Система автоматизированного проектирования

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.

Система автоматизированного проектирования. Наиболее популярная расшифровка. В современной технической, учебной литературе и государственных стандартах аббревиатура САПР раскрывается именно так.

Система автоматизации проектных  работ. Такая расшифровка точнее соответствует аббревиатуре, однако более тяжеловесна и используется реже.

Система автоматического проектирования. Это неверное толкование. Понятие «автоматический» подразумевает самостоятельную работу системы, без участия человека. А в САПР часть функций выполняет человек, а автоматическими являются только отдельные проектные операции и процедуры. Слово «автоматизированный», по сравнению со словом «автоматический», подчёркивает участие человека в процессе.

Программное средство для автоматизации проектирования. Это излишне узкое толкование. В настоящее время часто понимают САПР лишь как прикладное программное обеспечение для осуществления проектной деятельности. Однако в отечественной литературе и государственных стандартах САПР определяется как более ёмкое понятие, включающее не только программные средства.

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.

Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая:

сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

сокращения сроков проектирования;

сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Достижение этих целей  обеспечивается путем:

автоматизации оформления документации;

информационной поддержки  и автоматизации процесса принятия решений;

использования технологий параллельного  проектирования;

унификации проектных  решений и процессов проектирования;

повторного использования  проектных решений, данных и наработок;

стратегического проектирования;

замены натурных испытаний  и макетирования математическим моделированием;

повышения качества управления проектированием;

применения методов вариантного  проектирования и оптимизации.

CAM (англ. Computer-aided manufacturing) — подготовка технологического процесса производства изделий, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.

Русским аналогом термина  является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства. Фактически же технологическая  подготовка сводится к автоматизации  программирования оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) (2- осевые лазерные станки), (3- и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ; токарные станки, обрабатывающие центры; автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки; ювелирная и объёмная гравировка).

Как правило, большинство  программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.

 

Векторный графический редактор

 

Векторные графические редакторы позволяют пользователю создавать и редактировать векторные изображения непосредственно на экране компьютера, а также сохранять их в различных векторных форматах, например, CDR, AI,EPS, WMF или SVG.

Основные инструменты векторных редакторов

Кривые Безье — позволяют создавать прямые, ломаные и гладкие кривые, проходящие через узловые точки, с определёнными касательными в этих точках;

Заливка — позволяет закрашивать ограниченные области определённым цветом или градиентом;

Текст создаётся с помощью  соответствующего инструмента, а потом  часто преобразуется в кривые, чтобы обеспечить независимость  изображения от шрифтов, имеющихся (или отсутствующих) на компьютере, используемом для просмотра;

Набор геометрических примитивов;

Карандаш — позволяет создавать линии «от руки». При создании таких линий возникает большое количество узловых точек, от которых в дальнейшем можно избавиться с помощью «упрощения кривой».

Сравнение векторных и растровых редакторов

Векторные редакторы часто  противопоставляют растровым редакторам. В действительности, их возможности часто дополняют друг друга:

Векторные редакторы обычно более пригодны для создания разметки страниц, типографики, логотипов, sharp-edged artistic иллюстраций (например, мультипликация, clip art, сложные геометрические шаблоны), технических иллюстраций, создания диаграмм и составления блок-схем.

Растровые редакторы больше подходят для обработки и ретуширования  фотографий, создания фотореалистичных иллюстраций, коллажей, и создания рисунков от руки с помощью графического планшета.

Последние версии растровых  редакторов (таких, как GIMP или Photoshop) предоставляют пользователю и векторные инструменты (например, изменяемые кривые), а векторные редакторы (CorelDRAW, Adobe Illustrator, Xara Xtreme, Adobe Fireworks, Inkscape, SKI и другие) реализуют и растровые эффекты (например, заливку), хотя иногда и несколько ограниченные по сравнению с растровыми редакторами.

 

Состав и структура САПР

    По ГОСТ

Структура САПР

В соответствии с ГОСТ, в  структуре САПР выделяют следующие  элементы:

КСАП САПР — комплекс средств автоматизации проектирования САПР

подсистемы САПР, как элемент структуры САПР, возникают при эксплуатации пользователями КСАП подсистем САПР.

КСАП подсистемы САПР — совокупность ПМК, ПТК и отдельных компонентов обеспечения САПР, не вошедших в программные комплексы, объединенная общей для подсистемы функцией.

ПТК — программно-технические комплексы

компоненты обеспечения ПТК САПР

ПМК — программно-методические комплексы

компоненты обеспечения ПМК САПР

компоненты обеспечения САПР, не вошедшие в ПМК и ПТК

Совокупность КСАП различных  подсистем формируют КСАП всей САПР в целом.

 Подсистемы САПР

По ГОСТ 23501.101-87^[2], составными структурными частями САПР являютсяподсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные системы. Каждая подсистема — это выделенная по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающая выполнение некоторых функционально-законченных последовательностей проектных задач с получением соответствующих проектных решений и проектных документов. По назначению подсистемы САПР разделяют на два вида: проектирующие и обслуживающие.

Обслуживающие подсистемы — объектно-независимые подсистемы, реализующие функции, общие для подсистем или САПР в целом: обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, оформление, передачу и вывод данных, сопровождение программного обеспечения и т. п., их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР.

Проектирующие подсистемы — объектно-ориентированные подсистемы, реализующие определенный этап проектирования или группу связанных проектных задач. В зависимости от отношения к объекту проектирования, делятся на:

Объектные — выполняющие проектные процедуры и операции, непосредственно связанные с конкретным типом объектов проектирования.

Инвариантные — выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, имеющие смысл для многих типов объектов проектирования.

Примерами проектирующих  подсистем могут служить подсистемы геометрического трехмерного моделирования  механических объектов, схемотехнического  анализа, трассировки соединений в  печатных платах.

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

подсистемы управления проектными данными

обучающие подсистемы для  освоения пользователями технологий, реализованных в САПР

подсистемы графического ввода-вывода

Система управления базами данных (СУБД).

   Компоненты и обеспечение САПР

Каждая подсистема, в свою очередь состоит из компонентов, обеспечивающих функционирование подсистемы.

Компонент выполняет определенную функцию в подсистеме и представляет собой наименьший (неделимый) самостоятельно разрабатываемый или покупной элемент САПР (программа, файл модели транзистора, графический дисплей, инструкция и т. п.).^[1][2]

Совокупность однотипных компонентов образует средство обеспечения САПР. Выделяют следующие виды обеспечения САПР:

Техническое обеспечение (ТО) — совокупность связанных и взаимодействующих технических средств (ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, линии связи, измерительные средства).

Математическое обеспечение (МО), объединяющее математические методы, модели и алгоритмы, используемые для решения задач автоматизированного проектирования. По назначению и способам реализации делят на две части:

математические методы и  построенные на них математические модели;

формализованное описание технологии автоматизированного проектирования.

Программное обеспечение (ПО). Подразделяется на общесистемное и прикладное:

прикладное ПО реализует математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Включает пакеты прикладных программ, предназначенные для обслуживания определенных этапов проектирования или решения групп однотипных задач внутри различных этапов (модуль проектирования трубопроводов, пакет схемотехнического моделирования, геометрический решатель САПР).

общесистемное ПО предназначено для управления компонентами технического обеспечения и обеспечения функционирования прикладных программ. Примером компонента общесистемного ПО является операционная система.

Информационное обеспечение (ИО) — совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, комплектующих изделий и их моделей, правил и норм проектирования. Основная часть ИО САПР — базы данных.

Лингвистическое обеспечение (ЛО) — совокупность языков, используемых в САПР для представления информации о проектируемых объектах, процессе и средствах проектирования, а также для осуществления диалога проектировщик-ЭВМ и обмена данными между техническими средствами САПР. Включает термины, определения, правила формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания.

В лингвистическом обеспечении  выделяют класс различного типа языков проектирования и моделирования (VHDL, VERILOG, UML, GPSS).

Методическое обеспечение (МетО) — описание технологии функционирования САПР, методов выбора и применения пользователями технологических приемов для получения конкретных результатов. Включает в себя теорию процессов, происходящих в проектируемых объектах, методы анализа, синтеза систем и их составных частей, различные методики проектирования. Иногда к МетО относят также МО и ЛО.

Организационное обеспечение(ОО) — совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, организационную структуру объекта и системы автоматизации, деятельность в условиях функционирования системы, форму представления результатов проектирования… В ОО входятштатные расписания, должностные инструкции, правила эксплуатации, приказы, положения и т. п.

В САПР как проектируемой  системе выделяют также эргономическое и правовое обеспечения.^[1][3]

Эргономическое обеспечение объединяет взаимосвязанные требования, направленные на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических характеристик и возможностей человека с техническими характеристиками средств автоматизации и параметрами рабочей среды на рабочем месте.

Правовое обеспечение состоит из правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании САПР, и юридический статус результатов её функционирования.

  Классификация САПР

 По ГОСТ

ГОСТ 23501.108-85^[15] устанавливает следующие признаки классификации САПР:

тип/разновидность и сложность объекта проектирования

уровень и комплексность автоматизации проектирования

характер и количество выпускаемых документов

количество уровней в структуре технического обеспечения

   Классификация САПР с использованием английских терминов

В области классификации  САПР используется ряд устоявшихся  англоязычных терминов, применяемых  для классификации программных  приложений и средств автоматизации  САПР по отраслевому и целевому назначению.

По отраслевому назначению

MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроение, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);

EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем,печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);