Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра ²Микропроцессорные Средства Автоматизации²

Автоматизированная подготовка производства на базе современных CAD/CAM/CAE/PDMсистем.

Выполнил: ст. гр. АТПП-07

Новиков А.В.

Проверил: доц. каф. МСА

Петроченков А.Б.

Интегрированные автоматизированные системы управления

В концепции КИП роль интегрированной автоматизированной системы управления (ИАСУ) стала еще более значительной. На ИАСУ были возложены не только функции автоматизации процессов проектирования и производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той же информации (в электронном виде) для решения разных задач.

В составе ИАСУ было принято выделять автоматизированную систему управления (АСУ) предприятием (АСУП), АСУ конструкторско-технологической подготовки производства (АСКТПП), АСУ гибкими производственными участками (АСУ ГАУ), АСУ транспортно-складской системой (АСУ АТСС), АСУ инструментального обеспечения (АСИО), а также АСУ научными исследований (АСНИ).

Практика показала, что из всех задач ИАСУ наиболее типизируемыми оказались задачи автоматизации проектирования и подготовки производства, а также задачи уровня управления предприятием (АСУП). В конце 80-х - начале 90-х годов, на рынке появились самостоятельные программно-технические решения, пригодные для использования на предприятиях с различным уровнем автоматизации, в том числе и вне КИП в его классическом понимании. Возникли новые устойчивые понятия: CAD/CAM/CAE и MRP (MRP II).

Первое понятие - CAD (Computer Aided Design)/ CAM (Computer Aided Manufacturing) /CAE (Computer Aided Engineering) - обозначало комплекс программных средств компьютерного проектирования, подготовки производства и инженерных расчетов. Второе - MRP (Materials Requirement Planning - планирование потребностей в материалах), а позднее MRP II (Manufacturing Resource Planning - управление производственными ресурсами) - стало общепринятым обозначением комплекса задач управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия: планирования производства, материально-технического снабжения, управления финансовыми ресурсами, и других.

Появились первые стандарты и спецификации, определяющие функциональные требования к этим системам.

В начале 90-х, консалтинговой фирмой Gartner Group (США) была предложена концепция ERP (Enterprise Resource Planning - управление ресурсами предприятия). Сегодня термины MRPII и ERP практически полностью вытеснили термин АСУП и стали привычным для специалистов обозначением класса интегрированных информационных систем, предназначенных для управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия.

В соответствии с системы класса MRP должны выполнять следующие функции:

· управления финансовыми ресурсами (Financial Management);

· управления персоналом (Human Resources);

· ведения портфеля заказов (Customer Orders);

· управления запасами (Inventory Management);

· управления складами (Warehouse Management);

· управления закупками (Purchasing);

· управления продажами (Sales);

· управления сервисным обслуживанием (Service);

· прогнозирования объема реализации и продаж (Forecasting);

· объемного планирования (Master Production Scheduling);

· расчета потребностей в материалах (Materials Requirement Planning);

· оперативно-производственного планирования (Finite Scheduling);

· оперативного управления производством (Production Activity Control);

· управление техническим обслуживанием оборудования (Equipment Maintenance);

· расчета себестоимости продукции и затрат (Cost Accounting);

· управление транспортировкой готовой продукции (Transportation).

Подробное описание задач, выполняемых каждой подсистемой, приведено в литературе.

Характерными примерами современных ERP являются системы R/3 (SAP), BAAN IV (BAAN), Oracle Applications (Oracle Corporation), MFG/PRO (QAD), People Soft (People Soft Inc), OneWorld (J.D.Edwards), BPCS (System Software Associates, Syteline (Symix Systems) и другие. Следует упомянуть целый ряд интегрированных информационных систем, приближающихся по функциональности к ERP, представленных на рынке российскими компаниями: "БОСС" (компания АйТи), "Парус" ("Корпорация Парус"), "Галактика" ("Корпорация Галактика") и др.

Концепция КИП явилась важным этапом развития промышленных информационных технологий. На этой стадии развития возник и был частично апробирован целый ряд фундаментальных идей, принципов и технологий:

1. Сформировался класс систем автоматизации инженерного труда в процессах разработки изделия и подготовки производства. На первых этапах это были задачи автоматизации создания традиционной (бумажной) конструкторской документации. При помощи автоматизированных систем проектирования (CAD) создавался электронный чертеж - плоская геометрическая модель изделия. Впоследствии началось использование поверхностных и твердотельных объемных моделей компонентов изделия. Необходимость обеспечения совместимости таких геометрических моделей, разрабатываемых при помощи различных программных систем, явилась толчком к стандартизации форматов данных.

2. На основе конструкторских геометрических моделей изделия при помощи автоматизированных систем технологической подготовки производства (CAM) разрабатывались программы для станков с ЧПУ. Обмен геометрическими данными в электронном виде между CAD и CAM системами явился одним из первых реальных примеров информационной интеграции процессов.

3. Возникновение систем класса MRP II, обладающих определенным набором функций и взаимосвязей между функциями, создало основу для формирования некого функционального стандарта, регламентирующего общепринятую управленческую технологию, реализуемую с использованием компьютерных систем. Характерной чертой этой технологии явилось совместное использование общих баз данных в интересах различных процессов.

4. В КИП впервые не только решались задачи автоматизации отдельных производственных процессов, но и начали частично реализоваться принципы информационной интеграции.

Зачем нужна автоматизированная система технологической подготовки производства?

Жесткая конкуренция на рынке машиностроительной продукции предопределяет необходимость постоянного совершенствования и развития производства любого предприятия, являющегося участником рынка. В настоящее время одним из перспективных направлений обеспечения конкурентоспособности предприятия является повышение эффективности технологической подготовки производства (ТПП) выпускаемых изделий. Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.

Необходимость повышения эффективности ТПП изделий объясняется увеличением номенклатуры выпускаемой продукции во всех типах производств и высокой скоростью ее обновления. В первую очередь это характерно для единичного и мелкосерийного типов производств.

К ТПП изделия относятся следующие мероприятия:

· обеспечение технологичности конструкции изделия;

· планирование и управление процессом ТПП изделия;

· разработка маршрутов изготовления изделий;

· проектирование технологических процессов;

· проектирование оснастки и инструмента;

· разработка ЧПУ-программ;

· нормирование изготовления изделия;

· выпуск технологической документации;

· расчет производственных мощностей.

Необходимость повышения эффективности ТПП объясняется еще и тем, что проектирование технологической документации в большинстве случаев значительно (от двух до пяти раз) превосходит трудоемкость разработки конструкторской документации. Ощутимое повышение эффективности ТПП по сравнению с ее существующим уровнем возможно только при выполнении следующих условий:

· наличие единого информационного пространства для специалистов конструкторской и технологической служб предприятия;

· повышение скорости разработки и обоснованности планов ТПП, непрерывный контроль их выполнения;

Перечисленные условия реализуются в автоматизированной системе технологической подготовки производства (АСТПП). АСТПП представляет собой аппаратно–программную систему, однако ее аппаратная и программная части не являются равноценными. Ядром АСТПП любого предприятия является программное обеспечение этой системы. В первую очередь именно оно обеспечивает выполнение данных условий. Отмеченное обстоятельство объясняется тем, что в программном обеспечении “консервируются” знания наиболее опытных специалистов и ученых в области технологии машиностроения. В первую очередь использование таких знаний и обеспечивает требуемое повышение эффективности ТПП.

Глоссарий терминов

Computer Aided Manufacturing (CAM). Системы автоматизированной подготовки производства. В действительности таковой не является, общий термин для обозначения программных систем подготовки информации для станков с числовым программным управлением. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, получаемые из систем CAD. Терминологически произошло смешение понятий с САМ Computer Aided Machining (система автоматизации изготовления) .

Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D ) и трехмерного (3D ) проектирования. К функциям 2D относятся черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D - получение трехмерных моделей, метрические расчеты, реалистичная визуализация, взаимное преобразование 2D и 3D моделей.

Среди CAD-систем различают “легкие” и “тяжелые” системы. Первые из них ориентированы преимущественно на 2D графику, сравнительно дешевы и менее требовательны в отношении вычислительных ресурсов. Вторые ориентированы на геометрическое моделирование (3D ), более универсальны, дороги, оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей.

Основные функции CAM-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ (NC - Numerical Control), расчет норм времени обработки.

Наиболее известны (к 1999 г.) следующие CAE/CAD/CAM-системы, предназначенные для машиностроения. “Тяжелые” системы (в скобках указана фирма, разработавшая или распространяющая продукт): Unigraphics (EDS Unigraphics); Solid Edge (Intergraph); Pro/Engineer (PTC - Parametric Technology Corp.), CATIA (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, ныне входит в PTC) и др.

“Легкие” системы: AutoCAD (Autodesk); АДЕМ; bCAD (ПроПро Группа, Новосибирск); Caddy (Ziegler Informatics);

Компас (Аскон, С.Петербург); Спрут (Sprut Technology, Набережные Челны); Кредо (НИВЦ АСК, Москва).

Системы, занимающие промежуточное положение (среднемасштабные): Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (Топ Системы, Москва) и др. C ростом возможностей персональных ЭВМ грани между “тяжелыми” и “легкими” CAD/CAM-системами постепенно стираются.

Функции CAЕ-систем довольно разнообразны, так как связаны с проектными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. В состав машиностроительных CAE-систем прежде всего включают программы для следующих процедур:

Моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ;

Расчет состояний и переходных процессов на макроуровне;

Имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.

Примеры систем моделирования полей физических величин в соответствии с МКЭ: Nastrаn, Ansys, Cosmos, Nisa, Moldflow.

Примеры систем моделирования динамических процессов на макроуровне: Adams и Dyna - в механических системах, Spice - в электронных схемах, ПА9 - для многоаспектного моделирования, т.е. для моделирования систем, принципы действия которых основаны на взаимовлиянии физических процессов различной природы.

Для удобства адаптации САПР к нуждам конкретных приложений, для ее развития целесообразно иметь в составе САПР инструментальные средства адаптации и развития. Эти средства представлены той или иной CASE-технологией, включая языки расширения. В некоторых САПР применяют оригинальные инструментальные среды.

Примерами могут служить объектно-ориентированная интерактивная среда CAS.CADE в системе EUCLID, содержащая библиотеку компонентов, в САПР T-Flex CAD 3D предусмотрена разработка дополнений в средах Visual C++ и

Важное значение для обеспечения открытости САПР, ее интегрируемости с другими автоматизированными системами (АС) имеют интерфейсы, представляемые реализованными в системе форматами межпрограммных обменов. Очевидно, что, в первую очередь, необходимо обеспечить связи между CAE, CAD и CAM-подсистемами.

В качестве языков - форматов межпрограммных обменов - используются IGES, DXF, Express (стандарт ISO 10303-11, входит в совокупность стандартов STEP), SAT (формат ядра ACIS) и др.

Наиболее перспективными считаются диалекты языка Express, что объясняется общим характером стандартов STEP, их направленностью на различные приложения, а также на использование в современных распределенных проектных и производственных системах. Действительно, такие форматы, как IGES или DXF, описывают только геометрию объектов, в то время как в обменах между различными САПР и их подсистемами фигурируют данные о различных свойствах и атрибутах изделий.

Язык Express используется во многих системах интерфейса между CAD/CAM-системами. В частности, в систему CAD++ STEP включена среда SDAI (Standard Data Access Interface), в которой возможно представление данных об объектах из разных систем CAD и приложений (но описанных по правилам языка Express). CAD++ STEP обеспечивает доступ к базам данных большинства известных САПР с представлением извлекаемых данных в виде STEP-файлов. Интерфейс программиста позволяет открывать и закрывать файлы проектов в базах данных, производить чтение и запись сущностей.

В качестве объектов могут использоваться точки, кривые, поверхности, текст, примеры проектных решений, размеры, связи, типовые изображения, комплексы данных и т.п.

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.

CAD-программы (computer aided design) – системные комплексы для проектирования, с помощью которых автоматизируют задачи на разных стадиях изготовления промышленной продукции (проектной, предпроизводственной). В русскоязычной аббревиатуре – САПР (система автоматизированного проектирования).

Все CAD-системы, независимо от терминологии, предназначены для оптимизации работы инженерного состава предприятия. Если применять их правильно, уместно, они повышают производительность труда отдельных групп сотрудников. А это приводит к повышению общих показателей производительности персонала в целом.

CAD-комплексы, развернутые на предприятии, позволяют решить такие задачи:

• снизить трудоемкость отдельных операций и процессов, а значит уменьшить время и затраты на разработку, изготовление продукции;
• сократить время на подготовку проектов - с этими системами проектирование выводится на принципиально иной уровень;
• увеличить точность изготовления продукции без потерь в скорости (оперативность производства даже возрастает);
• снизить расходы, которые необходимы для содержания инженерного состава (что уменьшает себестоимость готового изделия);
• повысить качество проектирования - CAD-программы выводят его на новую технико-экономическую ступень;
• снизить расходы на моделирование образцов и проведение их испытаний.

CAD – комплексные решения. Они могут быть программными, техническими, иными. С помощью САПР автоматизируют составление проектно-конструкторских, других документов внутри предприятия, унифицируют проектирование, оптимизируют процесс принятия управленческих решений (за счет расширения информационной поддержки), решают другие задачи.

Универсальность и свободная интеграция с решениями SAP

Благодаря высокой отдаче, гибкости продуктов системы находят применение в разнообразных областях - от стоматологии и медицинского протезирования до машиностроения. Сегодня CAD-программы представляют собой ПО, которое свободно интегрируется в комплексы SAP, они совместимы с любыми их решениями. Используя специальные шины, можно совмещать САПР с PLM или CAM-системами (computer aided manufacturing). Последние, предназначенные для работы с ЧПУ-станками, создают алгоритмы числового программного управления, открывают возможности для изготовления качественной сложнопрофильной продукции за меньший срок.

Программные CAD-решения также поддерживают:

• системы верхнего уровня -CAD/CAM Unigraphics;
• комплексы на среднем уровне - Solid Edge;
• нижнеуровневые системы - AutoCAD и другие.

Программы интегрируются с Pro/Engineer, SolidWorks, TeamCenter, Inventor,другими продуктами. Они простые в освоении, у них «дружественный» пользователю интерфейс, широкая функциональность (можно настроить их так, чтобы они отвечали индивидуальным требованиям заказчика и особенностям бизнеса). САПР поддерживают технологии параллельного проектирования. С ними можно свободно использовать методики вариантной оптимизации, матмоделирования. Еще один важный плюс - цена продукта формируется гибко. Ее определяет функционал, который подбирается под конкретного заказчика, его потребности, задачи, возможности.

Компания ASAP Consulting предлагает услуги разработки оптимизированных решений для проектирования и производства, в которых задействуются прогрессивные инструменты автоматизации. Мы подберем CAM, CAD-решения под конкретную задачу, поможем развернуть продукты на предприятии, будем консультировать по всем возникающим вопросам.

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:

Проводимый тест:

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.

Профессиональная графика на сегодняшний день для САПР систем представлена 3-мя компаниями:

• NVidia (серия Quadro и Quadro FX)
• ATI(AMD) (серия FirePro)
• Intel (интегрированная графика в процессорах семейства Xeon E3, E7)

Производители от души «распиарили» свои продукты (все это читайте на официальных сайтах), но на деле раскрывается страшная истина. Те из вас, кто достаточно любопытен, наверняка заметили, что вышеупомянутые компании в профессиональной графике используют те же графические чипы, что и в игровых и бюджетных видеокартах, а деньги (причем не малые) просят с нас в большей части только за более качественное изготовление и оптимизацию программной части, т.е. драйверов. Но, как это ни прискорбно, для повышения производительности придется купить, то, что предлагают, а на сколько это целесообразно, каждый решит для себя сам.
По поводу ноутбуков, у нас будут представлены по одному представителю от бизнес и домашней серии.

И так, поехали:

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

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

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

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

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

FX580
Для выполнения теста понадобилось 434 Mb RAM

i7 Intel HD
Выдал результаты ниже, но не заметные для восприятия.
Для выполнения теста понадобилось 715 Mb RAM
Использован 1 поток

GTX460
Для выполнения теста понадобилось 517 Mb RAM

DualCore
Для выполнения теста понадобилось 290 Mb RAM
Использовано 2 потока (сомнительно)

ATI
Хоть не смог построить только самый последний тест, тесты 50 на 50 и 100 на 100 – выполнены с упрощением, остальные тесты показали производительность, на уровне с остальными машинами (за исключением DualCore)
Для выполнения теста понадобилось 388 Mb RAM

i5
Для выполнения теста понадобилось 526 Mb RAM
Использован 2 потока (сомнительно)

Xeon
Как и AutoCAD, смог нагрузить только один поток. Средняя нагрузка на видеокарту – 50 процентов, как и предыдущие системы – провалил тест 100 на 100, и практически провалил тест 50 на 50.
Для выполнения теста понадобилось 196 Mb RAM

FX580
Выдал практически идентичную производительность. Нагрузка на видеокарту тоже возросла.
Для выполнения теста понадобилось 177 Mb RAM

i7 Intel HD
Показал аналогичный результат, как и на всех предыдущих машинах, такое ощущение, что ему видеокарта вообще не нужна.
Для выполнения теста понадобилось 268 Mb RAM
Использован 1 поток

GTX460
… без комментариев.
Для выполнения теста понадобилось 168 Mb RAM

DualCore
Для выполнения теста понадобилось 98 Mb RAM
Использован 1 поток

ATI
Провален тест 50 на 50 и 100 на 100, в остальном – как обычно.
Для выполнения теста понадобилось 186 Mb RAM

i5
Провален тест 50 на 50 и 100 на 100.
Для выполнения теста понадобилось 132 Mb RAM
Использовано 1 поток

Xeon
Оказался самым прожорливым, хоть как и 2 предыдущих системы, использовал ресурсы только одного потока, задействовал почти 100% видеокарты, показал сравнительно более лучшие результаты в тесте с тонировкой без каркаса.
Для выполнения теста понадобилось 323 Mb RAM

FX580
Выдал результаты ниже почти в 2 раза.
Для выполнения теста понадобилось 279 Mb RAM

ATI
Наличие дискретной карты дало свои результаты, но удовлетворительной работы в сборках более 100 деталей ждать не приходится.
Для выполнения теста понадобилось 261 Mb RAM

Вывод по сравнению CAD систем:

Inventor: может использовать многозадачность, что беccпорно плюс, требователен к оперативной памяти, во всяком случаи задействовал ее больше чем все остальные, показал неплохую производительность на интегрированных видеокартах, но задействовал всего половину ресурсов от Quadro 4000. (есть предположение, что на Quadro 2000 производительность будет аналогичная, так же, есть предположение, что на игровых картах Radeon производительность будет больше, чем у аналогов Nvidia)

AutoCAD: продемонстрировал весьма достойную производительность, однако ресурсов задействовал меньше, из этого можно сделать вывод, что конфигурация выше второй машины (FX580) особого смысла не имеет.

КОМПАС 3D: показал одинаковую производительность на тестируемых стационарных машинах, прирост производительности практически минимальный, т.ч. для работы будет достаточно Intel HD 3000, но покупка профессиональной графики выше Quadro 600 будет не оправдана. Ноутбуки показали вполне сравнимый результат со стационарными машинами, хотя тест с каскадной отрисовкой 50 на 50 был не удовлетворительным.
В общем и целом для КОМПАСа желательно наличие дискретной графики, но при покупке нового компьютера с интегрированной HD 3000, стоит задуматься.

SolidWorks: пожалуй самый требовательный CAD к графической части, аппаратного ускорения на интегрированных картах он не дал, а значит дискретная графика обязательна для тех, кто будет работать со сборками даже в 100 деталей (возможно это исправлено в 2012 версии). На первой машине результат вполне достойный, с тестом 100 на 100 он справился лучше остальных, но на остальных машинах результат напоминает то, что показал КОМПАС.

Итак, если у вас уже есть достаточно мощная машина, даже игровая, смело выбирайте себе любую CAD-систему для ее изучения. Наличие профессиональной графики дает прирост, но смысл ее приобретать если вы не уверены, что будете профессионально работать, пожалуй не стоит.

Если компьютер старый, но все же мощнее, нашего «позорника» (DualCore), то изучить работу тоже можно во всех системах, но работать с большими сборками (больше 100 деталей) даже при наличии профессиональной графики, будет затруднительно.

К ноутбукам требования серьезнее, т.к. сделать замену комплектующих там сложнее, но в целом все примерно тоже самое.

Для SolidWorks наличие дискретной графики обязательно!