Раздел 1. Основы сапр (12.01.2013)

№1 Общие сведения о САПР

В основе деятельности проектировщика лежит процесс проектирования, то есть выбор некоторого способа действий.

Автоматизация процессов проектирования – это составление описания необходимого для создания в заданных условиях ещё несуществующего объекта или алгоритма его функционирования с возможной оптимизацией заданных характеристик объекта или алгоритма.

Конструирование – является частью процесса проектирования, и сводиться к определению свойств изделия. Автоматизация процесса конструирования, технологическая подготовка производства технологии промышленного производства (ТПП) на начальных этапах сводиться к созданию отдельных пакетов программ, а на заключительных и создание систем (САПР).

Термин САПР – является смысловым эквивалентом английского CAD(Computer Aided Design-Проектирование с помощью ЭВМ).

САПР – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с подразделениями проектной организации или коллективом специалистов выполняющих автоматизированное проектирование.

Автоматизированным называется проектирование при котором описание объекта и алгоритма его функционирования а так же описание на различных языках осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ.

Автоматическим является проектирование при котором все преобразования описаний объектов и алгоритма функционирования, а так же описание на различных языках осуществляется без участия человека.

-История развития сапр-

Разделяется на несколько этапов:

Этап I – формирование теоретических основ САПР начался в50-х годах XXв. В основу положены разнообразные математические модели (Теория В-сплайне И.Шаенберг 1946г), моделирование кривых и поверхностей любой формы 60г.

В этот период сформировалось структура и классификации САПР (Геометрические, аэродинамические, технологические, тепловые).

Для работы с САПР используются графические терминалы, подключаемые к main-фреймам (Первая графическая станция Sketchpad в1963г.) использовала дисплей и световое перо.

Параллельно развивались CAM – системы (Система автоматизации ТПП). В 1961г. Был создан язык программирования APT ставший основой для программирования оборудования с ЧПУ.

В СССР создали первые программы для расчёта режимов резания.

Этап II – связан с использованием графических рабочих станций под управлением ОС Unix. В середине 80-х появился ПК на основе процессора Intel 8086, и стало возможно выполнять сложные операции как твердотельных, так и поверхностного объёмного моделирования применительно к деталям, и сборочным узлам.

К 1982 году твердотельное моделирование начало применяться в своих продуктах компании IBM, Computer vision, Prime.

В 1986г. Компания Autodesk выпустила AutoCAD. Распространение получили Parasolid (разработчик Unigraphics Solution) и ACIS. Ядро Porosolid(88г.) стало ядром твердотельного моделирования CAD/CAM Unigraphics, а с 1996г-промышленным стандартом.

Этап III – начинается развитие микропроцессоров (МП), что привело к возможности использования CAD/CAM систем верхнего уровня на ПК ЭВМ.

В 1993г. в США создана компания Solidworks Corporations которая разработала пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе ядра Parasolid. В 1999г. вышла SolidEdge на русском языке. Ряд CAD/CAM систем среднего и низкого уровня был разработан в СССР и России: Compas, T-Flex CAD и др.

Этап IV – с конца 90-х характеризуются интеграции CAD/CAM систем, с системами управления проектными данными (ПДМ) и другими средствами информационной поддержки изделия.

В основу процессов проектирования и производства было положена геометрическая модель изделия, которая применялась на всех этапах производства.

В 90-х годах разрабатывались продукты PDM для САПР машиностроения. Одной из первых стала система Optegra компании Computer vision. Были созданы пакеты ENOVIA и Smarteam. Среди Российских систем PDM наиболее известными являются:

1. Лоцман:PLM компанией Аскон.

2. PDM STEP Suit (НПО “Прикладная логистика”).

3. Party Plus компанией Лоция- Софт и т.д.

Распространение функции PDM систем на все этапы ЖЦ продукции превращает в систему PLM (Product lifecycle Management). Развитие системы PLM обеспечивает максимальную интеграцию процессов проектирования производства, модернизации и сопровождения продукции предприятия.

№2 Классификация САПР (14.01.2013)

Классификацию САПР осуществляют по ряду принципов:

• По приложению.

• Целевому назначению.

• Масштабу (Комплектности решаемых задач).

• Характеру базовой подсистемы ядра САПР.

По приложению наиболее используемые являются следующие группы:

1. САПР для применения отрасля общего машиностроения (MCAD) M-mechanical.

2. САПР для радиоэлектроники (EDA или ECAD) E-electronic.

3. САПР в области архитектур и строительства.

Кроме того существует много специализированных САПР например: САПР летательных аппаратов, САПР электрических машин, САПР больших интегральных схем (БИС).

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования, так в состав MCAD входят CAE/CAD/CAM системы:

1. САПР функционального проектирования (CAE) Computer Aided Engineering – предназначенный для инженерных расчётов.

2. Конструкторские САПР общего машиностроения (CAD) – решение конструкторских задач оформление конструкторской документации.

3. Технологические САПР общего машиностроения (CAM) Computer Aided Manufacturing.

По масштабам различают отдельные программно методические комплексы САПР, например:

1. Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов.

2. Комплекс анализа электронных схем.

3. Система ПМК.

4. Системы с уникальными архитектурами, не только программного, но и технического оснащения.

По характеру базовой подсистемы:

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования – ориентированный на приложения где основой является конструирование, то есть определение пространственных форм и взаимного расположения объекта. К этой группе относится большинство графических ядер САПР в области машиностроения (Parasolid, ACIS).

2. САПР на базе СУБД ориентированный на приложения, которых при сравнительно не сложных расчётах перерабатывается большой объём данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях. Например, при проектирование бизнес планов, а так же имеют место при проектирование объектов подобных счетам управления систем автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета – фактически это автономно используемы комплексы (ПМК), например имитационного моделирования производственных процессов, расчёта прочности и анализа конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматизированного управления и т.д. (Часто такие САПР относятся к CAE). Например, математический пакет MathCAD.

4. Комплексные или интегрированные САПР – состоят из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM систем в машиностроении или САПР БИС.

№3 Принципы построения САПР (16.01.2013)

Основные принципы построения САПР

При создании САПР на различных стадиях, а так же её подсистем необходимо учитывать следующие принципы:

1. Человеко-машинная система (решение неформализованных задач) – коллектив разработчиков и пользователей системы является её основной частью, и взаимодействую с техническими средствами выполняет проектирование. При этом часть проектных процедур не может быть автоматизирована и решается при участии человека. Об автоматическом проектировании можно говорить лишь в отношении отдельных задач

2. САПР развивающаяся система – САПР должна создаваться и функционировать с учётом наполнения совершенствования и обновления её подсистем и компонентов, должна быть создана группа специалистов которая должна совершенствовать и развивать имеющуюся САПР.

3. Принцип системного единства САПР – состоит в том, что при создании, функционирований САПР связи между подсистемами должны обеспечивать целостность всей системы. Наибольший эффект от САПР достигается при сквозной автоматизации проектирования на всех уровнях, что позволяет исключить многократное описание информации об объектах проектирования, обеспечив её преемственность для различных подсистем.

4. Принцип совместимости компонентов САПР – состоит в том, что языки, символы, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами средствами САПР должны обеспечивать совместное функционирование подсистем. Особенно важным является информационная и программная совместимость, например информационная совместимость, обеспечивает работу отдельных подсистем с одной и той же БД.

5. Стандартизация САПР – заключается в проведении унификации, типизации, и стандартизации подсистем и компонентов, а так же в установлении правил с целю упорядочения. Что открывает широкие возможности внедрения САПР и её адаптации на различных предприятиях.

6. Принцип независимости отдельных подсистем САПР – этот принцип противоположный принципу совместимости. Определяет возможность для подсистем, введение в действие, и функционирование их независимо от других подсистем.

7. Принцип открытости САПР – определяет возможность внесения изменений в систему во время её разработки и эксплуатации. Изменения могут заключаться в добавлении новых или замене старых. Элементов программного, технического, или лингвистического обеспечения.

8. Принцип согласованности традиционного проектирования и САПР – должен учитывается при внедрении САПР на уже действующем предприятии, со сложившейся структурой, формами и способами использования проектной документации. При этом внедрение САПР недолжно нарушать нормального функционирования предприятия.

№4 Структура САПР (16.01.2013)

Как любая сложная система САПР состоит из подсистем:

• ОС и Сетевое ПО.

• Системная среда САПР: Пользовательский интерфейс, PDM, CASE, Управление проектированием.

• Проектирующая подсистема.

Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующая подсистема – непосредственно выполняют проектные процедуры, примерами могут служить подсистемы геометрического трёхмерного моделирования технических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа и т.д.

Обслуживающие подсистемы – обеспечивают функционирование проектируемых подсистем и их совместимость. Часто называют системной средой или оболочкой САПР.

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

• Подсистемы управления проектными данными (PDM – Product Data Management).

• Подсистема управления процессом проектирования (DesPM – Design Process Management).

• Подсистема пользовательского интерфейса для связи разработчиков с ЭВМ.

• Подсистема CASE (Computer Aided Software Engineering) – для разработки и сопровождения ПО САПР.

• Обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий реализованных САПР.

№5 Средства обеспечения САПР (19.01.2013)

Существуют следующие виды обеспечения САПР:

1. Техническое (ТО). Включает, различны аппаратные средства (ЭВМ, Периферийное, Сетевое коммутационное оборудование, Линии связи, Измерительные средства).

2. Математическое (МО) – объединяет математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования.

3. Программное (ПО). Представляется программами САПР.

4. Информационная (ИО). Состоит из БД, СУБД, а так же других данных используемых при других проектировании (Вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД – банком данных).

5. Лингвистическая (ЛО). Включают языки проектирования, между проектировщиками и ЭВМ, языки программирования, и языки обмена данными между техническими средствами САПР.

6. Методическое (МетО). Включает различные методики проектирования, иногда к МетО относят так же МО.

7. Организационное (ОО). Представлено штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами регламентирующими работу проектного предприятии.