САПР — система автоматизированного проектирования
Текущее состояние рынка продукции и, обостряющаяся конкуренция межу производителями, накладывает жесткие условия на все этапы жизненного цикла производства изделий. В условиях постоянно сокращающегося времени между возникновением новой идеи и ее моральным устареванием конкурентоспособность производителя достигается за счет оптимизации, унификации и автоматизации стандартных процедур, сопутствующих выпуску новых товаров. Для реализации этих задач проектные организации используют специализированное программное обеспечение, являющееся частью САПР.
Аббревиатура САПР расшифровывается как система автоматизированного проектирования и, зачастую, воспринимается обывателями, как набор программ для черчения. Однако, согласно действующему ГОСТ 23501.101-87, термин САПР трактуется обширнее и подразумевает всю организационно-техническую инфраструктуру проектного отдела или организации. Затрачивая внушительную часть бюджета на развитие и поддержание структуры САПР, предприятия преследуют единственную цель — повышение качества выпускаемой продукции и оперативное реагирование на обратную связь от потребителей.
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.
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.
Структура САПР
Являясь разновидностью информационных систем, классифицируемых по сфере применения, САПР относятся к сложным многоуровневым структурам, образуемым совокупностью средств вычислительной техники, различными видами обеспечения, а также обслуживающим их персоналом.
Структура САПР регламентирована ГОСТ 23501.101-87 и включает в себя два класса подсистем: проектирующие и обслуживающие. Основным назначением проектирующих модулей выступает решение конкретных проектных задач, а функции информационного обмена между ними возложены на подсистемы обслуживания, к задачам которых можно отнести:
Согласно стандарту, компоненты САПР строятся на основе следующих видов обеспечения:
Несмотря на разнообразие решений для автоматизации проектной деятельности, их архитектура также регламентирована. Разработка САПР должна вестись строго в соответствии с принципами создания информационных систем. Одним из них является принцип системного единства, согласно которому, разрабатываемая система должна иметь свойства целостности и взаимосвязанности отдельных компонентов и структуры, а сам процесс проектирования должен носить индуктивный характер, то есть вестись от частного к целому.
Функционирование подсистем и компонентов САПР должно быть подчинено принципу совместимости, в соответствии с которым составные части информационных систем должны решать свои задачи в строгом взаимодействии. Кроме того все элементы подлежат унификации, обеспечивая взаимозаменяемость и открытость.
САПР строится с учетом возможной интеграции с другими информационными системами, а также модификации и пополнения их компонентов.
Классификация САПР
Для более укрупненного описания систем автоматизированного проектирования принята классификация САПР по набору определенных отличительных особенностей. В отечественной практике применяется ГОСТ 23501.108-85, выделяющий среди таких особенностей тип, разновидность и сложность разрабатываемого объекта, уровень автоматизации и ее комплексность, номенклатура подготавливаемой документации, а также сложность структуры технического обеспечения.
Международные стандарты рассматривают такие комплексы в аспекте отраслевого и целевого назначения.
По отраслевому назначению
Признак классификации по отраслевому назначению отчасти перекликается с отечественным типом объекта проектирования и подразделяет все САПР на:
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.
Англоязычный эквивалент
С 1990 года в нашей стране англоязычный термин CAD нормативно закреплен за определением «автоматизированное проектирование», хотя и не соответствует в полной мере российскому значению САПР. По сути, под понятием CAD понимается применение информационных технологий для поддержки процесса конструирования. Зарубежные CAM системы эквивалентны отечественным автоматизированным системам технологической подготовки производства.
Наиболее полное соответствие прослеживается между определениями САПР и CAE, поскольку включают в себе обе вышеперечисленные системы и представляя собой более широкое понятие.
Популярные программы
На текущий момент существует большое разнообразие CAD-систем разного уровня сложности, что вполне соответствует классификации по комплексности автоматизации проектирования.
К примерам комплексов верхнего уровня можно отнести:
Эти программные комплексы соответствуют классу CAE.
К среднему уровню можно отнести:
Пакеты нижнего уровня:
Самой популярной САПР в мире стала программа AutoCAD. Существуя на рынке уже более тридцати лет, она занимает лидирующее положение среди аналогичных программных решений среднего уровня. Имея в своем арсенале развитый инструментарий разработки и адаптации, она представляет собой универсальную платформу на базе которой создано большое количество специализированных приложений, решающих задачи проектирования в области механики, электроники, архитектуры, строительства.
Система автоматизированного проектирования
Содержание
Расшифровки и толкования аббревиатуры
Английский эквивалент
В ряде зарубежных источников устанавливается определённая соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM. [11] [12] [13] [14]
Для обозначений всего спектра различных технологий автоматизации с помощью компьютера, в том числе средств САПР, используется термин CAx (англ. computer-aided technologies ).
Цели создания и задачи
В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.
Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:
Достижение этих целей обеспечивается путем:
Визуализация результатов моделирования столкновения, выполненная в NTNU
Анимированная модель поршневого двигателя в Autodesk Inventor
3D-модель болта и чертёж на её основе
Создание 3D-модели в CAD трёхмерного геометрического проектирования
Пример работы в ArchiCAD
3D-модель, созданная и визуализированная в CATIA
Состав и структура
По ГОСТ
Совокупность КСАП различных подсистем формируют КСАП всей САПР в целом.
Подсистемы
Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.
Типичными обслуживающими подсистемами являются:
Компоненты и обеспечение
Каждая подсистема, в свою очередь состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы.
Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.). [1] [2]
Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:
В САПР как проектируемой системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения. [1] [3]
Классификация
По ГОСТ
ГОСТ 23501.108-85 [15] устанавливает следующие признаки классификации САПР:
Классификация английских терминов
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
По целевому назначению
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 модель изделия, которая используется в качестве входных данных в системах CAM, и на основе которой в системах CAE формируется требуемая для инженерного анализа модель исследуемого процесса.
САПР: что такое система автоматизированного проектирования
Редкий инженер предпочитает бумажные чертежи электронным. Старый дедовский способ занимает гораздо больше времени и допускает погрешности в построении и расчетах. Поэтому большинство предприятий перешли на компьютерные технологии. Расходы на установку систем и обучение сотрудников полностью окупилось результативностью и качеством работы с компьютером. К тому же, такой подход позволяет вести всю документацию в цифровом виде и обеспечивает удобство сообщения с другими компаниями и дочерними предприятиями.
Чтобы понять, что такое САПР и для чего он нужен в работе, узнаем, как расшифровывается аббревиатура программы – это система автоматизированного проектирования. В этой статье мы узнаем, как появилось и развивалось это программное обеспечение, какие возможности оно открывает для конструирования, и чем отличаются его разновидности.
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:
С тех пор создатели только совершенствуют модели, укомплектовывают новыми функциями и облегчают работу с ними.
Можно назвать следующие ступени эволюции программы:
С этого момента все производители программного обеспечения пытаются превзойти по качеству первоначальный вариант, нужно отметить, что качество некоторых аналогов Автокада уже завоевало почетное место на компьютерном рынке. Альтернативой распространенной платформе является продукт компании ZWSOFT – ZWCAD. Это новейшие технологии в сочетании с классикой систем автоматического проектирования: удобный дизайн, совместимость с форматами других программ, широкие возможности расчета, конструирования и проверки продукта в работе. Невысокая цена в сочетании с отличным качеством делает платформу востребованной во всем мире, тем более, что она переведена на многие языки. Компания предлагает возможность бесплатно протестировать пробный пакет, тем самым давая инженерам шанс «распробовать» аналог Автокада.
Мы много говорили о пользе автоматического проектирования, в чем именно она состоит?
Возможности и области применения САПР
Основная цель разработки платформы – это повышение эффективности труда инженеров с помощью обеспечения взаимодействия с электронно-вычислительными машинами. Оно достигается следующими факторами:
Состав и структура САПР
Это обширная система, которая, не смотря на перевод, не полностью соответствует аббревиатуре CAD. В русскоязычный термин входят три базовых понятия:
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:
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:
Классификация САПР
Можно разделять все виды программ согласно следующим критериям:
Разновидности ПО в зависимости от отрасли
Классификация по цели использования
Она повторяет три составляющих классического САПРа:
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.
Отличия платформы по масштабу комплектации
Есть три типа, они характеризуются расположением от простого к сложному:
Виды программного обеспечения САПР по характеру базовой комплектации
Примеры САПР-программ: системы автоматизированного проектирования в действии
Расскажем о наиболее популярных платформах, их плюсах и минусах.
Автокад
Еще недавно он занимал первую позицию на рынке систем конструирования. Софт был разработан еще в 1982 году американскими учеными, он сразу стал популярным, тем более, что на тот момент был уникальным средством компьютерного моделирования. AutoCAD предлагает возможности для инженеров всех сфер, в ее комплектации есть как широкий спектр инструментов, так и специальные модули для узкой профилизации, чтобы не загромождать интерфейс. Таким образом, можно купить наиболее удобную для работы версию. Другой вопрос – в какую сумму это обойдется.
Являясь самой популярной программой во всем мире, Автокад переведен на 18 языков, в частности, на русский. Нашим специалистам понятно все, кроме необходимой инструкции по применению. В своем арсенале продукт имеет десятки разновидностей и тысячи надстроек и модулей. Почему же сейчас все чаще ищут аналог этой системы САПР?
У платформы есть как верные защитники, так и противники. Для первых все приписываемые минусы – это лишь результат недостаточного освоения программы. Вторая группа видит следующие минусы:
Таким образом, появляется необходимость в поиске лучшего САПРа, который должен отвечать ряду требований:
Какие платформы пришли на замену?
NanoCAD
Распространенный продукт российской компании NanoSoft. Большим плюсом является его родина, в связи с ней, Нанокад ориентирован на правила ГОСТа. Интерфейс остается полной имитацией работы в брендовом модуляторе. Соотносится с другими системами автоматического проектирования и легко импортируется за счет поддержания различных форматов. Имеет возможность доступа в библиотеку заготовленных схем и поддерживает обмен данными с системой NormaCS.
Из минусов выделяют нестабильную работу и частые сбои, долгую загрузку софта. И трудности при редактировании геометрии – затруднена работа со сплайнами и штриховками.
ZWCAD – лучший аналог Автокада
Компания ZWSOFT разработала программное обеспечение, которое обещает быть самым популярным на рынке систем автоматизированного проектирования. Продукт имеет следующие достоинства:
ZWCAD подойдет для работ разного уровня сложности как специалистами, так и новичками, студентами.
Выбор хорошей системы автоматического проектирования зависит от личных пожеланий инженера. Эта программа, с которой он будет проводить каждый свой рабочий день. Поэтому необходимо внимательно разобраться с возможностями, которые предлагает платформа.
Компас
Отечественный продукт компании АСКОН изначально планировался как программа для 3D-моделирования. Со временем появились дополнения, позволяющие вести в нем и всю сопутствующую документацию. Он также выигрывает в том, что запрограммирован на соблюдение стандартов ГОСТ. Но софт имеет ряд минусов. Формат чертежей, выполненных в Компасе, не поддерживается прочими схожими платформами. А также имеет скудные возможности в оформлении текста.
Система автоматизированного проектирования (САПР). Кто кого?
Идея родилась в моей голове от нашей бедности наших потребностей. Для тех, кто решил освоить какой-нибудь САПР, казалось бы, выбор должен быть всегда очевиден — это должен быть тот же САПР, что используется на предприятии, где работаешь, или же хочешь работать. Причины, по которой трудно сделать выбор могут быть разными, к примеру – у всех ленивых возникнет вопрос: «А что освоить легче?» или «Пойдет ли он на моем компьютере, если я хочу сделать нечто и в определённом количестве?». На выбор может так же повлиять наличие в программе нужных функций и, как это не странно прозвучит, цена. На эти и возможно некоторые другие вопросы ответы под катом.
ФОТО.
Виновники торжества:
Безусловно, САПР систем куда больше, но нам не хватило бы ни времени, ни сил на то, чтобы все их вам представить. Встречайте избранных.
Кратко о каждом. Плюсы и минусы:
Autodesk AutoCAD – один из самых распространенный CAD систем, помимо просто версии под названием Autodesk AutoCAD есть рад специализированных, таких как: AutoCAD для Mac, AutoCAD Architecture, AutoCAD Civil 3D, AutoCAD Electrical, AutoCAD LT, AutoCAD Map 3D, AutoCAD Mechanical, AutoCAD MEP, AutoCAD Plant 3D, AutoCAD P&ID, AutoCAD Raster Design, AutoCAD Revit Architecture Suite, AutoCAD Revit MEP Suite, AutoCAD Revit Structure Suite, AutoCAD Structural Detailing, AutoCAD Utility Design. Старые версии не сильно требовательны к железу, но начиная с 2010 версии работать на компьютере года 2006-го будет несколько затруднительно. Так же замечено, что AutoCAD 2010-2012 заведомо медленнее работает на интегрированных чипах Intel, в чем мы впоследствии убедимся, причем как в 3D, так и в 2D. Спасает эту ситуацию даже самый слабый GPU, который минимально соответствует требованиям AutoCAD, к примеру на чипе NVidia 200 Series.
Autodesk Inventor – САПР ориентированный большей частью на машиностроение, причем 2D часть программы развита настолько плохо, что оставляет желать лучшего. Практически весь набор дополнительных утилит представлен только в 3D части программы, в то время как в 2D нам остается довольствоваться только ассоциативными видами и минимальным набором для черчения. Недостаток в 2D полностью компенсирует AutoCAD Mechanical, ориентированный в свою очередь на оформление чертежей. Требования к железу у Inventor-а одновременно и небольшие, и в то же время достаточно высоки. Все зависит от того, что вы хотите «напроектировать». Как обстоят дела с версиями ниже 2010 сказать не могу но, как и в случаи с AutoCAD, компьютер нужен посерьезнее.
DSS SolidWorks – очень неплохая система, имеет достаточной понятный интерфейс, ничего из ряда вот выходящего я в ней не нахожу, но не могу отметить способность данной программы распознавать дерево построения сторонних CAD систем, а так же расстроить любителей халявы, пиратская версия встает кривовато. Делайте выводы.
АСКОН КОМПАС 3D – САПР, популярный, наверное, только в России. Основным полюсом у него будет – изначально русский интерфейс (хотя предыдущие системы этим не страдают), и очень обширная библиотека стандарта ГОСТ. Если в случаи с AutoCAD, при не удовлетворительной производительности на старом компьютере есть возможность поставить более старую версию, то в случаи с КОМПАСом — это будет не целесообразно, т.к. системные требования, начиная с 5-ой версии не сильно менялись. Также преимуществом является возможность сохранять работы в старой версии, т.к. большинство систем, благодаря своеобразной политике компании, такой функции лишены.
Подопытные кролики Тестируемые машины:
В общем и целом ничего сложного.
Все настройки программ касательно графики будут стоять на качество отрисовки, но с минимум визуализации (в последствии некоторые проблемы мы постараемся решить и покажем как).
Задачу мы поставим нашим подопытным достаточно простую, с точки зрения реализации – массив из пружинок.
Постепенно увеличивая массив, можно будет увидеть, как живет программа при разной нагрузке. Отметим, что пружина, сама по себе один из самых сложный примитивов, если ее можно таковым назвать, следовательно, результаты будут даны с запасом.
Перед тестом хочу немного остановиться и рассказать вкратце, что из себя представляют тестируемые машины, для тех, кто не сильно разбирается в комплектующих и в терминологии вообще.
Разделяя компьютеры на рабочие станции и домашние подразумевается, что набор комплектующих в первых будет иметь несколько специфические параметры, названия и цену (как правило, более высокую). Рабочие станции, в свою очередь, тоже можно разделить на достаточно большое дерево, ибо для каждого типа работы нужно что-то свое, рассматривать в этой статье мы их не будем и выделим только представителей, которых называют графическими станциями. Что же отличает эти графические станции от обычных компьютеров? Ответ очень простой, в большинстве случаев это только наличие профессионального графического адаптера. В принципе из любого мощного игрового компьютера можно сделать графическую станцию просто поменяв видеокарту, но есть одно «но». Графические станции – это инструмент, на котором выполняются задачи, в частном случаи это инженерные, ответственные, сложные, достаточно трудоемкие (и как следствие высоко оплачиваемые) и этот инструмент должен удовлетворять пользователя не только по скорости работы, но и по надежности и своеобразной устойчивости к сбоям, и когда производитель выпускает комплектующие, предназначенные для профессиональной работы, он просит за них соответствующую цену, поэтому, для удовлетворяющей вас работы, просто смены видеокарты на профессиональную, может быть недостаточным.
Xeon
Показал вполне достойные результаты, последний тест выполнил с упрощением, смог задействовать два потока в нагрузке процессора, а вот нагрузка видеокарты была реализована только примерно на 50 процентов. В тонированно-каскадном тесте показал результат лучше, чем остальные системы.
Для выполнения теста понадобилось 747 Mb RAM
Использовано 2 потока
Нагрузка на GPU 50%
FX580
Как это ни странно, результаты не намного ниже, чем у предыдущей машины, однако, стоит отметить, что, если нагрузка на процессор была аналогичная, то видеокарта тут выложилась по полной. Также очень необычный «жор» в оперативной памяти – 2390 метров.
Для выполнения теста понадобилось 2390 Mb RAM
Использовано 2 потока
Нагрузка на GPU 100%
i7 Intel HD
На удивление результаты первых 4-х тестов аналогичны, как и на “FX580”, однако тест 50 на 50 был проведен с упрощением, равно как и последний.
Для выполнения теста понадобилось 624 Mb RAM
Использовано 2 потока
GTX460
Несмотря на заявления производителей и то, что процессор не i7, а i5 и предыдущего поколения, результат выше, чем у «второго» и не многим меньше «первого». Предположительно будет меньше стабильность работы, но в целом результат достаточно удивительный.
Для выполнения теста понадобилось 652 Mb RAM
Использовано 2 потока
Нагрузка на GPU 50%
DualCore
Последние 2 теста – провалены. Система зависла и построить массив не смогла. Мною было честно дано на построение 30 минут, но увы, результата я так и не дождался. Результаты остальных тестов значительно ниже. И вообще вывод – компьютер не пригоден для работы в CAD системах, т.ч. ссылаться на этот тест в сравнениях не будем.
Для выполнения теста понадобилось 358 Mb RAM
Использован 1 поток
ATI
Провалены последние 2 теста, система не смогла построить массив. Результат остальных – ниже, и удовлетворительной работы на больших сборках ждать от него не приходится. Нагрузка на карту была 100 % на протяжении всего теста.
Для выполнения теста понадобилось 301 Mb RAM
Использован 1 поток
Нагрузка на GPU 100%
i5
Практически идентичные результаты с третьей машиной (i7 Intel HD)
Для выполнения теста понадобилось 598 Mb RAM
Использован 1 поток
Xeon
Производительность на уровне с Inventor-ом, при этом нагрузка на систему была все 25%, как для видеокарты, так и для процессора (один поток).
Для выполнения теста понадобилось 412 Mb RAM
Использован 1 поток
Нагрузка на GPU 25%
FX580
Для выполнения теста понадобилось 434 Mb RAM
Использован 1 поток
Нагрузка на GPU