Программное обеспечение САПР

программ для технологического оборудования с числовым программным  управлением (ЧПУ), моделирование процессов  обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для определенных типов оборудования с ЧПУ (NC - Numerical Control), расчет норм времени обработки. Особенно вестимы (к 1999 г.) следующие CAE/CAD/CAM-системы, предуготовленные для машиностроения. «Трудные» системы (в скобках указана фирма, разработавшая либо распространяющая продукт): Unigraphics (EDS Unigraphics); Solid Edge (Intergraph); Pro/Engineer (PTC - Parametric Technology Corp.), CATIA (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, нынче входит в PTC) и др.

«Легкие» системы: AutoCAD (Autodesk); АДЕМ; bCAD (ПроПро Группа, Новосибирск); Caddy (Ziegler Informatics); Компас (Аскон, С.Петербург); Спрут (Sprut Technology, Набережные Челны); Кредо (НИВЦ АСК, Москва).

Системы, занимающие промежуточное  расположение (среднемасштабные): Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (Топ Системы, Москва) и другие. C ростом вероятностей персональных КОМПЬЮТЕРА (-ОВ) грани между «тяжелыми» и «легкими» CAD/CAM-системами понемножку стираются.

2 Обзор САПР

2.1 Сложные САПР

Обычно, продукты САПР для машиностроения поделены на 3 класса: весомый, средний и легкий. Такая систематизация сложилась  исторически, и правда теснее давным-давно идут разговоры о том, что грани между классами вот-вот сотрутся, они остаются, потому что системы по-бывшему различаются и по цене, и по функциональным вероятностям. В итоге теперь в этой области имеется несколько сильных систем, так сказать «Гигантов» мира САПР, стабильно прогрессирующие продукты среднего класса и получившие массовое распространение недорогие «легкие» программы. Имеется и так называемая «внеклассовая прослойка социума», роль которой исполняют разные специализированные решения.

Компьютерная спецтехнология призвана не автоматизировать обычно существующие технологические звенья (потому что это обыкновенно не дает какого-нибудь результата, за исключением некоторого метаморфозы условий труда), а твердо изменить саму спецтехнологию проектирования и производства изделий. Только в этом случае дозволено ждать значительного сокращения сроков создания изделий, снижения расходов на каждый жизненный цикл изделия, возрастания качества изделий.

Раньше каждого, применительно  к созданию трудных изделий машиностроения, в основе организации компьютерной спецтехнологии лежит создание полного электронного макета изделия, потому что именно создание трехмерных электронных моделей, адекватных реально проектируемому изделию, открывает грандиозные вероятности для создания больше добротной продукции (исключительно трудной, наукоемкой продукции) и в больше сжатые сроки.

В идеале в процессе проектирования и производства трудных и многокомпонентных  изделий все участвующие в  проектировании обязаны, работая единовременно и отслеживая работу друг друга, создавать сразу на компьютерах электронные модели деталей, узлов, аппаратов, систем и каждого изделия в совокупности (Приложение Б).

При этом единовременно решать задачи концептуального нужно проектирования, всевозможных видов инженерного обзора, моделирования обстановок, а также компоновки изделия и образования внешних обводов. Не дожидаясь полного окончания разработки нового изделия, эту информацию следует применять для технологической подготовки производства как такового. Помимо того, нужно автоматизировано руководить и всеми создаваемыми данными электронной модели (то есть конструкцией изделия), и самим процессом создания изделия, и к тому же иметь вероятность руководить конструкцией процесса создания изделия.

Для реализации именно компьютерной спецтехнологии проектирования и производства обязаны использоваться системы автоматизированного проектирования инженерного обзора и технологической подготовки производства (CAD/CAE/CAM) высшего яруса, а также системы управления планом (PDM - Product Data Management).

Что такое система CAD/CAE/CAM высшего яруса? Это такая система, которая, во-первых, обеспечивает каждый цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации, а во-вторых (и  это самое основное), создает проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия с цельной виртуальной электронной моделью этого изделия (Приложение Б, рис. 2).

На Западе эта организационная  философия обозначается аббревиатурой CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment), что дозволено перевести как «Цельная среда создания изделия от идеи до реализации». По существу, именно то, в какой степени система реализует указанную философию, и определяет ярус системы. Руководствуясь такой доктриной, дозволено круто сократить цикл создания изделия, повысить технический ярус планов, избежать нестыковок и ошибок в изготовлении оснастки и самого изделия вследствие тому, что в сходственном случае все данные взаимосвязаны и контролируемы.

В текущее время на рынке  осталось лишь три САПР верхнего ценового класса - Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее совместно с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Прежде сильных системы было огромнее, но позже череды слияний и поглощений компаний, число пакетов сократилось.

Упомянутые  компании - лидеры в области САПР, а их продукты занимают львиную долю рынка в денежном выражении. Основная специфика «тяжелых» САПР - обширные функциональные вероятности, высокая  эффективность и устойчивость работы - все это итог долгого становления. Впрочем, эти системы немолоды - CATIA возникла в 1981 г., Pro/Engineer - в 1988 г., а Unigraphics NX, правда и вышла в 2002 г., является итогом слияния 2-х крайне почтенных по усилюсь систем - Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в итоге получения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства 3D - моделирования твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного обзора и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Помимо того, все три подрядчика предлагают для своих САПР системы управления инженерными данными (PDM), разрешающие руководить каждой конструкторско-технологической документацией и предоставлять добавочные данные, экспортированные из других корпоративных систем, из справочников и нормативных источников. 
Невзирая на то, что Трудные системы стоят гораздо подороже своих больше «легких» собратьев (десятки тысяч баксов за одно рабочее место), затраты на их получение окупаются, исключительно когда речь идет о трудном производстве, скажем машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Впрочем больших заказчиков, способных платить за САПР миллионы баксов не так много. По словам аналитиков, данный секция рынка теснее фактически интенсивен и поделен между «китами» индустрии. Теперь изготовители средств автоматизации проектирования возлагают веры на предприятия среднего и малого бизнеса, которых значительно огромнее, чем индустриальных гигантов. Для них предуготовлены системы среднего и легкого классов.

2.2 Средний класс САПР

В мире САПР средний  класс появился позже 2-х остальных - в начале 90-х. До этого средствами 3D - моделирования твердотельного моделирования владели лишь дорогие Трудные системы, а легкие программы служили для двумерного черчения. Средние САПР заняли промежуточное расположение между тяжелым и легким классами, унаследовав от первых трехмерные параметрические вероятности, а от вторых - невысокую цену и ориентацию на платформу Windows. Они произвели революционный переворот в мире САПР, открыв небольшим конструкторским организациям путь для перехода от двумерного к трехмерному проектированию (Приложение Б).

Значимую роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые возникли в начале 90-х годов и теперь применяются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его подмогой геометрические данные применяются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. В текущее время Parasolid принадлежит фирме EDS, а ACIS - компании Dassault, которые продают лицензии на их применение каждом желающим. Таких желающих много - эти ядра составляют основу больше сотни САПР, а число проданных лицензий перевалило за миллион. Триумф внятен - чай применение готового ядра освобождает создателей системы от решения трудоемких задач твердотельного моделирования и дозволяет сосредоточиться на пользовательском интерфейсе и других функциях. Однако, это не значит, что все САПР среднего класса возведены на базе этих механизмов. Многие компании ценят автономность и выбирают разрабатывать личные «движки». 
К среднему классу аналитики относят системы стоимостью порядка 5-6 тыс. долл. за рабочее место (цены в США). Для сопоставления: у тяжелых САПР рабочее место обходится приблизительно в 20 тыс. долл., но в последнее время подрядчики выпустили облегченные версии продуктов, которые стоят дешевле.

По прогнозу аналитической компании Daratech <http://www.daratech.com/> рост среднего класса будет продолжаться, и предполагается, что до 2008-го рынок будет возрастать на 11% в год. Повод такой правильной динамики состоит в энергичном притоке новых пользователей из обоих смежных лагерей - тяжелых и легких систем. Так, по словам аналитиков, теперь становится все огромнее изготовителей, недовольных слабой окупаемостью своих инвестиций в дорогие продукты и ищущих больше недорогие варианты. С иной стороны, глобализация, нарастание соперничества и спад мировой экономики принуждают малые и средние предприятия переходить c двумерных САПР на трехмерные, дабы ускорить выпуск новых изделий в продажу и повысить их качество. Процесс перехода подстегивает совершенствование совместимости между 2D- и 3D-системами и увеличение превосходств САПР среднего класса для возрастания продуктивности труда (Приложение Б).

У средних САПР теперь существует обширный круг возможных покупателей, и они свободно либо под давлением рынка будут обязаны рано либо поздно их внедрить. На руку “середнякам” играет и растяжение функциональных вероятностей этих продуктов. В итоге у предприятий, которые хотят получить верный инструмент для 3D - моделирования моделирования, но могут обойтись без высокоразвитых средств тяжелых САПР, возникли добавочные варианты для выбора ПО. Чай прежде подрядчики утверждали, что средние САПР владеют 80% функций тяжелых продуктов, а их цена составляет каждого 20% от стоимости дорогих систем. Сейчас, считают аналитики из Daratech, по вероятностям “середняки” приближаются к 90%, а по стоимости - к 50%.

Абсолютно, даже данный 10%-ный обрыв невозможно сбрасывать со счетов. Скажем, предприятиям автомобильной и авиакосмической промышленности весьма нужен передний функционал, принадлежащий только “тяжеловесам”. Следственно отличие между этими двумя классами существует и сохранится в течение обозримого грядущего, потому что разработчики и тех и других систем не сидят сложа руки, а будут и отныне совершенствовать свои продукты. Пионером в области средних САПР стала компания SolidWorks. В 1993 г. она представила одноименный продукт, владеющий трехмерным геометрическим ядром, тот, что, по заявлению создателей, по вероятностям приближался к механизмам твердотельного моделирования тяжелых систем, но стоил значительно дешевле. Скоро примеру первопроходца последовала фирма Solid Edge, выпустившая одноименную САПР, а после этого и Autodesk. Она вначале разработала трехмерную программу Mechanical Desktop на базе двумерной AutoCAD, а после этого сделала новое ПО Inventor. Помимо этих систем на рынке есть много других САПР среднего класса, скажем think3, Cadkey, Alibre. Есть среди них и русские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему КОМПАС на базе собственного геометрического ядра, а фирма «Топ Системы» - программу T-Flex на основе ядра Parasolid, принадлежащего UGS. Они также прошли долгий путь становления и обзавелись встроенными средствами поверхностного моделирования, управления документами (PDM), технологической подготовки производства (CAM) и т. д., но при этом стоят значительно дешевле зарубежных аналогов и первоначально ориентированы на отечественные эталоны и приемы проектирования.

2.3 Легкие системы

Программы данной категории служат для двумерного черчения, следственно их обыкновенно  называют электронной чертежной  доской. К настоящему времени они  пополнились некоторыми трехмерными  вероятностями, но не имеют средств  параметрического моделирования, которыми владеют Трудные и средние САПР.

Первая чертежная  система Sketchpad была сделана еще в  начале 60-х годов, а после этого  возникло много других продуктов  такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Впрочем достоверный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с возникновением пк. Следом за снижением стоимости оборудования последовал обвал цен и на САПР.

Пионером в  этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР для  ПК под наименованием AutoCAD. Фурор был гениальным - теснее в 1987 г. было продано 100 тыс. копий AutoCAD, а сегодня это число превышает четыре миллиона. В итоге Autodesk удалось отхватить довольную долю рынка САПР, вытеснив тяжеловесов из сегмента программ для двумерного черчения. Примеру первопроходца последовали и остальные игроки. Так, в 1984 г. фирма Bently представила программу Microstation, которая стала основным соперником AutoCAD’а. Помимо них теперь существует уйма других «легких» САПР, включая DataCAD одноименной компании, TurboCAD фирмы IMSI, SurfCAM от Surfware и другие. Эти продукты проще и дешевле (100 - 4000 долл.) тяжелых и средних САПР, следственно пользуются спросом, невзирая на текущий экономический спад. В итоге «легкие» системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования, так сказать «рабочей лошадкой» мира САПР.

3 Программное обеспечение САПР

3.1 Состав программного  обеспечения САПР

Программное обеспечение  САПР (ПО САПР) представляет собой трудную  программную систему, включающую в  себя десятки и сотни компонентов. ПО САПР - это общность программ на машинных носителях с нужной программной документацией, предуготовленной для выполнения автоматизированного проектирования.

Создание ПО САПР - сложная научно-техническая  задача, для решения которой требуются огромные физические затраты. Вестимы САПР, ПО которых насчитывает около 500 тыс. операторов языка программирования. Разработка такого ПО требует сотен и тысяч человеко-лет, причем требования к квалификации создателей таких систем дюже высоки. Скажем, в разработке САПР морских судов, оцениваемой в 600 человеко-лет, принимало участие 15 организаций. Стоимость современных САПР определяется основным образом стоимостью ПО, которое в несколько раз превышает стоимость технического обеспечения.

Средняя продуктивность труда программистов в организациях, занимающихся индустриальной разработкой ПО, составляет 1000-2000 операторов в год. В США цена одного оператора программы колеблется в зависимости от степени трудности ПО от 15 до 700 $ ; по данным на 1985 г. один час работы программиста стоит в 5 раз подороже одного часа работы КОМПЬЮТЕРА (-ОВ) быстродействием 300 тыс. операций/с. Приведенные данные касаются ПО, представляющего собой завершенный программный продукт, поставляемый как индустриальное изделие. В различие от программ индивидуального пользования, предуготовленных только для сервиса их разработчика, программный продукт:

1) имеет универсальное  предназначение, ориентирован на  использование многими конструкторами, проектировщиками и дизайнерами и в ряде организаций;