Технические 15.09.2020

САПР: что такое системы автоматизированного проектирования, история создания, программное обеспечение для САПР, состав и структура, виды и области применения

13 мин.

История создания САПР

Англоязычный вариант названия – CAD, то есть Computer Aided Design. Изначально разработчики добивались плотного взаимодействия человеческих ресурсов и возможностей электронно-вычислительных машин. Путь достижения этой цели короток – существование платформ не длится и полвека. Условно весь период развития можно разбить на три части:

  • 1970-е годы. В это время появилась уверенность, что проектирование теоретически подвергается компьютеризации. Сфера деятельности машины была невелика, в основном упор делался на возможности автоматического черчения. Такие программы получили название САЧ.
  • 1980-е годы ознаменовались появлением микрокомпьютеров, поэтому все силы уходили на создание систем для них. Также этот период положил начало объемному 3D-моделированию с возможностью передачи данных.
  • 1990-е годы окончили формирование базовых понятий САПРа и устранения ошибок и погрешностей. В частности, было убрано препятствие при передаче файла в одном формате на другую компьютерную систему. Когда производители пришли к единому образцу, применение платформы стало доступнее и популярнее.

С тех пор создатели только совершенствуют модели, укомплектовывают новыми функциями и облегчают работу с ними. 

САПР программы

Что представляют собой системы автоматизированного проектирования?

САПР — это автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную информационную технологию 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.

Проектирование автоматизированных систем обработки информации управления

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.

Особенности

Наряду с использованием систем автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE в данное время, как правило, используются системы автоматизированного проектирования CAD (Computer-Aided Design). Сведения из CAD-систем поступают в CAM (Computer-aided manufacturing). Следует заметить, что английский термин «CAD» по отношению к промышленным системам имеет более узкое толкование, чем русский термин «САПР», поскольку в понятие «САПР», входит и CAD, и CAM, и CAE. Среди всех информационных технологий автоматизация проектирования занимает особое место. Прежде всего, автоматизация проектирования — это дисциплина синтетическая, так как в ее состав входят различные современные информационные технологии.

Так, например, техническое обеспечение САПР базируется на эксплуатации вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, также САПР практикует использование персональных компьютеров и рабочих станций. Говоря о математическом обеспечении САПР, следует отметить разнообразие используемых методов: вычислительной математики, математического программирования, статистики, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР можно сравнить с одними из самых сложных современных программных систем, в основе которых лежат такие операционные системы как Windows, Unix, и такие языки программирования как С, С++ и Java, а также современные CASE-технологии.

 Практически каждый инженер-разработчик должен обладать знаниями основ автоматизации проектирования и уметь работать со средствами САПР. Поскольку все проектные подразделения, офисы и конструкторские бюро оснащены компьютерами, работа конструктора таким инструментом как обычный кульман или расчеты с помощью логарифмической линейки стали неактуальны. Следовательно, предприятия, работающие без САПР или использующие ее в малой степени, становятся неконкурентоспособными, поскольку тратят на проектирование значительно больше времени и финансовых средств.

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.

Автоматизированное проектирование систем управления

САПР — это инструмент, позволяющий добиться отмеченных преимуществ за счет:

– автоматизации документации;

– эффективной информационной поддержки специалистов, участвующих в разработке проектов;

– применения концепций параллельного проектирования;

– унификации различных решений;

– осуществления стратегического проектирования;

– применения математического моделирования как альтернативы дорогостоящим испытаниям;

– повышения качества процессов управления бизнесом;

– оптимизации методов проектирования.

Рассмотрим теперь, в какой структуре может быть представлена САПР.

Возможности и области применения

Наиболее очевидной и востребованной функцией комплексов САПР является возможность построения компьютерной 2D- и 3D-модели разрабатываемого изделия. Однако, применение САПР не ограничивается только разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя уже этот момент помогает экономить массу времени и трудозатрат инженера, позволяя в ходе работы менять элементы чертежей, ничуть не заботясь о влиянии этих изменений на проект в целом.

Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. Мощный математический аппарат упрощает инженерные расчеты, позволяя в режиме реального времени визуально оценивать контролируемую величину и ее зависимость от изменения проектируемой конструкции. Наиболее актуально эта задача проявляется в системах с распределенными параметрами, расчет которых крайне трудоемок.

В качестве примеров можно привести анализ напряжений в узлах механических систем, строительных конструкций, тепловой расчет электронных устройств и т.д. Сложно переоценить возможности САПР в плане компьютерной анимации и симуляции разрабатываемых устройств, позволяющие увидеть их работу до изготовления прототипа и устранить ошибки и недочеты, сделанные при проектировании.

Основная информация о САПР

Исторически сложилось, что САПР получили широкое применение в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Однако, в настоящее время с их помощью можно автоматизировать практически любой процесс, начиная от раскроя и пошива одежды и, заканчивая разработкой поточной линии крупного завода.

Состав и структура САПР

Это обширная система, которая, не смотря на перевод, не полностью соответствует аббревиатуре CAD. В русскоязычный термин входят три базовых понятия:

  • CAE (Computer-aided engineering) – программа инженерного анализа, осуществляющая расчет данных. 
  • CAD (Computer-Aided Design) – этап собственно проектирования и построения схем.
  • CAM (Computer-aided manufacturing) – модуль по управлению результатами деятельности двух предыдущих устройств.

На деле все три технологии взаимодействуют и дают возможности в одной программе осуществлять полный цикл конструирования объектов любой сложности.

Для создания САПРа были привлечены технологии из разных сфер:

  • основы телекоммуникаций;
  • методы вычислительных сетей;
  • широкое математическое обеспечение: от способов вычисления и статистики до элементов искусственного разума;
  • компьютерные технологии для обслуживания популярных операционных систем и основных языков программирования. 

Система автоматизированного проектирования САПР – это программа, которая базируется на двух основных подсистемах: проектирование и обслуживание. С помощью первой осуществляется само построение схем, чертежей. Вторая служит для управления первой. 

Вот основные составляющие модули:

  • Построение двумерных систем и геометрическое 3D-моделирование.
  • DesPM – Design Process Management – управление процессом конструирования.
  • PDM — Product Data Management – организация и оптимизация заложенных данных.
  • Диалоговый модуль – дает возможность эффективного общения пользователя с программой.
  • Совокупность технических средств – измерительные приборы и инвентарь для построения.
  • Математическая база, включающая в себя алгоритмы решения проблем и функции преображения данных.
  • Информационное обеспечение – энциклопедический набор знаний, к которому имеет доступ пользователь.
  • Языковая надстройка с возможностью перевода текста.
  • Базовая совокупность средств, необходимых при стандартных ситуациях проектирования.

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:

– техническим обеспечением, которое представляет собой совокупность различных технических средств, таких как компьютеры, сетевые компоненты, измерительные приборы;

– математическими моделями, которые объединяют те или иные алгоритмы, что задействуются в целях решения различных задач;

– программным обеспечением — системным, прикладным;

– информационным обеспечением, представляющим собой совокупность различных данных, что необходимы в целях внедрения проектирования;

– лингвистическими моделями, представляющими собой совокупность различных языков, которые применяются в САПР в целях отражения сведений о проектировании;

– методическим обеспечением, представляющим собой совокупность подходов к обеспечению функционирования САПР, различных методов подбора технологических концепций для достижения оптимальных результатов при реализации тех или иных проектов;

– организационным обеспечением, которое представлено главным образом источниками, которые определяют структуру проектной документации, а также характеристики системы автоматизации и то, каким образом должны отражаться результаты реализации проектов.

Автоматизированные системы проектирования обработки информации

Автоматизированные системы проектирования, обработки информации могут быть классифицированы по различным критериям. Рассмотрим их специфику.

Классификация САПР

САПР классифицируют по следующим принципам: целевому назначению, по приложению, масштабам и характеру базовой подсистемы. По целевому назначению выделяют САПР или подсистемы САПР, которые предоставляют различные аспекты проектирования. Таким образом, CAE/CAD/CAM системы появляются в составе MCAD:

  • САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы. Здесь имеются в виду САПР функционального проектирования
  • САПР-К — конструкторские САПР общего машиностроения, чаще всего их называют просто CAD-системами;
  • САПР-Т — технологические САПР общего машиностроения — АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) или системы CAМ (Computer Aided Manufacturing).

По приложениям самыми важными и широко используемыми считаются такие группы САПР как:

  • Машиностроительные САПР или MCAD (Mechanical CAD) системы — это САПР для применения в отраслях общего машиностроения.
  • ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы — САПР для радиоэлектроники.
  • САПР в области архитектуры и строительства.

Помимо этого, существует большое количество более специализированных САПР, или выделяемых в определенных группах, или являющихся самостоятельной ветвью в классификации. Это такие системы как: БИС-САПР (больших интегральных схем); САПР летательных аппаратов и САПР электрических машин. По масштабу определяют самостоятельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР:

  • Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ)
  • Комплекс анализа электронных схем;
  • Системы ПМК;
  • Системы с уникальными архитектурами программного (software) и технического (hardware) обеспечений.

По отраслевому назначению

Признак классификации по отраслевому назначению отчасти перекликается с отечественным типом объекта проектирования и подразделяет все САПР на:

  • Машиностроительные — позволяют выполнять разработку элементов механических систем, а также создавать из них сборки, получая сложные механизмы.
  • Приборостроительные — используются для создания радиоэлектронного оборудования, интегральных микросхем и трассировки печатных плат.
  • Архитектурные — применяются в промышленном и гражданском строительстве, позволяют моделировать конструкции зданий и сооружений.

Классификация САПР

Следует отметить, что приведенная классификация несколько условна и не охватывает весь перечень отраслей, в которых применяются САПР. Комплексы не попавшие в общепринятую классификацию, трактуются стандартом как «Прочие».

По целевому назначению

Согласно данному классификационному признаку различают CAD-, CAE- и CAM-системы.

  • CAD-системы объединяют в себе инструментарий конструирования различных деталей, подготовки чертежей, спецификаций и сопутствующей документации. Большинство современных программ обладают функциями создания 3D-моделей, используемых в CAM и CAE-системах.
  • CAM-системы позволяют выполнять технологическую поддержку производства изделия. Примером может служить генерация управляющей программы для станков и обрабатывающих центров с ЧПУ.
  • CAE-системы обладают обширными средствами поддержки математического анализа. С помощью них моделируют и прогнозируют процессы в области теплотехники, гидравлики, механики; выполняют сложные расчеты с использованием расширенного математического аппарата. CAE системы позволяют оценить работоспособность проектируемого изделия до его производства.

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.

Разновидности ПО в зависимости от отрасли

  • MCAD – mechanical CAD – это сфера машиностроения любой сложности: от ракетных установок и автомобилей до примитивного тостера;
  • EDA или electronic CAD – это группа радиоэлектронных разработок, необходимая для разработки как целого проекта, так и его элементов: микросхем, плат и других деталей. 
  • AEC СAD или CAAD – программное обеспечение для архитекторов и строителей. Используется для возведения зданий, строительства дорог и элементов инфраструктуры любой сложности. 

Классификация по цели использования

Она повторяет три составляющих классического САПРа:

  • CAD – отвечает за проектирование и создание чертежей;
  • CAE – модуль для автоматических подсчетов и аналитических процессов; 
  • CAM – подготовка производства и управление всей системой.

Они могут быть как воплощены в раздельных платформах, так и объединены в одной – это комбинированные программы. Также возможны надстройки с соответствующими функциями на базовой комплектации. 

САПР программы для 3D моделирования

Отличия платформы по масштабу комплектации

Есть три типа, они характеризуются расположением от простого к сложному:

  • Нижний уровень отвечает за конструкторскую документацию. Используется в различных сферах деятельности, когда нужно подготовить отчетную смету.
  • Средний уровень отличается повышенным контролем за отчетность и возможностью построения 3D-моделей. 
  • Высший уровень обеспечивает наиболее широкий спектр возможностей, сопровождая процесс создания изделия любой сложности от расчетных манипуляций до момента тестирования. 

Виды программного обеспечения САПР по характеру базовой комплектации

  • На основе технической графической методики, двумерного и объемного моделирования. Они настроены на использование с целью проектирования объектов и взаимного расположения элементов схемы. Применяются в большинстве случаев в машиностроении.
  • На Системе Управления Базой Данных. Такие платформы ориентированы на математические расчеты, использование формул и алгоритмов, оперирование большим количеством информации. Чаще всего используются для создания бизнес-проектов и экономических выкладок.
  • На базе узкопрофильных модулей, необходимых для специализированных действий в той или иной сфере деятельности.
  • Интегрированные программные обеспечения, включающие в себя все предыдущие виды. Они сложнее в управлении, но обеспечивают широкий охват возможностей. 

САПР в строительстве

Цифровизация бизнеса затронула все его отрасли. В последнее десятилетие бум переживают решения для проектирования, инжиниринга и конструирования промышленных объектов. От советских кульманов проектировщики пришли к 3D-моделированию. Что цифровизация означает для этого сегмента, как помочь команде работать в едином пространстве и почему пока не удается окончательно избавиться от бумажных носителей, помогал разбираться генеральный директор компании AVEVA Алексей Лебедев.

О профессии Специалиста по САПР

Специалист по системам автоматизированного проектирования (САПР) обеспечивает конструторско-технологический процесс на производстве и конструкторских бюро. Он участвует в разработке стратегических и оперативных планов развития информационных технологий в области САПР, разрабатывает стандарты предприятия в области САПР, участвует в проектах, связанных с развитием САПР.

В его функции также входит аналитическая работа в части оптимального функционирования настроенных решений в автоматизированных

Специалист по системам автоматизированного проектирования (САПР) обеспечивает конструторско-технологический процесс на производстве и конструкторских бюро. Он участвует в разработке стратегических и оперативных планов развития информационных технологий в области САПР, разрабатывает стандарты предприятия в области САПР, участвует в проектах, связанных с развитием САПР.

В его функции также входит аналитическая работа в части оптимального функционирования настроенных решений в автоматизированных системах предприятия и подготовка предложений по их изменению. Специалист САПР организует обучение по работе с разрабатываемыми или настроенными решениями в автоматизированных системах, разрабатывает ТЗ, инструкции. В его обязанности входит разработка нормативных документов по разработке, тестированию и выпуску программных продуктов.

Профессия «Специалист по САПР» на рынке труда России

По статистике популярных сайтов работы за последние 30 дней в России открыты 4 775 вакансий по 1 должности профессии «Специалист по САПР» с указанием заработной платы.

Заработная плата

Средняя – 62 000

Минимальная – 43 400

Максимальная – 458 900

Максимальное количество вакансий по должностям

Инженер (все специализации) – 4 775 вакансий

Заключение

В настоящее время на рынке присутствуют самые разные современные CAD системы, которые отличаются между собой как по функциональности, так и по стоимости. Выбрать подходящую систему автоматизированного проектирования среди многих CAD – непростая задача. При принятии решения необходимо ориентироваться на потребности предприятия, задачи, которые стоят перед пользователями, стоимость приобретения и содержания системы и многие другие факторы.

Источники

  • https://www.zwsoft.ru/stati/sapr-chto-takoe-sistema-avtomatizirovannogo-proektirovaniya
  • https://FB.ru/article/265012/sapr—eto-sistemyi-avtomatizirovannogo-proektirovaniya
  • https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D1%8F:%D0%A1%D0%90%D0%9F%D0%A0_%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D1%8B_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B5%D0%BA%D1%82%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F
  • https://stankiexpert.ru/tehnologii/sapr-sistema-avtomatizirovannogo-proektirovaniya.html
  • https://postupi.online/professiya/specialist-po-sapr/
  • https://www.pointcad.ru/novosti/obzor-sistem-avtomatizirovannogo-proektirovaniya
[свернуть]
Оцените статью
Понравилась статья?
Комментарии (0)
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Комментарии закрыты.