CAD-системы (сomputer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

CAM-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы (computer-aided engineering – поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем

За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация:

– чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор);

– системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления;

– системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD, Electronic Product Definition). EPD – это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Следует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра – Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology.

Российские САПР

КОМПАС 3D (АСКОН)

T-FLEX CAD 3D (Топ Системы) – Parasolid

САПР «Сударушка» - CAD/CAM/CAE система. Является развитием системы ГЕМОС (геометрическое моделирование обводов самолета), разработанной специалистами Российской авиационной промышленности в ОКБ им. А. С. Яковлева в 1989-1994 годах.

ADEM (Россия, Израиль, Геомания) - САПР для конструкторско-технологической подготовки и станков с ЧПУ. Основным продуктом является интегрированная CAD/CAM/CAPP система ADEM VX. Название расшифровывается как "автоматизированное проектирование, расчет и изготовление" (Automated Design, Engineering, Manufacturing); adem.ru. – ACIS

WinELSO 7 – предназначена для автоматизации работ при проектировании электроснабжения объектов на все напряжения 3-фазного, 1-фазного переменного и постоянного токов (Русская Промышленная Компания – авторизованный разработчик приложений под продукты Autodesk (Autodesk Developer Network)); winelso.ru.

Эксперт-СКС (Эксперт-Софт, Москва) - САПР для автоматизации на всех этапах проектирования структурированных кабельных систем, ВОЛС, ЛВС, линейных и магистральных сетей; expertsoft.ru.

Также существуют бесплатные САПР с открытыми исходным кодом.

САПР не российских производителей

Dassault Systèmes , Франция:

– CATIA - САПР для аэрокосмической промышленности;

– SolidWorks – универсальная САПР для машиностроения, Parasolid.

MathCAD (Mathsoft, сейчас – Parametric Technology Corp.) - математическое моделирование.

P-CAD (Altium, Сидней, Австралия) - САПР для проектирования электронных устройств.

Pro/Engineer (Parametric Technology Corp.) - универсальная САПР для машиностроения. Parasolid

SolidEdge (UGS – Siemens PLM Software) - 2D/3D CAD-система.

Autodesk Inc. :

– AutoCAD - самая распространённая САПР не российского производства. – – Autodesk Inventor - система трехмерного твердотельного проектирования для разработки сложных машиностроительных изделий – ACIS

Примерная стоимость систем, руб

Разделение на уровни условно, в основном зависит от функциональных возможностей и, следовательно, определяется ценой за рабочее место.

Системы низкого уровня к САПР никакого отношения не имеют. Это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, совместно с компьютером и монитором представляют собой "электронный кульман", то есть хороший инструмент для выполнения конструкторской документации. Эти системы называют двухмерными.

Общее название систем первого и второго уровней – трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек, с использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов роботов). Они отслеживают траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологического процесса изготовления спроектированного изделия. Такие системы называются САПР/АСТПП (Системы Автоматизированного Проектирования/ Автоматизированные Системы Технологической Подготовки Производства), иначе говоря – сквозные САПР (CAD/CAM/CAE).

Системы CAD/CAM/CAE позволяют в масштабе целого предприятия логически связывать всю информацию об изделии, обеспечивать быструю обработку и доступ к ней пользователей, работающих в разнородных системах.

Создаваемая системой модель основана на интеграции данных и представляет собой полное электронное описание изделия, где присутствуют конструкторская, технологическая, производственная и др. базы данных по изделию. Это обеспечивает значительное улучшение качества, снижение себестоимости и сокращение сроков выпуска изделия на рынок.

Для проектирования систем электроснабжения (СЭ) возможно применение САПР из других отраслей производства, но специфические особенности систем электроснабжения как сложных технических систем требуют несколько другого подхода в проектировании.

Существующие системы проектирования СЭ, использующие вычислительную технику, ориентированы в основном на автоматизацию отдельных процедур или этапов процесса проектирования. Опыт показывает, что проще и эффективнее обучить специалистов по электроснабжению одной новой дисциплине – аппаратным и программным средствам вычислительной техники и САПР, чем специалистам-разработчикам САПР и программного обеспечения овладеть многими электротехническими дисциплинами, которые даются инженерам-электромеханикам. При изучении дисциплины "САПР электроснабжения" подразумевается знание курсов электротехнических дисциплин, а также умение работать с ЭВМ на уровне пользователя.

Сегодня для достижения успеха на рынке промышленное предприятие вынуждено работать над сокращением срока выпуска продукции, снижением ее себестоимости и повышением качества. Стремительное развитие компьютерных и информационных технологий привело к появлению CAD/CAM/CAE-систем, которые являются наиболее продуктивными инструментами для решения этих задач.

Под CAD-системами (computer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) понимают программное обеспечение, которое автоматизирует труд инженера-конструктора и позволяет решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации при помощи персонального компью тера.

САМ-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) автоматизируют расчеты траекторий перемещения инструмента для обработки на станках с ЧПУ и обеспечивают выдачу управляющих программ с помощью компьютера.

САЕ-системы (computer-aided engineering – компьютерная поддержка инженерных расчетов) предназначены для решения различных инженерных задач, например для расчетов конструктивной прочности, анализа тепловых процессов, расчетов гидравлических систем и механизмов.

Развитие CAD/CAM/CAE-систем продолжается уже несколько десятилетий. За это время произошло некоторое разделение, или, точнее, «ранжирование» сис тем на уровни. Появились системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Системы верхнего уровня обладают огромным набором функций и возможностей, но с ними тяжелее работать. Системы нижнего уровня имеют довольно ограниченные функции, но очень просты в изучении. Системы среднего уровня – это «золотая середина». Они обеспечивают пользователя достаточными для решения большинства задач инструментами, при этом не сложны для изучения и работы.

С увеличением роли строительства, дизайна, инженерии и моделирования для общества, возросла нагрузка на людей соответствующих профессий. Для облегчения их работы было разработано компьютерное обеспечение, выполняющее стандартный набор действий за человека, с целью экономии энергоресурсов и времени.

Первые системы были разработаны в 1970-х годах и умели чертить и создавать модели на плоскости. 40 лет спустя, усовершенствованные приложения могут даже составлять пакеты документов по тематикам на основе конструкторских и технологических данных по объектам. В этой статье мы расскажем о том, что такое программа системы CAD, как она работает, каковы ее особенности и где она применяется.

CAD и CAM системы: что это такое

Платформы помогают при работе с чертежами, графиками и списками, связанными со строительством и дизайном-проектированием. Разработка в электронном виде позволяет делать правки, которые не отразятся на макете, ведь при печати будет виден лишь последний вариант. Плюсом является повышение продуктивности, ведь пока происходит автоматизированная работа, человек может выполнять следующий этап, ускоряя время выполнения задачи. Качество разработанных графиков, документов и моделей высокое, поскольку процесс машинального выполнения не раз совершенствовался опытными специалистами.

Преимуществом КАДа является уменьшение себестоимости производства. Если средства, затраченные на выполнение плана, остаются, то они уходят в пользу компании, ее работников и на закупку новейших версий продукции. По окончанию разработки объемной модели, платформа выдает перечень материалов, из которых изготовление было бы выгоднее и удобнее. Ноутбук или ПК могут находиться в любой точке мира, однако процесс производства не будет зависеть от геолокации.

Большинство фирм отдает предпочтение системам, которые работают быстро, качественно, имеют понятный и удобный интерфейс, но при этом недорого стоят. Одним из сайтов, пользующимся популярностью у строителей и инженеров, где можно найти такую платформу, является ZWSOFT. На этой странице вы сможете подобрать устраивающий вас по цене и функционалу аналог автокада. Современные CAD системы – это совокупность мощностей, которые осуществляют исполнение основных задач инженерии и дизайна.

В них входят:

• Создание трехмерных (объемных) моделей.
• Разработка чертежей и графиков по алгоритмам, внесенным в базу.
• Составление документации по стандартной схеме, где происходит выявление характеристик по объектам.

Благодаря САПРу оптимизируется работа во многих фундаментальных направлениях, повышающих уровень жизни. Например, в архитектуре и строительстве приложения такого типа подходят для планирования и детализации внешнего и внутреннего вида зданий. Типовые постройки сдаются быстрее заявленного срока, ведь разработки готовы заранее. Для большинства компаний, чья работа зависит от массивных чертежей и шаблонов, регламентировано наличие CAD для каждого уполномоченного сотрудника.

Обеспечение может иметь различия и по набору расширений для выполнения задач разного уровня сложности. О наполнении пакета системы можно почитать в инструкции от производителя. К каждому типу с фиксированной периодичностью выпускаются дополнения, вносящие новые процедуры и корректирующие работу платформы.

Можно разделить функционал программ для инженеров и дизайнеров по следующим критериям:

• Сложность модели, которую необходимо создать.
• Количество модулей при производстве макета.
• Тип разрабатываемого объекта.
• Объем трехмерной детали и количество уровней в структуре исполнения.
• Степень автоматизации процесса черчения, производства документов и макетов.
• Вид документов и объем информации, переработанной для их заполнения.
• Цельность процесса производства. Если продукт был сделан не за один запуск программы, требуется либо система большей мощности, либо повторное использование. Последнее противоречит цели использования КАДа – экономии ресурсов.

Универсальным является софт, объединяющий в себе комплексный и интегрированный функционалы. Компании отдают предпочтение им, ведь они подходят для всех сотрудников. Чаще уполномоченные представители фирм заказывают пакеты программ на сайте сайт, где опытные сотрудники консультируют клиентов при наличии вопросов и представляют виды программ с их функционалом. Посетители сайта видят обновление версий платформ, а затем принимают решение о том, какой лучше купить.

Существуют платные и бесплатные системы, обновленные версии делятся на такие же подвиды. Вопросы от клиентов и посетителей собраны в разделе «Форум», где ведется диалог между разработчиками и пользователями. Разнообразие профессий, которым необходима автоматизация на начальном этапе работы, велико. Дизайнеры, строители, математики, инженеры, архитекторы, медики, программисты, технологи – всем необходимы узко специализированные платформы, позволяющие работать в определенной сфере.

В каждый тип КАД систем включается набор задач, выполнение которых ускоряет работу человека определенного рода занятий. САПР разрабатывают программисты совместно со специалистами разных областей, на которые рассчитаны узкопрофильные версии приложения. Существует несколько типов таких систем, и разнообразие CAD программ помогает ответить на вопрос о том, что это такое.

• Для математиков и строителей подходят платформы, в которых автоматически происходит геометрическое моделирование. Можно настроить функцию 3D Modeling, если решение задачи этого требует.
• Для этих же специалистов существует усложненная программа с большим набором автоматизации. Двухмерное и трехмерное проектирование может быть подкреплено документацией, данные по которой берутся из характеристик объектов.
• Для архитекторов, дизайнеров и инженеров разработано создание чертежей и дальнейшее проектирование по ним.
• Существует возможность сохранения и печати электронного шаблона на бумаге любого размера.
• Для программистов созданы средства CAE, облегчающие анализ ПО и устранение неполадок в работе операционной системы.
• Для технологов существует специальный набор настроек CAD и САПР, позволяющий контролировать технологическую подготовку процесса производства тех или иных продуктов. Программа автоматически составляет отчет, куда включается процентное соотношение ошибок и успешно выполненных норм.

Подробнее остановимся на системах, которые используют врачи для анализа заболеваний и общего состояния организма

Программы КАД в медицине

Отдельным семейством платформ являются CAD/CAM системы, ориентированные на анализ здоровья человека. Без них невозможно обойтись при создании искусственного органа или заполнения форм бланков регистрации пациента. Принцип работы такого софта следующий:

• Создание трехмерной модели в электронном виде.
• Проверка ошибок и общий анализ объекта.
• Изготовление протеза на фрезерном блоке.

Стоматологи пользуются программой чаще и продуктивнее. Неудовлетворительное состояние зубов может привести к инфекционным заболеваниям полости рта или всего организма, поэтому необходимо как можно скорее воздействовать на источник проблемы. Быстрая работа автоматизированного оборудования позволяет сократить сроки обслуживания клиента. Экономия времени больного является частью заботы о нем со стороны медицинского учреждения. Иногда результаты анализов и слепки появляются в день обращения в поликлинику, то есть он сразу идет с ними к своему врачу и проблема решается в течение нескольких часов.

Преимущества использования дантистами CAD следующие:

• Быстрое и безошибочное создание слепка. Поскольку работа механизирована, исключается человеческий фактор и ошибки по невнимательности персонала.
• Сохранение каркаса в базе данных в электронном виде. Функция позволяет в дальнейшем создать отчет по объекту.
• Возможность внесения доктором корректировок. При необходимости, зубной врач может поправить деталь слепка по желанию клиента. Например, если делается каркас для создания брекетов, а у пациента есть дополнительные пожелания.

Разработаны специальные станки, оборудованные числовым программным управлением, что реализует возможность создания слепков и коронок за считанные минуты. ЧПУ получает информацию от КАД и отливает объект по чертежу с учетом всех внесенных правок. Благодаря CAD была усовершенствован принцип создания коронок. Макет может быть изготовлен из оксида циркония. Этот материал не вызывает аллергических реакций и отличается высокой биосовместимостью. Импланты выглядят более естественными, ведь специалист может выбрать подходящий оттенок. Цвет будет учитываться при покрытии искусственного зуба керамической массой. Софт может предложить использование других материалов, например, хром, пластмассу, воск, титан. С медицинской и практической точек зрения наиболее подходящим по всем параметрам является оксид циркония.

Что обозначает аббревиатура CAD

В государственных стандартах и учебниках по проектированию чаще встречается аббревиатура САПР, которую можно истолковать как «Система автоматизации проектных работ». В документах можно найти толкование «Система автоматизированного проектирования», но эта формулировка применима не только к программному обеспечению, то есть не соответствует сути работы. Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD. По ГОСТу это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Но КАД системы не полностью автоматизированы, для установления команд в 65% случаев требуются действия со стороны человека.

Полная автоматизация происходит лишь на немногих платформах и относится к нетрудным, прописанным в базе, действиям. С этой точки зрения, аббревиатура САПР подобрана некорректно. В расшифровке CAD, CAM, CAE легко ошибиться и запутаться, необходимо усвоить, что все эти приложения разработаны с целью помочь при проектировании и контроле за модулями производства.

Международная классификация CAD, CAE, CAM

Согласно современной классификации системы делятся на:

• Позволяющие создать трехмерную модель объекта в электронном виде. Благодаря им появилась возможность разобрать процесс создания на фазы: от чертежа до производства. Эти обеспечения называются КАД.
• Отображающие электронное описание предмета. Технология собирает данные о модели на протяжении всего ее существования: от проектирования до продажи и уничтожения. Обобщенное наименование таких платформ - CAE, эти приложения используются во всех отраслях торговли и промышленности.
• Чертежные автоматизированные конструкции, появившиеся еще в 70-х гг. Именно их создание стало точкой отсчета в развитии автоматизированной помощи работникам определенных родов деятельности. Приспособления, с помощью которых проводятся простейшие операции, программисты определяют как CAM системы.

Такое четкое разделение помогает ориентироваться на всемирном рынке компьютерного обеспечения. При выпуске программы, изготовитель указывает тип CAD, согласно общепринятой международной классификации. Закупщик может ознакомиться с документами и понять, к какому поколению относится определенный продукт, какая польза от него будет на производстве. Мы разобрались в том, что такое КАД системы и какую роль они играют в оптимизации современного рабочего процесса. Руководители компаний, понимающие, что экономия средств и времени может снизить себестоимость, активно закупают программы CAD.

• Система автоматизированного проектирования . Наиболее популярная расшифровка. В современной технической, учебной литературе и государственных стандартах аббревиатура САПР раскрывается именно так.
• Система автоматизации проектных работ . Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре, однако более тяжеловесна и используется реже.
• Система автоматического проектирования . Это неверное толкование. Понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы, без участия человека. А в САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово «автоматизированный», по сравнению со словом «автоматический», подчёркивает участие человека в процессе.
• Программное средство для автоматизации проектирования . Это излишне узкое толкование. В настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства.

Английский эквивалент

Для перевода САПР на английский язык зачастую используется аббревиатура CAD (англ. computer-aided design ), подразумевающая использование компьютерных технологий в проектировании. Однако в ГОСТ 15971-90 это словосочетание приводится как стандартизированный англоязычный эквивалент термина «автоматизированное проектирование». Понятие CAD не является полным эквивалентом САПР, как организационно-технической системы . Термин САПР на английский язык может также переводится как CAD system, automated design system, CAE system.

В ряде зарубежных источников устанавливается определенная соподчиненность понятий CAD, CAE, CAM. Термин CAE определяется как наиболее общее понятие, включающее любое использование компьютерных технологий в инженерной деятельности, включая CAD и CAM.

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:

• сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
• сокращения сроков проектирования;
• сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
• повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;
• сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей обеспечивается путем:

• автоматизации оформления документации;
• информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;
• использования технологий параллельного проектирования;
• унификации проектных решений и процессов проектирования;
• повторного использования проектных решений, данных и наработок;
• стратегического проектирования;
• замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;
• повышения качества управления проектированием;
• применения методов вариантного проектирования и оптимизации.

По ГОСТ

Структура САПР

В соответствии с ГОСТ, в структуре САПР выделяют следующие элементы:

• КСАП САПР - комплекс средств автоматизации проектирования САПР
• подсистемы САПР, как элемент структуры САПР, возникают при эксплуатации пользователями КСАП подсистем САПР.
• КСАП подсистемы САПР - совокупность ПМК, ПТК и отдельных компонентов обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединенная общей для подсистемы функцией.
• ПТК - программно-технические комплексы
• компоненты обеспечения ПТК САПР
• ПМК - программно-методические комплексы
• компоненты обеспечения ПМК САПР
• компоненты обеспечения САПР, не вошедшие в ПМК и ПТК

Совокупность КСАП различных подсистем формируют КСАП всей САПР в целом.

Подсистемы САПР

По ГОСТ 23501.101-87, составными структурными частями САПР являются подсистемы , обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Каждая подсистема - это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально-законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие .

• Обслуживающие подсистемы - объектно-независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.
• Проектирующие подсистемы - объектно-ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на:
• Объектные - выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования.
• Инвариантные - выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

Примерами проектирующих подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, схемотехнического анализа, трассировки соединений в печатных платах.

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

• подсистемы управления проектными данными
• обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР
• подсистемы графического ввода-вывода
• Система управления базами данных (СУБД).

Системы CAD представляют собой , которые используются для выполнения разнообразных проектных процедур с задействованием компьютерной техники. Также при помощи такого программного обеспечения создается технологическая и на отдельные здания, изделия или сооружения. Современные системы CAD используются в самых разнообразных сферах деятельности современного человека, и практически для каждой есть свой уникальный тип таких утилит.

Что это такое?

Зачастую аббревиатуру CAD принято считать стандартным англоязычным аналогом термина САПР, но на самом деле это не совсем так. Системы CAD нельзя рассматривать как полноценный аналог САПР в качестве организационно-технической системы, так как ГОСТ приводит данное словосочетание в виде стандартизированного англоязычного эквивалента термина «автоматизированное проектирование». Таким образом, на английский язык термин САПР переводится больше как CAE system, но в ряде зарубежных источников указывается, что термин САЕ представляет собой обобщенное понятие, в которое входит применение любых компьютерных технологий в инженерной работе, включая также CAM и CAD.

Зачем это нужно?

Системы CAD используются в основном для того, чтобы максимизировать эффективность и производительность работы инженеров за счет полной автоматизации проектирования и дальнейшей подготовки производства. Таким образом, за счет их применения достигаются следующие преимущества:

• существенно сокращается срок проектирования;
• сокращается количество труда, необходимого для планировки и проектирования;
• существенно снижается общая себестоимость изготовления и проектирования, что напрямую сказывается на эксплуатационных затратах;
• увеличение технико-экономического уровня, а также качества результатов проведенных проектных работ;
• сокращение затрат, необходимых для испытания и натурного моделирования.

В качестве входных данных современные CAD-системы используют различные технические знания экспертов, которые занимаются уточнением результатов, введением различных проектных требований, проверкой полученной конструкции, ее изменением и множеством других вещей.

Реализация системы автоматизированного проектирования осуществляется в качестве комплекса прикладных утилит, с помощью которых обеспечивается проектирование, а также дальнейшее черчение и трехмерное моделирование конструкций или же объемных и плоских деталей.

В преимущественном большинстве случаев CAD-системы включают в себя модули моделирования трехмерных конструкций, а также оформления чертежей и различной конструкторской текстовой документации.

Классифицируются же они в основном по нескольким параметрам:

• разновидность и тип рассматриваемого объекта;
• уровень автоматизации процедуры проектирования;
• сложность создаваемого объекта;
• комплексность процесса автоматизации;
• количество используемых документов;
• характер используемых документов;
• общее количество уровней, которые будут присутствовать в структуре технического обеспечения.

Целевое назначение

В зависимости от того, какие реализуются задачи CAD-систем, они разделяются на несколько групп:

• Автоматизация трехмерного или двухмерного геометрического проектирования, а также создания различной технологической или конструкторской документации.
• Проектирование и дальнейшее создание чертежей.
• Ведение геометрического моделирования.
• Автоматизация различных инженерных расчетов, проведение динамического моделирования, а также анализа и симуляции физических процессов с последующей проверкой и оптимизацией изделий.
• Подкласс средств САЕ, использующихся для компьютерного анализа.
• Средства, предназначенные для технологической подготовки производственного процесса различных изделий, что позволяет обеспечить автоматизацию процедуры программирования и дальнейшего управления оборудованием с ГАПС или ЧПУ.
• Средства, предназначенные для автоматизации процессов планировки различных технологических процессов, используемые на стыке систем CAM и CAD.

Большинство систем автоматизированного проектирования могут совместить в себе решение различных задач, которые относятся к разным аспектам проектирования - это комплексная или интегрированная система автоматизированного проектирования (CAD).

Общепринятая международная классификация

Современная классификация распределяет их на несколько категорий:

• чертежно-ориентированные системы, которые впервые появились в семидесятые года прошлого века, но до сих пор могут использоваться в некоторых ситуациях;
• системы, создающие трехмерные электронные модели объектов, за счет чего появляется возможность решения различных задач, связанных с моделированием вплоть до процедуры производства;
• системы, с помощью которых поддерживается концепция полного электронного описания объекта.

Последний тип представляет собой технологию, обеспечивающую разработку и последующую поддержку информационной электронной модели на протяжении всего ее жизненного цикла, включая концептуальное и рабочее проектирование, полноценный маркетинг, производство, технологическую подготовку, эксплуатацию, а также утилизацию и ремонт.

В современной технической и учебной литературе, а также различных государственных стандартах аббревиатура САПР трактуется как «Система автоматизированного проектирования», но при этом наиболее точно здесь соответствует понятие «Система автоматизации проектных работ», но оно является более тяжелым для восприятия, поэтому встречается на порядок реже. Нередко случается так, что, проводя проектирование в системах CAD, можно заметить некорректное толкование «Система автоматического проектирования», хотя на самом деле это по своей сути ошибочно. Не стоит забывать о том, что понятие «автоматический» предусматривает полностью самостоятельную работу системы без необходимости в каком-либо участии человека, в то время как САПР все-таки требует исполнения некоторых задач самим человеком, а полная автоматика относится только к отдельным процедурам и операциям.

Не совсем верным является также такое понятие, как «Программное средство автоматизированного проектирования», так как его можно назвать слишком узконаправленным. Конечно, на данный момент САПР рассматривается исключительно в качестве прикладного программного обеспечения, необходимого для проведения проектной деятельности, однако на самом деле в отечественной литературе и различных государственных стандартах САПР рассматривается как более объемное понятие, в которое входят не только программные инструменты.

САПР в стоматологии

Преимущественное большинство современных стоматологических клиник использует CAD. CAD-системы в стоматологии применяются для производства высококачественных зубных протезов, уже более чем десять лет используются для изготовления абатментов для имплантов, коронок и всевозможных протезов, причем все эти изделия отличаются отменным качеством и высокой точностью. Суть данной технологии заключается в том, что изначально проводится трехмерное моделирование создаваемой конструкции на компьютере, и только потом уже, используя проектную модель, осуществляют изготовление на фрезерном блоке.

Таким образом, стоматологи получают массу преимуществ за счет применения в своей работе технологии CAD. CAD-системы в стоматологии применяются чаще всего следующим образом:

• сначала врач проводит снятие слепка, который потом отправляется в лабораторию;
• после доставки слепок помещают в специализированный сканер, создающий модель будущего изделия;
• в дело вступает CAD-система: 3D-модель превращается в специализированный файл, который будет служить источником данных для фрезерного блока;
• используя полученный файл, на фрезерном блоке осуществляют производство каркаса из специальной заготовки, сделанной из оксида циркония;
• в конечном итоге получившийся каркас тщательно покрывается керамической массой и запекается.

CAD/CAM-системы в стоматологии позволяют изготавливать коронки из диоксида циркония, которые отличаются от металлосодержащих изделий массой преимуществ. Сами по себе эти изделия практически не имеют никаких отличий по цвету от естественных зубов, так как выбор оттенка осуществляется еще в процессе производства каркаса. Далее каркас тщательно покрывается особой керамической массой, имеющей полупрозрачную и светопроницаемую структуру, а также включает в свою палитру достаточно широкий спектр цветов, благодаря чему получается изготавливать коронки, похожие на естественные зубы.

Сам по себе отличается высокой биосовместимостью, даже если сравнивать его с драгоценными металлами, и представляет собой гиппоаллергенный материал, что подтверждено в процессе проведения целого ряда научных клинических исследований. Однако на самом деле коронки, основанные на каркасе из оксида циркония, являются далеко не единственным видом изделий, для изготовления которых используются CAD/CAM-системы. ЧПУ-станок на основе таких технологий позволяет изготавливать:

• различные мостовидные протезы;
• индивидуальные абатменты.

Помимо уже указанного диоксида циркония, в процессе изготовления могут применяться самые разнообразные материалы, включая пластмассу, воск, кобальт и титан, хром.

В чем преимущества?

Данные технологии обеспечивают такие преимущества, как:

• максимально возможная точность изготовления с незначительными отклонениями;
• полная автоматизация процессов производства, которая практически полностью исключает вероятность появления ошибок;
• возможность использования целого ряда материалов;
• возможность проведения процедур моделирования и производства изделий в разных местах;
• предельная производительность любых проводимых процессов.

САПР в машиностроении

CAD-система (T-FLEX CAD и другие) нашла достаточно широкое распространение в области машиностроения, которое различается на три уровня - нижний, средний и верхний. Такое разделение появилось на рубеже восьмидесятых-девяностых годов прошлого века.

Нижний уровень включает в себя CAD/CAM/CAE-системы с небольшой стоимостью, которые в основном ориентируются на 2D-графику, то есть направлены в основном на обеспечение автоматизации чертежных работ. В качестве легких САПР использовались персональные ЭВМ, которые уже на тот момент существенно уступали по функционалу полноценным рабочим станциям.

Системы верхнего уровня, или, как их еще принято называть, тяжелые САПР, разрабатывались для того, чтобы использоваться на всевозможных мейнфреймах или рабочих станциях. Такие системы оказались гораздо более универсальными, но в то же время имели и довольно высокую стоимость, ориентируясь в основном на поверхностное и твердотельное моделирование. Оформление разнообразной чертежной документации в них зачастую проводится посредством предварительной разработки специальных геометрических трехмерных моделей. После этого системы, в которых функция 3D-моделирования ограничивалась исключительно твердотельными моделями, то есть занимающие промежуточное положение между тяжелыми и легкими, получили собственный, средний уровень.

На сегодняшний день развитие САПР уже привело к тому, что в большинстве систем среднего уровня начали появляться специальные средства поверхностного моделирования, а функции, доступные для использования в персональных ЭВМ, стали также приемлемыми и для современных систем верхнего уровня. За счет этого изменились даже те принципы, по которым раньше осуществлялось различие средних и тяжелых систем. Современные CAD-системы тяжелого уровня теперь принято называть CAE/CAD/CAM/PDM, то есть такими, которые одновременно включают в себя такие возможности, как:

• технологическое и конструкторское проектирование;
• инженерный анализ;
• управление проектной информацией;
• расширенный состав специальных программных модулей.

В отличие от них, современные системы среднего уровня принято называть mainstream, mid-range или просто серийными.

Системы одного уровня можно назвать по функциональным возможностям примерно равноценными, так как какие-то новые достижения, появляющиеся в определенном программно-методическом комплексе, уже в ближайшее время будут реализованы в новых версиях других. В САПР крупных компаний достаточно часто принято комбинировать одновременно несколько систем разных уровней. Зачастую это связано с тем, что практически все процедуры конструирования могут проводиться на CAD-системах среднего и нижнего уровней, а помимо этого, тяжелые являются слишком дорогостоящими. Именно по этой причине предприятия покупают лицензии программ верхнего уровня в довольно ограниченном количестве, а преимущественное большинство современных клиентских баз обеспечивается за счет нижнего и среднего уровней.

При этом достаточно часто случается так, что CAD/CAE-системы могут иметь определенные проблемы в плане обмена информацией между собой, но подобные неурядицы решаются за счет применения специальных форматов и языков, принятых в CALS-технологиях, хотя для обеспечения неискаженной передачи геометрических данных через промежуточные унифицированные языки приходится преодолевать некоторые сложности.

Структура

Как и любые другие сложные системы, CAD включают в себя несколько подсистем, которые могут быть проектирующими или обслуживающими.

Первые занимаются непосредственным выполнением разнообразных проектных работ. В качестве примера таковых можно привести подсистемы трехмерного геометрического моделирования всевозможных механических объектов, схемотехнического анализа, создания конструкторской документации или же трассировки соединений печатных плат.

Обслуживающие подсистемы предназначаются для того, чтобы обеспечить нормальную работоспособность проектирующих, а их комбинацию довольно часто среди специалистов принято называть системной средой САПР. В качестве типичных обслуживающих подсистем часто используются базы управления проектными данными, всевозможные подсистемы разработки и последующего сопровождения программного обеспечения CASE, а также обучающие, предназначенные для облегчения освоения пользователями технологий, реализованных в CAD.

Структурирование по различным аспектам позволило появиться видам обеспечения САПР, которых сегодня выделяют всего семь:

• техническое, которое включает в себя различные ;
• математическое, объединяющее всевозможные математические методы, алгоритмы и модели;
• программное, представляющее собой компьютерные программы САПР;
• информационное, в состав которого включены базы данных, системы управления этими базами, а также множество другой информации, использующейся в процессе проектирования;
• лингвистическое, выражающееся в виде языков общения между ЭВМ и проектировщиками, языками обмена данными между техническими средствами CAD и языками программирования;
• методическое, в которое входят всевозможные технологии проектирования;
• организационное, выполненное в виде должностных инструкций, штатных расписаний и прочей документации, при помощи которой осуществляется регламентирование работы проектных предприятий.

Стоит отметить, что вся совокупность информации, которая применяется в процессе проектирования, специалистами называется информационным фондом CAD. База данных представляет собой упорядоченную совокупность информации, в которой отражаются различные характеристики объектов и их взаимосвязь в определенной Доступ к базе данных для изучения, записи и последующей корректировки данных проводится через СУБД, а совокупность СУБД и БД принято называть БнД, то есть банк данных.

Классификация

Системы проектирования CAD/CAM классифицируются по целому ряду признаков, таких как приложение, целевое предназначение, масштабы (насколько комплексно решаются поставленные задачи), а также характер базовой подсистемы.

По приложениям среди наиболее популярных и представительных стоит выделить следующие группы САПР:

• использующиеся в сфере общего машиностроения (за счет чего их принято называть машиностроительными);
• использующиеся в сфере радиоэлектроники;
• использующиеся в сфере строительства и архитектуры.

Помимо этого, существует также достаточно большое количество специализированных систем или выделяемых в перечисленных группах, или представляющих собой полностью самостоятельное ответвление классификации. В качестве наглядного примера можно привести САПР крупных интегральных схем, электрических машин, летательных аппаратов и еще целый ряд других.

По масштабам различаются отдельные программно-методические комплексы, включая комплекс проверки прочности различных механических изделий согласно методу конечных элементов или же комплекс проверки электронных схем, а также системы с уникальной архитектурой не только программного, но еще и технического обеспечения.

Базовая подсистема

Здесь существуют следующие разновидности CAD:

• На основе подсистемы геометрического моделирования и машинной графики. Такие САПР в основном ориентируются на различные приложения, в которых в качестве основной процедуры проектирования выступает конструирование, то есть четкое определение пространственных форм, а также взаимного месторасположения объектов. Именно поэтому в эту группу входят многие САПР из сферы машиностроения, основанные на базе графических ядер. В наше время достаточно часто принято использовать унифицированные графические ядра.
• На основе СУБД. Они в основном ориентируются на те приложения, в которых есть возможность, проводя относительно несложные математические расчеты, переработать достаточно большой объем информации. Их часто можно встретить в технико-экономических приложениях, таких как проектирование бизнес-планов, но при этом нередко их используют и в процессе проектирования крупных объектов наподобие щитов управления в автоматических системах.

Помимо этого, существуют также комплексные САПР, в которые входят подсистемы всех предыдущих видов. В качестве характерных примеров таких комплексных систем стоит привести программное обеспечение, которое активно используется в современном машиностроении, или же САПР БИС. Последний включает в свой состав СУБД и различные подсистемы проектирования компонентов, функциональных и логических схем, топологии кристаллов, а также тесты для анализа годности изготовленных изделий. Для того чтобы обеспечить нормальное управление такими сложными программами, принято использовать специализированные системные среды.