Системы автоматизированного проектирования

Пример: 2D-чертеж САПР

Пример: 3D-модель САПР

Компьютерное проектирование ( САПР ) - это использование компьютеров (илирабочие станции ), чтобы помочь в создании, модификации, анализе или оптимизации проекта . ^[1] Программное обеспечение САПР используется для повышения продуктивности проектировщика, улучшения качества проектирования, улучшения взаимодействия с помощью документации и для создания базы данных для производства. ^[2] Проекты, созданные с помощью программного обеспечения САПР, помогают защитить продукты и изобретения при использовании в патентных заявках. Выходные данные САПР часто представлены в виде электронных файлов для печати, обработки или других производственных операций. Также используется термин CADD (для компьютерного проектирования и черчения ). ^[3]

Его использование при проектировании электронных систем известно как автоматизация проектирования электроники ( EDA ). В механическом проектировании это известно как автоматизация механического проектирования ( MDA ) или автоматизированное черчение ( CAD ), которое включает в себя процесс создания технического чертежа с использованием компьютерного программного обеспечения . ^[4]

Программное обеспечение САПР для механического проектирования использует либо векторную графику для изображения объектов традиционного черчения, либо может также создавать растровую графику, отображающую общий вид спроектированных объектов. Однако здесь речь идет не только о формах. Как и в ручном разработке в технических и инженерных чертежей , выход CAD должен передать информацию, например, материалов , процессов , размеров и допусков , в соответствии с приложением конкретных конвенций.

CAD может использоваться для проектирования кривых и фигур в двухмерном (2D) пространстве; или кривые, поверхности и твердые тела в трехмерном (3D) пространстве. ^[5]

САПР - это важное промышленное искусство, широко используемое во многих приложениях, включая автомобилестроение , судостроение и аэрокосмическую промышленность, промышленное и архитектурное проектирование , протезирование и многие другие. САПР также широко используется для создания компьютерной анимации для спецэффектов в фильмах, рекламных и технических руководствах, часто называемых созданием цифрового контента DCC.. Современное повсеместное распространение и мощность компьютеров означает, что даже флаконы для духов и дозаторы шампуня разрабатываются с использованием технологий, о которых инженеры 60-х годов не слышали. Из-за своего огромного экономического значения САПР является основной движущей силой исследований в области вычислительной геометрии , компьютерной графики (как аппаратного, так и программного обеспечения) и дискретной дифференциальной геометрии . ^[6]

В частности, проектирование геометрических моделей для форм объектов иногда называют компьютерным геометрическим дизайном ( CAGD ). ^[7]

История [ править ]

Обзор программного обеспечения САПР [ править ]

Начиная примерно с середины 1960-х годов, с появлением IBM Drafting System, системы автоматизированного проектирования стали предоставлять больше возможностей, чем просто возможность воспроизводить черчение вручную с электронным черчением, рентабельность перехода компаний на САПР стала очевидной. Преимущества систем САПР по сравнению с ручным черчением - это возможности, которые сегодня часто воспринимаются как должное для компьютерных систем; автоматизированная генерация ведомостей материалов , автоматическая разметка в интегральных схемах, проверка помех и многое другое. В конце концов, САПР предоставил проектировщику возможность выполнять инженерные расчеты. Во время этого перехода расчеты по-прежнему выполнялись либо вручную, либо теми людьми, которые могли запускать компьютерные программы. CAD был революционным изменением в машиностроительной отрасли, где чертежники, дизайнеры и инженеры начали сливаться. Он не столько ликвидировал отделы, сколько объединил отделы и предоставил полномочия чертежникам, дизайнерам и инженерам. САПР - это пример всепроникающего влияния компьютеров на промышленность. Текущие пакеты программного обеспечения для автоматизированного проектирования варьируются от 2D- векторных систем черчения до 3D- тел и поверхностей.моделисты. Современные пакеты САПР также часто позволяют вращение в трех измерениях, что позволяет рассматривать проектируемый объект под любым желаемым углом, даже если смотреть изнутри наружу. Некоторое программное обеспечение САПР поддерживает динамическое математическое моделирование.

Технологии САПР используются при проектировании инструментов и оборудования, а также при проектировании и проектировании всех типов зданий, от небольших жилых домов (домов) до крупнейших коммерческих и промышленных сооружений (больниц и заводов). ^[8]

САПР в основном используется для детального проектирования 3D-моделей или 2D-чертежей физических компонентов, но он также используется на протяжении всего процесса проектирования, от концептуального проектирования и компоновки продуктов, через прочностный и динамический анализ сборок до определения методов производства компонентов. Его также можно использовать для проектирования таких объектов, как ювелирные изделия, мебель, бытовая техника и т. Д. Кроме того, многие приложения САПР теперь предлагают расширенные возможности визуализации и анимации, чтобы инженеры могли лучше визуализировать дизайн своих продуктов. 4D BIM - это тип виртуального моделирования строительства, включающий информацию о времени или графике для управления проектом.

САПР стало особенно важной технологией в рамках компьютерных технологий , с такими преимуществами, как более низкие затраты на разработку продукта и значительно сокращенный цикл проектирования . САПР позволяет дизайнерам макетировать и разрабатывать работу на экране, распечатывать ее и сохранять для будущего редактирования, экономя время на своих чертежах.

Использует [ редактировать ]

Компьютерное проектирование - это один из многих инструментов, используемых инженерами и дизайнерами, и он используется по-разному в зависимости от профессии пользователя и типа рассматриваемого программного обеспечения.

САПР является частью всей деятельности по разработке цифровых продуктов (DPD) в рамках процессов управления жизненным циклом продукта (PLM) и поэтому используется вместе с другими инструментами, которые являются либо интегрированными модулями, либо автономными продуктами, такими как:

• Компьютерное проектирование (CAE) и анализ методом конечных элементов (FEA, FEM)
• Автоматизированное производство (CAM), включая инструкции для станков с числовым программным управлением (ЧПУ)
• Фотореалистичный рендеринг и моделирование движения.
• Управление документами и контроль версий с использованием управления данными о продукте (PDM)

САПР также используется для точного создания фото-симуляций, которые часто требуются при подготовке отчетов о воздействии на окружающую среду, в которых компьютерные проекты предполагаемых зданий накладываются на фотографии существующей среды, чтобы представить, на что будет похож этот регион, где предлагаемые объекты разрешены к строительству. Возможное перекрытие обзорных коридоров и теневые исследования также часто анализируются с помощью САПР. ^[9]

CAD также оказался полезным для инженеров. Использование четырех свойств: история, функции, параметризация и ограничения высокого уровня. Историю строительства можно использовать для анализа личных характеристик модели и работы с отдельной областью, а не со всей моделью. Параметры и ограничения могут использоваться для определения размера, формы и других свойств различных элементов моделирования. Функции системы CAD могут использоваться для различных инструментов для измерения, таких как предел прочности на разрыв, предел текучести, электрические или электромагнитные свойства. Также его напряжение, деформация, время или то, как элемент подвергается воздействию при определенных температурах и т. Д.

Типы [ править ]

Существует несколько различных типов САПР ^[10], каждый из которых требует от оператора по-разному думать о том, как их использовать, и разрабатывать свои виртуальные компоненты для каждого по-своему.

Есть много производителей низкопроизводительных 2D-систем, включая ряд бесплатных программ с открытым исходным кодом. Они обеспечивают подход к процессу рисования без всякой суеты, связанной с масштабированием и размещением на чертежном листе, которые сопровождали рисование вручную, поскольку их можно отрегулировать по мере необходимости во время создания окончательного проекта.

Трехмерный каркас - это, по сути, расширение двухмерного черчения (сегодня нечасто используется). Каждую линию нужно вручную вставить в чертеж. Конечный продукт не имеет связанных с ним массовых свойств и не может иметь элементов, непосредственно добавленных к нему, например отверстий. Оператор подходит к ним аналогично 2D-системам, хотя многие 3D-системы позволяют использовать каркасную модель для создания окончательных видов инженерных чертежей.

Трехмерные «тупые» тела создаются аналогично манипуляциям с объектами реального мира (сегодня это не так часто). Основные трехмерные геометрические формы (призмы, цилиндры, сферы и т. Д.) Имеют твердые объемы, добавляемые или вычитаемые из них, как при сборке или разрезании реальных объектов. Двухмерные проекционные виды можно легко создать из моделей. Базовые 3D-тела обычно не включают в себя инструменты, позволяющие легко разрешать движение компонентов, устанавливать ограничения на их движение или определять пересечение между компонентами.

Есть два типа твердотельного 3D моделирования.

• Параметрическое моделирование позволяет оператору использовать то, что называется «замыслом проекта». Создаваемые объекты и функции можно изменять. Любые будущие модификации могут быть внесены путем изменения способа создания исходной детали. Если элемент должен был располагаться из центра детали, оператор должен располагать его из центра модели. Элемент может быть расположен с использованием любого геометрического объекта, уже имеющегося в детали, но такое случайное размещение нарушит замысел проекта. Если оператор проектирует деталь так, как она функционирует, разработчик параметрического моделирования может вносить изменения в деталь, сохраняя геометрические и функциональные связи.
• Прямое или явное моделирование дает возможность редактировать геометрию без дерева истории. При прямом моделировании, как только эскиз используется для создания геометрии, эскиз включается в новую геометрию, и дизайнер просто изменяет геометрию, не нуждаясь в исходном эскизе. Как и в случае с параметрическим моделированием, прямое моделирование может включать взаимосвязи между выбранной геометрией (например, касательность, концентричность).

Топовые системы предлагают возможности для включения в дизайн более органических, эстетических и эргономических функций. Моделирование поверхностей произвольной формы часто комбинируется с твердотельными телами, что позволяет проектировщику создавать продукты, которые соответствуют форме и визуальным требованиям человека, а также взаимодействуют с машиной.

Технология [ править ]

Первоначально программное обеспечение для САПР разрабатывалось с использованием компьютерных языков, таких как Fortran , ALGOL, но с развитием методов объектно-ориентированного программирования это радикально изменилось. Типичное современное параметрическое моделирование на основе функций и системы поверхностей произвольной формы построены на основе ряда ключевых модулей C со своими собственными API . Систему САПР можно рассматривать как созданную на основе взаимодействия графического пользовательского интерфейса (GUI) с данными геометрии NURBS или граничного представления (B-rep) через ядро геометрического моделирования.. Механизм ограничения геометрии также может использоваться для управления ассоциативными связями между геометрией, например геометрией каркаса в эскизе или компонентами в сборке.

Неожиданные возможности этих ассоциативных отношений привели к новой форме прототипирования, называемой цифровым прототипированием . В отличие от физических прототипов, которые требуют времени на изготовление конструкции. При этом модели САПР могут быть сгенерированы компьютером после того, как физический прототип будет отсканирован с помощью промышленного компьютерного томографа . В зависимости от характера бизнеса цифровые или физические прототипы могут быть изначально выбраны в соответствии с конкретными потребностями.

Сегодня системы CAD существуют для всех основных платформ ( Windows , Linux , UNIX и Mac OS X ); некоторые пакеты поддерживают несколько платформ. ^[11]

В настоящее время для большинства программ САПР не требуется специального оборудования. Однако некоторые системы САПР могут выполнять задачи, требующие большого количества вычислений и графики , поэтому можно рекомендовать современную видеокарту , высокоскоростные (и, возможно, несколько) процессоров и большой объем оперативной памяти .

Человеко-машинный интерфейс обычно осуществляется с помощью компьютерной мыши, но также может осуществляться с помощью пера и оцифрованного графического планшета . Манипуляция видом модели на экране также иногда выполняется с помощью Spacemouse / SpaceBall . Некоторые системы также поддерживают стереоскопические очки для просмотра 3D-модели . Технологии, которые в прошлом ограничивались более крупными установками или специализированными приложениями, стали доступны широкому кругу пользователей. К ним относятся ПЕЩЕРА или гексаметилдисилазаны и интерактивные устройства , такие как движение зондирование технология

Программное обеспечение [ править ]

Программное обеспечение САПР позволяет инженерам и архитекторам проектировать, проверять и управлять инженерными проектами в рамках интегрированного графического пользовательского интерфейса (GUI) на персональной компьютерной системе. Большинство приложений поддерживают твердотельное моделирование с граничным представлением (B-Rep) и геометрию NURBS и позволяют публиковать их в различных форматах. Ядро геометрического моделирования является программным компонентом , который обеспечивает твердое моделирование и поверхностные особенности моделирования для приложений САПР.

Согласно рыночной статистике, коммерческое программное обеспечение от Autodesk, Dassault Systems, Siemens PLM Software и PTC доминирует в индустрии САПР. ^{[12] [13]} Ниже приводится список основных приложений САПР, сгруппированных по статистике использования. ^[14]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

External links[edit]

• MIT 1982 CAD lab
• Learning materials related to Computer-aided design at Wikiversity
• Learning materials related to Computer-aided Geometric Design at Wikiversity
• Media related to Computer-aided design at Wikimedia Commons
• The dictionary definition of computer-aided design at Wiktionary