САПР в образовательном процессе
Необходимость изучения автоматизированного проектирования в курсе инженерной и компьютерной графики.
На сегодняшний день весьма трудно представить наш мир без различного рода машин и технических устройств. Наш мир постоянно развивается, становится всё более автоматизированным. Человечество сталкивается с рядом проблем, решение которых отводится информационным технологиям. Главное место среди информационных технологий занимает автоматизация проектирования. Однако, в условиях постоянного развития науки и техники, оказывается, что традиционные неавтоматизированные методы проектирования не справляются с поставленными задачами. Отсюда возникает необходимость использования и изучения систем автоматизированного проектирования.
В курсе инженерной и компьютерной графики автоматизация играет огромную роль. Знание основ автоматизированного проектирования и навыки работы со средствами САПР необходимы любому будущему инженеру. Практически все современные промышленные предприятия занимаются проектированием различных изделий с помощью САПР. Это доказывает важность изучения студентами автоматизированных систем.
Использование систем автоматизированного проектирования моделей и чертежей значительно облегчает любую задачу. Освоение работы в среде CAD-систем позволяет студентам развить пространственное мышление. Любая геометрическая задача решается проще, нагляднее и точнее с помощью трёхмерной модели. Использование САПР позволяет значительно уменьшить затраты времени при выполнении расчётно-графических работ, что в очередной раз доказывает высокую эффективность данных средств.
Таким образом, изучение студентами автоматизированного проектирования с применением современных информационных технологий – это неотъемлемая часть всего процесса обучения в курсе инженерной и компьютерной графики. Это позволит подготовить высококлассных специалистов, владеющих навыками компьютерного моделирования.
САПР. Основные понятия. Классификация.
Проектирование технического объекта – это комплекс работ с целью создания нового или модернизации технического объекта, достаточных для реализации объекта в заданных условиях. Проектирование, которое осуществляется с помощью человека при взаимодействии с ЭВМ, называется автоматизированным.
Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования.
САПР является организационно-технической системой, необходимой для автоматизации процесса проектирования. Такая система состоит из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.
Классификацию САПР осуществляют по ряду признаков.
По ГОСТ
ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:
- тип/разновидность и сложность объекта проектирования
- уровень и комплексность автоматизации проектирования
- характер и количество выпускаемых документов
- количество уровней в структуре технического обеспечения
По отраслевому назначению
- MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Эти системы применяются преимущественно в машиностроении и включают в себя разработку деталей и сборок с помощью параметрического проектирования. (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);
- EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — автоматизированное проектирование электронных устройств. Такие САПР используются в области радиоэлектроники и облегчают разработку электронных устройств. (Altium Designer, OrCAD);
- AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — архитектурно-строительное проектирование. Системы AEC CAD находят применение в проектировании зданий и различных объектов. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Bentley MicroStation, Bentley AECOsim Building Designer, Piranesi, ArchiCAD).
По целевому назначению
- CAD (англ. computer-aided design/drafting) — системы конструкторского проектирования, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования.
- CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.
- CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
- CAE (англ. computer-aided engineering) — системы расчёта и инженерного анализа, осуществляющие динамическое моделирование и оптимизацию изделий.
- CAA (англ. computer-aided analysis) —системы, используемые для компьютерного анализа.
- CAM (англ. computer-aided manufacturing) — системы технологической подготовки производства, обеспечивают автоматизацию программирования и проектирование технологических процессов.
- CAPP (англ. computer-aided process planning) — системы автоматизации планирования технологических процессов.
Помимо этого, существуют комплексные САПР, то есть системы, совмещающие в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM.
Задачи, решаемые САПР.
Основная задача САПР – повышение эффективности труда инженеров.
Системы автоматизированного проектирования позволяют:
— сократить время проектирования
— снизить денежные затраты на проектирование и изготовление
— повысить добротность результатов проектирования
Поставленные задачи достигаются с помощью:
— автоматизации оформления документации
— использования шаблонов и проектных наработок
-замены реальных испытаний и макетирования моделированием в математических средах САПР
-увеличение части творческого труда путём снижения рутинной работы
— стандартизации
— стратегическое проектирование
Снижение затрат на проектирования становится возможным благодаря использованию
ранее созданных и стандартизированных проектных и конструкторских решений, которые могут быть собраны в библиотеки и базы данных. Так же это позволяет создавать различные варианты и модификации изделий.
Улучшение качества результатов проектирования –одна из основных целей автоматизации инженерной деятельности и связано с потребностью получения лучших образцов в классе проектируемых объектов. Повышение качества проектов удаётся достичь применением компьютеризированного поискового и многовариантного проектирования, применением математических методов оп тимизации параметров и структуры объектов и процессов.
Стандартизация проектов достигается путём адаптации к условиям каждого предприятия и их библиотек.
Стратегическое проектирование — это создание и сопровождение продолжительных проектных программ, от начала разработки основного изделия, впоследствии подвергаемого модификациям и усовершенствованиям.
Сравнение современных САПР по решаемым задачам и функциональным возможностям.
На сегодняшний день существует большое количество пакетов САПР разного уровня. Но наиболее целесообразно детально рассматривать САПР в соответствии с их рейтингом популярности: AutoCAD, ArchiCAD, SolidWorks, КОМПАС, T-FLEX CAD, nanoCAD.
- AutoCAD— двух- и трехмерная система автоматизированного проектирования, разработанная компанией Autodesk. Программа включает в себя полный набор средств, необходимых для комплексного трёхмерного моделирования, позволяет работать с произвольными формами, создавать и редактировать 3D-модели тел и поверхностей, предоставляет обширные возможности работы со слоями и аннотативными объектами. В современной версии AutoCAD улучшена 3D-навигация, реализована поддержка параметрического черчения. Помимо этого, в программе есть возможность динамической связи чертежа с реальными картографическими данными, управление трёхмерной печатью и поддержка облаков точек и многое другое.
Несмотря на привлекательные функциональные возможности, этот пакет не способен конкурировать с современными САПР и может применяться лишь для создания достаточно простых проектов.
- ArchiCAD — программное обеспечение, разработанное компанией Graphisoft, является на данный момент одной из лучших систем архитектурно-строительного проектирования. Эта система реализует уникальную технологию Информационного Моделирования Зданий (BIM) с помощью концепции Виртуального Здания (Virtual Building). ArchiCAD — мощная среда 3D-моделирования для работы с объектами по современным технологиям. Система поддерживает взаимодействие с различными инженерными программами через формат IFC и разработана специально для архитекторов: инструментарий программы позволяет строить чертежи и модель из привычных объектов (стен, колонн, перекрытий и т.д.), а интерфейс программы интуитивно ясен. При работе в ArchiCAD не просто создаются отдельные чертежи, а разрабатывается полный набор документации по проекту в одном файле.
- SolidWorks — система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения, разработанная компанией SolidWorks Corporation. Она представляет собой систему гибридного (твердотельного и поверхностного) параметрического моделирования инструментальную среду, предназначенную для 3-D проектирования сложных изделий, а также для оформления конструкторской документации. Используется преимущественно в машиностроении.
Основными функциональными возможностями программы являются использование гибридного параметрического моделирования, проектирование сборок различной сложности; проектирование изделий с учетом специфики изготовления; работа с импортированной геометрией.
Очевидными достоинствами системы являются ее полная русификация и поддержка ЕСКД.
КОМПАС — система автоматизированного проектирования с возможностями оформления проектной и конструкторской документации согласно стандартам серии ЕСКД и СПДС, разработанная российской компанией «АСКОН» (Россия).
Существует в двух версиях: КОМПАС-График и КОМПАС-3D, соответственно предназначенных для плоского черчения и трёхмерного проектирования.
Основная задача, решаемая системой КОМПАС-3D V9 — моделирование изделий с целью существенного сокращения периода проектирования и скорейшего их запуска в производство.
К основным функциональным возможностям относятся автоматическая генерация ассоциативных видов трёхмерных моделей; синхронизация данных в основной надписи чертежа с данными из трёхмерной модели. Также довольно привлекательным является наличие большого количества дополнительных библиотек к программам семейства, автоматизирующих различные специализированные задачи.
Система T-FLEX CAD — профессиональная конструкторская программа, разработанная компанией «Топ системы» (Россия). Программа предназначена для создания управляющих программ (УП) на оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ), а также для оформления конструкторской документации. T-FLEX CAD объединяет в себе параметрические возможности 2D и 3D моделирования.
Основные функциональные возможности: использование широких средств для автоматизации проектирования, специальных инструментов для работы с большими сборками. Помимо этого программа позволяет вести коллективную разработку; оформлять и управлять непараметрическими и сборочными чертежами.
nanoCAD – первая свободно распространяемая базовая САПР-платформа для различных отраслей, разработанная компанией «Нанософт» (Россия).
Платформа nanoCAD содержит огромное количество всех необходимых инструментов базового проектирования и обладает довольно понятым интерфейсом. К основным преимуществам системы можно отнести поддержку формата DWG, совместимость с другими САПР-решениями. В программу включены инструменты, которые позволяют работать с растровыми подложками. Исходя из этого, можно сказать, что nanoCAD является лучшим выбором при переходе на альтернативные системы.
Соответствие САПР критериям отбора для их использования их в обучении инженерной графики и начертательной геометрии.
Основными критериями определяющими возможность использования САПР в образовательной деятельности являются: наличие университетской лицензии, поддержка ЕСКД, возможность самостоятельной работы студента, наличие методической литературы и образовательных программ, а также востребованность их на производстве и активность филиалов.