная для использования самой САПР ТП, а также другими смежными автоматизированными системами технологической подготовки и управления производством.
В САПР ТП обеспечивается автоматическая подготовка текстовых технологических документов в соответствии со стандартами ЕСТД-2 и управляющих программ в формате систем ЧПУ.
САПР ТП обеспечивает повышение производительности труда технологов по разработке ТП и управляющих программ в 3…10 раз, в отдельных случаях до 50 раз.
Состав системы. САПР ТП представляет комплекс средств программного и информационного обеспечения. При разработке системы была принята ориентация на создание инструментальных средств (структурированный набор программных средств) для разработки конкретных САПР ТП. Эти инструментальные средства дают возможность разработки САПР ТП специалистами-предметниками (технологами), не имеющих глубоких знаний в области программирования. Такие возможности предоставляют специально разработанные язык технологических алгоритмов и язык описания данных.
Инструментальные средства САПР ТП представляют собой развитую систему программирования, проблемно ориентированную на технологические САПР, в состав которой входят ряд подсистем:
транслятор с языка технологических алгоритмов;
система подготовки баз данных:
описание данных в диалоговом режиме;
описание данных в пакетном режиме;
транслятор таблиц баз данных;
извлечение таблиц из баз данных;
занесение таблиц в исходную базу данных;
построитель базы знаний, предназначенный для создания и модификации базы знаний;
редактор связей, предназначенный для установки связей (в виде адресов таблиц и столбцов) базы знаний с информационной моделью технологического процесса (ИМТП) и с базой данных;
уравнитель ИМТП, дающий возможность при модификации ИМТП в сторону увеличения использовать ранее спроектированный ТП;
подсистема оперативного просмотра результатов проектирования;
подсистема проверки структуры ТП;
подсистема графического отображения, предназначенная для графического контроля результатов проектирования;
исполняющая система, служащая для реализации алгоритмов базы знаний;
отладчик исполняющей системы (для отладки программ, написанных на языке технологических алгоритмов).
Не исключается возможность использования инструментальных средств в различных смежных прикладных задачах.
Базовый комплект системы состоит из информационного обеспечения базы данных (БД) и базы знаний (БЗ).
2. Автоматизация расчетов режимов резания
Для обработки каждой из поверхностей деталей в случае применения станков с ЧПУ необх рассчитать траектории движения иснтрументов.
Очевидно, что при этом необх обеспечить заданную точность обраб-мых поверхностей с минимальными затратами, учитывая технологические возможности станка и инструмента. Для токарной обработки в общем случае необходимо определить траекторию движения инструмента, его подачу и обороты шпинделя станка.
Затем на 2-м этапе определяются режимы обработки. Поиск производится с целью достижения минимума затрат на обработку поверхности.
Поиск оптимального режима резания:
Для расчета режимов резания предварительно должны быть известны траектории движения инструментов и характеристики качетва поверхности деталей. Поиск оптимальных режимов может осуществлятся при известных математических зависимостях между режимами обработки, действующими силами, качеством и надежностью деталей, и ограничениями в системе станка по прочности его элементов, мощности приводов и диапазонов допустимых подач и оборотов. В противном случае оптимизация по режимам обработки не выполнима и они выбираются на основании рекомендуемых опытных данных, применяя ИПС ЭВМ.
Для поиска оптимальных режимов обработки поверхности наиболее просто использовать методы линейного программирования. Это обусловлено тем, что действующие ограничения и целевая функция путем логарифмирования приводится к линейным зависимостям.
Известно, что оптимизация режимов резания позволяет использовать более производительные режимы по сравнению с нормативными. Применение оптимальных режимов резания позволяет на 5-7%, а в некоторых случаях и больше, повысить производительность труда. В условиях единичного и мелкосерийного производства, как раз характерного для приборостроения, работы по оптимизации режимов резания обычно не проводятся. Экономический эффект, полученный от оптимизации режимов резания при обработке малых партий деталей невелик и чаще всего не может компенсировать затраты на оптимизацию. Поэтому опытный рабочий обычно сам эмпирически подбирает режимы резания, позволяющие добиться максимальной производительности труда, при заданном качестве продукции. В тоже время оптимизация режимов резания, выполненная в САПР ТП, позволяет рабочему уменьшить период настройки станка на оптимальную производительность, что особенно важно при обработке малых партий деталей на дорогостоящем металлорежущем оборудовании с ЧПУ.
Рассмотрим кратко принципы оптимизации режимов резания. Для определения режимов резания необходимо иметь математическую модель процесса обработки, т.е. иметь систему уравнений, в которой связываются V, S и t с параметрами системы СПИД. Впервые такая модель была предложена проф. Г.К. Горанским. Модель представляет собой систему неравенств. Каждое неравенство выражает некоторое ограничение области допустимых режимов резания. Например, ограничения по допустимой скорости резания, по допустимой шероховатости поверхности и так далее.
Автоматизация технологических норм времени
Нормирование технологического процесса состоит в определении величины штучного времени Тш для каждой операции. Ниже приведен алгоритм для одного из распространенных случаев последовательной обработки поверхностей деталей на металлорежущих станках.
Обозначения: tуст, tснят - время на установку и снятие детали на станке; ti - время выполнения i-ого перехода; Тк - время выполнения к-ой операции; Ск - количество поверхностей и элементов деталей, обрабатываемых на к-ой операции; P, S - промежуточные переменные.
Штучного время включает время установки, снятия и время переходов. В алгоритме (рис 2.1) предусмотрена обработка информации для заданной последовательности ТП. Признаком конца вектора С является нулевое значение последней компоненты. Анализ на конец вектора выполняется с помощью 5-ого действия алгоритма. Накопление штучного времени по каждой операции производится с помощью действий 7-11. Переменная Р служит счетчиком количества переходов в операции. Начальное значение Р выбирается из вектора С с помощью действия 6. Штучное время рассчитывается для каждой из операций ТП. Технолог имеет возможность на основании получаемых результатов изменять состав операций с помощью вектора С.
Рис. 2.1. Схема алгоритма расчета штучного времени автоматизация технологический резание 3. Подготовьте исходные данные для разработки ТП МО
Исходная деталь - ступенчатый вал. Материал Сталь 45 ГОСТ 1050-88 Заготовка - поковка Производство - среднесерийное Операция заготовительная Отрезание заготовки нужной длины Оборудование - круглокопировальный автомат 8Г642 Оснастка - тиски Режущий инструмент - резец отрезной Эскиз:
Операция: токарно-подрезная Черновая, чистовая обработка наружных цилиндрических поверхностей с припуском под шлифовку, подрезание торцов, фасок. Режущий инструмент: Резец проходной с механическим креплением пластины из твердого сплава правый 2103-0713 ГОСТ 20872-80 Резец проходной с механическим креплением пластины из твердого сплава левый 2103-0714 ГОСТ 20872-80 Резец проходной с механическим креплением пластины из твердого сплава правый 2103-0713 ГОСТ 20872-80 Резец токарный для проточки угловых канавок с механическим креплением пластины из твердого сплава левый К.01.4528.000-01 Эскиз:
Точить диаметр 54,8 мм на длине 13,5 мм с припуском под шлифовку 0,5 мм. Точить диаметр 55 мм на длине 27 мм с припуском под шлифовку 0,5 мм. Точить диаметр 99 мм на длине 22,5 мм с припуском под шлифовку 0,5 мм. Выполнить проточку длиной 3 мм на глубину 1,5 мм 030 - Операция: сверлильная Сверление сквозного отверстия, снятие фасок. Оборудование: Станок токарно-винторезный 16К20Ф3 Оснастка: Трехкулачковый самоцентрирующийся патрон 7100-0009 ГОСТ 2675-80 Центр вращающийся А-1-4-НП ЧПУ ГОСТ 8742-75 Режущий инструмент: 6. Сверло диаметром 18 мм. ОСТ 2 И41-14 Резец проходной ц = 45 с механическим креплением пластины из твердого сплава правый 2102-0191 ГОСТ 21151-75 Резец проходной ц = 45 с механическим креплением пластины из твердого сплава левый 2102-0192 ГОСТ 21151-75 Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-2-160-0,05 ГОСТ 166-90 Эскиз:
Произвести сверление сквозног отверстия диаметром 18 мм Нарезание фаски 1,6х45 Нарезание фаски 1,6х45 Операция 040 - сверлильная Сверление трех ступенчатых сквозных отверстий Оборудование: Станок консольный вертикально-фрезерный ВМ-127М Оснастка: Головка делительная УДГ-Д250 Режущий инструмент: 9. Сверло диаметром 9 мм. ОСТ 2 И41-14 Концевая фреза диаметром 14 мм ГОСТ 17026-71 Эскиз:
Произвести сверление сквозных отверстий диаметром 9 мм Произвести сверление глухих отверстий диаметром 15 мм на глубину 7 мм Операция 045 - Слесарная Опиливание заусенцев, притупление острых кромок. Оборудование: верстак слесарный Инструмент: напильник. Операция 050 - Шлифование диаметров 55h6, 36h6 с подшлифовкой торца Ra0,8. Оборудование: круглошлифовальный станок модели 3151. Инструмент: круг шлифовальный. Измерительный инструмент: штангенциркуль ШЦ-2-160-0,05 ГОСТ 166-90, микрометр. Операция 050 - Моечная Оборудование: машина моечная. Операция 055 - Контрольная Оборудование: стол ОТК.
Литература
1. Ступаченко А.А. САПР технологических операций - Л. Машиностроение - 1988 Криворученко Е.М., Лапицкий Д.И., Гребенюк Г.Г. Автоматизированная система управления обеспечением производственных заказов инструментом и технологической оснасткой. // Научная сессия МИФИ-2006. Сборник научных трудов. В 16 томах. Т.2. Программное обеспечение. Информационные технологии. М.: МИФИ, 2006. 168 с.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
По предмету: Основы построения автоматизированных информационных систем
Системы автоматизированного проектирования в машиностроении
Введение
В 1998 году впервые в Брянске произведен набор студентов на специальность 230104 - «Системы автоматизированного проектирования» (САПР). Подготовка инженеров по этой специальности организована на кафедре «Технология машиностроения», на которой более 20 лет активно ведутся научные исследования по применению вычислительной техники для решения всего комплекса конструкторских и технологических задач.
Автоматизация проектирования - одна из наиболее перспективных областей науки и техники, включающая методы и средства создания проектов технических объектов с помощью ЭВМ, начиная от зарождения идеи и заканчивая его изготовлением и испытанием. В настоящее время машиностроительные заводы испытывают острейшую потребность в специалистах в области САПР, особенно при внедрении и разработке интегрированных CAD-CAM-систем (автоматизированное конструирование и технологическое проектирование).
Подготовка инженеров по САПР основана на изучении фундаментальных физико-математических дисциплин, современных компьютерных технологий, методов инженерного проектирования и экономического анализа. Основными дисциплинами специальности являются «ЭВМ и периферийные устройства», «Алгоритмические языки и программирование», «Машинная графика и моделирование», «Искусственный интеллект и экспертные системы», «Технология разработки программного обеспечения», «Оптимизация в САПР», «Защита информации», «Операционные системы», «Основы сетевых технологий», «Разработка САПР», «CAD-CAM-системы», «Информационные системы в экономике» и др.
Инженеры по специальности САПР преимущественно ориентированы на работу в машиностроительных отраслях, однако их подготовка в области информационных технологий позволит им успешно работать при создании автоматизированных систем проектирования и управления в других отраслях, в том числе и при создании сложных корпоративных управленческих систем.
Выпускники университета имеют возможность продолжить обучение на кафедре «Технология машиностроения» в аспирантуре по специальностям «Системы автоматизации проектирования» и «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях».
Обучение студентов и аспирантов проводится с использованием современных сетевых компьютерных классов, имеющих выход в мировую сеть Internet, отечественных и зарубежных лицензионных CAD-CAM-систем и программных комплексов в области управления и бизнеса.
1. История САПР в машиностроении
Под термином “САПР в машиностроении” в нашей стране обычно подразумеваются пакеты, выполняющие функции CAD/CAM/CAE/PDM, т. е. автоматизированного проектирования, подготовки производства и конструирования, а также управления инженерными данными. Первые CAD-системы появились еще на заре вычислительной техники -- в 60-х годах. Именно тогда в компании General Motors была разработана интерактивная графическая система подготовки производства, а в 1971-м ее создатель -- доктор Патрик Хэнретти (его называют отцом САПР) -- основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), оказавшую огромное влияние на развитие этой отрасли. По мнению аналитиков, идеи MCS составили основу почти 70% современных САПР. В начале 80-х, когда вычислительная мощность компьютеров значительно выросла, на сцену вышли первые CAM-пакеты, позволяющие частично автоматизировать процесс производства с помощью программ для станков с ЧПУ, и CAE-продукты, предназначенные для анализа сложных конструкций. Таким образом, к середине 80-х системы САПР в машиностроении обрели форму, которая существует и сейчас. Но наиболее бурное развитие происходило в течение 90-х годов -- к тому времени на поле вышли новые игроки “средней весовой категории”. Усиление конкуренции стимулировало совершенствование продуктов: благодаря удобному графическому интерфейсу значительно упростилось их использование, появились новые механизмы твердотельного моделирования ACIS и Parasolid, которые сейчас используются во многих ведущих САПР, значительно расширились функциональные возможности. В результате спрос на САПР рос как на дрожжах на протяжении почти всего десятилетия. Но в последнее время, в связи со снижением производственной активности в США и Европе и насыщением рынка продуктами САПР, этот рост постепенно замедлился: по оценке аналитической компании Daratech, в 1999 г. объем продаж систем CAD/CAM за год увеличился на 11,1%, в 2000-м -- на 4,7%, в 2001-м -- на 3,5%, а в 2002 г. -- на 1,3% (предварительная оценка). Можно сказать, что переход в новый век стал для рынка САПР переломным моментом. В такой ситуации на первый план вышли две основные тенденции -- поглощения компаний и поиск новых направлений для роста. Яркий пример первой тенденции -- покупка компанией EDS в 2001 г. двух известных разработчиков тяжелых САПР -- Unigraphics и SDRC, а второй -- активное продвижение концепции PLM (Product Lifecycle Management), подразумевающей управление информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла.
“Классовый” состав рынка САПР
2. Обзор машиностроительных САПР
Основными требованиями к промышленному производству являются сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение ее качества. Выполнить эти требования невозможно без широкого использования методов и систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа (CAE/CAD/CAM-систем).Историю САПР в машиностроении часто разделяют на несколько этапов.На первом этапе (до конца 70-х годов) был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность автоматизированного проектирования сложных промышленных изделий. Так, теория B-сплайнов была представлена И.Шоенбергом (I.J.Schoenberg) в 1946 г., позднее приведшая к широкому использованию в геометрическом моделировании неравномерных рациональных B-сплайнов (NURBS), предложенных К. Весприллом (K.J.Versprille, 1975 г.). Моделированию кривых и поверхностей любой формы были посвящены работы П.Безье (P.E.Bezier), выполненные на рубеже 60-70-х годов прошлого века. Возможности систем на первом этапе в значительной мере определялись характеристиками имеющихся в то время весьма не развитых графических аппаратных средств. Преимущественно использовались графические терминалы, подключаемые к мэйнфреймам, в качестве которых применялись компьютеры компаний IBM и CDC, или к мини-ЭВМ типа PDP/11. По данным Dataquest в начале 80-х гг. стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $90000.На втором этапе (80-е годы) появились и начали использоваться графические рабочие станции компаний Intergraph, Sun Microsystems с архитектурой SPARC или автоматизированные рабочие места на компьютерах VAX от DEC под управлением ОС Unix. К концу 80-х годов стоимость CAD-лицензии снизилась, примерно, до $20000. Тем самым были созданы предпосылки для создания CAD/CAM/CAE-систем более широкого применения. На третьем этапе (начиная с 90-х годов) бурное развитие микропроцессоров привело к возможности использования рабочих станций на персональных ЭВМ, что заметно снизило стоимость внедрения САПР на предприятиях. На этом этапе продолжается совершенствование систем и расширение их функциональности. Начиная с 1997 г., рабочие станции на платформе Wintel не уступают Unix-станциям по объемам продаж. Стоимость лицензии снизилась до нескольких тысяч долларов. Четвертый этап (начиная с конца 90-х годов) характеризуется интеграцией CAD/CAM/CAE-систем с системами управления проектными данными PDM и с другими средствами информационной поддержки изделий. Принято делить CAD/CAM-системы по их функциональным характеристикам на три уровня (верхний, средний и нижний). В 80-егоды и в начале 90-х такое деление основывалось на значительном различии характеристик используемого для САПР вычислительного оборудования. Аппаратной платформой CAD/CAM-систем верхнего уровня были дорогие высокопроизводительные рабочие станции с ОС Unix. Такая техника позволяла выполнять сложные операции как твердотельного, так и поверхностного геометрического моделирования применительно к сборочным узлам из многих деталей. CAD-системы нижнего уровня предназначались только для автоматизации чертежных работ, выполнявшихся на низкопроизводительных рабочих станциях и персональных компьютерах. По мере улучшения характеристик персональных компьютеров удавалось создавать сравнительно недорогие системы с возможностями параметрического и ассоциативного 3D-моделирования. Такие системы стали относить к CAD/CAM-системам среднего уровня. Сегодня деление CAD/CAM-систем на САПР верхнего, среднего и нижнего уровней еще сохраняется, хотя и страдает очевидной нечеткостью. Проектирование механических изделий заключается прежде всего в конструировании, т.е. в определении геометрических форм тел и их взаимного расположения. Поэтому история автоматизация проектирования в машиностроении связана с историей компьютерной графики и практически началась с создания первой графической станции. Это была станция Sketchpad с использованием дисплея и светового пера, представленная в 1963 г. И.Сазерлендом. И.Сазерленд в дальнейшем работал в ARPA, возглавив в этом агентстве департамент анализа и обработки информации, а позже стал профессором Гарвардского университета. Растровые дисплеи стали применяться в 70-е годы. К 1982 г. твердотельное моделирование начинают применять в своих продуктах компании Computervision, IBM, Prime и др., однако методы получения моделей тел сложной формы еще не развиты, отсутствует поверхностное моделирование. В следующем году разработана техника создания 3D моделей с показом или удалением скрытых линий. В 1986 г. компания Autodesk выпускает свой первый CAD-продукт Autocad, пока однопользовательскую версию на языке C с поддержкой формата IGES. В 1988 г. создается аппаратура для прототипирования изделий с помощью лазерной стереолитографии по данным, получаемым в MCAD. Также в 1988 г. компания PTC впервые реализует параметризацию моделей. Развитие компьютерной графики определялось не только возможностями аппаратных средств, но и характеристиками программного обеспечения. Оно должно было быть инвариантным по отношению к используемым аппаратным средствам ввода и вывода графической информации. Поэтому значительное внимание с 70-х годов уделяется вопросам стандартизации графических программ. Стандарт на базисную графическую систему включает в себя функциональное описание и спецификации графических функций для различных языков программирования. В 1977 г. ACM публикует документ Core, описывающий требования к аппаратно-независимым программным средствам. А в начале 1982 г. появляется система Graphical Kernel System (GKS ), задающая примитивы, сегменты и преобразования графических данных и ставшая стандартом в 1985 г. В 1987 г. разработан вариант GKS-3D с ориентацией на 3D графику. В 1986 г. появляется ряд новых стандартов. Среди них CGI (Computer Graphics Interface) и PHIGS P (Programmer"s Hierarchical Interactive Graphics System) -- стандарт ANSI, ставший стандартом ISO в 1989 г. В 1993 году компанией Silicon Graphics предложен стандарт OpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время. В этих системах используются графические форматы для обмена данными, представляющие собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Графический формат (метафайл) обеспечивает возможность запоминать графическую информацию единым образом, передавать ее между различными системами и интерпретировать для вывода на различные устройства. Такими форматами стали CGM -- Computer Graphics Metafile, PostScript -- Adobe Systems" Language, GEM -- GEM Draw File Format и др.Работы по стандартизации были направлены на расширение функциональности графических языков и систем, включение в них средств описания не только данных чертежей и 3D-моделей, но и других свойств и характеристик изделий. В области автоматизации проектирования унификация основных операций геометрического моделирования привела к созданию инвариантных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Распространение получили два геометрических ядра: Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания Spatial Technology). Ядро Parasolid разработано в 1988 г. и в следующем году становится ядром твердотельного моделирования для CAD/CAM Unigraphics, а с 1996 г. -- промышленным стандартом. Параллельно проводились работы по стандартизации описаний геометрических моделей для обмена данными между различными системами на различных этапах жизненного цикла промышленной продукции. Вначале появился стандарт IGES (Initial Graphics Exchange Specification). Фирма Autodesk в своих продуктах стала использовать формат DXF (Autocad Data eXchange Format). Затем были разработаны язык Express и прикладные протоколы AP203 и AP214 в группе стандартов ISO 10303 STEP (Standard for Exchange Product Model Data).Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются CATIA (компания Dassault Systemes), Unigraphics (Unigraphics Solution), Pro/Engineer (PTC). Продукты этих фирм доступны с 1981, 1983 и 1987 г. соответственно. К числу САПР верхнего уровня в 90-е годы относились также EUCLID3 (Matra Datavision), I-DEAS (UGS), CADDS5 (Computervision), но их развитие было прекращено в связи со слиянием компаний. Так, в 2001 г. происходит слияние компании Unigraphics Solution с SDRC, что означало постепенное прекращение развития I-DEAS и использование удачных решений двух систем I-DEAS и Unigraphics (UG) в новых версиях системы Unigraphics NX.Еще раньше система CADDS5 была приобретена компанией PTC (Parametric Technology Corp.). Эта компания, штаб-квартира которой расположена в США, основана в 1985 г. бывшим профессором Ленинградского университета Семеном Гейзбергом. Наиболее известными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются AutoCAD 2000, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Cimatron (Cimatron Ltd.); ADEM (Omega Technology); Mastercam (CNC Software, Inc.); Powermill (DELCAM) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); SolidWorks (SolidWorks Corp.); MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp.); Anvil Express (MCS Inc.) и др. Компания PTC в своих продуктах начинает применять разработанное ею в 2000 г. геометрическое ядро Granite One.В 1992 году корпорация Intergraph, один из ведущих на тот момент производителей CAD-систем для машиностроения, приняла решение о разработке нового программного продукта, целиком построенного на базе платформы Wintel. В результате в конце 1995 года появилась система геометрического моделирования Solid Edge (такое имя получила новая система). В 1998 году к Unigraphics перешло все отделение Intergraph, занимающееся САПР для машиностроения. В это же время Solid Edge меняет геометрическое ядро ACIS на ядро Parasolid. В 1999 год появляется 6-я версия Solid Edge на русском языке. В 1993 г. в США создается компания Solidworks Corporation и уже через два года она представила свой первый пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе геометрического ядра Parasolid. Система Solidworks вошла в число ведущих систем среднего уровня. Ряд CAD/CAM систем среднего и нижнего уровней разработан в СССР и России. Наибольшее распространение среди них получили Компас (компания Аскон) и T-Flex CAD (Топ Системы) и некоторые другие системы. Компания Аскон основана в 1989 г. В нее вошел коллектив разработчиков, который до этого в Коломенском конструкторском бюро машиностроения проектировал систему Каскад. Первая версия Компас для 2D проектирования на персональных компьютерах появилась в том же 1989 г. В 2000 г. САПР Компас распространена на 3D проектирование. В 2003 г. выпущена 6-я версия Компас и PDM система Лоцман.PLM. Автоматизация технологической подготовки производства в системах CAM не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования в системах CAD. Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 г. в США. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением. В СССР Г.К. Горанский создает программы для расчетов режимов резания в первой половине 60-х годов. В.Д.Цветков, Н.М.Капустин, С.П.Митрофанов и др. разрабатывают методы синтеза технологических процессов в 70-е годы. В системах инженерных расчетов и анализа CAE центральное место занимают программы моделирования полей физических величин, прежде всего это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ).Метод конечных элементов разработан к 1950 г. специалистами, работающими в областях строительной механики и теории упругости. В 1963 г. был предложен сравнительно простой способ применения МКЭ для анализа прочности путем минимизации потенциальной энергии. Появились программно-методические комплексы для анализа и моделирования на основе МКЭ.В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, ставит задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и начал эксплуатироваться. Стоимость разработки, продолжавшейся 5 лет, составила 3-4 млн долларов. Одной из компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation). С 1973 г. MSC (с 1999 г. компания называется MSC.Software Corporation) самостоятельно продолжает развивать пакет MSC.NASTRAN, который стал мировым лидером в своем классе продуктов.В 1976 г. разработан комплекс DYNA3D (позднее названный LS-DYNA), предназначенный для анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур. К числу лидеров программ CAE следует отнести также комплекс Ansys. Интересно отметить, что в 2000 г. с помощью средств многоаспектного моделирования, реализованных в Ansys, продемонстрирована возможность совместного моделирования электромагнитных, механических и тепловых процессов при проектировании микроэлектромеханических устройств. Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams, разработанный и развиваемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 г. Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) -- кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения. Для проектирования систем, функционирование которых основано на взаимовлиянии процессов различной физической природы, важное значение имеет возможность многоаспектного моделирования. Теоретические основы многоаспектного моделирования на базе аналогий физических величин рассматривались Г. Ольсоном (1947 г.), В.П. Сигорским (1975 г.) и были реализованы в программах моделирования ПА6 -- ПА9, разработанных в МВТУ им. Н.Э.Баумана в 70-80-е годы. Основные положения многоаспектного моделирования в 1999 г. были закреплены в стандарте IEEE, посвященном языку VHDL-AMS.
3. Классификация САПР в машиностроении
Традиционно продукты САПР в машиностроении разделены на четыре класса: тяжелый, средний, легкий и зрелый рынок. Такая классификация сложилась исторически, и хотя уже давно идут разговоры о том, что грани между классами вот-вот сотрутся, они остаются, так как системы по-прежнему различаются и по цене, и по функциональным возможностям. В результате сейчас в этой области имеется несколько мощных систем, своего рода “олигархов” мира САПР, стабильно развивающиеся продукты среднего класса и получившие массовое распространение недорогие “легкие” программы. Имеется и так называемая “внеклассовая прослойка общества”, роль которой выполняют различные специализированные решения.
3 .1 Тяжеловесы
В настоящее время на рынке осталось лишь три САПР верхнего ценового класса -- Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Раньше мощных системы было больше, но после череды слияний и поглощений компаний, число пакетов сократилось. Упомянутые компании -- лидеры в области САПР, а их продукты занимают львиную долю рынка в денежном выражении. Главная особенность «тяжелых» САПР -- обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы -- все это результат длительного развития. Однако, эти системы немолоды -- CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer -- в 1988 г., а Unigraphics NX, хотя и вышла в 2002 г., является результатом слияния двух весьма почтенных по возрасту систем -- Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в результате приобретения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного анализа и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Кроме того, все три поставщика предлагают для своих САПР системы управления инженерными данными (PDM), позволяющие управлять всей конструкторско-технологической документацией и предоставлять дополнительные данные, экспортированные из других корпоративных систем, из справочников и нормативных источников.
Несмотря на то, что тяжелые системы стоят значительно дороже своих более «легких» собратьев (десятки тысяч долларов за одно рабочее место), затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако крупных клиентов, способных платить за САПР миллионы долларов не так много. По мнению аналитиков, этот сегмент рынка уже практически насыщен и поделен между «китами» индустрии. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов. Для них предназначены системы среднего и легкого классов.
3 .2 Средний класс
Такие пакеты появились в мире САПР недавно -- в середине 90-х годов. До этого существовало только два полюса -- на одном мощные системы, работающие на Unix-станциях (впрочем, тогда их было гораздо больше, чем сейчас), а на другом -- простые программы двумерного черчения для ПК. Но как только ПК обрел достаточную мощность, а Windows стала многозадачной и более устойчивой, разработчики смогли создать системы автоматизированного проектирования, которые заняли промежуточное положение между тяжелыми и легкими продуктами. От первых они унаследовали возможности трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а от вторых -- невысокую цену, удобный графический интерфейс и ориентацию на платформу Windows. Новинки произвели настоящий переворот в мире САПР, позволив многим конструкторским и проектным организациям перейти с двумерного на трехмерное моделирование.
Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. В настоящее время Parasolid принадлежит фирме EDS, а ACIS -- компании Dassault, которые продают лицензии на их использование всем желающим. Таких желающих немало -- эти ядра составляют основу более сотни САПР, а число проданных лицензий перевалило за миллион. Успех понятен -- ведь использование готового ядра избавляет разработчиков системы от решения трудоемких задач твердотельного моделирования и позволяет сосредоточиться на пользовательском интерфейсе и других функциях. Впрочем, это не значит, что все САПР среднего класса построены на базе этих механизмов. Многие компании ценят независимость и предпочитают разрабатывать собственные «движки».
В числе лидеров «среднего» сегмента -- система SolidWorks одноименной компании (в настоящее время -- подразделение Dassault Systemes), пакет SolidEdge (разработан фирмой Intergraph, теперь принадлежит EDS), а также программа Inventor от Autodesk. Кроме них в данном сегменте работает множество компаний, в том числе и российских, предлагающих относительно недорогие системы стоимостью от 2 до 8 тыс. долл. за одно рабочее место. Их популярность среди пользователей постоянно растет, и благодаря этому данная область динамично развивается. В результате по функциональным возможностям средний класс постепенно догоняет своих более дорогостоящих конкурентов. Например, будучи изначально средствами твердотельного моделирования, эти системы в ходе эволюции обрели функции поверхностного моделирования, подготовки производства, инженерного анализа и даже управления инженерными данными. Однако далеко не всем пользователям требуются такое разнообразие возможностей. Видимо, именно этим объясняется то, что переход с двумерных систем на трехмерные еще не завершился, и многие пользователи до сих пор предпочитают программы легкого класса, которые, к тому же, гораздо дешевле своих более мощных собратьев.
автоматизированный проектирование машиностроение промышленный
3 .3 Легкие системы
Программы данной категории служат для двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. К настоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР.
Первая чертежная система Sketchpad была создана еще в начале 60-х годов, а затем появилось немало других продуктов такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением персональных компьютеров. Вслед за снижением стоимости оборудования последовал обвал цен и на САПР. Пионером в этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР для ПК под названием AutoCAD. Успех был феноменальным -- уже в 1987 г. было продано 100 тыс. копий AutoCAD, а сегодня это число превышает четыре миллиона. В результате Autodesk удалось отхватить изрядную долю рынка САПР, вытеснив тяжеловесов из сегмента программ для двумерного черчения. Примеру первопроходца последовали и остальные игроки. Так, в 1984 г. фирма Bently представила программу Microstation, которая стала основным конкурентом AutoCAD"а. Кроме них сейчас существует множество других «легких» САПР, включая DataCAD одноименной компании, TurboCAD фирмы IMSI, SurfCAM от Surfware и другие. Эти продукты проще и дешевле (100 -- 4000 долл.) тяжелых и средних САПР, поэтому пользуются спросом, несмотря на нынешний экономический спад. В результате «легкие» системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования, своего рода «рабочей лошадкой» мира САПР.
3 .4 Зрелый рынок
По единодушному мнению аналитиков, мировой рынок САПР достиг зрелости. Он бурно развивался и рос на протяжении последнего десятилетия прошлого века. Но к 2000 г. все предприятия, которым были нужны САПР, обзавелись ими, и найти новых пользователей стало трудно (в нашей стране насыщение еще не наступило, но об этом ниже). А когда на Западе начался экономический спад, рост рынка САПР замедлился: по оценке аналитической компании Daratech, в 1999 г. объем продаж систем CAD/CAM/CAE за год вырос на 11,1%, в 2000 г. -- на 4,7%, в 2001 г. -- на 3,5%, а в 2002 г. -- на 1,3%. Одновременно прекратился и рост оборотов ведущих поставщиков САПР. В Daratech подсчитали, что в 2002 г. объем рынка САПР составил 6,2 млрд. долл. (расходы пользователей на ПО и услуги). Данные за 2003 г. еще не появились, но по предварительной оценке английской аналитической компании Cambashi, объем продаж сократился на 4,5%. Эта фирма оценивает рынок, суммируя доходы поставщиков -- по ее оценке, в 2002 г. объем рынка составил 5,1 млрд. долл., а его лидерами были Autodesk, Dassault Systemes, EDS (отделение UGS PLM) и PTC.
Итак, на рубеже веков для рынка САПР наступил переломный момент. В такой ситуации обычно происходит слияние компаний и поиск новых направлений для роста. Пример -- покупка компанией EDS в 2001 г. двух известных разработчиков тяжелых САПР -- Unigraphics и SDRC. Эта сделка произвела в сегменте САПР настоящий фурор. Правда, сейчас успех покупки вызывает сомнения, так как EDS собирается продавать подразделение UGS PLM, образованное слиянием Unigraphics и SDRC. Что касается поиска новых направлений -- сейчас ведущие поставщики активно продвигают концепцию PLM (Product Lifecycle Management), подразумевающую управление информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла. Внедрение PLM сулит предприятиям немало преимуществ, но влечет за собой расходы на закупку дополнительного ПО (например, систем управления инженерными данными -- PDM) и реорганизацию проектных процессов.
Таким образом, развитие рынка САПР идет двумя путями -- эволюционным и революционным. В свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволюционно: расширяются функциональные возможности продуктов, повышается производительность, упрощается использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция. Аналитики из Cambashi считают, что это произойдет, когда поставщики САПР начнут использовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т. д.) не файловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В результате инженерная информация станет структурированной, и управлять ею будет гораздо проще, чем теперь.
4. САПР технологических процессов - LCAD 3.15
Программный комплекс LCAD (от Layout CAD - расстановка оборудования с помощью компьютера) предназначен для создания автоматизированного рабочего места технолога-проектировщика, осуществляющего технологическое проектирование новых производственных помещений, а также технологическую реорганизацию существующего производства. Комплекс может быть также использован для получения различной справочной информации по установленному на производстве и введенному в базу данных системы оборудованию.
Программный комплекс LCAD позволяет автоматизировать процесс формирования:
· строительной подосновы (планов этажей зданий) по одноэтажным и многоэтажным промышленным помещениям для последующего размещения технологического оборудования; а также административно-бытовым зданиям
· графической и текстовой документации по технологической планировке производственных помещений.
LCAD обеспечивает создание и ведение базы данных (БД), содержащей массивы текстовой и графической информации. Структура массивов БД позволяет загружать и использовать при проектировании следующие виды информации:
· характеристики оборудования (наименование и модель, габариты, масса, установленная мощность электродвигателя и некоторая дополнительная информация), с обеспечением поиска и выбора информации по классам и группам оборудования;
· дополнительная графическая информация по оборудованию: размеры, установочные планы, планы опор, точки подключения электропитания, воздуха и т.п.;
· темплеты ("габаритки ", "фишки") оборудования;
· спецификации по установленному оборудованию;
· принятые условные графические обозначения для нанесения на планировки;
· структура производства (промышленная площадка - производственный корпус - цех - участок);
· генплан предприятия (для обеспечения быстрого выхода на нужную планировку производственных корпусов, цехов, участков);
· любая информация по цехам и участкам предприятия (виды и размеры площадей и т. д.);
· справочные данные по нормам и требованиям к размещению оборудования.
LCAD предполагает создание и хранение в БД технологических планировок на строительной подоснове производственного корпуса (здания) в целом. Спецификация установленного оборудования создаётся и хранится в БД в целом по предприятию.
Оформление и вывод на печать графической (чертежи планировок) и текстовой (спецификации оборудования) документации может производиться как в целом по производственным корпусам, так и по отдельным цехам и участкам, запрашиваемым в БД.
LCAD использует и расширяет возможности пакета AutoCAD фирмы Autodesk за счёт наличия дополнительного набора специальных приложений, обеспечивающих основные функции проектирования технологических планировок цехов и участков предприятия.
Комплекс можно использовать в технологических подразделениях и технических отделах, как крупных предприятий, так и небольших производственных организаций, применяющих автоматизированные рабочие места технологов-проектировщиков на базе персональных компьютеров.
Список литературы
1. Гнеденко В.Г., Гуленков В.Ю., Дукарский С.М. и др. Номенклатура, назначение и обозначение классификаторов технико-экономической информации, используемых на предприятии/Методический материал//М.: Совинстандарт, 1991. - 41 стр.
2. Дукарский С.М., Иноземцев В.Ф., Шляпников В.И., Шмонин А.П. Автоматизированная система конструкторско-технологической классификации продукции маниностроения и приборостроения// Классификаторы и документы. 1991. №1. С. 11-20.
3. Дукарский С.М., Рубин Г.Я. Автоматизированная система классификации технологической документации//Классификаторы и документы. 1993. №3. С. 1-16.
4. Дукарский С.М., Иноземцев В.Ф., Рубин Г.Я., Шляпников В.И., Шмонин А.П. Автоматизированная система группирования изделий машиностроения//Классификаторы и документы. 1994. №1. С. 5-9.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Особенности применения САПР "Comtence" и "Еleandr"с целью построения базовых основ деталей швейных изделий с использованием методик конструирования. Сравнение программных компонентов изучаемых промышленных систем автоматизированного проектирования.
контрольная работа , добавлен 08.12.2011
Система автоматизированного проектирования технологических процессов механической обработки, ее структура и содержание, предъявляемые требования и оценка эффективности. Автоматизация расчетов режимов резания. Схема алгоритма расчета штучного времени.
контрольная работа , добавлен 10.03.2014
Требования к САПР, принципы ее разработки. Этапы и процедуры проектирования самолетов. Необходимость и проблемы декомпозиции конструкции самолета в процессе его автоматизированного проектирования. Проблемы моделирования и типы проектных моделей самолета.
реферат , добавлен 06.08.2010
Основные определения процесса проектирования, его системы, стадии и этапы. Системы автоматизации подготовки производства, управления производством, технической подготовки производства, оценка их практической эффективности. Структура и разновидности САПР.
курсовая работа , добавлен 21.12.2010
Виды обеспечений интегрированных систем автоматизированного проектирования, их сравнительная характеристика и функциональные особенности. Нейтральный файл – современный подход к интеграции в САПР, стандарты обмена данными, и их структурный состав.
презентация , добавлен 27.10.2013
Использование систем автоматизированного проектирования в швейной промышленности. Создание и внедрение в практику оснащенных современных электронно-вычислительных машин с развитыми терминальными устройствами. Конструирование одежды с элементами САПР.
курсовая работа , добавлен 12.04.2015
Особенности проектирования технологических процессов в условиях автоматизированного производства. Построение циклограмм функционирования робототехнических комплексов. Основные классификационные признаки промышленных роботов в современном машиностроении.
шпаргалка , добавлен 11.10.2009
Основные цели автоматизированного проектирования. Программное и техническое обеспечение для инженера конструктора швейных изделий на предприятии средней мощности, выпускающего женские костюмы. Автоматизация процессов учета, планирования и управления.
контрольная работа , добавлен 02.10.2013
Описание САПР "Ассоль" - модульного программного комплекса, который позволяет по эскизу, фотографии или образцу быстро и точно разработать лекала моделей любой сложности. Комбинаторный синтез технического эскиза. Сфера применения "Ассоль-Дизайн".
учебное пособие , добавлен 07.02.2016
Особенности безмашинного проектирования. Основы проектирования плавильных отделений литейных цехов. Автоматизированные системы проектирования смежных объектов. Методы и алгоритмы выбора и размещения объектов при проектировании; конфигурации соединений.