Этапы развития САПР

Принято выделять три этапа развития и совершенствования САПР. На первом из них создавались системы, в которых фактически был осуществлен частичный перенос на компьютеры чертежных работ, ранее проводимых вручную за кульманом, а также расчетов по технологической подготовке производства.

На втором этапе начали появляться законченные системы двумерного черчения, которые позволяли выпускать законченную конструкторскую документацию. Несколько позже появились системы моделирования, позволяющие исследовать разрабатываемые изделия в виде так называемых каркасных (проволочных) и поверхностных моделей. Были разработаны программы анализа на основе метода конечных элементов, с помощью которых рассчитывались оптимальные размеры и конфигурации проектируемых изделий. Возник сектор систем CAM, которые помогали определять параметры различных технологических процессов и оснастки. Второе поколение CAD/CAM- систем позволяло заметно сокращать сроки выполнения отдельных стадий проектирования и повышать качество проекта.

Но в целом сроки проектирования сокращались незначительно, так как процесс был по-прежнему последовательным. Несмотря на серьезные усилия разработчиков, CAD/CAM- системы второго поколения не смогли стать эффективным инструментом для проектировщиков по ряду причин:

· использование геометрического описания модели как базисного, в то время как важнейшие компоненты проектирования, обеспечивающие воспроизведение объекта на производстве (конструкторские параметры и элементы, расчеты внутренних напряжений и деформаций, описание технологических процессов, контроль качества), оставались вне рассмотрения, хотя геометрия является только составной частью описания проектируемого изделия;

· сложность внесения изменения в проект, связанная с жесткой детерменированностью математических моделей, описывающих геометрию. Следствием этого являются ограничения на разработку конструкторской документации, которая создаётся вне моделирования и потому программно не связана с моделью;

· разобщённость конструкторно-технологического процесса, которая возникала из за наличия разнородных баз данных для одной и той же модели, дублирование и потенциальной опасности потери информации. Инженеры и конструкторы могли использовать различные независимые модели, например, конечномерные модели, 2D-модели, каркасные и поверхностные модели и т.д., но не единую модель объекта.

Основная цель внедрения систем автоматизированного проектирования - сокращения времени разработки и снижение себестоимости изделия - оставалась не достигнутой на этапе развития систем автоматизированного проектирования.

Третье поколение систем CAD/CAM/CAE, основанных на использовании единой структуры базы данных проекта, заложило фундамент для так называемой параллельной инженерии (concurrent engineering). При таком подходе все проектировщики работают с одной единой математической моделью, а не с набором различных моделей. Возникла новая технология, интегрирующая все работы в цикле "проектирование-рассчёты-технологическая подготовка-механообработка". Единая структура информации о проекте позволила реализовать полную двунаправленную ассоциативность на всех уровнях проектирования, что значительно ускорило процессы проектирования и снизило себестоимость разработок. Появилась возможность внесения изменений в проект на любой его стадии.

Основные понятия САПР, этапы развития и роль в производственном процессе.

Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.Также для обозначения подобных систем широко используется аббревиатура САПР. Основные определения процесса проектирования: Проектирование – процесс, позволяющий провести некую техническую идею до её инженерной модели. Результатом этого процесса является проект, который представляет из себя, как правило, графическую часть (чертежи, схемы) и пояснительную записку (описание назначения изделия, функции, технические характеристики и т.д.).Алгоритм проектирования – совокупность предписаний, необходимых для выполнения проектирования. Алгоритм проектирования может быть общим (для определенного класса объектов) и специальным (для одного объекта). Под выполнением проектирования понимается нахождение результата проектирования.

Результат проектирования – проектное решение (совокупность проектных решений), удовлетворяющее заданным требованиям, необходимое для создания объекта проектирования. В заданные требования должны быть включены требования к форме представления проектного решения.

Проектное решение – промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Типовое проектное решение – уже существующее проектное решение, используемое при проектированииЦель процесса проектирования состоит, прежде всего, в том, чтобы на основе исходной информации, получаемой в процессе проектирования, разработать техническую документацию для изготовления объекта проектирования. Проектирование включает в себя разработку технического задания (ТЗ), отражающего потребности, и реализацию ТЗ в виде проектной документации. Проектирование, по существу, представляет собой процесс управления с обратной связью. Техническое задание формирует входы, которые сравниваются с результатами проектирования, и если они не совпадают, цикл проектирования повторяется вновь до тех пор, пока отклонение от заданных технических требований не окажется в допустимых пределах.

Проектная процедура соответствует части проектной подсистемы, в результате выполнения которой принимается некоторое проектное решение. Она состоит из элементарных проектных операции, имеет твердо установленный порядок их выполнения и направлена на достижение локальной цели в процессе проектирования. Под проектной операцией понимают условно выделенную часть проектной процедуры или элементарное действие, совершаемое конструктором в процессе проектирования. Примерами проектных процедур могут служить процедуры разработки кинематической или компоновочной схемы станка, технологии обработки изделий и т.п., а примерами проектных операций – расчет припусков, решение какого-либо уравнения и т.п.

Основная классификация САПР:1.САПР двумерного проектирования — «2D-D Легкие — Нижний уровень». Эти САПР служат для выполнения почти всех работ с двумерными чертежами и имеют ограниченный набор функций по трехмерному моделированию. С помощью этих систем выполняются порядка 90% всех работ по проектированию. Область их работы — создание чертежей отдельных деталей и сборок. Характерные представители таких САПР — AutoCAD, CADdy, CADMECH Desktop, MasterCAM, T-FlexCAD, OmniCAD, 2.САПР объемного моделирования «3D — Средний уровень». По своим возможностям они полностью охватывают САПР «легкого веса», а также позволяют работать со сборками, по некоторым параметрам они уже не уступают тяжелым САПР, а в удобстве работы даже превосходят. Обязательным условием является наличие функции обмена данными (или интеграции). Это не просто программы, а программные комплексы, в частности, SolidWorks SolidEdge, Cimatron, Form-Z, Autodesk Inventor, CAD SolidMaster, и все еще продолжающий развиваться, Mechanical Desktop, DesignSpace.Компас-График. 3.САПР объемного моделирования «3D Тяжелые — Верхний уровень». Эти системы применяются для решения наиболее трудоемких задач - моделирования поведения сложных механических систем в реальном масштабе времени, оптимизирующих расчетов с визуализацией результатов, расчетов температурных полей и теплообмена и т.д. Обычно в состав системы входят как чисто графические, так и модули для проведения расчетов и моделирования, постпроцессоры для станков с ЧПУ. К сожалению, эти самые мощные САПР наиболее громоздки и сложны в работе, а также имеют значительную стоимость. Примерами «тяжелых» САПР могут служить такие продукты, как ADAMS, ANSYS, CATIA, EUCLID3, Pro/ENGINEER, UniGraphics.САПР «тяжелого» уровня не оптимальны для выпуска и корректировки конструкторской документации, которая по-прежнему составляет максимальную долю затрат на проектирование изделия. По мнению экспертов, количество рабочих мест таких САПР должно составлять приблизительно 5-10% от общего количества рабочих мест.

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ. Ещё до того, как было сформулировано понятие САПР, уже были известны отдельные применения средств вычислительной техники для решения задач проектирования. Основу решения составлял метод конечных элементов. Метод конечных элементов был разработан для решения краевых задач, но далее стал применяться в CAE. В 30-е годы начали создавать программы, чтобы автоматизировать проектирование электронных схем, а также был разработан язык программирования FORTRAN. 55-59-е годы - в MIT была разработана система проектирования APT для станков с ЧПУ (численным процессором управления). Термин "САПР" ввел в обиход Адам Сазерленд, предложив использовать дисплей в качестве электронный кульман. Тогда стало понятно преимущество - возможность быстрого многократного изменения содержимого чертежа. В этот же период появились первые программы для автоматизированного проектирования - для строительства, электронных схем. Мелкие и средние фирмы стали получать доступ к ним в 70-х годах, когда фирма Computer Vision предложила платформу и соответствующее ПО. История развития САПР достаточно условно можно разбить на 3 этапа:1.70-е годы - были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации; в этот период основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения. Многие программные продукты того времени назывались системами автоматизированного черчения - САЧ. 2.80-е годы - характеризуются активным применением микрокомпьютеров и супермикрокомпьютеров, появлением массовых систем и базовых программных продуктов для них. Этот период характерен использованием различного ПО различными подразделениями одного предприятия (период основной автоматизации). Однако в эти же годы наряду с 2D черчением появились системы 3D моделирования. Теперь стала желательной возможность передавать данные с одного этапа на другой этап ЖЦ. Кроме того, появилось понятие твердотельное моделирование. 3.90-е года - период "зрелости" - некоторые ошибки были исправлены (например, убраны барьеры несовместимости между системами). Сначала стали появляться - третье сторонние фирмы - разработчики ПО для конвертации данных из системы в систему. Потом крупные системы стали сами предоставлять возможность импорта и экспорта данных с другими распространенными системами. В настоящее время термином САПР обозначают процесс проектирования с использованием сложных средств машинной графики, поддерживаемых пакетами программного обеспечения для решения на компьютерах аналитических, квалификационных, экономических и эргономических проблем, связанных с проектной деятельностью. Роль САПР в технологических процессах Автоматизация проектирования осуществляется САПР. В САПР выделяют CAD, CAE, CAM. Поддержка производства на всех этапах осуществляется PDM. На стадии проектирования требуются услуги системы управления цепочками поставок SCM. А на этапе производства эта система управляет поставками необходимых материалов и комплектующих. Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется АСУП (АС управления предприятием) и АСУТП (АС управления технологическим процессом). К АСУП относят системы планирования и управления предприятием ERP (SAP R/3, BAANN, Oracle Application, Парус, Галактика, Флагман), а также планирования производственными ресурсами предприятия MRP. Сюда же относятся производственная исполнительная система MES, для решения оперативных задач, связанных как с проектированием, так и с производством и маркетингом.
АСУТП контролируют и используют данные, характеризующие состояние технологического оборудования и протекания технологических процессов. Для выполнения диспетчерских функция (для сбора и обработки информации о протекании технологических процессов) и разработки ПО для встроенного оборудования в состав АСУТП вводят систему SCADA (средства промышленной автоматизации). Программное управление осуществляют с помощью системы CNC на базе специализированных компьютеров. CNC - системы для подготовки программ для станков с ЧПУ. В последнее время усилием многих компаний созданы системы e-коммерция.
Системы управления взаимоотношениями с заказчиками CRM.
S&SM - система для маркетинговых исследований.