Системы автоматизированного проектирования – что это такое и зачем используется САПР

Если попытаться истолковать простым и доступным языком, что собой представляют эти чрезвычайно сложные для людей без высшего технического образования системы, получится следующее — это современный переход инженерных чертежей, от бумажных к электронным. С бурным развитием компьютерных технологий, отпала необходимость создания технической документации в ручном формате. Что позволило, кроме всего прочего, избежать неточностей и просчетов, а также намного ускорило и упростило сам процесс подготовки цифровых проектов.

Что собой представляет САПР

Используя техническую терминологию САПР – это комплекс автоматизированных систем с функцией проектирования, для реализации информационных технологий (чертежей, схем, сложных диаграмм и пр.). Ядро комплекса, представляет собой своеобразное программное обеспечение, заключающееся в разветвленной организационно-технической системе, автоматизирующей процессы проектных решений. Возможности ее, однако, ограничены, без использования всех средств для решения поставленных задач. А это – совокупность обслуживающего персонала, технических наработок проекта, и самой программы (запущенного процесса), для обработки и преобразования полученных данных в полноценный проектный план.

Сложности с расшифровкой аббревиатуры

Для лучшего понимания, что такое на самом деле САПР, в чем состоит назначение и каковы рабочие функции, следует сначала разобраться в толковании сокращенного названия. Может показаться странным, но существует несколько вариантов расшифровки, большинство из которых уводят по ложному пути:

1. Часто, в технической литературе ее называют – программным средством для создания автоматизированного проектирования. По смыслу такое толкование близко к истине, но слишком растянутое в контексте, и одновременно слишком узкое в определении вопроса. Другими словами – это прикладное специализированное ПО, а единственная роль его, заключается в проектной деятельности, осуществляющейся при помощи автоматизированных процессов. Это слишком сложное для понимания и не совсем верное определение, учитывая, что САПР это не обычная программа, а комплекс средств.
2. В других источниках расшифровка представляет его системой автоматического проектирования. Коротко, емко, но в корне неверно, с допущением грубейшей ошибки в толковании. Здесь путаются главные понятия, в словосочетании «автоматического», то есть, самостоятельного системного процесса, без всякого подключения человеческого фактора. В общей системе САПР за определенную часть ее работы отвечает именно персонал, без него она не может обойтись, что подчеркнуто понятием «автоматизированный». А автоматическими, является лишь отдельные операции в работе, ложащиеся непосредственно на систему.
3. Дословная расшифровка – система автоматизации проектных работ или система автоматизированного проектирования. Это наиболее правильное и точное определение, полностью соответствующее и аббревиатуре и смыслу в нее заложенному. Но оно считается излишне тяжеловесным, а потому, редко используется даже в технической литературе, разве только, в виде дословного толкования.
4. Для определения и расшифровки чаще всего используется словосочетание – система автоматического проектирования. Это не совсем соответствует аббревиатуре, но полностью отражает ее смысл и легко в употреблении, поэтому применимо и в технической, и в прикладной литературе. Используется такое толкование и в ГОСТ.
5. В англоязычном варианте, CAD — computer-aided design, имеет тот же смысл что и в русскоязычном, но в дословном переводе несколько отличается. Английский вариант подчеркивает применение компьютерных технологий, участвующих в процессе проектирования. Нельзя сказать что это неверно, все так, но тут как и с точным переводом на русском языке – излишняя словоформа, и без того понятно, что без этого не обойтись.

Краткий экскурс в историю

Самое интересное в том, что разработка САПР началась еще в 1945 г., задолго до наступления компьютерной эры, а разные этапы ее создания велись на протяжении 70-ти лет. Как в большинстве подобных случаев, это был исключительно военный проект научно-исследовательских организаций ВПК США. Целью было создание системы аппаратно-программного комплекса, способного в автоматизированном режиме управлять средствами противовоздушной обороны. Первый из таких комплексов поступил на вооружение уже в 1947 г., но как опытный образец, а работы продолжались и дальше.

Поначалу это были примитивные электронные радиотехнические средства, какими они оставались до конца 60-х гг. Примерно к этому времени к созданию собственного проекта приступили и в СССР, первые советские образцы тоже не впечатляли техническими возможностями, и постоянно совершенствовались. Первый прототип по-настоящему автоматизированной графической системы увидел свет в 1963 г., это был знаменитый Sketchpad – детище профессора Сазерленда. А первый полноценный САПР выпустила компания «Autodesk» в 1982 г. представившая свой продукт – AutoCAD, ставший «дедушкой» всех современных систем автоматизированного проектирования.

Цели, возможности и применение

Разработки собственно САПР преследуют исключительно мирные цели, направленные на повышение эффективности труда работников технических отделов (инженеров, конструкторов, проектировщиков). Возможности для этого предоставляет сам человек, взаимодействующий с вычислительной электроникой, и эта связка способна решать поставленные задачи, на разных стадиях проектирования, с последующей подготовкой производства. Способствуют в достижении этого следующие сопутствующие факторы:

• многократно облегченный и упрощенный производственный процесс планирования;
• снижение конечных сроков готовых к реализации базовых проектов;
• улучшение показателей качества проектирования на каждом отдельно взятом этапе;
• сокращение статьи затрат на моделирование и тестирование ввиду отсутствия доработок;
• существенное сокращение затрат за счет отсутствия эксплуатации большого числа сотрудников.

Подобные преимущества, это результат достоинств и эффективности элементов автоматизированной системы. В частности:

• информационной базы данных, включенной в структуру программного обеспечения;
• функции автоматического сбора и классификации сопутствующей документации;
• системных возможностей для конструирования с одновременным моделированием;
• режима тестирования конечного проекта с функцией математических вычислений;
• функции сбора и классификации оптимального управления предприятием;
• архива с оптимальными решениями моделирования при минимизации затратной части;
• библиотек с примерами готовых решений, включенных в структуру программного обеспечения.

Составляющая часть и структура

По государственным стандартам, структура САПР включает комплекс элементов, считающихся отдельными составляющими, но в работе взаимодействующих между собой:

1. КСАП (Комплекс Средств Автоматизации Проектирования), состоящий из ряда собственных подсистем, а также некоторых входящих непосредственно в САПР. Но включены они в общий комплекс не на постоянной основе, а на периодической, в момент их эксплуатации, кроме тех, что не вошли в программный комплекс системы и объединяются общей функцией.
2. ПТК (Программно-Технический Комплекс), назвать его самостоятельным достаточно сложно, все компоненты заключенные в этом комплексе, направлены на обеспечение САПР. Он осуществляет инженерный анализ, и проводит расчет полученных данных. А вот функций работающих самостоятельно как у КСАП не имеет, но может эксплуатироваться им.
3. ПМК (Программно-Методический Комплекс), так же как и предыдущий, включает в себя только компоненты, обеспечивающие общую систему. Имеет встроенный модуль с управленческими функциями, контролирующими деятельность и ПТК, и КСАП, точнее их результат. Также может эксплуатироваться последним, но при этом и сам использует подсистемы.

Важной составляющей частью структуры САПР, являются включенные в нее подсистемы, наделенные системными свойствами, выделенные при создании как самостоятельные элементы. В этом САПР можно сравнить с пчелиными сотами, состоящими и ячеек-подсистем – неотъемлемых от общего тела и взаимозависимых между собой. Каждая ячейка отвечает за выполнение и обеспечение определенных функций и задач, обладая набором собственных проектных решений и документацией, для этого предназначенной. Все подсистемы распределены на 2 основных вида назначений:

1. Обслуживающие – отвечают за поддержку функциональных возможностей всех основных компонентов проектирования, входящих в общую систему, являясь своеобразной оболочкой САПР. Данные подсистемы обеспечивают трафик данных и их обработку, оформление, в ведении также находится и программное обеспечение, его поддержка и сопровождение.
2. Проектирующие – отвечают за реализацию проектов на определенных этапах, или за группу связанных между собой общими задачами. По ориентации, относительно объекта находящегося в проектировании, подразделяются на 2 категории:
   • объектные – предназначающиеся для выполнения проектных процедур и операций, при наличии прямой связи с конкретными типами среди объектов;
   • инвариантные – им отводятся выполнение тех же процедур и операций, только унифицированных, представляющих смысл для большинства типов объектов.

Обслуживающие компоненты

Компоненты, являются частью общей структуры и составляющими подсистем, выполняя собственные задачи в их функциональности. Они замыкают иерархическую цепочку и не делятся на элементы, оставаясь однородными, при этом полностью автономными и независимыми от других структурных составляющих. Компоненты во многом похожи на приложения и расширения, их так же можно устанавливать самостоятельно. Они разнообразны по назначению, но объединяются в группы по конкретному типу, образуя расширенные средства обеспечения и обслуживания САПР:

• технические – совокупность компонентов, связанных в технической сфере (средства связи, сетевые, периферийные, измерительные устройства и приборы);
• математические – компоненты, объединенные математическими методами, представленные также моделями и алгоритмами для выполнения задач в проектировании;
• программные – прикладные, с пакетами программ, решающих задачи внутри отдельных этапов и общесистемные, обеспечивающие их полноценное функционирование;
• информационные – содержащие базу данных и архив с описанием стандартных процедур и решений, сведений о комплектациях, моделях и нормах;
• лингвистические – языковая база, включающая терминологию и представляющая информацию об объектах, находящихся в проектировании и предоставляемых для этого средствах;
• методические – содержат теорию процессов, методику для анализа и системного синтеза, с описанием функциональной технологии и методики выбора приемов;
• организационные – состоят из системной документации, содержащей расписания для штата, инструкции для должностных лиц, определенные правила, приказы и положения.

Классификация и виды

Государственный стандарт определяет классификацию САПР по таким признакам:

• по определенным типам или разновидностям, с учетом сложности представляющей объектами проектирования;
• по их уровню, включительно с комплексностью, направленными на все без исключения элементы автоматизации;
• по характеру, содержанию и количественным объемам выпускаемой документации, и проделанной работе в целом;
• по количеству достигнутых уровней в структурной части технического и системного обеспечения.

Параллельно с этим, классификация происходит по видам CAD-программ:

• по назначениям целевой отрасли;
• по предназначению для использования;
• по общим объемам и масштабам;
• по формам ведущих подсистем.

Разновидности программ

В большинстве, программное обеспечение для САПР мало чем отличается между собой, сохраняя то же наполнение и те же принципы. Основные отличия, проявляются в зависимости от применимой отрасли производства:

1. MCAD – объединяет машиностроительную отрасль в целом, независимо от уровня сложности разработок. От схемы простейшего кухонного комбайна, до платформ для запуска межгалактических зондов.
2. ECAD – поддерживает сферу радиоэлектроники на всех этапах разработок. Начиная отдельными элементами, в виде плат и микросхем, заканчивая проектами, состоящими из тысяч таких деталей.
3. CAAD – охватывает задачи архитектурно-строительного направления любой сложности, в чем бы они не выражались. Как, например, возведение отдельных зданий и целых комплексов, или прокладка путей сообщения.

 

Для них существует собственная классификация, определяющаяся по целям использования, повторяющая состав и структуру англоязычного САПР:

• CAD – включает создание проектов, чертежей и схем;
• CAE – отвечает за процессы расчетов и аналитики;
• CAM – осуществляет управленческие функции.

Принципы разработки

Работа на базе средств автоматизированного проектирования, чрезвычайно сложна, несмотря на относительно небольшую энергозатратность и ресурсоемкость. Она требует не только знаний и высокой квалификации, это сам по себе сложный процесс, требующий трудовых и финансовых затрат на реализацию проекта. Его окупаемость зависит от множества факторов, как внешних, так и внутренних, оказывающих непосредственное влияние на эффективность разработки. Она объединяет основные принципы, утвержденные государственным стандартом, выраженные:

• в унификации;
• в комплексности;
• в открытости;
• и интерактивности.

Что представляют собой эти принципы, следует рассмотреть детально.

Унификация

Принципы унификации широко используются в разработках, независимо от их направления и отрасли, начиная от начальных стадий и до пользования инфраструктурой, причем, внедряются и на определенных этапах. Если неуклонно следовать им, различные решения одинаковой эффективности и близким по определению алгоритмам применимы в любых производственных отраслях.

Заключается принцип унификации в осведомленности обслуживающего персонала, располагающего широкими познаниями в узкоспециализированной сфере производства, но способного применить его и в совершенно чуждых условиях. Это не подразумевает насильственной эксплуатации, все процессы имеют одинаковые принципы и свою специфику, а умение приспособить знания и адаптировать их в однотипной среде – это и есть основной принцип унификации. Это касается не только человеческого фактора, поскольку процесс автоматизированный, соответственно, данный принцип распространяется и на саму CAD-систему.

Комплексность

Комплексный подход как принцип разработки, важен во многих аспектах автоматизированного процесса. Во-первых, он в немалой степени обеспечивает конкурентоспособность конечного продукта. А во-вторых, оказывает непосредственное влияние на объемы его реализации, путем продвижения на новые рынки сбыта. С экономической точки зрения, этот принцип можно было бы считать основным, он отвечает всем требованиям достижения быстрой окупаемости затратной части, используемой на производство.

Но с точки зрения самой структуры САПР, он не может быть автономным, и как следствие, нельзя делать на него весь упор – он во многом зависит от других принципов, и не всегда отвечает их требованиям, а иногда действует в ущерб открытости. Как и предыдущий, комплексность характеризуется приспособленностью, но в этом случае, она касается больше системы, чем персонала, способного принимать только установленные управленческие решения. Выражен принцип в наделении продукта компонентами, позволяющими решать задачи на независимых друг от друга стадиях производства, то есть, сделать состоятельным еще до реализации проекта.

Открытость

Принцип открытости можно воспринимать по-разному, да и возможностей для интерпретации в нем предостаточно. Но характерная его черта, в любой из представленных форм – взаимосвязь всех сторон структуры, формирующаяся в основном между производителем и пользователем, в процессе привлекая другие элементы их окружающие, осуществляя обратную связь. На наглядном примере, можно выразить основы этого принципа так: персонал, использующий в разработке автоматизированную систему, имеет с ней прямую взаимосвязь, потому что работает с ней в связке.

В случае сбоев или неполадок в рабочем процессе, информация об этом поступает к разработчикам, анализирующим стадии производства для поиска комплексного решения, а это прямой путь не только к устранению проблемы, но и к совершенствованию механизма, а как следствие и конечного продукта. Разработчики, в свою очередь, передают техническую документацию с результатами проделанной работы бренду-производителю, добавляющему ее в схемы новых версий системы. Таким образом, одна, казалось бы, незначительная деталь, задействует всех участников и имеет позитивные последствия.

Интерактивность

Принцип интерактивности, относится к важнейшим элементам общей цепи в разработке, на него возложены ответственные задачи и функции. Он создает условия для максимально упрощенной коммуникации между всеми пользователями, посредством интерфейсов, и обеспечивает взаимодействие различных системных модулей, при формировании производственной инфраструктуры, фактически не вмешиваясь непосредственно в процесс разработки.

С технической стороны он имеет тесную взаимосвязь с принципом унификации, что в равной степени повышает их эффективность в общей связке. Хотя они и независимы друг от друга, но в моменты проведения интерактивных процедур, имеет большое значение обмен данными между различными субъектами, для взаимодействия в их работе. Собственно, только за счёт принципа интерактивности налаживается эффективное решение почти всех задач производства, применимых в системе автоматизированного проектирования.

Критерии выбора САПР

Критериев такого выбора можно назвать немало, получится внушительный список, однако этого делать нет смысла, учитывая, что они кардинально меняются в зависимости от назначения такого софта. Прежде всего, нужно принять во внимание уровень сложности решаемых задач и их объема, то, каким должен быть конечный продукт, сроков, отведенных на выполнение работ и всего, что с этим связано. Ну и, конечно же, выбор зависит от самого пользователя, не его предпочтений или чутья, а квалификации, насколько хорошо он знаком с работой и особенностями системы автоматического проектирования. А в остальном, следует обращать внимание только на следующие показатели:

1. Функциональные возможности – в этом плане важен только уровень решаемых задач, обычно их 3: легкий, средний и высокий. Легкие, (двумерные) самые распространенные из систем, их возможности направлены на выпуск технических документов, предназначенных для конструирования, разных этапов разработки и оформления. Средние, (трехмерные) они намного функциональнее, удобнее и популярнее предыдущих, используются для изготовления виртуальных прототипов, последующего анализа, создания программ. Относящиеся к высоким, (трехмерные) не отличаются удобством и сложные в восприятии, но обладают расширенными функциональными возможностями и содержат множество полезных приложений.
2. Удобство интерфейса – является определяющим в выборе, от этого зависит адаптация новых пользователей. Лучшими считаются разработки от Windows, с ее неизменным компонентом — Microsoft Office, наиболее удобный пакет для оформления, в том числе и в данном случае. Предпочтение им отдают миллионы пользователей, за быстрое достижение поставленных результатов, полный комплект необходимых инструментов и функций.
3. Локализация и стандартизация – одно из первых, на что нужно обращать внимание при выборе – наличие русскоязычного интерфейса и соответствует ли продукт государственным стандартам. Это важно в работе, незнание английского языка, в случае отсутствия русского, делает такой софт совершенно бесполезной тяжеловесной обузой для жесткого диска. Это же касается и отсутствия возможности выпускать документацию по ГОСТу.
4. Наличие дополнительных приложений – не менее важная деталь, скупая программная база, это ограниченная функциональность в работе и необходимость устанавливать специализированные приложения самостоятельно. Даже если они не имеют смысла на текущий момент, то в будущем могут пригодиться, избавить от лишних трат и поисков.
5. Инсталлированная база – то, на что мало кто обращает внимание, а между тем, это не просто информация о разработчике и фирме изготовителе, это доступ к команде специалистов, способных оказать неоценимую помощь и поддержку. В случае каких-либо вопросов или сложностей в работе, всегда можно обратиться в техническую службу или даже к людям, принимавших участие в создании софта.

Требования к компьютеру

Новые компьютеры совместимы с любыми периферийными устройствами, и обладают большим объемом оперативной памяти. А последнее, единственное, что имеет значение для установки программ САПР, никаких других требований у них нет. Что касается стареньких устройств, то и с ними не будет сложностей, если только и без того скудная память не перегружена ворохом папок и файлов. Следует учитывать только это, и то, что подобный софт достаточно тяжеловесен, объем свободного места на диске должен быть не меньше 6 Гб.

Лучшие САПР-программы для проектирования

Если еще лет 20 назад подобные программы были большой редкостью, за исключением доминирующей продукции компании Autodesk и некоторых других, не отличающихся функциональными возможностями, то сейчас рынок ими буквально переполнен. Такое положение только на руку пользователей, конкуренция позволила существенно снизить заоблачные цены, существовавшие в недавнем прошлом. Из-за чего приобретать их могли себе позволить только крупные корпорации. Теперь, программы САПР доступны и простым пользователям, что предоставляет для них большие возможности, особенно когда есть из чего выбирать. Но нужно все же признать, что большинство из них, это низкопробный продукт, не отвечающий ни ГОСТу, ни заявленным качествам, однако всегда остается старый, добрый софт для проектирования в лице неизменных лидеров в этой сфере.

Автокад

До недавнего времени, был гегемоном среди себе подобных, успевшим пройти 22 стадии обновлений и усовершенствований, а потому, хоть и утратил первую строчку в рейтинге, но остается одним из лучших и самым распространенным из всех. AutoCAD относится к легкому уровню, но в отличие от других базовых, способен выполнять проектирование в двумерной и трехмерной среде. Продукт отвечает всем мировым стандартам, имеет 18 вариантов интерфейса, включительно с русскоязычным и несколько тысяч всевозможных надстроек, компонентов и модулей.

С его помощью легко создавать и оформлять чертежи любой сложности, трехмерные модели, к тому же он является платформенным, то есть не привязанным к определенной ориентации, благодарю чему, работает со всеми проектными решениями. В равной степени Автокад подходит и для архитектурных расчетов, и создания проектов в сфере машиностроения.

NanoCAD

Продукт молодой, но успевшей найти множество почитателей. Отечественная компания «Нанософт», совершила технологический прорыв всего за 10 лет, выйдя в рейтинг лучших мировых производителей. Представлен двумя базовыми версиями – nanoCAD (распространяющейся бесплатно) и nanoCAD Plus (распространяется на коммерческой основе). Возможно бесплатный вариант, это ловкий ход, благодаря которому за столь короткий промежуток времени он и добился такой популярности, но продукт действительно заслуживает внимания и без всяких уловок.

Основное направление деятельности – разработка и выпуск технической документации, с этим он справляется на отлично. Имеет удобный интерфейс с поддержкой формата DWG и прямое соотношение с многими себе подобными программами, благодаря чему ему открыт доступ в библиотеку Teigha с заготовленными схемами.

ZWCAD

Последнее время все чаще называемый «полноценной заменой Автокада» продукт компании ZWSOFT обращает внимание рядом достоинств. В частности, это кардинально новая разработка ПО, быстро завоевывающая новые рынки и новых потребителей. В последней версии остался только старый удобный интерфейс, и почти до не узнавания изменилось меню, ставшее более расширенным.

Укомплектован базовым набором инструментов, всем необходимым для инженеров-проектировщиков, с множеством дополнительных модулей и рядом новых функций. Возможность интеграции с многим программным обеспечением, включая и главного конкурента, с поддержкой наиболее популярных форматов для сохранения технической документации. Среди прочих достоинств можно выделить и невысокую цену ZWCAD, и возможность скачать тестовую версию на официальном сайте компании.

Компас

Является самым старым и заслуженным отечественным продуктом, с почти 30-ти летней историей. Сейчас выпускается компанией «Аскон» одновременно в 6-ти разных редакциях, отличающихся функциональными возможностями и направлениями в проектировании, но поддерживающими одни базовые принципы. Основное назначение – создание трехмерных моделей, с ассоциативным рядом для отдельно взятых элементов конструктивного образца.

Благодаря включенной в структуру параметрической технологии, есть возможность в течение короткого времени создавать типовые модели, с применением образцов и прототипов спроектированных раньше. Программа включает многочисленные функции, призванные облегчить решение задач, связанных с обслуживанием в момент производства. Осуществляется поддержка 3-D моделирования, с модулем формирующим спецификации, а главное достоинство Компаса представлено собственным математическим ядром.

Сейчас на рынке можно встретить самый разнообразный софт подобного рода, современный и многофункциональный. Такие программы, кардинально отличаются между собой, по качеству, по стоимости, и по другим критериям, они похожи лишь общим назначением, но по-настоящему похожих, между ними нет. Выбрать что-то подходящее для себя достаточно непросто, единственное, что поможет принять правильное решение, это потребности предприятия, поставленные задачи и быть может, острая необходимость в собственной системе автоматизированного проектирования.