Автоматизация проектных работ. Общие сведения о САПР, их функции и структура

Лекция 7

 

7.1 Общие сведения о САПР

 

Процесс проектирования состоит из значительного количества рутинных операций. Однако, не смотря на это его формализация достаточно сложна и относительно трудоемка.

По примерным оценкам, в некоторых конструкторских бюро основными видами проектной деятельности являются: вычерчивание проектируемого изделия и его составляющих (70 % от общей трудоемкости), организация архивов и их ведение (15%), собственно проектирование (15%). Проектирование, в свою очередь, подразделяется на копирование архивных прототипов (70 %), модификацию вариантов (20 %), исправление ошибок (9 %) и разработку (1 %).

Автоматизация процесса проектирования стала возможной только с появлением на рынке достаточно дешевой микропроцессорной техники, которое привело в начале 60-х годов к широкому распространению САПР.

Очевидно, что в условиях жесткой конкуренции коллектив любого предприятия заинтересован в сокращении сроков от идеи до запуска в производство новых изделий, в оптимизации производственных процессов, в потребительских качествах выпускаемых изделий (надежности, безопасности, эстетичности) и, наконец, в их реализации. Первый этап «от идеи до запуска в производство» – самый трудоемкий, так как здесь, кроме воплощения идеи в доступную для всех форму информации, необходимо предусмотреть и технологичность, и надежность, и безопасность. Только использование САПР позволяет в значительной мере сократить продолжительность этого этапа, потому что к возможностям САПР относятся:

· Более быстрое выполнение чертежей.

Конструктор, использующий САПР, может выполнять чертежи в среднем в три раза быстрее, чем, работая за кульманом. Такая работа ускоряет процесс проектирования в целом, позволяет в более сжатые сроки выпускать продукцию и быстрее реагировать на рыночную конъюнктуру.

· Повышение точности выполнения чертежей.

Точность чертежа, выполненного вручную, определяется остротой зрения конструктора и толщиной грифеля карандаша. На чертеже, построенном с помощью программных средств, место любой точки определено точно, а для более детального просмотра элементов чертежа имеется средство, позволяющее увеличить любую часть данного чертежа. Кроме этого САПР обеспечивает конструктора еще многими специальными средствами, недоступными при ручном черчении.

· Повышение качества выполнения чертежей.

Качество изображения на обычном чертеже полностью зависит от мастерства конструктора, тогда как печатающие устройства вычерчивают высококачественные линии и тексты независимо от индивидуальных способностей человека. Кроме того, большинство сделанных вручную чертежей имеют неряшливый вид из-за частого стирания линий. Программные средства любой САПР позволяют быстро стереть лишние линии без каких-либо последствий для конечного чертежа.

· Возможность многократного использования чертежа.

Построение изображения всего чертежа или его части можно сохранить для дальнейшей работы. Обычно это полезно тогда, когда в состав чертежа входят составляющие, имеющие одинаковую форму. Сохраненный чертеж может быть использован для последующего проектирования.

· Ускорение расчетов и анализа при проектировании.

В настоящее время существует большое разнообразие программного обеспечения, которое позволяет выполнять практически все проектные расчеты.

· Высокий уровень проектирования.

Мощные средства компьютерного моделирования (например, метод конечных элементов) позволяют проектировать нестандартные геометрические модели, которые можно быстро модифицировать и оптимизировать, что позволяет снизить общие затраты до такой степени, которая раньше была недостижима из-за больших затрат времени.

· Сокращение затрат на усовершенствование.

Средства имитации и анализа, включенные в САПР, позволяют резко сократить затраты времени и средств на исследования и усовершенствование прототипов, которые являются дорогостоящими этапами процесса проектирования.

· Интеграция проектирования с другими видами деятельности.

Интегрированная вычислительная сеть с высококачественными средствами коммуникации обеспечивает САПР более тесное взаимодействие с другими инженерными подразделениями.

На лабораторных работах детально будет изучен один из аспектов деятельности конструктора, связанный с выполнением конструкторской документации с помощью ЭВМ в режиме использования ее в качестве «электронного кульмана» (первые четыре пункта), то есть из всех систем выделена одна – система автоматизированного выполнения инженерно-графических работ (АИГР). Здесь речь идет именно о помощи ЭВМ. Дело в том, что пользователю (конструктору, оператору и т. д.) предлагается некоторый набор тщательно разработанных средств, которые должны облегчить его работу. В конечном счете, решение остается за ним, а машина лишь обеспечивает ему возможность выбора. Исходя из вышесказанного, очевидно, что конструктор должен досконально знать правила оформления чертежно-графической документации (ГОСТы ЕСКД), свободно владеть программными средствами, необходимыми для работы, и иметь представление о составе и возможностях своего автоматизированного рабочего места (АРМ).

В настоящее время уже получили достаточно широкое распространение так называемые системы проектирования «высокого уровня», такие как Pro/ENGINEER (США), EUCLID QUANUM (Франция), к ним также следует отнести и T-FLEX CAD, СПРУТ (Россия). К системам «среднего уровня» можно отнести Mechanical Desktop (фирма Autodesk), SolidWorks (фирма SolidWorks) и др. Наконец, системы «низкого уровня» – AutoCAD, MiniCAD (США), КОМПАС (фирма АСКОН, Россия). Необходимо отметить, что приведенная градация названных систем весьма условна.

В настоящее время все перечисленные САПР обладают возможностью трехмерного и двухмерного моделирования.

Трехмерное моделирование делится на три вида:

· Каркасное, описывается с помощью точки и линии.

· Поверхностное, описывается с помощью точки, линии, поверхности.

· Твердотельное (сплошное), описывается всеми точками трехмерного объема, занимаемого телом.

Двухмерные системы

· распознают геометрические формы, определяемые точками, прямыми или кривыми только на плоскости;

· каждый вид некоторого объекта (главный вид, вид сверху и т. д.) может быть выполнен лишь как отдельная фигура, которая рассматривается системой вне связи с любыми другими видами.

Системы проекционного моделирования более примитивны, чем трехмерные, однако они довольно широко распространены, а их сравнительно малая стоимость является существенным фактором при выборе такой системы. С помощью двухмерных систем создается большинство конструкторских документов.

Все команды любой двухмерной системы (или графического редактора) можно разделить на три вида:

· команды черчения;

· команды редактирования;

· команды нанесения размеров, условных обозначений и текста (оформления чертежа).

 

7.2 Основные направления автоматизации инженерно-графических работ

 

Процесс проектирования можно разделить на ряд этапов или видов деятельности, причем порядок их описания не имеет значения, поскольку на практике постоянно происходит переход от одного вида деятельности к другому без очевидных приоритетов. В основном можно выделить следующие виды деятельности:

· создание – возможность выполнять проекционные чертежи новых изделий, которые пока не существуют;

· редактирование – возможность вносить изменения в разрабатываемые чертежи изделия по мере их возникновения;

· расчеты – на уровне типовых расчетов деталей машин;

· выбор – принятие решения, по какому пути направить разработку проекта в ущерб другим вариантам на основе технических данных (например, чертежей прототипов изделий, расчетов и т. п.);

· поиск – работа с архивами (сюда входит поиск уже существующих решений, ознакомление с историей видоизменения изделия...), причем круг выбора и поиска, как правило, ограничен прототипами конкретной отрасли.

 

7.3 Виды обеспечения САПР

 

В САПР выделяют следующие виды обеспечения:

· методическое,

· математическое,

· программное,

· техническое,

· лингвистическое,

· информационное,

· организационное.

Методическое обеспечение – документы, в которых определены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования.

Математическое обеспечение – совокупность математических методов и моделей, необходимых для выполнения процесса автоматизированного проектирования.

Программное обеспечение – совокупность программ, представленных в заданной форме, вместе с программной документацией.

Техническое обеспечение – совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств для ввода, хранения, переработки, передачи программ и данных, организации общения оператора с ЭВМ, изготовления проектной документации.

Информационное обеспечение – совокупность представленных в заданной форме сведений, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования, в том числе описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий, материалов и др.

Организационное обеспечение – совокупность документов, определяющих состав проектной организации и ее подразделений, их функции, связи между ними и комплексом средств автоматизации.