Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Системы автоматизированного проектирования изделий и процессов. Учебное пособие
.pdf
Л.Р. Гирфанова
СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
И ПРОЦЕССОВ
Учебное пособие
Москва
Ай Пи Ар Медиа
2025
УДК 004
ББК 32.96
Г51
Рецензенты:
Абросимова М.А. — канд. техн. наук, доц., декан факультета
экономики и управления Уфимского государственного университета
экономики и сервиса,
Кузнецов В.А. — д-р техн. наук, проф. кафедры машин и аппаратов Баш-
кирского государственного университета,
Сафиуллина Н.Ф. — директор ЗАО «Дом моды»
Гирфанова, Лилия Рашитовна.
Г51 Системы автоматизированного проектирования изделий и процессов :
учебное пособие / Л.Р. Гирфанова. — Москва : Ай Пи Ар Медиа, 2025. —
155 с.
ISBN 978-5-4497-3917-9
В учебном пособии изложены общие положения, модели и методики автоматизированного проектирования, обеспечивающие базовую часть дисциплины; специальную компоненту дисциплины составляют понятия анализа и
синтеза задач, проблем проектирования и развития САПР отрасли.
Подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государ-
ственного образовательного стандарта высшего образования.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по укруп-
ненным группам направлений подготовки «Технологии легкой промышленности» и «Сервис и туризм», изучающих дисциплины «Системы автоматизиро-
ванного проектирования в индустрии моды и красоты», «Проектирование изделий легкой промышленности в системе автоматизированного проектирования
(САПР)».
Учебное электронное издание
ISBN 978-5-4497-3917-9 © Гирфанова Л.Р., 2017
© ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа», 2025
Учебное издание
Гирфанова Лилия Рашитовна
Редактор Ю.Б. Захарова
Технический редактор А.А. Агешкин
Корректор Т. Баканова
Компьютерная верстка С.С. Сизиумова
Обложка Я.А. Кирсанов, С.С. Сизиумова
Подписано к использованию 05.11.2024. Объем данных 6 Мб.
ООО Компания «Ай Пи Ар Медиа»
8 800 555 22 35 (бесплатный звонок по России)
E-mail: sales@iprmedia.ru
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................. 6
1. ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ...................................... 8
1.1. Системы в промышленности. Классификация систем ..................... 12
1.2. Цели и задачи проектирования и функционирования систем ......... 20
1.3. Классификация САПР ......................................................................... 25
1.4. Системные среды и программно-методические комплексы САПР 31
1.5. Системный подход к проектированию .............................................. 32
1.5.1. Понятие инженерного проектирования ...................................... 36
1.5.2. Основные понятия системотехники ............................................ 38
2. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ САПР ............................ 40
2.1. Процессы проектирования изделий ................................................... 41
2.2. Проектирование процессов производства ......................................... 42
2.3. Формализация задач проектирования ................................................ 42
2.3.1. Классификация задач .................................................................... 43
2.3.2. Проблемы формализации ............................................................. 43
2.4. Базы данных .......................................................................................... 45
2.5. Информационные потоки .................................................................... 49
3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ........... 63
3.1. Обзор САПР легкой промышленности и сервиса ............................ 65
3.2. Структура САПР. Подсистемы ........................................................... 70
3.2.1 Функциональная модель САПР .................................................... 77
3.2.2. Информационная модель САПР .................................................. 80
3.2.3. Структурная модель САПР .......................................................... 80
3.3. Математический аппарат САПР ......................................................... 81
3.3.1. Вычислительные системы ............................................................ 81
3.3.2. Математическое обеспечение подсистем машинной
графики ..................................................................................................... 84
3.4. Техническое обеспечение САПР ........................................................ 88
3.5. Информационное обеспечение САПР ............................................... 94
3.6. Программное обеспечение САПР .................................................... 102
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ САПР ........................................................................... 107
4.1. Модели объектов и процессов .......................................................... 108
4.1.1. Классификация моделей ............................................................. 109
4.1.2. Параметры, описание и представление моделей ..................... 112
4.2. Проектные процедуры ....................................................................... 117
4.2.1. Маршрут проектирования .......................................................... 120
4.2.2. Структура проектных спецификаций ....................................... 121
5. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ..................... 124
5.1. Автоматизированные системы управления предприятием ........... 126
5.2. Автоматизированные системы управления процессами ............... 127
5
6. НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ
И ПРОЦЕССОВ ..................................................................................................... 133
6.1. Экономическая эффективность применения САПР на
предприятии ............................................................................................... 136
6.2. Концепции создания адаптируемых и интеллектуальных САПР . 140
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................... 143
ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ ............................................................ 145
6
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация проектирования занимает особое место среди
информационных технологий.
Во-первых, автоматизация проектирования — синтетическая дисциплина,
ее составными частями являются многие другие современные информационные
технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного
проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и
телекоммуникационных технологий, в САПР используются персональные
компьютеры и рабочие станции. Математическое обеспечение САПР
отличается богатством и разнообразием используемых методов
вычислительной математики, статистики, математического программирования,
дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы
САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем,
основанных на операционных системах Unix, Windows, языках
программирования С, С++, Java и др., современных CASE-технологиях,
реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами
данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в
компьютерных средах.
Во-вторых, знание основ автоматизации проектирования и умение
работать со средствами САПР требуется практически любому инженеру-
разработчику. Компьютерами оснащены проектные подразделения,
конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за кульманом, расчеты с
помощью логарифмической линейки или оформление отчета на пишущей
машинке стали анахронизмом. Предприятия, ведущие разработки без САПР
или лишь с малой степенью их использования, оказываются
неконкурентоспособными как из-за больших материальных и временных затрат
на проектирование, так и из-за невысокого качества проектов.
Появление первых программ для автоматизации проектирования за
рубежом и в СССР относится к началу 60-х гг. Тогда были созданы программы
для решения задач строительной механики, анализа электронных схем,
проектирования печатных плат. Дальнейшее развитие САПР шло по пути
создания аппаратных и программных средств машинной графики, повышения
вычислительной эффективности программ моделирования и анализа,
расширения областей применения САПР, упрощения пользовательского
интерфейса, внедрения в САПР элементов искусственного интеллекта.
К настоящему времени создано большое число программно-методических
комплексов для САПР с различной степенью специализации и прикладной
7
ориентацией. В результате автоматизация проектирования стала необходимой
составной частью подготовки инженеров разных специальностей.
Подготовка инженеров разных специальностей в области САПР включает
базовую и специальную компоненты. Общие положения, модели и методики
автоматизированного проектирования обеспечивают базовую часть
дисциплины. Анализ и синтез задач и проблем проектирования и развития
отраслевых САПР составляют специальную компоненту дисциплины.
8
1. ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ
СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В настоящее время на основе современных вычислительных комплексов
и средств автоматизации созданы и находятся в промышленной эксплуатации
системы автоматизированного проектирования, позволяющие в значительной
степени освободить конструктора-проектировщика от однообразной,
трудоемкой и утомительной умственной работы и повысить его
интеллектуальные возможности на этапах принятия решений.
По сравнению с историей развития вычислительной техники история
развития автоматизированных систем очень коротка, она не насчитывает и
50 лет. Однако без этих систем компьютеры никогда бы не стали тем, чем они
являются сейчас — орудием труда миллионов специалистов, занятых
проектированием в самых разных областях.
Историю развития САПР достаточно условно можно разбить на 3 этапа:
1. 70-е гг. — были получены отдельные результаты, показавшие, что
область проектирования в принципе поддается компьютеризации; в этот период
основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения.
Многие программные продукты того времени назывались системами
автоматизированного черчения (САЧ).
2. 80-е гг. характеризуются активным применением микрокомпьютеров и
супермикрокомпьютеров, появлением массовых систем и базовых
программных продуктов для них. Этот период характерен использованием
различного программного обеспечения (ПО) различными подразделениями
одного предприятия (период основной автоматизации). Однако в эти же годы
наряду с 2D-черчением появились системы 3D-моделирования. Теперь стала
желательной возможность передавать данные с одного этапа на другой этап
жизненного цикла (ЖЦ). Кроме того, появилось понятие «твердотельное
моделирование».
3. 90-е гг. — период «зрелости»: некоторые ошибки были исправлены
(например, убраны барьеры несовместимости между системами). Сначала стали
появляться третьи сторонние фирмы — разработчики ПО для конвертации
данных из системы в систему. Потом крупные системы стали сами
предоставлять возможность импорта и экспорта данных с другими
распространенными системами.
CAD/CAM-системами на Западе называют то, что в России принято
называть аббревиатурой САПР, то есть системы автоматизированного
проектирования. Впервые термин СAD прозвучал в конце 50-х гг. прошлого
века в Массачусетском технологическом институте в США. Распространение
9
эта аббревиатура получила уже в 70-х гг. как международное обозначение
технологии конструкторских работ. С началом применения вычислительной
техники под словом CAD подразумевается обработка данных средствами
машинной графики. Однако один этот термин не отражает всего того, что им
иногда называют. Например, САПР могут предназначаться для: черчения, для
прочерчивания (эскизирования) или и для того, и для другого одновременно.
Многие САПР выполняют существенно больше функций, чем просто черчение
и конструирование. Как правило, современные САПР включают:
1. CAD — Computer Aided Design или Computer Aided Drafting
(проектирование и конструирование с помощью ЭВМ или черчение с помощью
ЭВМ) — САПР конструктора.
2. CAM — Computer Aided Manufacturing (автоматизированные системы
технологической подготовки производства) — САПР технолога.
3. САЕ — Computer Aided Engineering (инженерные расчеты с помощью
ЭВМ, исключая автоматизирование чертежных работ) — проведение всех
необходимых расчетов в процессе анализа выполненной конструкции. Иногда
этот термин использовался как понятие более высокого уровня — для
обозначения всех видов деятельности, которую инженер может выполнять с
помощью компьютера.
4. PDM — Product Data Management (управление проектными данными).
Предполагает полную информационную поддержку производства.
Эксплуатация, рекламация, статистика поведения изделия (сопровождение
изделия).
Чаще всего говорят о системах CAD/CAM/CAE/PDM.
Использование систем автоматизированного проектирования позволяет
не только снизить трудоемкость, временные и денежные затраты, но
освободить человека от большого количества однообразной работы, например
от оформления большей части документопотока.
CAD/CAM-системы находят применение в широком диапазоне
инженерной деятельности, начиная с решения сравнительно простых задач
проектирования и изготовления конструкторско-технологической
документации и заканчивая задачами объемного геометрического
моделирования, ведением проекта, управления распределенным процессом
проектирования и т. п.
Конструктивное моделирование незаменимо при создании целой
коллекции одежды на единой конструктивной основе. В таком случае задача
САПР — максимально автоматизировать всю техническую составляющую
работы модельера-конструктора: создание рисунка будущего образца,
обеспечение оптимального колористического решения, подготовку
конструкторской документации, проектирование раскладок лекал или программ
раскроя для автоматизированных раскройных установок и т. д.
10
Современные САПР одежды автоматизируют различные стадии
моделирования образцов разными путями. Создание рисунка модели может
выполняться вручную и вводиться в систему автоматизированного
проектирования через дигитайзер, сканер, цифровой фотоаппарат. Графический
режим в САПР представляет собой рисование или черчение при помощи
создания точек, окружностей и соединения их линиями. Пользователь
программы вводит все необходимые значения длин и радиусов, секций лекал.
Полученный рисунок становится основой для разработки конструкции модели
и лекал. Но его нельзя редактировать для использования в создании других
образцов.
Другой способ моделирования в САПР — аналитический, позволяющий
использовать уже описанные процессы для построения чертежей с другими
параметрами неоднократно. Запись процесса легко не только просмотреть, но и
внести в нее изменения или ввести описание действий. Все графические
построения подкрепляются аналитическими записями.
Аналитический способ моделирования работает в двух вариантах: по
закрытой или открытой схеме. Закрытая схема не предусматривает введения в
программу новых алгоритмов: ее пользователи работают только с параметрами,
заданными разработчиками. Открытая схема позволяет пользователям самим
вводить новые алгоритмы для описания необходимых действий на
предлагаемом программой языке. Можно изобразить любую модель без
ограничений. В диалоговом режиме модельер рисует линии будущей модели на
мониторе и задает необходимые числовые параметры, а САПР производит
вычисления и построения. Если полученный результат не удовлетворяет
пользователя, он может отменять построения, частично изменять или сохранять
заданные и вычисленные параметры, копировать алгоритмы и т. д. Особый
интерес вызывает технология сквозного проектирования моделей. В один
алгоритм входят рисунок, конструкция модели и лекальный чертеж. При
внесении изменений в рисунок автоматически меняются конструкция образца и
все лекала его деталей.
При помощи конструктивного моделирования САПР благодаря
разнообразным техническим приемам детали исходной конструкции становятся
основой для другого изделия. Изменяя форму, членение и конфигурацию
линий, модельер-конструктор создает новую модель одежды. Новая форма
образуется за счет параллельного или конического расширения деталей;
преобразования контуров боковых линий, низа, горловины; удлинения или
укорочения вытачек. По деталям основы создаются такие производные детали
кроя, как манжеты и подборта. Программа определяет оптимальное
расположение на деталях рельефов, кокеток, вытачек. На базе конструктивной
основы таким образом можно спроектировать самые разнообразные модели.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]