Раздел 5. Компьютерные технологии
И МОДЕЛИРОВАНИЕ В САПР
В данном разделе систематически изложены основные поня
тия, термины и определения компьютерных технологий и моде
лирования, используемые в курсе «Основы САПР». Эта дисци
плина уже много лет присутствует в учебных планах и программах
технических вузов как у нас в стране [38, 14, 69], так и за рубежом
[ 13, 32, 74], и с полным правом может считаться одним из класси
ческих предметов цикла прикладных компьютерных наук.
Дан ретроспективный обзор истории становления САПР как
ведущей промышленной отрасли компьютерных технологий.
Подробно рассмотрены состав средств обеспечения и класси
фикация автоматизированных систем. Описываются и обсужда
ются проблематика и основные научные направления развития
САПР, а также международные и отечественные стандарты по
строения и использования автоматизированных систем проек
тирования и управления жизненным циклом изделий.
Приводится ряд характерных примеров («решений») ком
плексных систем автоматизации проектирования и технологи
ческой подготовки производства машиностроительной продук
ции, предлагаемых ведущими разработчиками программного
обеспечения САПР.
5 . 1 . Системы автоматизированного проектирования
Компьютерные технологии, относящиеся к информацион
ной, неосязаемой, виртуальной составляющей деятельности че
ловека, уже заметно повлияли на облик современной цивилиза
ции в целом и материального производства в частности.
258
ожность проектирования и изготовления сложной наукоемкой
продукции (кораблей, самолетов, автомобилей, различных ви-
ов промышленного оборудования и др.) без применения ком
пьютеров. Автоматизированные системы не только повышают
эффективность, но и значительно изменяют содержательную
сторону всех бизнес-процессов машиностроения, оказывая су
щественное влияние на способы проектирования, технологию
и организацию производства.
Многие современные автоматизированные линии и станки
с ЧПУ уже нельзя эксплуатировать, опираясь только на традици
онные методы и подходы. При использовании цифровых систем
управления оборудованием компьютеры и программное обеспе
чение становятся неотъемлемой частью технологической цепоч
ки на производственном предприятии. Поэтому без создания
специальных промышленных автоматизированных систем теря
ют смысл инвестиции в дорогостоящие средства производства,
измеряемые миллионами, а порой и миллиардами рублей.
Несмотря на свою относительную молодость и новизну, си
стемы автоматизированного проектирования уже прошли дли
тельный и плодотворный путь совершенствования и метаморфоз.
Всего за несколько десятилетий они стремительно эволюцио
нировали из утилитарных программ и лабораторных образцов
в ведущую отрасль промышленного программного обеспече
ния и образовали обширное поле деятельности для целого ряда
компьютерных наук. Методология разработки, внедрения и ин
теграции автоматизированных систем, методы моделирования
и проектирования, алгоритмы численных расчетов, оптимизация
и многие другие компьютерные средства и технологии, реализо
ванные сейчас в математическом, информационном, программ
ном, организационном и других видах обеспечений САПР, в свое
время потребовали выполнения большого объема исследований
и экспериментов. Все это нашло свое место и отражение в теоре
тическом и практическом арсенале САПР как науки.
Развитие и совершенствование систем автоматизированного
Проектирования, которые активно продолжают культивировать
ся во всех индустриально развитых странах мира, дают ощути-
мые результаты. Со стремительным прогрессом компьютерной
259
5.1. Системы автоматизированного проектирования
Многие научные методы и рекомендации по созданию и экс-
плуатации автоматизированных систем доведены до уровня про-
мышленных стандартов, которые официально приняты на меж-
заметно даже на бытовом уровне. Программное обеспечение ста
новится все более мощным и функционально полным без замет
ного увеличения стоимости, а в ряде случаев и более доступным
для пользователей за счет увеличения тиражей и использования
промышленных методов разработки.
По своему энциклопедическому определению автоматизиро
ванноепроектированиеявляется сложным информационным процес
сом взаимодействия проектировщиков и средств автоматизации.
Причем за человеком остаются самые ответственные, интеллек
туальные функции, такие как постановка задач и принятие реше
ний, которые не могут быть выполнены с помощью формальных
математических методов. Таким образом, все более критичным
для прогресса промышленности становятся наличие развитой
системы подготовки специалистов по промышленным компью
терным технологиям и уровень их подготовки. В экономически
развитых странах в свое время были сделаны серьезные измене
ния в системе образования с учетом происходящей компьютери
зации промышленности. И сейчас практически все учебные за
ведения технического профиля в США и Западной Европе имеют
в своих учебных программах практикумы по основам автоматизи
рованного проектирования. Так, например, мировыми лидерами
в области промышленных компьютерных технологий являются
ведущий технический университет США — Массачусетский тех
нологический институт (MIT) [140], Колумбийский университет
[118] и Университет Пурдью (штат Индиана) [ 148], университеты
Кембриджа [112] и Бирмингема [104] в Великобритании, а также
многие другие известные центры образования и науки. В России
большое внимание развитию САПР уделяют в МГТУ им. Бау
мана [105, 32], в Московском станко-инструментальном техни
ческом университете (СТАНКИН) [41, 56, 157], МАИ [14, 136],
МАТИ [138], Волгоградском [165] и Брянском [106] технических
и Ивановском энергетическом [131] университетах, Уфимском
авиационном [166], Самарских аэрокосмическом (СГАУ) [25,54,
156] и техническом (СамГТУ) [39, 69, 149] университетах и ряде
других ведущих вузов страны.
260
дународном и государственном уровнях [84-94].
Разработка и техническая подготовка производства изделий
машиностроения предусматривает выполнение определенной
стандартами последовательности взаимосвязанных процессов
[23 27]. К основным процессам принято относить конструк
торское и технологическое проектирование (КТПП). Вспомо
гательными, но не менее необходимыми процессами считают
организацию информационной поддержки К Т П П (корпора
тивные справочники, технические архивы, документооборот)
и управление бизнес-процессами промышленного предприятия.
Современные системы автоматизированного проектирования
поддерживают целый комплекс инженерных работ на несколь
ких ключевых этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ) —
в процессах проектирования, конструкторско-технологической
подготовки производства и составляют основу интегрированных
систем управления ЖЦИ машиностроительного предприятия
(PLM-систем).
В настоящее время под термином «машиностроительная
САПР» у нас в стране [38, 150] и за рубежом [32, 107] однознач
но подразумевается комплексная автоматизированная систе
ма, состоящая как минимум из CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM-
подсистем.
CAD-системы (Computer-Aided Design - компьютерная под
держка конструирования) предназначены, прежде всего, для
решения конструкторских задач и автоматизации оформления
проектно-конструкторской документации. Современные уни
версальные CAD-системы позволяют выполнять в интерактив
ном режиме как 2D, так и ЗD-геометрическое моделирование де
талей и сборок, а также разрабатывать на основе геометрических
vоделей полный комплект технической документации: чертежи,
спецификации, ведомости и т.д. Сюда же относятся и многочис
ленные проблемно-ориентированные программы и подсистемы,
автоматизирующие частные задачи проектирования (моделиро-
dfние деталей, изготавливаемых из листовых материалов, объ
емной штамповки, трассировки трубопроводов, расчеты типовых
261