CAD-системы (сomputer-aided design – компьютерная поддержка проектирования) предназначены для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования САПР). Как правило, в современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной объемной конструкции (детали) и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т.д.). Ведущие трехмерные CAD-системы позволяют реализовать идею сквозного цикла подготовки и производства сложных промышленных изделий.

CAM-системы (computer-aided manufacturing – компьютерная поддержка изготовления) предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, эрозионных, пробивных, токарных, шлифовальных и др.). CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы (computer-aided engineering – поддержка инженерных расчетов) представляют собой обширный класс систем, каждая из которых позволяет решать определенную расчетную задачу (группу задач), начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем

За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация:

– чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются в некоторых случаях до сих пор);

– системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления;

– системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD, Electronic Product Definition). EPD – это технология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Следует отметить, что это деление является достаточно условным, т.к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чертежно-ориентированными и становятся трехмерными.

В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрических ядра – Parasolid от фирмы Unigraphics Solutions и ACIS от Spatial Technology.

Российские САПР

КОМПАС 3D (АСКОН)

T-FLEX CAD 3D (Топ Системы) – Parasolid

САПР «Сударушка» - CAD/CAM/CAE система. Является развитием системы ГЕМОС (геометрическое моделирование обводов самолета), разработанной специалистами Российской авиационной промышленности в ОКБ им. А. С. Яковлева в 1989-1994 годах.

ADEM (Россия, Израиль, Геомания) - САПР для конструкторско-технологической подготовки и станков с ЧПУ. Основным продуктом является интегрированная CAD/CAM/CAPP система ADEM VX. Название расшифровывается как "автоматизированное проектирование, расчет и изготовление" (Automated Design, Engineering, Manufacturing); adem.ru. – ACIS

WinELSO 7 – предназначена для автоматизации работ при проектировании электроснабжения объектов на все напряжения 3-фазного, 1-фазного переменного и постоянного токов (Русская Промышленная Компания – авторизованный разработчик приложений под продукты Autodesk (Autodesk Developer Network)); winelso.ru.

Эксперт-СКС (Эксперт-Софт, Москва) - САПР для автоматизации на всех этапах проектирования структурированных кабельных систем, ВОЛС, ЛВС, линейных и магистральных сетей; expertsoft.ru.

Также существуют бесплатные САПР с открытыми исходным кодом.

САПР не российских производителей

Dassault Systèmes , Франция:

– CATIA - САПР для аэрокосмической промышленности;

– SolidWorks – универсальная САПР для машиностроения, Parasolid.

MathCAD (Mathsoft, сейчас – Parametric Technology Corp.) - математическое моделирование.

P-CAD (Altium, Сидней, Австралия) - САПР для проектирования электронных устройств.

Pro/Engineer (Parametric Technology Corp.) - универсальная САПР для машиностроения. Parasolid

SolidEdge (UGS – Siemens PLM Software) - 2D/3D CAD-система.

Autodesk Inc. :

– AutoCAD - самая распространённая САПР не российского производства. – – Autodesk Inventor - система трехмерного твердотельного проектирования для разработки сложных машиностроительных изделий – ACIS

Примерная стоимость систем, руб

Разделение на уровни условно, в основном зависит от функциональных возможностей и, следовательно, определяется ценой за рабочее место.

Системы низкого уровня к САПР никакого отношения не имеют. Это графические редакторы, предназначенные для автоматизации инженерно-графических работ, совместно с компьютером и монитором представляют собой "электронный кульман", то есть хороший инструмент для выполнения конструкторской документации. Эти системы называют двухмерными.

Общее название систем первого и второго уровней – трехмерные системы. Проектирование происходит на уровне твердотельных моделей с привлечением мощных конструкторско-технологических библиотек, с использованием современного математического аппарата для проведения необходимых расчетов. Эти системы позволяют с помощью средств анимации имитировать перемещение в пространстве рабочих органов изделия (например, манипуляторов роботов). Они отслеживают траекторию движения инструмента при разработке и контроле технологического процесса изготовления спроектированного изделия. Такие системы называются САПР/АСТПП (Системы Автоматизированного Проектирования/ Автоматизированные Системы Технологической Подготовки Производства), иначе говоря – сквозные САПР (CAD/CAM/CAE).

Системы CAD/CAM/CAE позволяют в масштабе целого предприятия логически связывать всю информацию об изделии, обеспечивать быструю обработку и доступ к ней пользователей, работающих в разнородных системах.

Создаваемая системой модель основана на интеграции данных и представляет собой полное электронное описание изделия, где присутствуют конструкторская, технологическая, производственная и др. базы данных по изделию. Это обеспечивает значительное улучшение качества, снижение себестоимости и сокращение сроков выпуска изделия на рынок.

Для проектирования систем электроснабжения (СЭ) возможно применение САПР из других отраслей производства, но специфические особенности систем электроснабжения как сложных технических систем требуют несколько другого подхода в проектировании.

Существующие системы проектирования СЭ, использующие вычислительную технику, ориентированы в основном на автоматизацию отдельных процедур или этапов процесса проектирования. Опыт показывает, что проще и эффективнее обучить специалистов по электроснабжению одной новой дисциплине – аппаратным и программным средствам вычислительной техники и САПР, чем специалистам-разработчикам САПР и программного обеспечения овладеть многими электротехническими дисциплинами, которые даются инженерам-электромеханикам. При изучении дисциплины "САПР электроснабжения" подразумевается знание курсов электротехнических дисциплин, а также умение работать с ЭВМ на уровне пользователя.

Пермский Государственный Технический Университет

Кафедра ²Микропроцессорные Средства Автоматизации²

Автоматизированная подготовка производства на базе современных CAD/CAM/CAE/PDMсистем.

Выполнил: ст. гр. АТПП-07

Новиков А.В.

Проверил: доц. каф. МСА

Петроченков А.Б.

Интегрированные автоматизированные системы управления

В концепции КИП роль интегрированной автоматизированной системы управления (ИАСУ) стала еще более значительной. На ИАСУ были возложены не только функции автоматизации процессов проектирования и производства изделий, но и совершенно новые задачи, связанные с обеспечением информационной интеграции процессов. Эта интеграция должна была осуществляться за счет совместного использования одной и той же информации (в электронном виде) для решения разных задач.

В составе ИАСУ было принято выделять автоматизированную систему управления (АСУ) предприятием (АСУП), АСУ конструкторско-технологической подготовки производства (АСКТПП), АСУ гибкими производственными участками (АСУ ГАУ), АСУ транспортно-складской системой (АСУ АТСС), АСУ инструментального обеспечения (АСИО), а также АСУ научными исследований (АСНИ).

Практика показала, что из всех задач ИАСУ наиболее типизируемыми оказались задачи автоматизации проектирования и подготовки производства, а также задачи уровня управления предприятием (АСУП). В конце 80-х - начале 90-х годов, на рынке появились самостоятельные программно-технические решения, пригодные для использования на предприятиях с различным уровнем автоматизации, в том числе и вне КИП в его классическом понимании. Возникли новые устойчивые понятия: CAD/CAM/CAE и MRP (MRP II).

Первое понятие - CAD (Computer Aided Design)/ CAM (Computer Aided Manufacturing) /CAE (Computer Aided Engineering) - обозначало комплекс программных средств компьютерного проектирования, подготовки производства и инженерных расчетов. Второе - MRP (Materials Requirement Planning - планирование потребностей в материалах), а позднее MRP II (Manufacturing Resource Planning - управление производственными ресурсами) - стало общепринятым обозначением комплекса задач управления финансово-хозяйственной деятельностью предприятия: планирования производства, материально-технического снабжения, управления финансовыми ресурсами, и других.

Появились первые стандарты и спецификации, определяющие функциональные требования к этим системам.

В начале 90-х, консалтинговой фирмой Gartner Group (США) была предложена концепция ERP (Enterprise Resource Planning - управление ресурсами предприятия). Сегодня термины MRPII и ERP практически полностью вытеснили термин АСУП и стали привычным для специалистов обозначением класса интегрированных информационных систем, предназначенных для управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия.

В соответствии с системы класса MRP должны выполнять следующие функции:

· управления финансовыми ресурсами (Financial Management);

· управления персоналом (Human Resources);

· ведения портфеля заказов (Customer Orders);

· управления запасами (Inventory Management);

· управления складами (Warehouse Management);

· управления закупками (Purchasing);

· управления продажами (Sales);

· управления сервисным обслуживанием (Service);

· прогнозирования объема реализации и продаж (Forecasting);

· объемного планирования (Master Production Scheduling);

· расчета потребностей в материалах (Materials Requirement Planning);

· оперативно-производственного планирования (Finite Scheduling);

· оперативного управления производством (Production Activity Control);

· управление техническим обслуживанием оборудования (Equipment Maintenance);

· расчета себестоимости продукции и затрат (Cost Accounting);

· управление транспортировкой готовой продукции (Transportation).

Подробное описание задач, выполняемых каждой подсистемой, приведено в литературе.

Характерными примерами современных ERP являются системы R/3 (SAP), BAAN IV (BAAN), Oracle Applications (Oracle Corporation), MFG/PRO (QAD), People Soft (People Soft Inc), OneWorld (J.D.Edwards), BPCS (System Software Associates, Syteline (Symix Systems) и другие. Следует упомянуть целый ряд интегрированных информационных систем, приближающихся по функциональности к ERP, представленных на рынке российскими компаниями: "БОСС" (компания АйТи), "Парус" ("Корпорация Парус"), "Галактика" ("Корпорация Галактика") и др.

Концепция КИП явилась важным этапом развития промышленных информационных технологий. На этой стадии развития возник и был частично апробирован целый ряд фундаментальных идей, принципов и технологий:

1. Сформировался класс систем автоматизации инженерного труда в процессах разработки изделия и подготовки производства. На первых этапах это были задачи автоматизации создания традиционной (бумажной) конструкторской документации. При помощи автоматизированных систем проектирования (CAD) создавался электронный чертеж - плоская геометрическая модель изделия. Впоследствии началось использование поверхностных и твердотельных объемных моделей компонентов изделия. Необходимость обеспечения совместимости таких геометрических моделей, разрабатываемых при помощи различных программных систем, явилась толчком к стандартизации форматов данных.

2. На основе конструкторских геометрических моделей изделия при помощи автоматизированных систем технологической подготовки производства (CAM) разрабатывались программы для станков с ЧПУ. Обмен геометрическими данными в электронном виде между CAD и CAM системами явился одним из первых реальных примеров информационной интеграции процессов.

3. Возникновение систем класса MRP II, обладающих определенным набором функций и взаимосвязей между функциями, создало основу для формирования некого функционального стандарта, регламентирующего общепринятую управленческую технологию, реализуемую с использованием компьютерных систем. Характерной чертой этой технологии явилось совместное использование общих баз данных в интересах различных процессов.

4. В КИП впервые не только решались задачи автоматизации отдельных производственных процессов, но и начали частично реализоваться принципы информационной интеграции.

Зачем нужна автоматизированная система технологической подготовки производства?

Жесткая конкуренция на рынке машиностроительной продукции предопределяет необходимость постоянного совершенствования и развития производства любого предприятия, являющегося участником рынка. В настоящее время одним из перспективных направлений обеспечения конкурентоспособности предприятия является повышение эффективности технологической подготовки производства (ТПП) выпускаемых изделий. Целью ТПП является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению изделий в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса изделий.

Необходимость повышения эффективности ТПП изделий объясняется увеличением номенклатуры выпускаемой продукции во всех типах производств и высокой скоростью ее обновления. В первую очередь это характерно для единичного и мелкосерийного типов производств.

К ТПП изделия относятся следующие мероприятия:

· обеспечение технологичности конструкции изделия;

· планирование и управление процессом ТПП изделия;

· разработка маршрутов изготовления изделий;

· проектирование технологических процессов;

· проектирование оснастки и инструмента;

· разработка ЧПУ-программ;

· нормирование изготовления изделия;

· выпуск технологической документации;

· расчет производственных мощностей.

Необходимость повышения эффективности ТПП объясняется еще и тем, что проектирование технологической документации в большинстве случаев значительно (от двух до пяти раз) превосходит трудоемкость разработки конструкторской документации. Ощутимое повышение эффективности ТПП по сравнению с ее существующим уровнем возможно только при выполнении следующих условий:

· наличие единого информационного пространства для специалистов конструкторской и технологической служб предприятия;

· повышение скорости разработки и обоснованности планов ТПП, непрерывный контроль их выполнения;

Перечисленные условия реализуются в автоматизированной системе технологической подготовки производства (АСТПП). АСТПП представляет собой аппаратно–программную систему, однако ее аппаратная и программная части не являются равноценными. Ядром АСТПП любого предприятия является программное обеспечение этой системы. В первую очередь именно оно обеспечивает выполнение данных условий. Отмеченное обстоятельство объясняется тем, что в программном обеспечении “консервируются” знания наиболее опытных специалистов и ученых в области технологии машиностроения. В первую очередь использование таких знаний и обеспечивает требуемое повышение эффективности ТПП.

Глоссарий терминов

Computer Aided Manufacturing (CAM). Системы автоматизированной подготовки производства. В действительности таковой не является, общий термин для обозначения программных систем подготовки информации для станков с числовым программным управлением. Традиционно исходными данными для таких систем были геометрические модели деталей, получаемые из систем CAD. Терминологически произошло смешение понятий с САМ Computer Aided Machining (система автоматизации изготовления) .

Имеются три метода программирования обработки, такие как ручное программирование, программирование на пульте УЧПУ и программирование с помощью CAD/CAM системы.

Ручное программирование это достаточно утомительная работа. Но, тем не менее, технологи-программисты должны хорошо понимать технику ручного программирования, несмотря на то, как они работают. В настоящее время еще существуют предприятия, где используют метод ручного программирования. На самом деле, если у предприятия есть несколько станков с ЧПУ, а производимые детали несложные, то знающий программист сможет работать и, не имея средств автоматизации своего труда.

Метод программирования на пульте УЧПУ стал особо популярным только в последние годы. Связано это с увеличением их возможностей, улучшением интерфейса, ну и конечно техническое развитие систем ЧПУ оказало свое влияние. В данном методе, применяя клавиатуру и дисплей, программы пишутся и устанавливаются на самой стойке ЧПУ. Нынешние системы ЧПУ на самом деле дают возможность эффективно работать. Диалоговый язык программирования, который имеется у некоторых систем ЧПУ, существенно облегчает процедуру разработки УП и делает работу с ЧПУ удобной для оператора.

Программирование при помощи CAD/CAM системы дает возможность продвинуть процедуру создания программ обработки на уровень выше. Технолог-программист, используя СAD/CAM систему, освобождается от трудоемких математических расчетов и приобретает набор инструментов, который существенно увеличивает скорость разработки УП.

Определение CAD и САМ

В настоящее время, чтобы достичь успеха на рынке, промышленному предприятию необходимо работать над снижением себестоимости, сокращением срока выпуска и повышением качества продукции. Развитие компьютерных и информационных технологий послужило причиной создания CAD/CAM/CAE систем, которые в свою очередь, стали эффективными средствами решения таких задач.

CAD системы (computer-aided design - компьютерная поддержка проектирования) - это программное обеспечение, автоматизирующие работу инженера-конструктора и позволяющее решать задачи проектирования изделий и оформления технической документации с помощью компьютера.

Под САМ системами (computer-aided manufacturing - компьютерная поддержка изготовления) понимают такие системы, которые автоматизируют расчеты траекторий движения инструмента для обработки на станках с ЧПУ, и обеспечивают выдачу УП при помощи компьютера.

САЕ системы (computer-aided engineering - компьютерная поддержка инженерных расчетов) разработаны для решения разнообразных инженерных задач таких как, расчет гидравлических систем и механизмов, анализ тепловых процессов, расчет конструктивной прочности.

Продвижение CAD/CAM/CAE систем длится уже много десятков лет. В течение этого времени произошло некоторое деление, а скорее ранжирование систем на уровни: верхний, средний и нижний. Системы нижнего уровня очень доступны для изучения, но обладают значительно ограниченными функциями. Системы среднего уровня являются золотой серединой. Они предоставляют пользователю все необходимые средства для решения большей части задач, и при этом такие системы просты в изучении и работе. Системы верхнего уровня имеют огромное количество функций и возможностей, но при этом с ними тяжело работать.

Алгоритм работы с CAD/CAM системой.

1 этап. В CAD системе разрабатывается 3D модель детали или ее электронный чертеж. На рисунке представлена трехмерная модель детали с карманом сложной формы.

2 этап. 3D модель детали или ее электронный чертеж импортируется в САМ систему. Технолог-программист определяет поверхности и геометрические элементы, необходимые для обработки, делает выбор стратегии обработки, режущего инструмента и задает режим резания. Система вычисляет траектории перемещений инструмента.
3 этап. В САМ системе проводится визуальная про¬верка возникших траекторий. Программист имеет возможность достаточно легко исправить ошибки, которые могут обнаружиться на этом этапе, просто заново вернувшись к предыдущему.

4 этап. Завершающим продуктом САМ системы предстает код УП. Такой код создается с помощью постпроцессора, который в свою очередь подгоняет УП под характеристики определенного станка и системы ЧПУ.

На нашем сайте вы можете выбрать подходящее для автоматизации составления карт раскроя и подготовки управляющих программ для станков плазменной резки с ЧПУ.

Системы CAD представляют собой , которые используются для выполнения разнообразных проектных процедур с задействованием компьютерной техники. Также при помощи такого программного обеспечения создается технологическая и на отдельные здания, изделия или сооружения. Современные системы CAD используются в самых разнообразных сферах деятельности современного человека, и практически для каждой есть свой уникальный тип таких утилит.

Что это такое?

Зачастую аббревиатуру CAD принято считать стандартным англоязычным аналогом термина САПР, но на самом деле это не совсем так. Системы CAD нельзя рассматривать как полноценный аналог САПР в качестве организационно-технической системы, так как ГОСТ приводит данное словосочетание в виде стандартизированного англоязычного эквивалента термина «автоматизированное проектирование». Таким образом, на английский язык термин САПР переводится больше как CAE system, но в ряде зарубежных источников указывается, что термин САЕ представляет собой обобщенное понятие, в которое входит применение любых компьютерных технологий в инженерной работе, включая также CAM и CAD.

Зачем это нужно?

Системы CAD используются в основном для того, чтобы максимизировать эффективность и производительность работы инженеров за счет полной автоматизации проектирования и дальнейшей подготовки производства. Таким образом, за счет их применения достигаются следующие преимущества:

• существенно сокращается срок проектирования;
• сокращается количество труда, необходимого для планировки и проектирования;
• существенно снижается общая себестоимость изготовления и проектирования, что напрямую сказывается на эксплуатационных затратах;
• увеличение технико-экономического уровня, а также качества результатов проведенных проектных работ;
• сокращение затрат, необходимых для испытания и натурного моделирования.

В качестве входных данных современные CAD-системы используют различные технические знания экспертов, которые занимаются уточнением результатов, введением различных проектных требований, проверкой полученной конструкции, ее изменением и множеством других вещей.

Реализация системы автоматизированного проектирования осуществляется в качестве комплекса прикладных утилит, с помощью которых обеспечивается проектирование, а также дальнейшее черчение и трехмерное моделирование конструкций или же объемных и плоских деталей.

В преимущественном большинстве случаев CAD-системы включают в себя модули моделирования трехмерных конструкций, а также оформления чертежей и различной конструкторской текстовой документации.

Классифицируются же они в основном по нескольким параметрам:

• разновидность и тип рассматриваемого объекта;
• уровень автоматизации процедуры проектирования;
• сложность создаваемого объекта;
• комплексность процесса автоматизации;
• количество используемых документов;
• характер используемых документов;
• общее количество уровней, которые будут присутствовать в структуре технического обеспечения.

Целевое назначение

В зависимости от того, какие реализуются задачи CAD-систем, они разделяются на несколько групп:

• Автоматизация трехмерного или двухмерного геометрического проектирования, а также создания различной технологической или конструкторской документации.
• Проектирование и дальнейшее создание чертежей.
• Ведение геометрического моделирования.
• Автоматизация различных инженерных расчетов, проведение динамического моделирования, а также анализа и симуляции физических процессов с последующей проверкой и оптимизацией изделий.
• Подкласс средств САЕ, использующихся для компьютерного анализа.
• Средства, предназначенные для технологической подготовки производственного процесса различных изделий, что позволяет обеспечить автоматизацию процедуры программирования и дальнейшего управления оборудованием с ГАПС или ЧПУ.
• Средства, предназначенные для автоматизации процессов планировки различных технологических процессов, используемые на стыке систем CAM и CAD.

Большинство систем автоматизированного проектирования могут совместить в себе решение различных задач, которые относятся к разным аспектам проектирования - это комплексная или интегрированная система автоматизированного проектирования (CAD).

Общепринятая международная классификация

Современная классификация распределяет их на несколько категорий:

• чертежно-ориентированные системы, которые впервые появились в семидесятые года прошлого века, но до сих пор могут использоваться в некоторых ситуациях;
• системы, создающие трехмерные электронные модели объектов, за счет чего появляется возможность решения различных задач, связанных с моделированием вплоть до процедуры производства;
• системы, с помощью которых поддерживается концепция полного электронного описания объекта.

Последний тип представляет собой технологию, обеспечивающую разработку и последующую поддержку информационной электронной модели на протяжении всего ее жизненного цикла, включая концептуальное и рабочее проектирование, полноценный маркетинг, производство, технологическую подготовку, эксплуатацию, а также утилизацию и ремонт.

В современной технической и учебной литературе, а также различных государственных стандартах аббревиатура САПР трактуется как «Система автоматизированного проектирования», но при этом наиболее точно здесь соответствует понятие «Система автоматизации проектных работ», но оно является более тяжелым для восприятия, поэтому встречается на порядок реже. Нередко случается так, что, проводя проектирование в системах CAD, можно заметить некорректное толкование «Система автоматического проектирования», хотя на самом деле это по своей сути ошибочно. Не стоит забывать о том, что понятие «автоматический» предусматривает полностью самостоятельную работу системы без необходимости в каком-либо участии человека, в то время как САПР все-таки требует исполнения некоторых задач самим человеком, а полная автоматика относится только к отдельным процедурам и операциям.

Не совсем верным является также такое понятие, как «Программное средство автоматизированного проектирования», так как его можно назвать слишком узконаправленным. Конечно, на данный момент САПР рассматривается исключительно в качестве прикладного программного обеспечения, необходимого для проведения проектной деятельности, однако на самом деле в отечественной литературе и различных государственных стандартах САПР рассматривается как более объемное понятие, в которое входят не только программные инструменты.

САПР в стоматологии

Преимущественное большинство современных стоматологических клиник использует CAD. CAD-системы в стоматологии применяются для производства высококачественных зубных протезов, уже более чем десять лет используются для изготовления абатментов для имплантов, коронок и всевозможных протезов, причем все эти изделия отличаются отменным качеством и высокой точностью. Суть данной технологии заключается в том, что изначально проводится трехмерное моделирование создаваемой конструкции на компьютере, и только потом уже, используя проектную модель, осуществляют изготовление на фрезерном блоке.

Таким образом, стоматологи получают массу преимуществ за счет применения в своей работе технологии CAD. CAD-системы в стоматологии применяются чаще всего следующим образом:

• сначала врач проводит снятие слепка, который потом отправляется в лабораторию;
• после доставки слепок помещают в специализированный сканер, создающий модель будущего изделия;
• в дело вступает CAD-система: 3D-модель превращается в специализированный файл, который будет служить источником данных для фрезерного блока;
• используя полученный файл, на фрезерном блоке осуществляют производство каркаса из специальной заготовки, сделанной из оксида циркония;
• в конечном итоге получившийся каркас тщательно покрывается керамической массой и запекается.

CAD/CAM-системы в стоматологии позволяют изготавливать коронки из диоксида циркония, которые отличаются от металлосодержащих изделий массой преимуществ. Сами по себе эти изделия практически не имеют никаких отличий по цвету от естественных зубов, так как выбор оттенка осуществляется еще в процессе производства каркаса. Далее каркас тщательно покрывается особой керамической массой, имеющей полупрозрачную и светопроницаемую структуру, а также включает в свою палитру достаточно широкий спектр цветов, благодаря чему получается изготавливать коронки, похожие на естественные зубы.

Сам по себе отличается высокой биосовместимостью, даже если сравнивать его с драгоценными металлами, и представляет собой гиппоаллергенный материал, что подтверждено в процессе проведения целого ряда научных клинических исследований. Однако на самом деле коронки, основанные на каркасе из оксида циркония, являются далеко не единственным видом изделий, для изготовления которых используются CAD/CAM-системы. ЧПУ-станок на основе таких технологий позволяет изготавливать:

• различные мостовидные протезы;
• индивидуальные абатменты.

Помимо уже указанного диоксида циркония, в процессе изготовления могут применяться самые разнообразные материалы, включая пластмассу, воск, кобальт и титан, хром.

В чем преимущества?

Данные технологии обеспечивают такие преимущества, как:

• максимально возможная точность изготовления с незначительными отклонениями;
• полная автоматизация процессов производства, которая практически полностью исключает вероятность появления ошибок;
• возможность использования целого ряда материалов;
• возможность проведения процедур моделирования и производства изделий в разных местах;
• предельная производительность любых проводимых процессов.

САПР в машиностроении

CAD-система (T-FLEX CAD и другие) нашла достаточно широкое распространение в области машиностроения, которое различается на три уровня - нижний, средний и верхний. Такое разделение появилось на рубеже восьмидесятых-девяностых годов прошлого века.

Нижний уровень включает в себя CAD/CAM/CAE-системы с небольшой стоимостью, которые в основном ориентируются на 2D-графику, то есть направлены в основном на обеспечение автоматизации чертежных работ. В качестве легких САПР использовались персональные ЭВМ, которые уже на тот момент существенно уступали по функционалу полноценным рабочим станциям.

Системы верхнего уровня, или, как их еще принято называть, тяжелые САПР, разрабатывались для того, чтобы использоваться на всевозможных мейнфреймах или рабочих станциях. Такие системы оказались гораздо более универсальными, но в то же время имели и довольно высокую стоимость, ориентируясь в основном на поверхностное и твердотельное моделирование. Оформление разнообразной чертежной документации в них зачастую проводится посредством предварительной разработки специальных геометрических трехмерных моделей. После этого системы, в которых функция 3D-моделирования ограничивалась исключительно твердотельными моделями, то есть занимающие промежуточное положение между тяжелыми и легкими, получили собственный, средний уровень.

На сегодняшний день развитие САПР уже привело к тому, что в большинстве систем среднего уровня начали появляться специальные средства поверхностного моделирования, а функции, доступные для использования в персональных ЭВМ, стали также приемлемыми и для современных систем верхнего уровня. За счет этого изменились даже те принципы, по которым раньше осуществлялось различие средних и тяжелых систем. Современные CAD-системы тяжелого уровня теперь принято называть CAE/CAD/CAM/PDM, то есть такими, которые одновременно включают в себя такие возможности, как:

• технологическое и конструкторское проектирование;
• инженерный анализ;
• управление проектной информацией;
• расширенный состав специальных программных модулей.

В отличие от них, современные системы среднего уровня принято называть mainstream, mid-range или просто серийными.

Системы одного уровня можно назвать по функциональным возможностям примерно равноценными, так как какие-то новые достижения, появляющиеся в определенном программно-методическом комплексе, уже в ближайшее время будут реализованы в новых версиях других. В САПР крупных компаний достаточно часто принято комбинировать одновременно несколько систем разных уровней. Зачастую это связано с тем, что практически все процедуры конструирования могут проводиться на CAD-системах среднего и нижнего уровней, а помимо этого, тяжелые являются слишком дорогостоящими. Именно по этой причине предприятия покупают лицензии программ верхнего уровня в довольно ограниченном количестве, а преимущественное большинство современных клиентских баз обеспечивается за счет нижнего и среднего уровней.

При этом достаточно часто случается так, что CAD/CAE-системы могут иметь определенные проблемы в плане обмена информацией между собой, но подобные неурядицы решаются за счет применения специальных форматов и языков, принятых в CALS-технологиях, хотя для обеспечения неискаженной передачи геометрических данных через промежуточные унифицированные языки приходится преодолевать некоторые сложности.

Структура

Как и любые другие сложные системы, CAD включают в себя несколько подсистем, которые могут быть проектирующими или обслуживающими.

Первые занимаются непосредственным выполнением разнообразных проектных работ. В качестве примера таковых можно привести подсистемы трехмерного геометрического моделирования всевозможных механических объектов, схемотехнического анализа, создания конструкторской документации или же трассировки соединений печатных плат.

Обслуживающие подсистемы предназначаются для того, чтобы обеспечить нормальную работоспособность проектирующих, а их комбинацию довольно часто среди специалистов принято называть системной средой САПР. В качестве типичных обслуживающих подсистем часто используются базы управления проектными данными, всевозможные подсистемы разработки и последующего сопровождения программного обеспечения CASE, а также обучающие, предназначенные для облегчения освоения пользователями технологий, реализованных в CAD.

Структурирование по различным аспектам позволило появиться видам обеспечения САПР, которых сегодня выделяют всего семь:

• техническое, которое включает в себя различные ;
• математическое, объединяющее всевозможные математические методы, алгоритмы и модели;
• программное, представляющее собой компьютерные программы САПР;
• информационное, в состав которого включены базы данных, системы управления этими базами, а также множество другой информации, использующейся в процессе проектирования;
• лингвистическое, выражающееся в виде языков общения между ЭВМ и проектировщиками, языками обмена данными между техническими средствами CAD и языками программирования;
• методическое, в которое входят всевозможные технологии проектирования;
• организационное, выполненное в виде должностных инструкций, штатных расписаний и прочей документации, при помощи которой осуществляется регламентирование работы проектных предприятий.

Стоит отметить, что вся совокупность информации, которая применяется в процессе проектирования, специалистами называется информационным фондом CAD. База данных представляет собой упорядоченную совокупность информации, в которой отражаются различные характеристики объектов и их взаимосвязь в определенной Доступ к базе данных для изучения, записи и последующей корректировки данных проводится через СУБД, а совокупность СУБД и БД принято называть БнД, то есть банк данных.

Классификация

Системы проектирования CAD/CAM классифицируются по целому ряду признаков, таких как приложение, целевое предназначение, масштабы (насколько комплексно решаются поставленные задачи), а также характер базовой подсистемы.

По приложениям среди наиболее популярных и представительных стоит выделить следующие группы САПР:

• использующиеся в сфере общего машиностроения (за счет чего их принято называть машиностроительными);
• использующиеся в сфере радиоэлектроники;
• использующиеся в сфере строительства и архитектуры.

Помимо этого, существует также достаточно большое количество специализированных систем или выделяемых в перечисленных группах, или представляющих собой полностью самостоятельное ответвление классификации. В качестве наглядного примера можно привести САПР крупных интегральных схем, электрических машин, летательных аппаратов и еще целый ряд других.

По масштабам различаются отдельные программно-методические комплексы, включая комплекс проверки прочности различных механических изделий согласно методу конечных элементов или же комплекс проверки электронных схем, а также системы с уникальной архитектурой не только программного, но еще и технического обеспечения.

Базовая подсистема

Здесь существуют следующие разновидности CAD:

• На основе подсистемы геометрического моделирования и машинной графики. Такие САПР в основном ориентируются на различные приложения, в которых в качестве основной процедуры проектирования выступает конструирование, то есть четкое определение пространственных форм, а также взаимного месторасположения объектов. Именно поэтому в эту группу входят многие САПР из сферы машиностроения, основанные на базе графических ядер. В наше время достаточно часто принято использовать унифицированные графические ядра.
• На основе СУБД. Они в основном ориентируются на те приложения, в которых есть возможность, проводя относительно несложные математические расчеты, переработать достаточно большой объем информации. Их часто можно встретить в технико-экономических приложениях, таких как проектирование бизнес-планов, но при этом нередко их используют и в процессе проектирования крупных объектов наподобие щитов управления в автоматических системах.

Помимо этого, существуют также комплексные САПР, в которые входят подсистемы всех предыдущих видов. В качестве характерных примеров таких комплексных систем стоит привести программное обеспечение, которое активно используется в современном машиностроении, или же САПР БИС. Последний включает в свой состав СУБД и различные подсистемы проектирования компонентов, функциональных и логических схем, топологии кристаллов, а также тесты для анализа годности изготовленных изделий. Для того чтобы обеспечить нормальное управление такими сложными программами, принято использовать специализированные системные среды.

Представленная в данном материале таблица представляет собой упорядоченный список производителей готовых программных решений в области систем проектирования, разработки и промышленного дизайна.

Особенности

Наряду с использованием систем автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE в данное время, как правило, используются системы автоматизированного проектирования CAD (Computer-Aided Design). Сведения из CAD -систем поступают в CAM (Computer-aided manufacturing). Следует заметить, что английский термин «CAD» по отношению к промышленным системам имеет более узкое толкование, чем русский термин «САПР», поскольку в понятие «САПР», входит и CAD , и CAM , и CAE . Среди всех информационных технологий автоматизация проектирования занимает особое место. Прежде всего, автоматизация проектирования - это дисциплина синтетическая, так как в ее состав входят различные современные информационные технологии. Так, например, техническое обеспечение САПР базируется на эксплуатации вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, также САПР практикует использование персональных компьютеров и рабочих станций. Говоря о математическом обеспечении САПР, следует отметить разнообразие используемых методов: вычислительной математики, математического программирования, статистики, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР можно сравнить с одними из самых сложных современных программных систем, в основе которых лежат такие операционные системы как Windows , Unix , и такие языки программирования как , С++ и Java , а также современные CASE -технологии. Практически каждый инженер-разработчик должен обладать знаниями основ автоматизации проектирования и уметь работать со средствами САПР. Поскольку все проектные подразделения, офисы и конструкторские бюро оснащены компьютерами, работа конструктора таким инструментом как обычный кульман или расчеты с помощью логарифмической линейки стали неактуальны. Следовательно, предприятия, работающие без САПР или использующие ее в малой степени, становятся неконкурентоспособными, поскольку тратят на проектирование значительно больше времени и финансовых средств.

Типы САПР

• Математическое обеспечение САПР (МО) - этот вид подразумевает объединение математических методов, моделей и алгоритмов с целью выполнения проектирования)
• Лингвистическое обеспечение САПР (ЛО) - это обеспечение представляет собой выражение языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками обмена данными и языками программирования между техническими средствами САПР;
• Техническое обеспечение САПР (ТО) - сюда относятся периферийные устройства, ЭВМ , линии связи, обработка и вывод данных и т. д.;
• Информационное обеспечение САПР (ИО) - состоит из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД) и других данных, которые используются при проектировании;
• Программное обеспечение САПР (ПО) - это, прежде всего компьютерные программы САПР;
• Методическое обеспечение (МетО) - включает в себя различного рода методики проектирования;
• Организационное обеспечение (ОО) - представляется штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые определяют работу проектного предприятия.

Структура САПР

Будучи одной из сложных систем, САПР состоит из двух подсистем: проектирующей и обслуживающей. Проектные процедуры выполняют проектирующие подсистемы. Подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов являются ярким примером проектирующих подсистем. С помощью обслуживающих подсистем осуществляется функционирование проектирующих подсистем, их единство, как правило, называют системной средой или оболочкой САПР. Характерными обслуживающими подсистемами считаются подсистемы управления процессом проектирования (DesPM - Design Process Management), управления проектными данными (PDM - Product Data Management). Диалоговая подсистема (ДП); СУБД ; инструментальная подсистема; монитор - обеспечивающий взаимодействие всех подсистем и управление их выполнением - это обслуживающие подсистемы ПО. Диалоговая подсистема ПО дает возможность интерактивного взаимодействия пользователя САПР с управляющей и проектирующими подсистемами ПО, а также подготовку и корректирование первоначальных данных, ознакомление с результатами проектирующих подсистем, функционирующих в пакетном режиме.

Структура ПО САПР определяется следующими факторами:

• аспектами и уровнем создаваемых с помощью ПО описаний, проектируемых объектов и предметной областью;
• степенью автоматизации конкретных проектных операций и процедур;
• ресурсами, предоставленными для разработки ПО;
• архитектурой и составом технических средств, режимом функционирования.

Классификация САПР

САПР классифицируют по следующим принципам: целевому назначению, по приложению, масштабам и характеру базовой подсистемы. По целевому назначению выделяют САПР или подсистемы САПР, которые предоставляют различные аспекты проектирования. Таким образом, CAE /CAD /CAM системы появляются в составе MCAD:

• САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы. Здесь имеются в виду САПР функционального проектирования
• САПР-К - конструкторские САПР общего машиностроения, чаще всего их называют просто CAD -системами;
• САПР-Т - технологические САПР общего машиностроения - АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) или системы CAМ (Computer Aided Manufacturing).

По приложениям самыми важными и широко используемыми считаются такие группы САПР как:

• Машиностроительные САПР или MCAD (Mechanical CAD) системы - это САПР для применения в отраслях общего машиностроения.
• ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы - САПР для радиоэлектроники.
• САПР в области архитектуры и строительства.

Помимо этого, существует большое количество более специализированных САПР, или выделяемых в определенных группах, или являющихся самостоятельной ветвью в классификации. Это такие системы как: БИС -САПР (больших интегральных схем); САПР летательных аппаратов и САПР электрических машин. По масштабу определяют самостоятельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР:

• Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ)
• Комплекс анализа электронных схем;
• Системы ПМК;
• Системы с уникальными архитектурами программного (software) и технического (hardware) обеспечений.

Классификация по характеру базовой подсистемы

• САПР, которые направлены на приложения, где главной процедурой проектирования является конструирование, то есть определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Это САПР на базе машинной графики и математического моделирования. К данной группе систем относится большая часть графических ядер САПР в сфере машиностроения.
• САПР, ориентированные на приложения, в которых при достаточно простых математических расчетах перерабатывается большое количество данных. Это САПР на базе СУБД . Данные САПР главным образом встречаются в технико-экономических приложениях, например, В процессе проектирования бизнес-планов, объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.
• Комплексные (интегрированные) САПР, которые включают в себя совокупность предыдущих видов подсистем. Типичными примерами комплексных САПР могут быть CAE /CAD /CAM -системы в машиностроении или САПР БИС. Таким образом, СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий является составной частью САПР БИС. Для того, чтобы управлять такими сложными системами используют специализированные системные среды.
• САПР на базе определенного прикладного пакета. По сути это свободно используемые программно-методические комплексы, такие как, комплекс имитационного моделирования производственных процессов, комплекс синтеза и анализа систем автоматического управления, комплекс расчета прочности по методу конечных элементов и т. п. Как правило, данные САПР относятся к системам CAE . Например, программы логического проектирования на базе языка VHDL , математические пакеты типа MathCAD .

Развитие САПР

Одна из ключевых тем развития САПР - "облачные " вычисления: удаленная работа с данными, размещенными на удаленных серверах, с различных устройств, имеющих выход в интернет. На сегодняшний день облака очень существенно продвинулись в сегменте легких приложений и сервисов - преимущественно в потребительском секторе. Возможны два варианта интеграции. В первом случае в облако переносится вся инфраструктура инженерных служб, и соответственно необходимость в инженерном ПО, установленном на рабочем месте, исчезает вовсе. Во втором случае у конструктора по-прежнему остается графическая рабочая станция с установленной САПР, но при этом он получает из нее доступ к различным облачным сервисам, благодаря которым можно решать задачи, требующие весьма существенных ресурсов (например, проводить прочностной анализ). Осуществлять облачное взаимодействие возможно двумя способами: публично, когда доступ к серверу, расположенному у провайдера, открыт через интернет, и в частном порядке, когда сервер находится на предприятии и обращения к нему происходят по закрытой локальной сети. В России развитие облаков в области САПР сдерживается необходимостью соблюдать в очень многих проектах излишнюю секретность. Поэтому скорее всего именно частные облака станут в ближайшее время основным драйвером рынка. Облака - это не только новые технологии, но еще и возможность экспериментировать с новыми бизнес-моделями.

Следующая важная тенденция - альтернативные ОС. Еще лет пять назад, когда заводились разговоры об альтернативе Microsoft Windows , речь, как правило, шла о Linux . Данная тема актуальна и сегодня: отечественная национальная программная платформа, по всей видимости, будет сделана на базе ядра Linux; к этой ОС растет интерес в области образования и в госструктурах (есть примеры успешного перехода). Однако теперь уже можно говорить о существенном потенциале операционной системы Google Chrome OS . И здесь упомянутый тренд смыкается с облачным трендом - ОС Google, как известно, не подразумевает установку приложений на локальном компьютере.

Немаловажную роль в продвижении этой ОС играет тенденция к уменьшению рыночной доли ПК. Очевидно, что если в облака перенести большинство громоздких и сложных вычислений, снижаются требования к аппаратному обеспечению и появляется возможность работать на любых устройствах. Например, на планшетах. В итоге разработчикам САПР-решений придется либо разрабатывать платформонезависимые решения (облачный вариант), либо делать их мультиплатформенными.

Следующая тема - `железо`. Здесь все опять же определяется неудовлетворенностью рынка решением монополиста - классической архитектурой Intel (темпами ее развития). В этой связи явно отмечается тренд на развитие архитектуры ARM . Ее сейчас поддерживает несколько производителей, среди которых одним из самых активных является компания Nvidia (Нвидиа) . Пока данная архитектура активно применяется только в мобильных устройствах, но в ближайшее время, судя по всему, она перейдет и на стационарные ПК. Косвенно об этом свидетельствует тот факт, что будущая ОС Microsoft Windows 8 сможет работать и на ARM-архитектуре тоже (впервые не только на Intel).

Вторая тенденция - перенос существенной части вычислений с центрального процессора на графическое ядро. Данная тема относится скорее к области параллельных вычислений.

Еще один тренд - это рост рынка мобильных устройств. Наибольшее ускорение он получил в прошлом году с появлением iPad . Вначале, правда, казалось, что это устройство сугубо потребительское и в корпоративном секторе оно не будет применимо. Однако выяснилось, что оно вполне подходит для решения многих задач.

В секторе САПР сегодня многие сотрудники являются мобильными - работают на выезде, на удаленных строительных объектах, перемещаются по стране, трудятся дома. (Все это требует удобного мобильного устройства.)

Так или иначе за рубежом о том, что планшет скоро будет у каждого сотрудника инженерной службы, сегодня говорят как о свершившемся факте. Уже появились привлекательные для разработчиков мобильные платформы IOS Apple и Android Google, а также существенное количество САПР-приложений под них.

Сейчас весьма сложно сказать, уйдут ли через десять лет из нашего арсенала клавиатура и мышь. Но факт в том, что интерфейсы, ориентированные на работу с мультитач-экранами (пальцеориентированные), явно набирают популярность. В мобильных устройствах они уже практически стали стандартом. На сегодняшний день вполне понятно, что этот интерфейс более чем подходит для потребления информации. Так же ли он хорош для ее создания, для работы с САПР, сказать пока сложно. Для массового перехода к подобным интерфейсам до сих пор не хватает технологической базы. Сейчас на рынке просто не существует достаточно больших мультитач-панелей с необходимым для САПР разрешением.

Рынок САПР весьма консервативен. Даже замена одной такой системы на другую в рамках работы над одним проектом - задача довольно сложная. Что уж говорить о серьезной смене парадигмы, интерфейсов, поколений САПР. Поэтому данный рынок явно не входит в число лидеров технологической гонки - развитие есть, но очевидно не такое быстрое, как хотелось бы. Впрочем, в ближайшее десятилетие на предприятия придут инженеры, выросшие уже в эпоху интернета, новых технологий и мобильных устройств, и так или иначе они станут активно привносить на рынок элементы своей культуры.

САПР в строительстве

Цифровизация бизнеса затронула все его отрасли. В последнее десятилетие бум переживают решения для проектирования, инжиниринга и конструирования промышленных объектов. От советских кульманов проектировщики пришли к 3D-моделированию. Что цифровизация означает для этого сегмента, как помочь команде работать в едином пространстве и почему пока не удается окончательно избавиться от бумажных носителей, помогал разбираться генеральный директор компании AVEVA Алексей Лебедев.