Программы cad системы. Сапр в строительстве. Программы КАД в медицине

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) .

На многих современных предприятиях используются проектирования, или САПР. Существует большое количество поставщиков подобных решений. Функции и возможности данных систем проектирования, в частности представленных специализированным ПО соответствующего назначения, могут быть самыми разными. В чем заключается сущность САПР? Каковы нюансы разработки данных систем?

Что представляют собой системы автоматизированного проектирования?

САПР — это автоматизированные системы, которые призваны реализовывать ту или иную осуществления проектирования. На практике они представляют собой технические системы, позволяющие, таким образом, автоматизировать, обеспечить независимое от человека функционирование процессов, составляющих разработку проектов. В зависимости от контекста под САПР может пониматься:

Программное обеспечение, используемое в качестве основного элемента соответствующей инфраструктуры;

Совокупность кадровых и технических систем (включая те, что предполагают задействование САПР в виде ПО), применяемых предприятием в целях автоматизации разработки проектов.

Таким образом, можно выделить более широкую и узкую трактовку термина, о котором идет речь. Сложно сказать, какая из них применяется в бизнесе чаще, все зависит от конкретной сферы использования САПР, тех задач, которые призваны решать данные системы. К примеру, в контексте отдельно взятого производственного цеха под САПР, вероятно, будет пониматься конкретная программа для автоматизированного проектирования. Если речь идет о стратегическом планировании развития предприятия, данное понятие будет, вероятно, соответствовать более масштабной инфраструктуре, задействуемой в целях повышения эффективности разработки различных проектов.

Стоит отметить, что САПР — это аббревиатура, которая и расшифровываться может по-разному. В общем случае она соответствует словосочетанию «система автоматизированного проектирования». Вместе с тем есть и другие варианты расшифровки соответствующей аббревиатуры. Например, она может звучать как «система автоматизации проектных работ».

В английском языке российскому термину САПР по смыслу соответствует аббревиатура CAD, в некоторых случаях — CAX. Рассмотрим более подробно, в каких целях могут создаваться системы автоматизированного проектирования в машиностроении и иных сферах.

Цели создания САПР

Главная цель разработки САПР — повышение эффективности труда специалистов предприятия, решающих различные производственные задачи. В частности, связанные с инженерным проектированием. Повышение эффективности в данном случае может осуществляться за счет:

Снижения трудоемкости процесса проектирования на производстве;

Сокращения сроков реализации проектов;

Снижения себестоимости проектных работ, а также издержек, связанных с эксплуатацией;

Обеспечения повышения качества инфраструктуры проектирования;

Снижения издержек на моделирование, а также проведение испытаний.

САПР — это инструмент, позволяющий добиться отмеченных преимуществ за счет:

Автоматизации документации;

Рассмотрим теперь, в какой структуре может быть представлена САПР.

Структура САПР

Система автоматизированного проектирования технологических процессов, к примеру, может включать следующие компоненты:

Комплекс элементов автоматизации;

Программно-техническую инфраструктуру;

Методические инструменты;

Элементы поддержки функциональности САПР.

Распространен подход, в соответствии с которым в структуре САПР следует выделять различные подсистемы. Ключевыми принято считать:

Обслуживающие подсистемы, которые поддерживают функционирование основных проектирующих компонентов САПР, инфраструктуры, отвечающей за обработку данных, поддержание ПО;

Проектирующие подсистемы, которые в зависимости от соотнесения с объектом разработки могут быть представлены с объектными задачами или же инвариантными, то есть связанные с реализацией конкретных проектов или же с совокупностью нескольких.

САПР — это системы, которые включают в себя определенные функциональные компоненты. Рассмотрим их особенности.

Компоненты САПР

Автоматизированное проектирование систем управления и промышленной инфраструктуры, как мы уже знаем, состоит из различных подсистем. В свою очередь, их составляющими являются компоненты, которые обеспечивают функционирование соответствующих элементов САПР. Например, это может быть та или иная программа, файл, аппаратное обеспечение. Компоненты, обладающие общими признаками, формируют средства обеспечения систем проектирования. Таковые могут быть представлены следующими основными разновидностями:

Системы, применяемые в целях разработки различных чертежей;

САПР, созданные для геометрического моделирования;

Системы, предназначенные для автоматизации расчетов в рамках инженерных проектов, а также динамического моделирования;

САПР, предназначенные для осуществления компьютерного анализа различных параметров по проектам;

Средства автоматизации, используемые в целях технологической оптимизации проектов;

САПР, используемые в целях автоматизации планирования.

Стоит отметить, что данную классификацию следует считать условной.

Автоматизированная система технологического проектирования может включать в себя самый широкий спектр функций из числа тех, что перечислены выше, и не только. Конкретный перечень возможностей САПР определяет прежде всего разработчик соответствующей системы. Рассмотрим, какие в принципе задачи он может решать.

Разработка САПР

Проектирование автоматизированных систем обработки информации, управления, программирования и реализации иных функций, направленных на повышение эффективности разработки проектов в тех или иных отраслях, — процесс, который характеризуется высоким уровнем сложности и требует от его участников осуществления вложения значительных ресурсов — трудовых, финансовых. Эксперты выделяют несколько основных принципов, в соответствии с которыми может вестись разработка САПР. В числе таковых:

Унификация;

Комплексность;

Открытость;

Интерактивность.

Рассмотрим их подробнее.

Унификация как принцип разработки САПР

Работа с системами автоматизированного проектирования как на стадии их разработки, так и в период пользования соответствующей инфраструктурой предполагает следование принципу унификации, в соответствии с которым, те или иные решения могут одинаково эффективно и по схожим алгоритмам внедряться в различных отраслях производства. Данный принцип предполагает, что человек, использующий знакомый ему модуль САПР или, к примеру, методику автоматизированного проектирования в одной среде, без труда сможет адаптировать их к специфике применения в иных условиях.

Унификация САПР имеет значение и с точки зрения развития предприятия - разработчика соответствующей системы: чем более универсальными будут модули и подходы, которые данный хозяйствующий субъект предлагает рынку, тем более интенсивным может быть его рост, тем выше конкурентоспособность и готовность новых потребителей к сотрудничеству.

Комплексность как принцип разработки САПР

Следующий принцип, который характеризует процесс проектирования автоматизированных систем, — комплексность. Он предполагает, что производитель САПР сможет наделить свой продукт компонентами, которые позволят его пользователю решать поставленные задачи на самых разных уровнях реализации проекта. Данный аспект, возможно, является ключевым с точки зрения обеспечения конкурентоспособности продукта и освоения им новых рынков. Но при этом следует иметь в виду, что даже самые комплексные решения должны удовлетворять иным ключевым принципам разработки САПР. В числе таковых — открытость.

Открытость как принцип разработки САПР

Открытость в данном контексте может пониматься по-разному, но во всех случаях ее интерпретация будет уместной. Разработка системы автоматизированного проектирования — процесс, который должен прежде всего характеризоваться открытостью с точки зрения формирования обратной связи между производителем САПР и ее пользователями. Человек, задействующий соответствующую систему, должен иметь возможность информировать ее разработчика о выявленных проблемах, особенностях функционирования САПР в различных условиях, передавать бренду-производителю свои пожелания касательно улучшения продукта.

Открытость в разработке САПР также может выражаться в готовности производителя осуществлять активный мониторинг технологических разработок, в том числе от конкурирующих производителей, отслеживать различные тренды. В данном случае ведущую роль в бизнесе могут играть не только технологические подразделения, но, к примеру, маркетологи компании, специалисты по PR, менеджеры, отвечающие за переговоры фирмы с партнерами.

Открытость при разработке САПР — это также готовность разработчика соответствующей системы к прямому диалогу с другими поставщиками, которые опять же могут быть его прямыми конкурентами. Обмен технологиями, позволяющими создавать продукты, посредством которых может быть осуществлено эффективное автоматизированное проектирование систем управления, промышленной инфраструктуры, инженерных разработок, также является значимым фактором повышения конкурентоспособности бренда, поставляющего САПР в тех или иных сегментах рынка.

Интерактивность как принцип разработки САПР

Следующий важнейший принцип создания САПР — интерактивность. Он предполагает прежде всего создание разработчиком соответствующих систем интерфейсов, максимально облегчающих процедуру их задействования человеком, а также осуществления им необходимых коммуникаций с другими пользователями САПР.

Еще один аспект интерактивности — обеспечение в необходимых случаях взаимодействия между различными модулями систем автоматизированного проектирования в рамках формирования производственной инфраструктуры.

Можно отметить, что принцип интерактивности тесно связан с первым — унификацией. Дело в том, что обмен данными в рамках тех или иных интерактивных процедур наиболее эффективным будет при условии необходимой стандартизации взаимодействия между теми или иными субъктами. Это может выражаться в унификации файловых форматов, документов, процедур, языка, инженерных подходов при разработке тех или иных проектов.

Особенно большое значение рассматриваемый принцип играет в САПР, посредством которых осуществляется автоматизированное проектирование информационных систем. Данная сфера применения САПР характеризуется, в частности, высокой степенью потребности пользователей соответствующей инфраструктуры:

В регулярном, динамичном взаимодействии между собой;

Обеспечении связей между большим количеством модулей САПР;

Осуществлении оптимизации различных интерактивных процедур;

Оперативном формировании отчетности.

Только при условии достаточной интерактивности систем автоматизированного проектирования пользователи вправе рассчитывать на эффективное решение подобных производственных задач.

Применение CAD/CAM систем в стоматологии позволяет осуществить проектирование и изготовление зубопротезных ортопедических конструкций с помощью компьютера.

CAD сокращенно от Computer-Aided Design,- проектирование с применением компьютера, используется вместо чертежной доски и позволяет создать 3D модель зубных протезов.

К преимуществам такого проектирования можно отнести следующее:

• модель, спроектированную на компьютере можно рассмотреть под различными углами и изучить ее проекцию в определенном освещении;
• могут быть заменены не только отдельные детали чертежа, но и спроектирована вся модель заново;
• готовый проект может быть превращен в инструкцию, которая будет передана дальше машинам для сознания ими этой детали.

Существуют ультрасовременные системы, которые создают 3D-модели, учитывая структурные свойства материалов.

CAM или Computer-Aided Manufacture обозначает изготовление ортопедической конструкции компьютером в соответствии с ранее спроектированной 3D-моделью.

Возможности и виды Кад/Кам систем

Изготовление дентального моста на станке

CAD CAM системы позволяют изготовить:

• и различной протяженности;
• для ;
• провизорные коронки.

Существует 2 разновидности CAD CAM систем:

• закрытые системы, работающие с конкретным расходным материалом, выпускаемым обычно одной фирмой;
• открытые системы, работающие с различными расходными материалами разных компаний-производителей.

Этапы протезирования с помощью CAD CAM систем

Протезирование с использованием CAD CAM систем происходит следующим образом:

1. Стоматолог подготавливает один или несколько зубов. Затем сканирует 3D камерой зубы и прикус, в результате чего получают оптическую модель. Также можно просканировать обычные слепки.
2. Далее полученное изображение обрабатывают специальной программой, которая рисует 3D модель восстанавливаемых зубов. Она сама подбирает форму будущей реставрации с учетом остальных зубов, но доктор может поправить предлагаемую конструкцию движением компьютерной мышки. Количество времени для создания 3D модели зависит от мастерства специалиста и от сложности клинического случая. На этого может уйти от нескольких минут до получаса и даже больше.
3. Когда моделирование будет завершено, файл с конструкцией изготавливаемой детали передается в блок управления фрезерной машины. И здесь из куска цельного материала выпиливается 3D-модель детали, которая ранее была смоделирована компьютером. По времени это занимает около 10 минут. Чтобы конструкция выглядела более естественной, ее могут покрыть полупрозрачной и светоотражающей керамикой.
4. Когда в качестве материала используют , то далее изготовленную конструкцию помещают в печь для спекания, в результате она приобретает окончательный оттенок, размер и прочность.
5. После обжига и затвердевания материала деталь шлифуют и полируют. Далее можно установить изделие на подготовленный зуб.

Преимущества и недостатки компьютерного протезирования

К плюсам использования CAD CAM можно отнести следующее:

К минусам можно отнести следующее:

• не любое протезирование можно выполнить с использованием CAD CAM систем, возможно ли ее применение в каждом конкретном случае должен решать стоматолог;
• некоторые реставрации могут выглядеть непрозрачными и неестественными;
• высокая стоимость.

CAD CAM система позволяет изготовить коронки и мосты в максимально короткие сроки. Поэтому, тем, кто мечтает иметь красивые и здоровые зубы, но не хочет посещать стоматолога раз за разом, стоит обратиться в клинику, где применяют такие технологии.

BC / NW 2006, №2, (9):11.1

ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ ИНТЕГРАЦИИ CAD И CAE

Аникеев Г.Е., Василец А.Н.

(г.Москва, Московский Энергетический Институт (Технический Университет), Российская Федерация)

По мнению ведущих мировых аналитиков, основными факторами успеха в современном промышленном производстве являются: сокращение срока выхода продукции на рынок, снижение ее себестоимости и повышение качества. Сейчас общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения современных систем автоматизации. К числу наиболее эффективных технологий, позволяющих выполнить эти требования, принадлежат так называемые CAD/CAM/CAE-системы (системы автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа). Несмотря на широкое распространение систем CAD для проектирования и систем CAE для анализа, эти системы не так уж хорошо интегрируются. Дело в том, что модели CAD и CAE по сути используют разные типы геометрических моделей, и в настоящее время не существует общей унифицированной модели, которая бы содержала в себе как информацию для проектирования, так и для анализа.

В данной работе намечаются основные пути решения данной проблемы, рассматриваются их достоинства и недостатки.

Термины CAD , CAM , CAE обозначают следующее:

CAD-системы (сomputer-aided design) - компьютерная поддержка проектирования, предназначенная для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации (более привычно они именуются системами автоматизированного проектирования - САПР).

CAM-системы (computer-aided manufacturing) - компьютерная поддержка изготовления, предназначенная для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и выдачи программ для этих станков. CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства.

САЕ-системы (computer-aided engineering) - поддержка инженерных расчетов представляющая собой применение обширного класса 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. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

CAD системы, базирующиеся на трехмерной геометрии, сейчас широко применяются при проектировании широкого спектра изделий. В то же время, инженерный анализ с использованием CAE -систем необходим при проектировании изделия. Поэтому ключевым моментом для улучшения процесса проектирования является тесная «бесшовная» интеграция CAD и CAE . Возможность тесной интеграции зависит от следующих факторов: масштаба, границ и целей CAE -анализа; природы и качественных характеристик CAD -модели; степени детализации, требуемой для CAE .

Существуют четыре основных подхода к интеграции CAD и CAE :

1) CAD -ориентированый;

2) CAE -ориентированный;

3) CAD / CAE -ориентированный;

4) Использование технологии управления информацией об изделии на протяжении его жизненного цикла (Product Lifecycle Management, PLM).

Рассмотрим более подробно каждый из этих подходов.

CAD -ориентированый подход

В CAD -ориентированном подходе, рассматривается проектирование, основанное на CAD -системе и интерактивный анализ, который проводится с целью улучшения проектируемого изделия. Данная методика уже получила широкое распространение. Практически во всех современных CAD -системах предусмотрены дополнительные модули анализа и имитации, тесно интегрированные с системой моделирования. Эти модули позволяют решать задачи кинематического моделирования, анализа методом конечных элементов (МКЭ), генерации сетки и последующей обработки непосредственно в системе моделирования. Например, система Pro / Engineer фирмы PTC включает в себя модули Pro / Mechanica , выполняющие структурный, вибрационный, температурный и двигательный анализ. Pro / Mesh и Pro / FEMPOST – это пре- и постпроцессоры анализа по МКЭ соответственно . Таким образом МКЭ становится наиболее популярным методом для анализа. К сожалению, часто модели созданные в CAD непригодны для МКЭ. Как показано на рис. 1 для МКЭ в большинстве случаев требуется некая абстрактная модель, в то время как CAD -система обеспечивает создание детализированной твердотельной модели.

Рисунок 1 . Геометрические модели: (a ) детализированная CAD -модель; (b ) абстрактная модель CAE .

Следовательно, как показано на рис.2, для получения МКЭ-специфичной модели необходим процесс преобразования, который удаляет некоторые элементы, и даже изменяет размеры исходной модели. Удаление элементов заключается в том, что маленькие геометрические элементы, содержащиеся в модели, игнорируются или скрываются. Существуют специальные экспертные системы, в которые загружается CAD-модель и они селективно скрывают геометрические элементы и их свойства, чтобы затем получить модель для анализа. А при изменении размеров происходит некое упрощение твердотельной модели. В результате получается, например, каркасная модель или поверхностная.

Рисунок 2 . СAD-ориентированный подход к интеграции CAD и CAE.

Процесс преобразования моделей является значительным препятствием на пути интеграции CAD и CAE , а также довольно нетривиальной задачей, к тому же требующей значительных временных затрат. Для решения этой проблемы существует много разработок, в первую очередь связанных с автоматизацией процесса преобразования одной модели в другую. Однако, возможности всех существующих в данное время методов достаточно ограничены, и степень автоматизации процесса преобразования моделей требует совершенствования.

Преобразование моделей зависит также от наличия тех или иных свойств у CAD -модели. Если CAD -модель не содержит информацию о необходимых для CAE свойствах, производится определение этих свойств, путем анализа твердотельной модели. В противном случае необходимые свойства конвертируются в свойства CAE -модели. В случае если свойства CAD -модели полностью идентичны свойствам CAE -модели, никакой конвертации не производится. Технологии, используемые в процессе преобразования, включают в себя: проектирование на основе конструктивных элементов геометрической модели (фичеров),определение свойств модели, конвертация свойств, удаление некоторых элементов модели и изменение размеров. Также здесь используется твердотельное моделирование и самопересекающееся топологическое моделирование (NMT ). Число общих ребер вмоделях должно быть чуть меньше или равно двойному количеству ребер. Если это число более чем в два раза превосходит число ребер, тогда модель считается самопересекающейся, в которой одно или более ребер лежит на пересечении более чем двух граней, т.е. она имеет совпадающие ребра. Самопересекающиеся модели позволяют строить топологию, включающую точки, кривые, поверхности и трехмерные объекты, содержащие в себе точки, кривые или поверхности, присоединенные или нет к внешней границе.

CAE -ориентированый подход

В CAE -ориентированном подходе, прежде всего проводится инженерный анализ на основе абстрактной модели, с целью определения всех параметров CAE -модели. Как показано на рис.3 модель для проектирования получается путем добавления дополнительных элементов, а также необходимой информации о размерах.

Рисунок 3. CAE -ориентированный подход к интеграции CAD и CAE .

Этот подход, основанный на добавлении элементов модели и образмеривании прямо противоположен CAD -ориентированному подходу, который требует упрощения геометрии модели с целью приближения к модели МКЭ. В случае ориентации на CAE , требуются автоматизированные процедуры формирования твердотельных моделей на основе абстрактных предшественников. В противном случае, конструкторам потребуется вручную восстанавливать геометрию по проектной документации. В случае CAE -ориентированного подхода, аналогично CAD -подходу, существуют различные технологии преобразования в зависимости от наличия и содержания свойств в CAE модели. При данном подходе используются технологии проектирования на основе фичеров, определения свойств модели и конвертации свойств из NMT -модели, а также добавления элементов и размеров NMT -модели. Добавление размеров – это технология создания твердотельных моделей из абстрактных NMT -моделей, используемая в CAE -ориентированном подходе. Добавляется толщина для поверхностей и производится утолщение каркасов.

CAD / CAE -ориентированый подход

CAD - и CAE -ориентированные подходы требуют двойных усилий по созданию и непрерывному поддержанию двух различных моделей одного изделия. Отсутствие автоматизированных средств трансформации из одного типа модели в другой может привести к тому, что модель придется восстанавливать по документации. Это является узким местом в интеграции CAD - CAE . В дополнение, при инженерном анализе часто требуется менять степень детализации (LOD ) и/или уровень абстракции (LOA ) рассматриваемой модели. Как только меняются LOD и LOA , необходимо заново проводить процесс трансформации. В качестве решения данных проблем предлагаются варианты общего модельного пространства, а также двунаправленной интеграции CAD - CAE .В данном случае система позволяет CAD -системе автоматически генерировать модели для анализа, а CAE -системе автоматически модифицировать геометрию деталей и проводить новый анализ. Процесс преобразований повторяется, пока не будет достигнут заданный критерий.

Данный метод называется CAD / CAE -интегрированным подходом, который обеспечивает унифицированное моделирование для «бесшовной» интеграции CAD / CAE . На рис.4 показан поток данных при этом подходе. В основе его лежат следующие технологии: проектирование с использованием фичеров, NMT , многомасштабные представления.

Рисунок 4. Интегрированный подход CAD \ CAE .

При данном подходе, одновременно создаются различные типы геометрических моделей проектирования и анализа для каждой операции моделирования фичера. Все модели интегрируются в одну общую модель. Твердотельные модели с различными LOD легко получаются из интегрированной модели. Более того, для каждого LOD можно получить абстрактную NMT модель с различным LOA и передать её в CAE -систему.

В случае CAD / CAE -интегрированного подхода CAD и CAE модели создаются одновременно и объединяются в единую NMT модель. Из объединенной модели CAD и CAE модели получаются с помощью механизма выборки. В дополнение, этот подход поддерживает модели CAD , CAE на различных LOD и LOA . Поэтому используемые здесь технологии это проектирование на основе фичеров, алгоритмы выборки, удаления элементов и изменения размеров, многомасштабные представления.

Использование технологии PLM

В отличие от описанных выше принципов интеграции CAD и CAE , использование технологии управления информацией об изделии на протяжении его жизненного цикла затрагивает не отдельные вопросы улучшения совместной работы этих двух систем, а более глобальные задачи объединения в одно целое всех процессов проектирования, производства, модернизации и сопровождения технически сложных изделий.

Что же такое PLM? Точно ответить на этот вопрос непросто, так как четкое определение отсутствует, а формулировки главных идеологов хотя и подробны, но весьма расплывчаты. Например, компания CIMdata, которая специализируется на анализе рынка PLM, утверждает, что это стратегический подход к организации бизнеса, позволяющий предприятиям с помощью интегрированного набора корпоративных систем коллективно разрабатывать, распространять и использовать информацию обизделии, а также управлять ею на протяжении его жизненного цикла - от проекта до утилизации . Компания EDS определяет PLM как комплексную корпоративную информационную систему, обеспечивающую управление всеми аспектами жизненного цикла изделия, от выработки требований, анализа рынка и разработки до производства, поставки и сервисного обслуживания .

Все определения звучат настолько красиво и неконкретно, что на первый взгляд даже может показаться, что PLM - скорее маркетинговый лозунг, чем реальная технология. И хотя, некоторая маркетинговая составляющая в PLM присутствует, было бы преждевременно заявлять, что этим исчерпываются возможности данной концепции. Ведь если абстрагироваться от эффектных формулировок и разобраться в сути PLM, то становится ясно, что это такая же компьютерная технология, как и многие другие, со своими задачами, преимуществами и проблемами.

Итак, обобщая выше сказанное, основная задача PLM - это объединение отдельных участков автоматизации в едином информационном пространстве и реализация сквозного конструкторского, технологического и коммерческого цикла, от подготовки проекта до утилизации. Такой подход сулит предприятиям немалые выгоды, главные из которых:

- ускорение выпуска новых продуктов;

- усиление контроля за качеством;

- сокращение издержек заменой физических макетов виртуальными;

- экономия за счет многократного использования проектных данных;

- расширение возможностей оптимизации изделий;

- экономия благодаря сокращению отходов производства;

- снижение затрат с помощью полной интеграции инженерного документооборота.

Но, чтобы воспользоваться преимуществами данной концепции, необходимо преодолеть серьезные технические трудности. Основная проблема, стоящая перед пользователями и разработчиками заключается в необходимости объединения разнородных систем автоматизации на предприятии и обеспечении коллективной работы персонала.

Обычно каждое подразделение выдает свою информацию и по-своему ее обрабатывает. Так, отделы проектирования (использующие CAD ), и анализа продукции (CAE ) могут использовать совершенно разные спецификации и стандарты и принимать решения независимо друг от друга. Поэтому перед внедрением PLM должны прежде всего быть установлены корпоративные стандарты на форматы данных. Также многие предприятия для выполнения отдельных заданий производственного процесса используют программное обеспечение - ПО (чаще всего САПР) разных поставщиков. Для их интеграции в рамках PLM-среды приходится применять средства преобразования данных из одного формата в другой, что нередко вызывает ошибки и ухудшает качество информации. Наиболее очевидный способ избежать этого - внедрять PLM-продукты одного поставщика. Однако лишь немногие поставщики предлагают весь набор средств PLM, да и предприятия вряд ли захотят менять привычные САПР на новые. Единственный выход - создание открытого формата данных. Такие попытки предпринимаются, но, к сожалению, особого прогресса здесь не наблюдается. Организация ISO выпустила стандарт STEP (Standard for the Exchange of Product Model Data) для описания трехмерных CAD-моделей, но он не получил серьезной поддержки у поставщиков. Теперь идет разработка форматов на основе метаязыка XML. Например, компания EDS предлагает для визуализации и описания геометрии формат PLM XML . Эти разработки еще только начинают внедряться, и пока неясно, станут ли они основой для полноценного стандарта PLM.

В заключение следует отметить, что практически все аналитические компании, работающие на корпоративном рынке, высоко оценивают перспективы интеграции CAD и CAE , а также объединения в одно целое всех разнородных систем автоматизации на предприятии. Предприятия все более интересуются технологиями интеграции и изучают их возможности для своего бизнеса. Однако в условиях экономической нестабильности они проявляют осторожность, внимательно анализируя предложения разработчиков и тщательно оценивая коэффициент окупаемости инвестиций. Поэтому, по результатам проведенного выше анализа, поставщикам ПО рекомендуется учитывать особенности реальных производственных процессов и совершенствовать свои продукты, обеспечивая взаимодействие с системами других игроков этого рынка.

ЛИТЕРАТУРА

1. Глинских А. Мировой рынок CAD/CAM/CAE-систем. - Компьютер-Информ № 01 (117), 2002.

2. Гореткина Е. Что такое PLM? – PC Week , №34, 2003.

3. Зыков О. Промышленная автоматизация: движение от САПР к PLM. IT News, №05, 2005.

4. Ли К. Основы САПР (CAD / CAM / CAE ). – СПб.: Питер, 2004.

5. Середа С. CAD/CAM/CAE: от разрозненных аббревиатур к одной составной. - CNews Analytics, 2005.

Lee Sang Hun. A CAD-CAE integration approach using feature based multi-resolution and multi-abstraction modeling techniques. – Computer Aided Design №37, 2005 - с .941-955

Идея родилась в моей голове от нашей бедности наших потребностей. Для тех, кто решил освоить какой-нибудь САПР, казалось бы, выбор должен быть всегда очевиден - это должен быть тот же САПР, что используется на предприятии, где работаешь, или же хочешь работать. Причины, по которой трудно сделать выбор могут быть разными, к примеру – у всех ленивых возникнет вопрос: «А что освоить легче?» или «Пойдет ли он на моем компьютере, если я хочу сделать нечто и в определённом количестве?». На выбор может так же повлиять наличие в программе нужных функций и, как это не странно прозвучит, цена. На эти и возможно некоторые другие вопросы ответы под катом.
ФОТО!!!

Виновники торжества:

Безусловно, САПР систем куда больше, но нам не хватило бы ни времени, ни сил на то, чтобы все их вам представить. Встречайте избранных.

Кратко о каждом. Плюсы и минусы:

Autodesk AutoCAD – один из самых распространенный CAD систем, помимо просто версии под названием Autodesk AutoCAD есть рад специализированных, таких как: AutoCAD для Mac, AutoCAD Architecture, AutoCAD Civil 3D, AutoCAD Electrical, AutoCAD LT, AutoCAD Map 3D, AutoCAD Mechanical, AutoCAD MEP, AutoCAD Plant 3D, AutoCAD P&ID, AutoCAD Raster Design, AutoCAD Revit Architecture Suite, AutoCAD Revit MEP Suite, AutoCAD Revit Structure Suite, AutoCAD Structural Detailing, AutoCAD Utility Design. Старые версии не сильно требовательны к железу, но начиная с 2010 версии работать на компьютере года 2006-го будет несколько затруднительно. Так же замечено, что AutoCAD 2010-2012 заведомо медленнее работает на интегрированных чипах Intel, в чем мы впоследствии убедимся, причем как в 3D, так и в 2D. Спасает эту ситуацию даже самый слабый GPU, который минимально соответствует требованиям AutoCAD, к примеру на чипе NVidia 200 Series.

Autodesk Inventor – САПР ориентированный большей частью на машиностроение, причем 2D часть программы развита настолько плохо, что оставляет желать лучшего. Практически весь набор дополнительных утилит представлен только в 3D части программы, в то время как в 2D нам остается довольствоваться только ассоциативными видами и минимальным набором для черчения. Недостаток в 2D полностью компенсирует AutoCAD Mechanical, ориентированный в свою очередь на оформление чертежей. Требования к железу у Inventor-а одновременно и небольшие, и в то же время достаточно высоки. Все зависит от того, что вы хотите «напроектировать». Как обстоят дела с версиями ниже 2010 сказать не могу но, как и в случаи с AutoCAD, компьютер нужен посерьезнее.

DSS SolidWorks – очень неплохая система, имеет достаточной понятный интерфейс, ничего из ряда вот выходящего я в ней не нахожу, но не могу отметить способность данной программы распознавать дерево построения сторонних CAD систем, а так же расстроить любителей халявы, пиратская версия встает кривовато. Делайте выводы.

АСКОН КОМПАС 3D – САПР, популярный, наверное, только в России. Основным полюсом у него будет – изначально русский интерфейс (хотя предыдущие системы этим не страдают), и очень обширная библиотека стандарта ГОСТ. Если в случаи с AutoCAD, при не удовлетворительной производительности на старом компьютере есть возможность поставить более старую версию, то в случаи с КОМПАСом - это будет не целесообразно, т.к. системные требования, начиная с 5-ой версии не сильно менялись. Также преимуществом является возможность сохранять работы в старой версии, т.к. большинство систем, благодаря своеобразной политике компании, такой функции лишены.

Подопытные кролики Тестируемые машины:

Проводимый тест:

В общем и целом ничего сложного.
Все настройки программ касательно графики будут стоять на качество отрисовки, но с минимум визуализации (в последствии некоторые проблемы мы постараемся решить и покажем как).
Задачу мы поставим нашим подопытным достаточно простую, с точки зрения реализации – массив из пружинок.

Постепенно увеличивая массив, можно будет увидеть, как живет программа при разной нагрузке. Отметим, что пружина, сама по себе один из самых сложный примитивов, если ее можно таковым назвать, следовательно, результаты будут даны с запасом.

Перед тестом хочу немного остановиться и рассказать вкратце, что из себя представляют тестируемые машины, для тех, кто не сильно разбирается в комплектующих и в терминологии вообще.
Разделяя компьютеры на рабочие станции и домашние подразумевается, что набор комплектующих в первых будет иметь несколько специфические параметры, названия и цену (как правило, более высокую). Рабочие станции, в свою очередь, тоже можно разделить на достаточно большое дерево, ибо для каждого типа работы нужно что-то свое, рассматривать в этой статье мы их не будем и выделим только представителей, которых называют графическими станциями. Что же отличает эти графические станции от обычных компьютеров? Ответ очень простой, в большинстве случаев это только наличие профессионального графического адаптера. В принципе из любого мощного игрового компьютера можно сделать графическую станцию просто поменяв видеокарту, но есть одно «но». Графические станции – это инструмент, на котором выполняются задачи, в частном случаи это инженерные, ответственные, сложные, достаточно трудоемкие (и как следствие высоко оплачиваемые) и этот инструмент должен удовлетворять пользователя не только по скорости работы, но и по надежности и своеобразной устойчивости к сбоям, и когда производитель выпускает комплектующие, предназначенные для профессиональной работы, он просит за них соответствующую цену, поэтому, для удовлетворяющей вас работы, просто смены видеокарты на профессиональную, может быть недостаточным.

Профессиональная графика на сегодняшний день для САПР систем представлена 3-мя компаниями:

• NVidia (серия Quadro и Quadro FX)
• ATI(AMD) (серия FirePro)
• Intel (интегрированная графика в процессорах семейства Xeon E3, E7)

И так, поехали:

Xeon
Показал вполне достойные результаты, последний тест выполнил с упрощением, смог задействовать два потока в нагрузке процессора, а вот нагрузка видеокарты была реализована только примерно на 50 процентов. В тонированно-каскадном тесте показал результат лучше, чем остальные системы.
Для выполнения теста понадобилось 747 Mb RAM

FX580
Как это ни странно, результаты не намного ниже, чем у предыдущей машины, однако, стоит отметить, что, если нагрузка на процессор была аналогичная, то видеокарта тут выложилась по полной. Также очень необычный «жор» в оперативной памяти – 2390 метров.
Для выполнения теста понадобилось 2390 Mb RAM

i7 Intel HD
На удивление результаты первых 4-х тестов аналогичны, как и на “FX580”, однако тест 50 на 50 был проведен с упрощением, равно как и последний.
Для выполнения теста понадобилось 624 Mb RAM
Использовано 2 потока

GTX460
Несмотря на заявления производителей и то, что процессор не i7, а i5 и предыдущего поколения, результат выше, чем у «второго» и не многим меньше «первого». Предположительно будет меньше стабильность работы, но в целом результат достаточно удивительный.
Для выполнения теста понадобилось 652 Mb RAM

DualCore
Последние 2 теста – провалены. Система зависла и построить массив не смогла. Мною было честно дано на построение 30 минут, но увы, результата я так и не дождался. Результаты остальных тестов значительно ниже. И вообще вывод – компьютер не пригоден для работы в CAD системах, т.ч. ссылаться на этот тест в сравнениях не будем.
Для выполнения теста понадобилось 358 Mb RAM
Использован 1 поток

ATI
Провалены последние 2 теста, система не смогла построить массив. Результат остальных – ниже, и удовлетворительной работы на больших сборках ждать от него не приходится. Нагрузка на карту была 100 % на протяжении всего теста.
Для выполнения теста понадобилось 301 Mb RAM

i5
Практически идентичные результаты с третьей машиной (i7 Intel HD)
Для выполнения теста понадобилось 598 Mb RAM
Использован 1 поток

Xeon
Производительность на уровне с Inventor-ом, при этом нагрузка на систему была все 25%, как для видеокарты, так и для процессора (один поток).
Для выполнения теста понадобилось 412 Mb RAM

FX580
Для выполнения теста понадобилось 434 Mb RAM

i7 Intel HD
Выдал результаты ниже, но не заметные для восприятия.
Для выполнения теста понадобилось 715 Mb RAM
Использован 1 поток

GTX460
Для выполнения теста понадобилось 517 Mb RAM

DualCore
Для выполнения теста понадобилось 290 Mb RAM
Использовано 2 потока (сомнительно)

ATI
Хоть не смог построить только самый последний тест, тесты 50 на 50 и 100 на 100 – выполнены с упрощением, остальные тесты показали производительность, на уровне с остальными машинами (за исключением DualCore)
Для выполнения теста понадобилось 388 Mb RAM

i5
Для выполнения теста понадобилось 526 Mb RAM
Использован 2 потока (сомнительно)

Xeon
Как и AutoCAD, смог нагрузить только один поток. Средняя нагрузка на видеокарту – 50 процентов, как и предыдущие системы – провалил тест 100 на 100, и практически провалил тест 50 на 50.
Для выполнения теста понадобилось 196 Mb RAM

FX580
Выдал практически идентичную производительность. Нагрузка на видеокарту тоже возросла.
Для выполнения теста понадобилось 177 Mb RAM

i7 Intel HD
Показал аналогичный результат, как и на всех предыдущих машинах, такое ощущение, что ему видеокарта вообще не нужна.
Для выполнения теста понадобилось 268 Mb RAM
Использован 1 поток

GTX460
… без комментариев.
Для выполнения теста понадобилось 168 Mb RAM

DualCore
Для выполнения теста понадобилось 98 Mb RAM
Использован 1 поток

ATI
Провален тест 50 на 50 и 100 на 100, в остальном – как обычно.
Для выполнения теста понадобилось 186 Mb RAM

i5
Провален тест 50 на 50 и 100 на 100.
Для выполнения теста понадобилось 132 Mb RAM
Использовано 1 поток

Xeon
Оказался самым прожорливым, хоть как и 2 предыдущих системы, использовал ресурсы только одного потока, задействовал почти 100% видеокарты, показал сравнительно более лучшие результаты в тесте с тонировкой без каркаса.
Для выполнения теста понадобилось 323 Mb RAM

FX580
Выдал результаты ниже почти в 2 раза.
Для выполнения теста понадобилось 279 Mb RAM

ATI
Наличие дискретной карты дало свои результаты, но удовлетворительной работы в сборках более 100 деталей ждать не приходится.
Для выполнения теста понадобилось 261 Mb RAM

Вывод по сравнению CAD систем:

Inventor: может использовать многозадачность, что беccпорно плюс, требователен к оперативной памяти, во всяком случаи задействовал ее больше чем все остальные, показал неплохую производительность на интегрированных видеокартах, но задействовал всего половину ресурсов от Quadro 4000. (есть предположение, что на Quadro 2000 производительность будет аналогичная, так же, есть предположение, что на игровых картах Radeon производительность будет больше, чем у аналогов Nvidia)

AutoCAD: продемонстрировал весьма достойную производительность, однако ресурсов задействовал меньше, из этого можно сделать вывод, что конфигурация выше второй машины (FX580) особого смысла не имеет.

КОМПАС 3D: показал одинаковую производительность на тестируемых стационарных машинах, прирост производительности практически минимальный, т.ч. для работы будет достаточно Intel HD 3000, но покупка профессиональной графики выше Quadro 600 будет не оправдана. Ноутбуки показали вполне сравнимый результат со стационарными машинами, хотя тест с каскадной отрисовкой 50 на 50 был не удовлетворительным.
В общем и целом для КОМПАСа желательно наличие дискретной графики, но при покупке нового компьютера с интегрированной HD 3000, стоит задуматься.

SolidWorks: пожалуй самый требовательный CAD к графической части, аппаратного ускорения на интегрированных картах он не дал, а значит дискретная графика обязательна для тех, кто будет работать со сборками даже в 100 деталей (возможно это исправлено в 2012 версии). На первой машине результат вполне достойный, с тестом 100 на 100 он справился лучше остальных, но на остальных машинах результат напоминает то, что показал КОМПАС.

Итак, если у вас уже есть достаточно мощная машина, даже игровая, смело выбирайте себе любую CAD-систему для ее изучения. Наличие профессиональной графики дает прирост, но смысл ее приобретать если вы не уверены, что будете профессионально работать, пожалуй не стоит.

Если компьютер старый, но все же мощнее, нашего «позорника» (DualCore), то изучить работу тоже можно во всех системах, но работать с большими сборками (больше 100 деталей) даже при наличии профессиональной графики, будет затруднительно.

К ноутбукам требования серьезнее, т.к. сделать замену комплектующих там сложнее, но в целом все примерно тоже самое.

Для SolidWorks наличие дискретной графики обязательно!