Сістэмы CAD: мэты стварэння, склад і структура

Сістэмы CAD ўяўляюць сабой сістэмы аўтаматызаванага праектавання, якія выкарыстоўваюцца для выканання разнастайных праектных працэдур з задзейнічаннем кампутарнай тэхнікі. Таксама з дапамогай такога праграмнага забеспячэння ствараецца тэхналагічная і канструктарская дакументацыя на асобныя будынкі, вырабы або будынкі. Сучасныя сістэмы CAD выкарыстоўваюцца ў самых разнастайных сферах дзейнасці сучаснага чалавека, і практычна для кожнай ёсць свой унікальны тып такіх утыліт.

Што гэта такое?

Часцяком абрэвіятуру CAD прынята лічыць стандартным англамоўным аналагам тэрміна САПР, але на самой справе гэта не зусім так. Сістэмы CAD нельга разглядаць як паўнавартасны аналаг САПР ў якасці арганізацыйна-тэхнічнай сістэмы, так як ДАСТ прыводзіць дадзенае словазлучэнне ў выглядзе стандартызаванага англамоўнага эквівалента тэрміна «аўтаматызаванае праектаванне». Такім чынам, на ангельскую мову тэрмін САПР перакладаецца больш як CAE system, але ў шэрагу замежных крыніц паказваецца, што тэрмін САЕ ўяўляе сабой абагульненае паняцце, у якое ўваходзіць прымяненне любых камп'ютэрных тэхналогій у інжынернай працы, уключаючы таксама CAM і CAD.

Навошта гэта трэба?

Сістэмы CAD выкарыстоўваюцца ў асноўным для таго, каб максымізаваць эфектыўнасць і прадукцыйнасць працы інжынераў за кошт поўнай аўтаматызацыі праектавання і далейшай падрыхтоўкі вытворчасці. Такім чынам, за кошт іх прымянення дасягаюцца наступныя перавагі:

• істотна скарачаецца тэрмін праектавання;
• скарачаецца колькасць працы, неабходнага для планіроўкі і праектавання;
• істотна зніжаецца агульная сабекошт вырабу і праектавання, што наўпрост адбіваецца на эксплуатацыйных выдатках;
• павелічэнне тэхніка-эканамічнага ўзроўню, а таксама якасці вынікаў праведзеных праектных работ;
• скарачэнне выдаткаў, неабходных для выпрабаванні і натурного мадэлявання.

У якасці ўваходных дадзеных сучасныя CAD-сістэмы выкарыстоўваюць розныя тэхнічныя веды экспертаў, якія займаюцца удакладненнем вынікаў, увядзеннем розных праектных патрабаванняў, праверкай атрыманай канструкцыі, яе змяненнем і мноствам іншых рэчаў.

Рэалізацыя сістэмы аўтаматызаванага праектавання ажыццяўляецца ў якасці комплексу прыкладных утыліт, з дапамогай якіх забяспечваецца праектаванне, а таксама далейшае чарчэнне і трохмернае мадэляванне канструкцый ці ж аб'ёмных і плоскіх дэталяў.

У пераважнай большасці выпадкаў CAD-сістэмы ўключаюць у сябе модулі мадэлявання трохмерных канструкцый, а таксама афармлення чарцяжоў і рознай канструктарскай тэкставай дакументацыі.

Класіфікуюцца ж яны ў асноўным па некалькіх параметрах:

• разнавіднасць і тып разгляданага аб'екта;
• ўзровень аўтаматызацыі працэдуры праектавання;
• складанасць ствараемага аб'екта;
• комплекснасць працэсу аўтаматызацыі;
• колькасць выкарыстоўваных дакументаў;
• характар выкарыстоўваюцца дакументаў;
• агульная колькасць узроўняў, якія будуць прысутнічаць у структуры тэхнічнага забеспячэння.

мэтавае прызначэнне

У залежнасці ад таго, якія рэалізуюцца задачы CAD-сістэм, яны падзяляюцца на некалькі груп:

• Аўтаматызацыя трохмернага або двухмернага геаметрычнага праектавання, а таксама стварэння рознай тэхналагічнай або канструктарскай дакументацыі.
• Праектаванне і далейшае стварэнне чарцяжоў.
• Вядзенне геаметрычнага мадэлявання.
• Аўтаматызацыя розных інжынерных разлікаў, правядзенне дынамічнага мадэлявання, а таксама аналізу і сімуляцыі фізічных працэсаў з наступнай праверкай і аптымізацыяй вырабаў.
• Падклас сродкаў САЕ, выкарыстоўвальных для камп'ютэрнага аналізу.
• Сродкі, прызначаныя для тэхналагічнай падрыхтоўкі вытворчага працэсу розных вырабаў, што дазваляе забяспечыць аўтаматызацыю працэдуры праграмавання і далейшага кіравання абсталяваннем з ГАПС або ЧПУ.
• Сродкі, прызначаныя для аўтаматызацыі працэсаў планіроўкі розных тэхналагічных працэсаў, якія выкарыстоўваюцца на стыку сістэм CAM і CAD.

Большасць сістэм аўтаматызаванага праектавання могуць сумясціць у сабе рашэнне розных задач, якія адносяцца да розных аспектах праектавання - гэта комплексная або інтэграваная сістэма аўтаматызаванага праектавання (CAD).

Агульнапрынятая міжнародная класіфікацыя

Сучасная класіфікацыя размяркоўвае іх на некалькі катэгорый:

• чертежной-арыентаваныя сістэмы, якія ўпершыню з'явіліся ў сямідзесятыя гады мінулага стагоддзя, але да гэтага часу могуць выкарыстоўвацца ў некаторых сітуацыях;
• сістэмы, якія ствараюць трохмерныя электронныя мадэлі аб'ектаў, за кошт чаго з'яўляецца магчымасць вырашэння розных задач, звязаных з мадэляваннем аж да працэдуры вытворчасці;
• сістэмы, з дапамогай якіх падтрымліваецца канцэпцыя поўнага электроннага апісання аб'екта.

Апошні тып уяўляе сабой тэхналогію, якая забяспечвае распрацоўку і наступную падтрымку інфармацыйнай электроннай мадэлі на працягу ўсяго яе жыццёвага цыкла, уключаючы канцэптуальнае і працоўнае праектаванне, паўнавартасны маркетынг, вытворчасць, тэхналагічную падрыхтоўку, эксплуатацыю, а таксама ўтылізацыю і рамонт.

У сучаснай тэхнічнай і вучэбнай літаратуры, а таксама розных дзяржаўных стандартах абрэвіятура САПР трактуецца як «Сістэма аўтаматызаванага праектавання», але пры гэтым найбольш дакладна тут адпавядае паняцце «Сістэма аўтаматызацыі праектных работ», але яно з'яўляецца больш цяжкім для ўспрымання, таму сустракаецца на парадак радзей . Нярэдка здараецца так, што, праводзячы праектаванне ў сістэмах CAD, можна заўважыць некарэктнае тлумачэнне «Сістэма аўтаматычнага праектавання», хоць на самай справе гэта па сваёй сутнасці памылкова. Не варта забываць аб тым, што паняцце «аўтаматычны» прадугледжвае цалкам самастойную працу сістэмы без неабходнасці ў якім-небудзь удзеле чалавека, у той час як САПР ўсё ж такі патрабуе выканання некаторых задач самім чалавекам, а поўная аўтаматыка ставіцца толькі да асобных працэдурах і аперацыях .

Не зусім дакладным з'яўляецца таксама такое паняцце, як «Праграмнае сродак аўтаматызаванага праектавання», так як яго можна назваць занадта вузканакіраваным. Вядома, на дадзены момант САПР разглядаецца выключна ў якасці прыкладнога праграмнага забеспячэння, неабходнага для правядзення праектнай дзейнасці, аднак на самай справе ў айчыннай літаратуры і розных дзяржаўных стандартах САПР разглядаецца як больш аб'ёмнае паняцце, у якое ўваходзяць не толькі праграмныя інструменты.

САПР ў стаматалогіі

Пераважная большасць сучасных стаматалагічных клінік выкарыстоўвае CAD. CAD-сістэмы ў стаматалогіі прымяняюцца для вытворчасці высакаякасных зубных пратэзаў, ужо больш чым дзесяць гадоў выкарыстоўваюцца для вырабу абатментов для імплантаў, каронак і разнастайных пратэзаў, прычым усе гэтыя вырабы адрозніваюцца хвацкім якасцю і высокай дакладнасцю. Сутнасць гэтай тэхналогіі заключаецца ў тым, што першапачаткова праводзіцца трохмернае мадэляванне стваранай канструкцыі на кампутары, і толькі потым ужо, выкарыстоўваючы праектную мадэль, ажыццяўляюць выраб на фрэзерным блоку.

Такім чынам, стаматолагі атрымліваюць масу пераваг за кошт прымянення ў сваёй працы тэхналогіі CAD. CAD-сістэмы ў стаматалогіі прымяняюцца часцей за ўсё наступным чынам:

• спачатку лекар праводзіць зняцце злепка, які потым адпраўляецца ў лабараторыю;
• пасля дастаўкі злепак змяшчаюць у спецыялізаваны сканер, які стварае мадэль будучыні вырабы;
• у справу ўступае CAD-сістэма: 3D-мадэль ператвараецца ў спецыялізаваны файл, які будзе служыць крыніцай дадзеных для фрэзернага блока;
• выкарыстоўваючы атрыманы файл, на фрэзерным блоку ажыццяўляюць вытворчасць каркаса з адмысловай нарыхтоўкі, зробленай з аксіду цырконія;
• у канчатковым выніку атрыманы каркас старанна пакрываецца керамічнай масай і запякаецца.

CAD / CAM-сістэмы ў стаматалогіі дазваляюць вырабляць каронкі з дыяксіду цырконія, якія адрозніваюцца ад металаўтрымоўвальных вырабаў масай пераваг. Самі па сабе гэтыя вырабы практычна не маюць ніякіх адрозненняў па колеры ад натуральных зубоў, бо выбар адцення ажыццяўляецца яшчэ ў працэсе вытворчасці каркаса. Далей каркас старанна пакрываецца асаблівай керамічнай масай, якая мае напаўпразрыстую і святлопранікальнай структуру, а таксама ўключае ў сваю палітру досыць шырокі спектр колераў, дзякуючы чаму атрымліваецца вырабляць каронкі, падобныя на натуральныя зубы.

Сам па сабе аксід цырконія адрозніваецца высокай биосовместимостью, нават калі параўноўваць яго з каштоўнымі металамі, і ўяўляе сабой гиппоаллергенный матэрыял, што пацверджана ў працэсе правядзення цэлага шэрагу навуковых клінічных даследаванняў. Аднак на самай справе каронкі, заснаваныя на каркасе з аксіду цырконія, з'яўляюцца далёка не адзіным выглядам вырабаў, для вырабу якіх выкарыстоўваюцца CAD / CAM-сістэмы. ЧПУ-станок на аснове такіх тэхналогій дазваляе вырабляць:

• розныя мостовідный пратэзы;
• часовыя каронкі;
• індывідуальныя абатменты.

Акрамя ўжо названага дыяксіду цырконія, падчас вырабы могуць прымяняцца самыя разнастайныя матэрыялы, уключаючы пластмасу, воск, кобальт і тытан, хром.

У чым перавагі?

Дадзеныя тэхналогіі забяспечваюць такія перавагі, як:

• максімальна магчымая дакладнасць вырабу з нязначнымі адхіленнямі;
• поўная аўтаматызацыя працэсаў вытворчасці, якая практычна цалкам выключае верагоднасць з'яўлення памылак;
• магчымасць выкарыстання цэлага шэрагу матэрыялаў;
• магчымасць правядзення працэдур мадэлявання і вытворчасці вырабаў у розных месцах;
• лімітавая прадукцыйнасць любых праводзяцца працэсаў.

САПР ў машынабудаванні

CAD-сістэма (T-FLEX CAD і іншыя) знайшла дастаткова шырокае распаўсюджанне ў галіне машынабудавання, якое адрозніваецца на тры ўзроўню - ніжні, сярэдні і верхні. Такі падзел з'явілася на рубяжы васьмідзесятых-дзевяностых гадоў мінулага стагоддзя.

Ніжні ўзровень уключае ў сябе CAD / CAM / CAE-сістэмы з невялікім коштам, якія ў асноўным арыентуюцца на 2D-графіку, то ёсць накіраваныя ў асноўным на забеспячэнне аўтаматызацыі чарцёжных работ. У якасці тэхнічнага забеспячэння лёгкіх САПР выкарыстоўваліся персанальныя ЭВМ, якія ўжо на той момант істотна саступалі па функцыянале паўнавартасным працоўных станцыях.

Сістэмы верхняга ўзроўню, або, як іх яшчэ прынята называць, цяжкія САПР, распрацоўваліся для таго, каб выкарыстоўвацца на разнастайных мэйнфрэймах або рабочых станцыях. Такія сістэмы аказаліся значна больш універсальнымі, але ў той жа час мелі і даволі высокі кошт, арыентуючыся ў асноўным на павярхоўнае і цвёрдацельнага мадэлявання. Афармленне разнастайнай чертежной дакументацыі ў іх часцяком праводзiцца праз папярэдняй распрацоўкі спецыяльных геаметрычных трохмерных мадэляў. Пасля гэтага сістэмы, у якіх функцыя 3D-мадэлявання абмяжоўвалася выключна цвёрдацельнымі мадэлямі, то ёсць якія займаюць прамежкавае становішча паміж цяжкімі і лёгкімі, атрымалі уласны, сярэдні ўзровень.

На сённяшні дзень развіццё САПР ўжо прывяло да таго, што ў большасці сістэм сярэдняга ўзроўню пачалі з'яўляцца спецыяльныя сродкі павярхоўнага мадэлявання, а функцыі, даступныя для выкарыстання ў персанальных ЭВМ, сталі таксама прымальнымі і для сучасных сістэм верхняга ўзроўню. За кошт гэтага змяніліся нават тыя прынцыпы, па якіх раней ажыццяўлялася адрозненне сярэдніх і цяжкіх сістэм. Сучасныя CAD-сістэмы цяжкага ўзроўню цяпер прынята называць CAE / CAD / CAM / PDM, гэта значыць такімі, якія адначасова ўключаюць у сябе такія магчымасці, як:

• тэхналагічнае і канструктарскае праектаванне;
• інжынерны аналіз;
• кіраванне праектнай інфармацыяй;
• пашыраны склад адмысловых праграмных модуляў.

У адрозненне ад іх, сучасныя сістэмы сярэдняга ўзроўню прынята называць mainstream, mid-range ці проста серыйнымі.

Сістэмы аднаго ўзроўню можна назваць па функцыянальных магчымасцях прыкладна раўнацэннымі, так як нейкія новыя дасягненні, якія з'яўляюцца ў пэўным праграмна-метадычным комплексе, ужо ў бліжэйшы час будуць рэалізаваны ў новых версіях іншых. У САПР буйных кампаній досыць часта прынята камбінаваць адначасова некалькі сістэм розных узроўняў. Часцяком гэта звязана з тым, што практычна ўсе працэдуры канструявання могуць праводзіцца на CAD-сістэмах сярэдняга і ніжняга узроўняў, а акрамя гэтага, цяжкія з'яўляюцца занадта дарагімі. Менавіта з гэтай прычыны прадпрыемствы купляюць ліцэнзіі праграм верхняга ўзроўню ў даволі абмежаванай колькасці, а пераважная большасць сучасных кліенцкіх баз забяспечваецца за кошт ніжняга і сярэдняга узроўняў.

Пры гэтым досыць часта здараецца так, што CAD / CAE-сістэмы могуць мець пэўныя праблемы ў плане абмену інфармацыяй паміж сабой, але падобныя бязладзіца вырашаюцца за кошт прымянення спецыяльных фарматаў і моў, прынятых у CALS-тэхналогіях, хоць для забеспячэння нескажанай перадачы геаметрычных дадзеных праз прамежкавыя уніфікаваныя мовы прыходзіцца пераадольваць некаторыя складанасці.

структура

Як і любыя іншыя складаныя сістэмы, CAD ўключаюць у сябе некалькі падсістэм, якія могуць быць праектуюцца або абслугоўваюць.

Першыя займаюцца непасрэдным выкананнем разнастайных праектных работ. У якасці прыкладу такіх можна прывесці падсістэмы трохмернага геаметрычнага мадэлявання разнастайных механічных аб'ектаў, схемотехнического аналізу, стварэння канструктарскай дакументацыі ці ж трасіроўкі злучэнняў друкаваных плат.

Абслугоўваюць падсістэмы прызначаюцца для таго, каб забяспечыць нармальную працаздольнасць праектуюць, а іх камбінацыю даволі часта сярод спецыялістаў прынята называць сістэмнай асяроддзем САПР. У якасці тыповых абслугоўваюць падсістэм часта выкарыстоўваюцца базы кіравання праектнымі дадзенымі, разнастайныя падсістэмы распрацоўкі і наступнага суправаджэння праграмнага забеспячэння CASE, а таксама навучальныя, прызначаныя для палягчэння засваення карыстальнікамі тэхналогій, рэалізаваных у CAD.

Структураванне па розных аспектах дазволіла з'явіцца відах забеспячэння САПР, якіх сёння вылучаюць ўсяго сем:

• тэхнічнае, якое ўключае ў сябе розныя апаратныя сродкі ;
• матэматычнае, якое аб'ядноўвае разнастайныя матэматычныя метады, алгарытмы і мадэлі;
• праграмнае, якое прадстаўляе сабой кампутарныя праграмы САПР;
• інфармацыйнае, у склад якога ўключаны базы дадзеных, сістэмы кіравання гэтымі базамі, а таксама мноства іншай інфармацыі, выкарыстоўвальнай у працэсе праектавання;
• лінгвістычнае, якое выяўляецца ў выглядзе моў зносін паміж ЭВМ і праекціроўшчыкамі, мовамі абмену дадзенымі паміж тэхнічнымі сродкамі CAD і мовамі праграмавання;
• метадычнае, у якое ўваходзяць разнастайныя тэхналогіі праектавання;
• арганізацыйнае, выкананае ў выглядзе службовых інструкцый, штатных раскладаў і іншай дакументацыі, пры дапамозе якой ажыццяўляецца рэгламентаванне работы праектных прадпрыемстваў.

Варта адзначыць, што ўся сукупнасць інфармацыі, якая ўжываецца ў працэсе праектавання, спецыялістамі называецца інфармацыйным фондам CAD. База даных уяўляе сабой спарадкаваную сукупнасць інфармацыі, у якой паказваюцца розныя характарыстыкі аб'ектаў і іх ўзаемасувязь ў пэўнай прадметнай вобласці. Доступ да базы дадзеных для вывучэння, запісы і наступнай карэкціроўкі дадзеных праводзіцца праз СКБД, а сукупнасць СКБД і БД прынята называць БНД, то ёсць банк дадзеных.

класіфікацыя

Сістэмы праектавання CAD / CAM класіфікуюцца па цэлым шэрагу прыкмет, такіх як дадатак, мэтавае прызначэнне, маштабы (наколькі комплексна вырашаюцца пастаўленыя задачы), а таксама характар базавай падсістэмы.

Па прыкладанням сярод найбольш папулярных і прадстаўнічых варта вылучыць наступныя групы САПР:

• якія выкарыстоўваюцца ў сферы агульнага машынабудавання (за кошт чаго іх прынята называць машынабудаўнічымі);
• якія выкарыстоўваюцца ў сферы радыёэлектронікі;
• якія выкарыстоўваюцца ў сферы будаўніцтва і архітэктуры.

Акрамя гэтага, існуе таксама досыць вялікая колькасць спецыялізаваных сістэм або выдзяляюцца ў пералічаных групах, або якія ўяўляюць сабой цалкам самастойнае адгалінаванне класіфікацыі. У якасці навочнага прыкладу можна прывесці САПР буйных інтэгральных схем, электрычных машын, лятальных апаратаў і яшчэ цэлы шэраг іншых.

Па маштабах адрозніваюцца асобныя праграмна-метадычныя комплексы, уключаючы комплекс праверкі трываласці розных механічных вырабаў паводле метаду канчатковых элементаў ці ж комплекс праверкі электронных схем, а таксама сістэмы з унікальнай архітэктурай не толькі праграмнага, але яшчэ і тэхнічнага забеспячэння.

базавая падсістэма

Тут існуюць наступныя разнавіднасці CAD:

• На аснове падсістэмы геаметрычнага мадэлявання і машыннай графікі. Такія САПР ў асноўным арыентуюцца на розныя прыкладання, у якіх у якасці асноўнай працэдуры праектавання выступае канструяванне, то ёсць дакладнае вызначэнне прасторавых формаў, а таксама ўзаемнага месцазнаходжання аб'ектаў. Менавіта таму ў гэтую групу ўваходзяць многія САПР з сферы машынабудавання, заснаваныя на базе графічных ядраў. У наш час досыць часта прынята выкарыстоўваць уніфікаваныя графічныя ядра.
• На аснове СКБД. Яны ў асноўным арыентуюцца на тыя прыкладання, у якіх ёсць магчымасць, праводзячы адносна нескладаныя матэматычныя разлікі, перапрацаваць досыць вялікі аб'ём інфармацыі. Іх часта можна сустрэць у тэхніка-эканамічных прыкладаннях, такіх як праектаванне бізнес-планаў, але пры гэтым нярэдка іх выкарыстоўваюць і ў працэсе праектавання буйных аб'ектаў накшталт шчытоў кіравання ў аўтаматычных сістэмах.

Акрамя гэтага, існуюць таксама комплексныя САПР, у якія ўваходзяць падсістэмы усіх папярэдніх відаў. У якасці характэрных прыкладаў такіх комплексных сістэм варта прывесці праграмнае забеспячэнне, якое актыўна выкарыстоўваецца ў сучасным машынабудаванні, ці ж САПР ВІС. Апошні ўключае ў свой склад СКБД і розныя падсістэмы праектавання кампанентаў, функцыянальных і лагічных схем, тапалогіі крышталяў, а таксама тэсты для аналізу прыдатнасці вырабленых вырабаў. Для таго каб забяспечыць нармальнае кіраванне такімі складанымі праграмамі, прынята выкарыстоўваць спецыялізаваныя сістэмныя асяроддзя.