Системи CAD: цілі створення, склад і структура

Системи CAD: цілі створення, склад і структура

Системи CAD являють собою системи автоматизованого проектування, які використовуються для виконання різноманітних проектних процедур із задіянням комп 'ютерної техніки. Також за допомогою такого програмного забезпечення створюється технологічна та конструкторська документація на окремі будівлі, вироби або споруди. Сучасні системи CAD використовуються в найрізноманітніших сферах діяльності сучасної людини, і практично для кожної є свій унікальний тип таких утиліт.

Що це таке?

Найчастіше абревіатуру CAD прийнято вважати стандартним англомовним аналогом терміну САПР, але насправді це не зовсім так. Системи CAD не можна розглядати як повноцінний аналог САПР в якості організаційно-технічної системи, так як ГОСТ наводить дане словосполучення у вигляді стандартизованого англомовного еквівалента терміна "автоматизоване проектування". Таким чином, англійською мовою термін САПР перекладається більше як CAE system, але в ряді зарубіжних джерел вказується, що термін САЄ являє собою узагальнене поняття, в яке входить застосування будь-яких комп 'ютерних технологій в інженерній роботі, включаючи також CAM і CAD.


Навіщо це потрібно?

  • скорочення витрат, необхідних для випробування і натурного моделювання.

Як вхідні дані сучасні CAD-системи використовують різні технічні знання експертів, які займаються уточненням результатів, введенням різних проектних вимог, перевіркою отриманої конструкції, її зміною і безліччю інших речей.

Реалізація системи автоматизованого проектування здійснюється в якості комплексу прикладних утиліт, за допомогою яких забезпечується проектування, а також подальше черчення і тривимірне моделювання конструкцій або ж об 'ємних і плоских деталей.

У переважній більшості випадків CAD-системи включають в себе модулі моделювання тривимірних конструкцій, а також оформлення креслень і різної конструкторської текстової документації.

Класифікуються ж вони в основному за кількома параметрами:

  • різновид і тип розглянутого об 'єкта;
  • рівень автоматизації процедури проектування;
  • складність створюваного об 'єкта;
  • комплексність процесу автоматизації;
  • кількість використовуваних документів;
  • характер використовуваних документів;
  • загальна кількість рівнів, які будуть присутні в структурі технічного забезпечення.

Цільове призначення

Залежно від того, які реалізуються завдання CAD-систем, вони розділяються на кілька груп:

  • Автоматизація тривимірного або двомірного геометричного проектування, а також створення різної технологічної або конструкторської документації.
  • Проектування та подальше створення креслень.
  • Ведення геометричного моделювання.
  • Автоматизація різних інженерних розрахунків, проведення динамічного моделювання, а також аналізу та симуляції фізичних процесів з подальшою перевіркою та оптимізацією виробів.
  • Підклас засобів САЄ, що використовуються для комп 'ютерного аналізу.
  • Засоби, призначені для технологічної підготовки виробничого процесу різних виробів, що дозволяє забезпечити автоматизацію процедури програмування та подальшого управління обладнанням з ДАПС або ЧПУ.
  • Засоби, призначені для автоматизації процесів планування різних технологічних процесів, що використовуються на стику систем CAM і CAD.

Більшість систем автоматизованого проектування можуть поєднати в собі вирішення різних завдань, які відносяться до різних аспектів проектування - це комплексна або інтегрована система автоматизованого проектування (CAD).


Загальноприйнята міжнародна класифікація

Не зовсім вірним є також таке поняття, як "Програмний засіб автоматизованого проектування", оскільки його можна назвати занадто вузькоспрямованим. Звичайно, на даний момент САПР розглядається виключно в якості прикладного програмного забезпечення, необхідного для проведення проектної діяльності, проте насправді у вітчизняній літературі і різних державних стандартах САПР розглядається як більш об 'ємне поняття, в яке входять не тільки програмні інструменти.

САПР у стоматології

Переважна більшість сучасних стоматологічних клінік використовує CAD. CAD-системи в стоматології застосовуються для виробництва високоякісних зубних протезів, вже більш ніж десять років використовуються для виготовлення абатментів для імплантів, коронок і всіляких протезів, причому всі ці вироби відрізняються відмінною якістю і високою точністю. Суть даної технології полягає в тому, що спочатку проводиться тривимірне моделювання створюваної конструкції на комп 'ютері, і тільки потім вже, використовуючи проектну модель, здійснюють виготовлення на фрезерному блоці.

Таким чином, стоматологи отримують масу переваг за рахунок застосування у своїй роботі технології CAD. CAD-системи в стоматології застосовуються найчастіше наступним чином:

  • спочатку лікар проводить зняття зліпка, який потім відправляється в лабораторію;
  • після доставки зліпок поміщають у спеціалізований сканер, що створює модель майбутнього виробу;
  • у справу вступає CAD-система: 3D-модель перетворюється на спеціалізований файл, який слугуватиме джерелом даних для фрезерного блоку;
  • використовуючи отриманий файл, на фрезерному блоці здійснюють виробництво каркаса зі спеціальної заготовки, зробленої з оксиду цирконію;
  • зрештою каркас ретельно покривається керамічною масою і запікається.

CAD/CAM-системи в стоматології дозволяють виготовляти коронки з діоксиду цирконію, які відрізняються від металовмісних виробів масою переваг. Самі по собі ці вироби практично не мають ніяких відмінностей за кольором від природних зубів, так як вибір відтінку здійснюється ще в процесі виробництва каркаса. Далі каркас ретельно покривається особливою керамічною масою, що має напівпрозору і світлопроникну структуру, а також включає в свою палітру досить широкий спектр кольорів, завдяки чому виходить виготовляти коронки, схожі на природні зуби.

Сам по собі оксид цирконію відрізняється високою біосумісністю, навіть якщо порівнювати його з дорогоцінними металами, і являє собою гіппоалергенний матеріал, що підтверджено в процесі проведення цілого ряду наукових клінічних досліджень. Однак насправді коронки, засновані на каркасі з оксиду цирконію, є далеко не єдиним видом виробів, для виготовлення яких використовуються CAD/CAM-системи. ЧПУ-верстат на основі таких технологій дозволяє виготовляти:

  • різні мостовидні протези;
  • тимчасові коронки;
  • індивідуальні абатменти.

Крім вже зазначеного діоксиду цирконію, в процесі виготовлення можуть застосовуватися найрізноманітніші матеріали, включаючи пластмасу, віск, кобальт і титан, хром.

У чому переваги?

Дані технології забезпечують такі переваги, як:


  • максимально можлива точність виготовлення з незначними відхиленнями;
  • повна автоматизація процесів виробництва, яка практично повністю виключає ймовірність появи помилок;
  • можливість використання цілого ряду матеріалів;
  • можливість проведення процедур моделювання та виробництва виробів у різних місцях;
  • гранична продуктивність будь-яких процесів, що проводяться.

САПР у машинобудуванні

CAD-система (T-FLEX CAD та інші) знайшла досить широке поширення в області машинобудування, яке розрізняється на три рівні - нижній, середній і верхній. Такий поділ з 'явився на рубежі вісімдесятих-дев' яностих років минулого століття.

Нижній рівень включає в себе CAD/CAM/CAE-системи з невеликою вартістю, які в основному орієнтуються на 2D-графіку, тобто спрямовані в основному на забезпечення автоматизації креслених робіт. В якості технічного забезпечення легких САПР використовувалися персональні ЕВМ, які вже на той момент істотно поступалися по функціоналу повноцінним робочим станціям.

Системи верхнього рівня, або, як їх ще прийнято називати, важкі САПР, розроблялися для того, щоб використовуватися на всіляких мейнфреймах або робочих станціях. Такі системи виявилися набагато більш універсальними, але в той же час мали і досить високу вартість, орієнтуючись в основному на поверхневе і твердотельне моделювання. Оформлення різноманітної кресленої документації в них часто проводиться за допомогою попередньої розробки спеціальних геометричних тривимірних моделей. Після цього системи, в яких функція 3D-моделювання обмежувалася виключно твердотільними моделями, тобто займають проміжне положення між важкими і легкими, отримали власний, середній рівень.

На сьогоднішній день розвиток САПР вже призвів до того, що в більшості систем середнього рівня почали з 'являтися спеціальні засоби поверхневого моделювання, а функції, доступні для використання в персональних ЕВМ, стали також прийнятними і для сучасних систем верхнього рівня. За рахунок цього змінилися навіть ті принципи, за якими раніше здійснювалася відмінність середніх і важких систем. Сучасні CAD-системи важкого рівня тепер прийнято називати CAE/CAD/CAM/PDM, тобто такими, які одночасно включають в себе такі можливості, як:

  • технологічне та конструкторське проектування;
  • інженерний аналіз;
  • управління проектною інформацією;
  • розширений склад спеціальних програмних додатків.

На відміну від них, сучасні системи середнього рівня прийнято називати mainstream, mid-range або просто серійними.


Системи одного рівня можна назвати за функціональними можливостями приблизно рівноцінними, оскільки якісь нові досягнення, що з 'являються в певному програмно-методичному комплексі, вже найближчим часом будуть реалізовані в нових версіях інших. У САПР великих компаній досить часто прийнято комбінувати одночасно кілька систем різних рівнів. Найчастіше це пов 'язано з тим, що практично всі процедури конструювання можуть проводитися на CAD-системах середнього і нижнього рівнів, а крім цього, важкі є занадто дорогими. Саме з цієї причини підприємства купують ліцензії програм верхнього рівня в досить обмеженій кількості, а переважна більшість сучасних клієнтських баз забезпечується за рахунок нижнього і середнього рівнів.

При цьому досить часто трапляється так, що CAD/CAE-системи можуть мати певні проблеми в плані обміну інформацією між собою, але подібні негаразди вирішуються за рахунок застосування спеціальних форматів і мов, прийнятих в CALS-технологіях, хоча для забезпечення нескаженої передачі геометричних даних через проміжні уніфіковані мови доводиться долати деякі

Структура

Як і будь-які інші складні системи, CAD включають в себе кілька підсистем, які можуть бути проектуючими або обслуговуючими.

Перші займаються безпосереднім виконанням різноманітних проектних робіт. Як приклад таких можна навести підсистеми тривимірного геометричного моделювання всіляких механічних об 'єктів, схемотехнічного аналізу, створення конструкторської документації або ж трасування з' єднань друкованих плат.

Обслуговуючі підсистеми призначаються для того, щоб забезпечити нормальну працездатність проектуючих, а їх комбінацію досить часто серед фахівців прийнято називати системним середовищем САПР. В якості типових обслуговуючих підсистем часто використовуються бази управління проектними даними, всілякі підсистеми розробки і подальшого супроводу програмного забезпечення CASE, а також навчальні, призначені для полегшення освоєння користувачами технологій, реалізованих в CAD.


Структурування з різних аспектів дозволило з 'явитися видам забезпечення САПР, яких сьогодні виділяють всього сім:

  • технічне, яке включає в себе різні апаратні засоби;
  • математичне, що об 'єднує всілякі математичні методи, алгоритми і моделі;
  • програмне, що являє собою комп 'ютерні програми САПР;
  • інформаційне, до складу якого включені бази даних, системи управління цими базами, а також безліч іншої інформації, що використовується в процесі проектування;
  • лінгвістичне, що виражається у вигляді мов спілкування між ЕВМ і проектувальниками, мовами обміну даними між технічними засобами CAD і мовами програмування;
  • методичне, до якого входять всілякі технології проектування;
  • організаційне, виконане у вигляді посадових інструкцій, штатних розписів та іншої документації, за допомогою якої здійснюється регламентування роботи проектних підприємств.

Варто зазначити, що вся сукупність інформації, яка застосовується в процесі проектування, фахівцями називається інформаційним фондом CAD. База даних являє собою впорядковану сукупність інформації, в якій відображаються різні характеристики об 'єктів та їх взаємозв' язок у певній предметній області. Доступ до бази даних для вивчення, запису і подальшого коригування даних проводиться через СУБД, а сукупність СУБД і БД прийнято називати БнД, тобто банк даних.

Класифікація

Системи проектування CAD/CAM класифікуються за цілою низкою ознак, таких як додаток, цільове призначення, масштаби (наскільки комплексно вирішуються поставлені завдання), а також характер базової підсистеми.

За додатками серед найбільш популярних і представницьких варто виділити наступні групи САПР:

  • використовуються у сфері загального машинобудування (за рахунок чого їх прийнято називати машинобудівними);
  • радіоелектроніки, що використовуються у сфері;
  • що використовуються у сфері будівництва та архітектури.

Крім цього, існує також досить велика кількість спеціалізованих систем або виділених у перерахованих групах, або які являють собою повністю самостійне відгалуження класифікації. Як наочний приклад можна навести САПР великих інтегральних схем, електричних машин, літальних апаратів і ще цілий ряд інших.


За масштабами розрізняються окремі програмно-методичні комплекси, включаючи комплекс перевірки міцності різних механічних виробів згідно з методом кінцевих елементів або ж комплекс перевірки електронних схем, а також системи з унікальною архітектурою не тільки програмного, але ще й технічного забезпечення.

Базова підсистема

Тут існують такі різновиди CAD:

  • На основі підсистеми геометричного моделювання і машинної графіки. Такі САПР в основному орієнтуються на різні додатки, в яких в якості основної процедури проектування виступає конструювання, тобто чітке визначення просторових форм, а також взаємного місця розташування об 'єктів. Саме тому в цю групу входять багато САПР зі сфери машинобудування, засновані на базі графічних ядер. У наш час досить часто прийнято використовувати уніфіковані графічні ядра.
  • На основі СУБД. Вони в основному орієнтуються на ті додатки, в яких є можливість, проводячи відносно нескладні математичні розрахунки, переробити досить великий обсяг інформації. Їх часто можна зустріти в техніко-економічних додатках, таких як проектування бізнес-планів, але при цьому нерідко їх використовують і в процесі проектування великих об 'єктів на зразок щитів управління в автоматичних системах.

Крім цього, існують також комплексні САПР, в які входять підсистеми всіх попередніх видів. В якості характерних прикладів таких комплексних систем варто навести програмне забезпечення, яке активно використовується в сучасному машинобудуванні, або ж САПР БІС. Останній включає до свого складу СУБД і різні підсистеми проектування компонентів, функціональних і логічних схем, топології кристалів, а також тести для аналізу придатності виготовлених виробів. Для того щоб забезпечити нормальне управління такими складними програмами, прийнято використовувати спеціалізовані системні середовища.