Применение систем автоматизированного

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР)

 

  Системы автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно-технические системы, предназначенные для выполнения проектных работ и разработки конструкторской и технологической документации  с применением вычислительной техники.

Англоязычным аналогом САПР является CAD Systems (Computer Aided Design переводится как черчение с помощью компьютера). Кроме того, используют системы CADD (дизайн и черчение и помощью компьютера), CAID (промышленный дизайн с применением компьютера) и др.

Машиностроительные САПР (MCAD) применяют для проектирования деталей и трехмерных моделей. Благодаря САПР удалось значительно снизить затраты производства и сократить цикл разработки технических объектов, поскольку проектно-конструкторские решения отражаются на экране компьютера, могут быть мгновенно выведены на печать и сохранены для последующего редактирования.

Как уже отмечалось, проектирование технического объекта это создание, преобразование и представление в принятой форме образа этого еще не существующего объекта. Образ объекта или его составных частей формируется в воображении конструктора в результате творческого процесса или в процессе взаимодействия человека и компьютера (ПК), т.е. процесс проектирование заключается в получении и преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса исследовательских, расчетных и проектно-конструкторских работ.

Различают следующие виды проектирования:

– ручное (без применения ПК);

– автоматизированное;

– автоматическое.

Проектирование, при котором проектные решения получают путем взаимодействия человека и ПК, называют автоматизированным проектированием, в отличие от ручного (без использования ПК) или автоматического (без участия человека на промежуточных этапах). Система, реализующая автоматизированное проектирование и представляет собой САПР. Автоматическое проектирование возможно в частных случаях для сравнительно несложных объектов.

 

Классификация САПР

 

САПР целесообразно классифицировать по следующим основным признакам.

По области решаемых задач различают САПР:

­­­­– на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т.е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Поэтому к этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер. В настоящее время широко используются унифицированные графические ядра, применяемые в ряде САПР, например ядра Parasolid фирмы EDS Unigraphics и ACIS фирмы Intergraph.

– на основе систем управления базами данных (СУБД). Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например, при проектировании бизнес-планов, но имеют место также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

– на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматического управления и т.п. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

– комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAD-системы в машиностроении. Для управления столь сложными системами применяют специализированные системные среды.

По сложности решаемых задач различают:

– системы нижнего уровня (или легкие) – для двумерной (2D) графики, т.е. для автоматизации преимущественно чертежных работ. Техническим обеспечением легких САПР являются ПК; примером таких систем являются двумерные чертежные системы, например, AutoCAD, MicroStation;

– системы среднего уровня – для разработки трехмерных твердотельных моделей; примером являются трехмерные моделлеры, такие как Inventor, TopSolid, SolidWorks, SolidEdge, Alibre Design, VariCAD;

– системы верхнего уровня, называемые также "тяжелыми" САПР (или hi-end),  – для геометрического твердотельного и поверхностного моделирования. Оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей. К ним относятся высококлассные гибридные трехмерные программные продукты CATIA, NX (Unigraphics), Pro/ENGINEER.

Однако следует отметить, что классификация по уровню сложности является достаточно условной, поскольку во многих системах среднего уровня появились средства поверхностного моделирования, а возможности ПК стали приемлемыми для систем верхнего уровня.

Двумерные САПР позволяют проектировать различные узлы и агрегаты как обыкновенные чертежи на бумаге. Трехмерные системы позволяют создавать объемные модели, вращать их в пространстве, использовать перспективу, анимацию и т.п. В профессиональных трехмерных системах существует возможность автоматического создания чертежей из трехмерной модели, так что все проводимые изменения в трех измерениях будут сразу же отражаться на плоскости.

Трехмерное каркасное моделирование представляет собой развитие двумерной технологии черчения. Каждая линия вручную вносится в проект. Окончательная модель не обладает какими-либо свойствами и в нее нельзя вносить значительных изменений. В такой системе моделирования пользователь работает, как в двумерном приложении, тем не менее, каркасное моделирование включено и в более сложные трехмерные программные продукты.

Трехмерные “простые” твердотельные модели (в качестве примера приложений для их создания можно привести AutoCAD или Cadkey 19) создаются примерно также, как и в реальной жизни. Если пользователь хочет изменить какой-либо объект, он должен добавить ему определенные свойства или удалить их, а может и начать весь процесс сначала. Не имеет значения, как будет создан тот или иной компонент, важен конечный результат. Способ получения компонента, в большинстве случаев, не влияет на его последующие преобразования. Легко можно получить чертеж каждой конкретной модели. Однако в приложении такого рода нелегко наделить компоненты динамическими характеристиками и проследить их взаимодействие.

Трехмерное параметрическое твердотельное моделирование (к программам, использующим такую технологию, относятся Alibre Design, TopSolid, SolidWorks и Solid Edge) требует, чтобы пользователь определял каждый параметр объекта проектирования. Последующее преобразование будет простым или сложным, в зависимости от методики создания исходного компонента. Параметрическое моделирование требует от конструктора четкого понимания того, что он хочет получить в результате работы. В отличие от простого твердотельного моделирования, параметрическое позволяет проектировать с учетом их динамических характеристик и дает возможность проверять корректность взаимодействия различных частей модели.

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, которые различают по характеру выполняемых работ:

– проектирующие подсистемы, непосредственно выполняющие проектные процедуры. Примерами таких подсистем могут служить подсистемы конструкторского и технологического проектирования: к первой группе относятся подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов, изготовления конструкторской документации и  компоновки машины; проектирования сборочных единиц и проектирования деталей; проектирования схем управления.

Преобразование исходного описания в окончательное порождает ряд промежуточных описаний, подводящих итоги решения некоторых задач и используемых для обсуждения и принятия решений для окончания или продолжения проектирования. Такие промежуточные описания разделяют на проектные процедуры и операции.

Под проектной процедурой понимают формализованную совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением, промежуточным или конечным. Например, проектными процедурами являются расчет каких-либо параметров и характеристик проектируемого объекта, поиск и оптимизация проектных решений, корректировка проектной задачи, анализ или синтез проектируемого объекта и т. п. Проектная процедура, алгоритм которой остается неизменным для различных объектов или различных стадий проектирования одного и того же объекта, называется унифицированной проектной процедурой. Для выполнения проектной процедуры в составе САПР формируются так называемые проектные модули с соответствующим программно-техническим обеспечением. Модули могут быть объединены в подсистемы, которые в свою очередь формируются по функциональному признаку или по назначению. Например, при проектировании землеройно-транспортных машин в автономно функционирующие подсистемы проектирования (ПСП) могут быть выделены: ПСП рабочего оборудования; ПСП ходовой части; ПСП трансмиссии; ПСП рамы; ПСП системы автоматики; ПСП гидравлической системы и т.п. Такие подсистемы обладают всеми свойствами и функциями САПР, но относятся не к объекту в целом, а к его составным частям.

Частью проектной процедуры является проектная операция –формализованная совокупность действий, алгоритм которых остается неизменным для ряда проектных процедур. К проектным операциям относятся, например, ввод и вывод данных, вычерчивание графиков, составление таблиц с данными вычислений, нанесение данных на носители и т. п.

– обслуживающие подсистемы, которые обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, их совокупность часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются подсистемы управления проектными данными, разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering), обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.

В свою очередь проектирующие подсистемы в зависимости от отношения к объекту проектирования делят на два вида:

– объектно-ориентированные (объектные);

– объектно-независимые (инвариантные).

К объектно-ориентированным подсистемам относят подсистемы, выпол­няющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования, например, подсистемы проектирования технологических систем, моделирования динамики проектируемой конструкции и др.

К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например, такие как расчеты деталей машин,  режимов резания, технико-экономических показа­телей.

Рассмотрим, например, САПР коробки передач. Здесь инвариантными могут быть подсистемы проектирования валов, зубчатых передач, подшипниковых узлов, шпонок, а объектно-ориентированными – подсистемы построения кинематической и компоновочной схем коробки передач, узла переключения скоростей, корпуса коробки передач.

Объектно-ориентированной является САПР проектирования технологических процессов для изготовления конкретных изделий. К объектно-ориентированной системе может быть отнесена подсистема, предназначенная для моделирования или построения схемы нагружения заданного объекта или его части, но подсистема, предназначенная для определения динамических нагрузок  этого объекта, использующая типовые расчетные методики, будет инвариантной составляющей САПР. Инвариантной также будет подсистема расчета технико-экономических показателей данного объекта.

При постановке оптимизационных задач объектно-ориентированными составляющими САПР являются подсистемы или модули, выполняющие процедуры выбора и формирования критерия оптимальности (эффективности) и установления зависимости критерия от переменных проектирования; к инвариантной составляющей относятся действия, связанные с отысканием экстремального значения критерия с помощью выбранных общематематических методов.

Хотя проектные модули, как и специализированные подсистемы САПР, функционируют автономно, полученные ими результаты в виде промежуточных проектных решений подлежат обязательному согласованию, как на горизонтальном, так и на вертикальном уровнях в соответствии с установленной иерархией. Такое согласование необходимо также и по той причине, что информационные взаимосвязи между отдельными проектными модулями могут изменяться (исчезать или появляться) в ходе самого проектирования в результате вносимых конструкторами изменений. Последние могут касаться самой постановки проектной задачи, математической модели проектируемого объекта, критерия оптимальности, входных данных.

Функции согласования осуществляются операционными системами (управляющими модулями), которые обеспечивают в соответствии с заданным алгоритмом не только информационную согласованность, но и согласованность самих подсистем между собой. Управляющие подсистемы (модули) могут рассматриваться как инвариантные составляющие САПР.

Компоненты подсистем САПР, объединенные по функциональному признаку, образуют различные виды обеспечения:

– техническое (ТО);

– математическое (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования;

– программное (ПО), представляемое компьютерными программами САПР;

– информационное (ИО), состоящее из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД), и другие данных, используемых при проектировании (ЕСКД, ЕСТД, типовые проектные решения и т.д.);

– лингвистическое (ЛО), выражаемое языками общения между проектировщиками и ПК, языками программирования и языками обмена данными между техническими средствами САПР;

– методическое (МетО), включающее различные методики проектирования, иногда к МетО относят также математическое обеспечение;

– организационное (ОО), представляемое штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, регламентирующими работу проектного предприятия.

Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно вычислительные системы, ПК, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование. Отметим, что вычислительной системой (в отличие от ПК и вычислительной сети) называют совокупность аппаратных и программных средств, совместно используемых при решении задач и размещаемых компактно на территории, размеры которой соизмеримы с размерами аппаратных средств.

Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:

– выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых имеется соответствующее ПО;

– взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку интерактивного режима работы;

– взаимодействие между членами коллектива, выполняющими работу над общим проектом.

Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР вычислительных машин и систем с достаточными производительностью и емкостью памяти.

Второе требование относится к пользовательскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удобных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена графической информацией.

Третье требование обусловливает объединение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.

В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть узлов, связанных между собой средой передачи данных. Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков, часто называемые автоматизированными рабочими местами (АРМ) или рабочими станциями (WS – Workstation), ими могут быть также большие ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные устройства. Именно в АРМ должны быть средства для интерфейса проектировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она может быть распределена между различными узлами вычислительной сети.

Среда передачи данных представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи и коммутационного оборудования.

Вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР.

Возможности современных САПР можно реализовать в следующих направлениях:

– каркасное моделирование (графическое отображение электронного представления трехмерного объекта). Оно создается путем указания каждого угла, где встречаются две плоскости объекта, или путем соединения вершин объекта прямыми либо кривыми линиями. Объект проецируется на экран компьютера путем отображения линий каждого ребра исходной трехмерной модели. Возможно создание традиционных двумерных изображений с помощью вращения объекта и удаления линий каркаса, скрытых на заднем плане.

– трехмерное параметрическое моделирование и твердотельное (объемное) моделирование основано на трехмерном представлении объекта в приемлемом для компьютерной обработки виде. Программное обеспечение для работы с твердотельным моделированием создает трехмерную модель, пригодную для анализа и проектирования. Пользовательский интерфейс программного продукта позволяет использовать при проектировании программируемые команды, динамическое изменение объекта в реальном времени, затенение и другие функции, помогающие представить наиболее близкий к реальности образ.

– моделирование поверхностей произвольной формы (создание деталей, обладающих динамическими характеристиками).

– изготовление конструкторской и технологической документации.

Последнее направление, связанное с разработкой документации, в свою очередь можно разделить на следующие группы в зависимости от типа проектно-конструкторских задач:

– геометрическое моделирование включа­ет решение позиционных и метрических задач на основе преобразования геометрических моделей. Элементарными геометрическими объектами являются точка, пря­мая, окружность, плоскость, кривая второго порядка, ци­линдр, шар, пространственная кривая и т. д.

К позиционным задачам относят определе­ние инцидентности точки плоской области, ограниченной замкнутыми контурами; определение координат точки пересечения прямой с криволинейным контуром или по­верхностью; установление пересечения контуров и вычис­ление координат их точек пересечения; определение вза­имного расположения плоских или пространственных об­ластей. На основе типовых позиционных задач решаются следующие конструкторские задачи: определение факта касания или столкновения движущихся деталей, проверка гарантированных зазоров между деталями, оценка погрешности обработки контуров и поверхностей деталей на станках.

К метрическим задачам относят, например, вычисле­ние геометрических характеристик (длины, площади, периметра), центра масс, моментов инерции.

– геометрический синтез включает решение задач двух групп. Первая группа задач – задачи форми­рования (компоновки) сложных геометрических объектов (ГО) из элементарных ГО заданной структуры, возника­ющих, например, при оформлении деталировочного чертежа. Основным критерием геометрического синтеза сложных ГО является точность их воспроизведения. Вто­ рая группа обеспечивает получение рациональной или оптимальной формы (облика) деталей, узлов или аг­регатов, влияющей на качество функционирования объек­тов конструирования. Задачи формирования облика воз­никают на ранних стадиях проектирования при определе­нии конфигурации корпуса транспортного средства (машины, тепловоза, самолета) или конфи­гурации сопла реактивного двигателя и т. д. Большое число задач связано с синтезом формы корпусов узлов с учетом максимальной тепло­отдачи.

– оформление конструкторской документации включает изготовление текстовых и графических докумен­тов. Текстовые документы, кроме описательной части, со­держат характеристики и паспортные данные узлов и агрегатов; технические условия на изготовление, сборку, наладку и эксплуатацию; спецификации и т. д. К графи­ческим документам относятся чертежи сборочные и деталировочные, графики структурных сеток кинематиче­ских цепей, циклограммы и зависимости для выбора па­раметров режимов работы агрегатов и устройств, схемы структурные, функциональные и принципиальные (элек­трические, электронные, гидравлические и т. д.).

– компоновка конструктивных элементов высшего иерархического уровня из элементов низшего уровня в большинстве случаев является наиболее трудоемкой частью конструкторского проектиро­вания (часто под компоновкой понимают собственно процесс конструирования). Задача компоновки машино­строительных узлов обычно состоит из двух частей: эс­ кизной и рабочей. При решении эскизной части зада­чи компоновки по функциональной схеме разрабатывают общую конструкцию узла. На основе эскизной компонов­ки составляют рабочую компоновку с более детальной проработкой конструкции узла. Например, процесс ком­поновки редуктора выполняется по его кинема­тической схеме с предварительным расчетом передаточных чисел ступеней. Компоновка заклю­чается в установке валов и зубчатых колес, обеспечиваю­щих заданные передаточные числа, установке подшипни­ков, уплотнений и других конструктивных элементов. Критериями компоновки зубчатого редуктора могут быть масса редуктора и его габаритные размеры, удобство ре­монта и обслуживания.

– покрытие заключается в преобразовании функциональной схемы соединений логических элементов узла в схему соединений типовых конструктивных эле­ментов (модулей). Критериями качества при решении задачи покрытия могут быть суммарная стоимость и об­щее число модулей, число типов используемых модулей, число связей между модулями, общее число неиспользо­ванных логических элементов в модулях и др.

– разбиение включает разделение на конструктивно обособленные части (узлы) схемы соединений конструктивных элементов на заданном иерархическом уровне. Основными критери­ями при решении задачи разбиения являются: длина внешних связей, характеризуемая либо числом меж­узловых соединений, либо числом внешних выводов всех узлов; число образующихся узлов; число различных типов узлов. При решении задачи разбиения необходимо учитывать количество элементов в узлах, число внешних выводов узлов, суммарную площадь, занимаемую элемен­тами и соединениями, электромагнитную совместимость отдельных элементов в узле, обеспечение нормального температурного режима и т. д.

– размещение электронных устройств состоит в определении оптимального простран­ственного расположения элементов на коммутационном поле. Критерии и ограничения при решении задачи раз­мещения можно разделить на метрические и топологиче ские: к метрическим относятся размеры элементов и расстояния между ними, размеры коммутационного по­ля, расстояния между выводами элементов, допустимые длины соединений; к топологическим – число простран­ственных пересечений соединений, число межслойных переходов, близость расположения друг к другу тепловы­деляющих элементов или электромагнитно несовмести­мых элементов и соединений. Если связи между элемен­тами осуществляются проводным монтажом, то основным критерием оптимальности решения задачи размещения будет суммарная взвешенная длина соединений.

– трассировка электронных устройств заключается в определении геометрии соединений конст­руктивных элементов. Выделяют трассировку провод­ных, печатных и пленочных соединений. Критерия­ми оптимальности решения задачи трассировки могут быть: минимальная суммарная длина соедине­ний; минимальное число слоев монтажа; минимальное число переходов из слоя в слой; минимальные наводки в цепях связи элементов и т. д. При этом необходимо учитывать технологические и конструктивные ограниче­ния и условия, например, для проводного монтажа мак­симальное число соединений на один контакт, тип монта­жа, максимальную длину про­водов и т. д.; для печатного монтажа – ширина провод­ников и расстояние между ними, число проводников, под­водимых к одному контакту, максимальное число слоев, наличие одного слоя для шин питания и т. п. Примерами конструктивных ограничений служат размеры коммута­ционного поля, наличие проводников, трассы которых заданы, максимальная длина проводников и др. Каче­ство решения задачи трассировки в большой степени оп­ределяется результатами, полученными при размещении конструктивных элементов.

Большинство задач конструирования – это задачи структурного синтеза, их решение основано на использо­вании структурных математических моделей (ММ). Однако для анализа качества конструкций применение только структурных моделей не­достаточно, поскольку они не отражают процессы функ­ционирования изделий. Поэтому для полной оценки ре­зультатов конструирования применяют модели и методы, характерные для функционального проектирования. В этом проявляется тесная взаимосвязь подсистем функ­ционального и конструкторского проектирования в САПР.

 

 

Можно говорить не только об иерархических уровнях спецификаций, но и об иерархических уровнях проектирования, понимая под каждым из них совокупность спецификаций некоторого иерархического уровня совместно с постановками задач, методами получения описаний и решения возникающих проектных задач.

Список иерархических уровней в каждом приложении может быть специфичным, но для большинства приложений характерно следующее наиболее крупное выделение уровней:

– системный уровень, на котором решают наиболее общие задачи проектирования систем, машин и процессов; результаты проектирования представляют в виде структурных схем, генеральных планов, схем размещения оборудования, диаграмм потоков данных и т.п.;

– макроуровень, на котором проектируют отдельные устройства, узлы машин и приборов; результаты представляют в виде функциональных, принципиальных и кинематических схем, сборочных чертежей и т.п.;

– микроуровень, на котором проектируют отдельные детали и элементы машин и приборов.

В зависимости от последовательности решения задач иерархических уровней различают нисходящее, восходящее и смешанное проектирование (стили проектирования). Последовательность решения задач от нижних уровней к верхним характеризует восходящее проектирование, обратная последовательность приводит к нисходящему проектированию; в смешанном стиле имеются элементы как восходящего, так и нисходящего проектирования. В большинстве случаев для сложных систем предпочитают нисходящее проектирование. Отметим, однако, что при наличии заранее спроектированных составных блоков (устройств) целесообразно отдать предпочтение смешанному проектированию.

Неопределенность и нечеткость исходных данных при нисходящем проектировании (поскольку еще не спроектированы компоненты) или исходных требований при восходящем проектировании (поскольку ТЗ имеется на всю систему, а не на ее части) обусловливают необходимость прогнозирования недостающих данных с последующим их уточнением, т.е. последовательного приближения к окончательному решению (итерационность проектирования).

Рисунок 8.4 – Область применения CALS-систем

Применение CALS-технологий обеспечивает единообразное описание и интерпретацию данных, независимо от места и времени их получения. Структура проектной, технологической и эксплуатационной документации, языки ее представления должны быть стандартизованными. Тогда становится реальной успешная работа над общим проектом разных коллективов, разделенных во времени и пространстве и использующих различные CAD-системы. Одна и та же конструкторская документация может быть использована многократно в разных проектах, а одна и та же технологическая документация адаптирована к разным производственным условиям, что позволяет существенно сократить и удешевить общий цикл проектирования и производства.

CALS-технологии являются средством, интегрирующим промышленные автоматизированные системы в единую многофункциональную систему, обеспечивающую повышение эффективности создания и использования сложной техники.

При использовании CALS-технологий повышается качество изделий за счет более полного учета имеющейся информации при проектировании и принятии управленческих решений. Так, обоснованность решений, принимаемых в автоматизированной системе управления предприятием (АСУП), будет выше, если имеется оперативный доступ не только к базе данных АСУП, но и к базам данных других автоматизированных систем, что позволяет оптимизировать планы работ, содержание заявок, распределение исполнителей, выделение финансов и т.п. При этом под оперативным доступом следует понимать не просто возможность считывания данных из баз данных, но и легкость их правильной языковой интерпретации. Это относится и к другим системам, например, технологические подсистемы должны при необходимости воспринимать и правильно интерпретировать данные, поступающие от подсистем автоматизированного конструирования.

При использовании CALS-технологий сокращаются материальные и временные затраты на проектирование и изготовление. Применение CALS позволяет существенно сократить объемы проектных работ, так как описания удачных разработок (устройств, оборудования, машин) и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю. Доступность обеспечивается согласованностью форматов, способов, руководств в разных частях общей интегрированной системы. Кроме того, появляются более широкие возможности для специализации предприятий, вплоть до создания виртуальных предприятий, под которыми понимаются объединения юридически независимых предприятий, осуществляющих общие проекты и производства на основе информационного взаимодействия.

Существенно снижаются затраты на эксплуатацию, благодаря реализации функций интегрированной логистической поддержки; облегчается решение проблем  интеграции продукции в различного рода системы и среды, а также адаптации к меняющимся условиям эксплуатации.

Промышленные автоматизированные системы могут работать автономно. Однако их эффективность будет заметно выше, если данные, генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными. Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем требуется создание единого информационного пространства. Оно обеспечивается унификацией  формы  и содержания информации об изделиях на различных этапах их жизненного цикла.

Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при создании документов.

Унификация содержания, понимаемая как однозначная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его жизненного цикла, обеспечивается разработкой онтологий (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных протоколах CALS.

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР)

 

  Системы автоматизированного проектирования (САПР) – это организационно-технические системы, предназначенные для выполнения проектных работ и разработки конструкторской и технологической документации  с применением вычислительной техники.

Англоязычным аналогом САПР является CAD Systems (Computer Aided Design переводится как черчение с помощью компьютера). Кроме того, используют системы CADD (дизайн и черчение и помощью компьютера), CAID (промышленный дизайн с применением компьютера) и др.

Машиностроительные САПР (MCAD) применяют для проектирования деталей и трехмерных моделей. Благодаря САПР удалось значительно снизить затраты производства и сократить цикл разработки технических объектов, поскольку проектно-конструкторские решения отражаются на экране компьютера, могут быть мгновенно выведены на печать и сохранены для последующего редактирования.

Как уже отмечалось, проектирование технического объекта это создание, преобразование и представление в принятой форме образа этого еще не существующего объекта. Образ объекта или его составных частей формируется в воображении конструктора в результате творческого процесса или в процессе взаимодействия человека и компьютера (ПК), т.е. процесс проектирование заключается в получении и преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса исследовательских, расчетных и проектно-конструкторских работ.

Различают следующие виды проектирования:

– ручное (без применения ПК);

– автоматизированное;

– автоматическое.

Проектирование, при котором проектные решения получают путем взаимодействия человека и ПК, называют автоматизированным проектированием, в отличие от ручного (без использования ПК) или автоматического (без участия человека на промежуточных этапах). Система, реализующая автоматизированное проектирование и представляет собой САПР. Автоматическое проектирование возможно в частных случаях для сравнительно несложных объектов.

 

Классификация САПР

 

САПР целесообразно классифицировать по следующим основным признакам.

По области решаемых задач различают САПР:

­­­­– на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где основной процедурой проектирования является конструирование, т.е. определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Поэтому к этой группе систем относится большинство САПР в области машиностроения, построенных на базе графических ядер. В настоящее время широко используются унифицированные графические ядра, применяемые в ряде САПР, например ядра Parasolid фирмы EDS Unigraphics и ACIS фирмы Intergraph.

– на основе систем управления базами данных (СУБД). Они ориентированы на приложения, в которых при сравнительно несложных математических расчетах перерабатывается большой объем данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях, например, при проектировании бизнес-планов, но имеют место также при проектировании объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.

– на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это автономно используемые программно-методические комплексы, например, имитационного моделирования производственных процессов, расчета прочности по методу конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматического управления и т.п. Примерами могут служить программы логического проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты типа MathCAD.

– комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAD-системы в м