ОБЗОР СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Автоматизация проектирования относится к числу новых бурно развивающихся направлений науки. Успехи этого направления являются в настоящее время общепризнанными в целом ряде отраслей народного хозяйства, прежде всего, в радиоэлектронике, в микроэлектронике, вычислительной  технике и в авиастроении. Техническое обеспечение систем автоматизированного проектирования (САПР) основано на использовании вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий. Математическое обеспечение САПР отличается богатством и разнообразием используемых методов вычислительной математики, статистики, дискретной математики, математического программирования. Программные комплексы САПР относятся к числу наиболее сложных современных программных систем основанных на языках программирования C, C++, Java и других современных Case-технологиях, реляционных и объектно-ориентированных системах управления базами данных (СУБД), стандартах открытых систем и обмена данными в компьютерных средах.

Текущие программные пакеты САПР варьируются от двумерных (2D) векторных систем рисования до трехмерных (3D) твердотельных и поверхностных моделей. Современные пакеты САПР часто позволяют осуществлять поворот в трех измерениях, так что проектируемый объект можно рассматривать под любым углом, даже изнутри. САПР стала особенно важной технологией в области компьютерных технологий, с такими преимуществами, как более низкие затраты на разработку продукта и значительно сокращенный цикл проектирования, позволяя дизайнерам реализовать их идеи на экране,  экономя время на своих чертежах. САПР применяется  при разработке и проектировании всех типов зданий - от небольших жилых домов до крупнейших коммерческих и промышленных структур (больниц и фабрик).

Патрик Хэнретти получил широкое признание как «отец САПР». В 1957 году он разработал PRONTO (Program for Numerical Tooling Operations), первую коммерческую систему программирования. Пять лет спустя Сазерленд представил кандидатскую диссертацию под названием «Sketchpad, человеко-машинная графическая коммуникационная система». Эта диссертация была про первый графический пользовательский интерфейс с использованием светового пера для управления объектами, отображаемыми на ЭЛТ.

В 1960-е годы появились другие разработки, в том числе первая производственная интерактивная система производства графики. К концу десятилетия было основано несколько компаний для коммерциализации своих программ САПР, в том числе SDRC, Evans & Sutherland, Applicon, Computervision и M & S Computing.

К 1970-м годам исследования переместились из 2D в 3D. Кен Версприл изобретел NURBS, который лег в основу современных 3D-моделей кривых и поверхностей.

С появлением рабочих станций UNIX в начале 80-х годов коммерческие САПР-системы, такие как CATIA и другие, начали появляться в аэрокосмической, автомобильной и других отраслях промышленности. Но именно внедрение первого ПК IBM в 1981 году заложило основы для масштабного внедрения САПР. В следующем году группа программистов сформировала Autodesk, а в 1983 году выпустила AutoCAD, первую значимую САПР для IBM PC.

AutoCAD занимает огромную роль в эволюции САПР. С тех пор все более совершенные редакционные и инженерные функции стали более доступными. Но это было все еще в значительной степени 2D.

Это изменилось в 1987 году с выпуском Pro / ENGINEER, программы САПР, основанной на твердой геометрии и параметрических методах для определения деталей и сборок. Он работал на рабочих станциях UNIX.  В последние годы десятилетия было выпущено несколько ядер моделирования 3D, в особенности ACIS и Parasolids, которые станут основой для других основанных на истории параметрических CAD-программ.

В 1995 году выпуск первого Desktop Engineering и SolidWorks стал первым и серьезным твердотельным модератором для Windows. Затем последовали Solid Edge, Inventor и другие. Современная эпоха САПР была отмечена улучшением моделирования, внедрением анализа и управлением продуктами, которые мы создаем, от концепции и разработки до производства, продаж и технического обслуживания. Но что насчет завтра?

Билл Макклюр, вице-президент по разработке продуктов Siemens PLM отмечает, что САПР действительно не сильно изменилась, помимо добавления дополнительных функций и обновления пользовательского интерфейса. «Нам нужен новый способ работы, чтобы идти в ногу с требованиями», - говорит он. AutoCAD – это программное обеспечение, которое относится к классу САПР. Его основной задачей является создание чертежей, 2D и 3D объектов.

Проектирование, выпуск документации и реализация ваших идей эффективно и в полном объеме реализуется с использованием этого богатого возможностями продукта компании Autodesk. В AutoCAD  есть все для того, чтобы тела и поверхности на экране точно соответствовали концепции проекта.

IronCAD – профессиональная система трехмерного твердотельного моделирования и конструирования, а также полнофунциональный 2D CAD. Выделяется среди конкурентов рядом уникальных инструментов. В программе используется не только классический метод параметрического моделирования, но и инновационный  метод прямого редактирования IronCAD основан одновременно на двух ядрах (ACIS и Parasolid), следовательно пользователь может переключаться между ними, что позволяет выполнять самые сложные построения.

Bentley MicroStation отличается высокой производительностью, особенно при 3D моделировании. Имеет непривычный интерфейс и затрудняет работу тех, кто привык к AutoCAD. Работает в двух форматах DGN и DWG. Возможность интеграции обширного спектра объектов инженерной геометрии и данных, полученных от самых различных САПР и, соответственно, имеющих различные форматы, обеспечивает пользователям выполнение моделирования с использованием привлекательной анимации. Точность и надежность MicroStation по достоинству оценили 47 департаментов транспорта США, 47 из 50 ведущих проектных компаний.

TurboCAD – универсальное приложение для профессионального проектирования. Совмещение между собой 2D и 3D редактирований способно удовлетворить самых взыскательных пользователей. TurboCAD Professional поддерживает 25 самых распространенных форматов файлов. Есть возможность экспортировать проекты в MTX, HTML, JPG. Приложение также содержит Software Development Kit и Visual Basic Macro Recorder.

КОМПАС – семейство систем автоматизированного проектирования, разработанный российской компанией «Аскон». Первый выпуск КОМПАСА состоялся в 1989 году. Программы данной группы автоматически генерируют ассоциативные виды трехмерных моделей (в том числе разрезы, сечения, местные виды, местные разрезы, виды с разрезом).

КОМПАС 3D LT – это система трехмерного моделирования для домашнего использования и учебных целей, легкий в освоении и использовании, полностью русскоязычный. Предназначен для начального освоения САПР. Он поможет тем, кому необходимо научиться чертить и моделировать.

Программное обеспечение NanoCAD распространяется бесплатно и доступно для коммерческого использования как частными лицами, так и проектными организациями. Чертежи, разработанные в NanoCAD, можно открыть без дополнительных усилий в среде AutoCAD. Под NanoCAD можно разрабатывать собственные приложения на языках C++, NET, Visual Basic Script, Java Script.

SketchUp - программа для быстрого создания и редактирования трехмерной графики, которая разрабатывается компанией Last Software с 1999 г. Интерфейс SketchUp является простой, позволяя освоить работу с программой даже новичку. Поставляется в двух вариантах - бесплатном SketchUp и коммерческом SketchUp. Программа воплощает концепцию прямого моделирования геометрии, поддерживает экспорт и импорт различных форматов трехмерной и растровой графики.

ANSYS – программная система конечно – элементного анализа, которая существует на протяжении 30 лет. Является самой популярной среди специалистов по САЕ системам. Система работает на основе геометрического ядра Parasolid. Есть несколько программных модулей ANSYS: Professional, Structural, Mechanical, Emag, LS – DYNA, ICEM CFD, CFX, Workbench, геометрический моделировщик.

SCAD Office – это интегрированная система прочностного анализа и проектирования конструкций. Система SCAD Office непрерывно развивается, интерфейс пользователя постоянно совершенствуется, включая с каждым разом новые проектирующие компоненты. В состав пакета SCAD Office входят программы четырех видов: вычислительный комплекс Structure Cad (BK SCAD), вспомогательные программы (КОНСУЛ, ТОНУС, СЕЗАМ, ВЕСТ, КРОСС, ФОРУМ), проектно – аналитические программы КРИСТАЛЛ и АРБАТ, проектно – конструкторские программы КОМЕТА и МОНОЛИТ.

SolidWorks – система автоматизированного проектирования, имеющий графический интерфейс пользователя Microsoft Windows. Легкая в освоении программа SolidWorks позволяет инженерам – проектировщикам без затруднений реализовать свои идеи в эскизе. Чертежи создаются путем черчения видов  в документе чертежа. Программное обеспечение SolidWorks сохраняет документы пользователя в режиме авто – восстановления.

Архитектурно – дизайнерский пакет  ArfaCAD, разработанный в России, позволяет оперировать цельными 2D и 3D объектами с архитектурно – строительной терминологией: стены, окна и двери, витражи, лестницы, кровли, перекрытия, ограждения, массивы грунта, воды и т. д.

DesignCAD 3D Max - это универсальный инструмент САПР для начинающих и продвинутых проектировщиков. В программе заложена возможность выбора из более 10 000 стандартных символов и более 700 3D символов. Разработчиком данной программы является IMSI DESIGN.

Система автоматизированного проектирования VariCAD предназначена для инженерного проектирования, разработанная в 1988 году. VariCAD позволяет редактировать файлы DWG без преобразования. Работает на Windows и Linux.

И так это было краткое рассмотрение САПР, на самом деле, их очень много: от самых простых «чертилок» до самых навороченных  программ автоматизирования. Автоматизация проектирования стала необходимой составной частью подготовки инженеров разных специальностей; инженер, не владеющей знаниями и не умеющими работать в САПР, не может считаться полноценным специалистом.

В будущем мы приложим все усилия, чтобы написать более углубленную статью, включить в нее всевозможные виды САПР.

Список литературы:

1. Малюх В.Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. — : ДМК Пресс,– 2010. – 192 с.
2. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. – Москва. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. — 188 с.
3. Пакулин А.П., Тимофеев В.Н., Шашин А.Д. Компьютерная графика. – Москва. – 2006. – 68с.
4. Яблочников Е.И., ФоминаЮ.Н., Саломатина А.А. Компьютерные технологии в жизненном цикле изделия: Учебное пособие. - СПб: СпбГУ ИТМО. – Санкт – Петербург. – 2010. – 188 с.