Причины возникновения и история развития САПР

Инженерная деятельность в современных условиях тесно связана с использованием персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) и микропроцессоров. В последние годы в инжене­р­ной практике вычислительная техника широко применяется для вы­пол­­нения расчетов, автоматизации проектирования, организации и планирования экспериментальных исследований, для обработки ре­зуль­­татов испытания машин, механизмов, аппаратов и для многих других целей.

Термин САПР - «Система автоматизированного проектирования» (в английской нотации CAD) появился в конце пятидесятых годов, когда Д. Росс начал работать над одноименным проектом в Массачу­сетском Технологическом Институте (MIT). Первые CAD – системы появились десять лет спустя. За последние 25 лет CAD – системы, как системы геометрического моделирования, были значительно усовершенствованы: появились средства 3D-поверхностного и твер­до­тельного моделирования, параметрического конструирования, был улучшен интерфейс. Несмотря на все эти усовершенствования, касающиеся, в основном, геометрических функций, CAD-системы оказывают конструктору слабую помощь с точки зрения ВСЕГО процесса конструкторского проектирования. Они обеспечивают опи­са­ние геометрических форм и рутинные операции, такие как гене­рация спецификаций и т.п. Эти ограничения и чисто геометрический интерфейс оставляет методологию конструкторской работы такой же, какой она была при использовании чертежной доски. Развитие полу­чи­­ли также системы автоматизации проектирования техноло­ги­ческих процессов (CAPP) и программирования изготовления деталей на стан­ках с ЧПУ (САМ). Однако, подобно CAD – системам, эти усовер­шенствования не затронули ПРОЦЕСС проектирования: САРР – сис­темы могут генерировать технологические процессы, но только при условии предварительного специального описания изделия с по­мощью конструкторско-технологических элементов. САМ – систе­мой может быть использована геометрическая модель CAD-системы, но все функции САРР-системы (проектирование технологии обработ­ки) перекладываются на инженера.

 Итак, до последнего времени концепция автоматизации труда конструктора базировалась на принципах геометрического моде­ли­ро­вания и компьютерной графики. При этом системы компьютеризации труда конструкторов, технологов, технологов-программистов, инже­не­ров-менеджеров и производственных мастеров развивались авто­номно, и Инженерные Знания – основа проектирования остава­лись вне компьютера. Такое положение не удовлетворяет совре­мен­ным требованиям к автоматизации. Сейчас необходима комплексная ком­пьютеризация инженерной деятельности на всех этапах жизнен­ного цикла изделий, которая получила название CALS (Computer Aided Life-cycle System) технологии. Традиционные САПР с их гео­мет­рическим, а не информационным ядром, не могут явиться основой для создания таких систем. Сегодня каждое изделие в процессе сво­его жизненного цикла должно представляться в компьютерной среде в виде иерархии информационных моделей, составляющих единое целое и имеющих соподчиненность.

 В промышленном производстве давно царит жесткая конку­рен­ция. Чтобы выжить в этих нелегких условиях, предприятиям при­ходится как можно быстрее выпускать новые изделия, снижать их се­бе­­стоимость и повышать качество. В этом им помогают совре­мен­ные системы автоматизированного проектирования (САПР), поз­во­ляю­щие облегчить весь цикл разработки изделий – от выработки кон­цепции до создания опытного образца и запуска его в произ­водство. Тем самым значительно ускоряется процесс создания новой про­дукции без ущерба качеству. Поэтому сейчас без САПР не обхо­дится ни одно конструкторское или промышленное предприятие. И хотя на долю указанных систем приходится лишь около 3% рынка прог­раммного обеспечения (ПО), они играют очень важную роль, по­скольку помогают создавать товары, без которых невозможно пред­­ставить нашу повседневную жизнь: автомобили, самолеты, быто­вые приборы, промышленное оборудование и, следовательно, явля­ют­ся одной из движущих сил современной промышленности и мировой экономики.

Термин «САПР для машиностроения» в нашей стране обычно используют в тех случаях, когда речь идет о пакетах программ для автоматизированного проектирования (CAD), подготовки производ­ства (САМ) и инженерного анализа (CAE). Существуют САПР и для других областей – разработки электронных приборов, строительного проектирования.

Идея автоматизировать проектирование зародилась в конце 50-х годов прошлого века почти одновременно с появлением коммер­чес­ких компьютеров. А уже в начале 60-х ее воплотила компания Gene­ral Motors в виде первой интерактивной графической системы под­го­товки производства. В 1971 г. создатель этой системы доктор Патрик Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS) и разработал методики, которые составили основу большинства современных САПР. Вскоре появи­лись и другие СAD-пакеты, стоившие очень дорого — в среднем 90 тыс. долл. за од­­но рабочее место. Очевидно, что лишь крупные пред­приятия могли позволить себе идти в ногу со временем. Одновре­менно стали появ­ляться и первые CАМ-программы, позволяющие частично авто­мати­зировать процесс производства с помощью прог­рамм для станков с ЧПУ, и САЕ-продукты, предназначенные для анализа сложных кон­струкций. Так в 1971 г. компания MSC Software выпустила систему структурного анализа MSC.Nastran, которая до сих пор занимает ведущее положение на рынке САЕ.

К середине 80-х годов системы САПР для машиностроения обре­ли форму, которая существует и сейчас. Но впереди их ждало много любопытных перемен. Появление микропроцессоров положило нача­ло революционным преобразованиям в области аппаратного обеспе­чения — наступила эра персональных компьютеров (ПК). Но для трех­­­­мерного моделирования мощности первых ПК не хватало. Поэтому в 80-е годы поставщики «серьезных» средств автоматизации проектирования ориентировались на компьютеры на базе RISC-процессоров, работавшие под управлением OC Unix. Параллельно снижалась стоимость ПО, и к началу 90-х средняя цена рабочего мес­та снизилась до 20 тыс. долл. - САПР становились доступнее. Но в массовый продукт они превратились лишь тогда, когда компания Autodesk разработала свой знаменитый пакет AutoCAD стоимостью всего 1 тыс. долл. Правда, в те времена ПК были 16-разрядными, и их мощности хватало лишь для двухмерных построений — черчения и создания эскизов. Однако это не помешало новинке иметь огромный успех у пользователей.

Наиболее бурное развитие САПР происходило в 90-х годах, когда Intel выпустила процессор Pentium Pro, a Microsoft — систему Windows NT. Тогда на поле вышли новые игроки «средней весовой категории», которые заполнили нишу между дорогими продуктами, обладающими множеством функций, и программами типа AutoCAD. В результате сложилось существующее и поныне деление САПР на три класса: тяжелый, средний и легкий. Такая классификация возникла исторически, и хотя уже давно идут разговоры о том, что грани между классами постепенно стираются, они продолжают суще­ствовать, так как системы по-прежнему различаются и по цене, и по функциональным возможностям. Следует добавить, что кроме уни­версальных САПР также выпускаются и различные специа­лизи­ро­ванные продукты, например, для инженерного анализа, расчета трубопроводов, анализа процессов литья металлов, проектирования металлоконструкций и множества других конкретных задач. Если объ­ект проектирования можно формально описать, возникает пот­реб­­ность, с одной стороны, использовать приемы, характерные для ин­женерной деятельности, а с другой — привлечь знания матема­тиков для использования формальных методов принятия решения. Кроме того, дальнейшее развитие САПР, по мнению многих разра­ботчиков, должно идти по пути создания вычислительных систем, которые «лояльны» к пользователю, легко тиражируются и обладают свойством развития. В ближайшее время при построении САПР необ­ходимо обеспечить решение следующих задач: обучение пользо­вателя, которое сводится к обучению входным языкам, пред­став­лению справочной информации, адаптированной к характеру запроса, диагностике ошибок и сопровождению пользователя в процессе про­ек­тирования; обучение САПР, предполагающее настройку системы на конкретную предметную область или класс проектных процедур; организацию диалога в процессе проектирования с целью описания объ­екта проектирования, технологического задания и заданий на вы­полнение проектных процедур; изготовление проектной докумен­тации, контроль за функционированием системы и отображение ста­тис­тических данных о количестве и качестве проектных решений.

Одни из наиболее мощных САПР — Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Главная особенность таких мощных САПР — обширные функциональные возможности, высокая произво­дитель­ность и стабильность работы — все это результат длительного разви­тия. Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного ма­те­матического представления трехмерной формы изделия и управ­ления этой моделью. Полученные с его помощью данные исполь­зуются системами CAD, CAM и CAE для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий.

Программы «легкой» категории служат для двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. К нас­тоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического модели­рования, которыми обладают тяжелые и средние САПР. Первая чертежная система Sketchpad была создана еще в начале 60-х годов, а затем появилось немало других продуктов такого рода, исполь­зующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением пер­сональных компьютеров. Пионером в этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР для ПК под названием AutoCAD.

Таким образом, развитие систем автоматизированного проекти­рования идет двумя путями — эволюционным и революционным. В свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволю­ци­онно: расширяются функциональные возможности продуктов, по­вы­шается производительность, упрощается использование. Но, воз­мож­но, вскоре нас ждет очередная революция. Аналитики из Cambashi считают, что это произойдет, когда поставщики САПР нач­нут ис­поль­­зовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т.д.) не файловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В результате инженерная ин­фор­­мация станет структурированной, и управлять ею будет гораздо проще, чем теперь.

 

123456789Следующая ⇒

Поделиться: