Системы автоматизированного проектирования

Существует несколько подходов к определению систем, предназначенных для инженерной графики. Основными являются следующие:

Подход на основе ГОСТ

САПР — организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП).

Взаимодействие подразделений проектной организации с комплексом средств автоматизации проектирования регламентируется организационным обеспечением.

Основная функция САПР состоит в выполнении автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей.

Составными структурными частями САПР, жестко связанными с организационной структурой проектной организации, являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексов средств решается функционально законченная последовательность задач САПР.

По назначению подсистемы разделяют на проектирующие и обслуживающие.

Проектирующие подсистемы имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап (стадию) проектирования или группу непосредственно связанных проектных задач.

Примеры проектирующих подсистем:

  • подсистема эскизного проектирования;

  • подсистема проектирования корпусных деталей;

  • подсистема проектирования технологических процессов механнческой обработки.

Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и обеспечивают поддержку функционирования проектирующих подсистем, а также оформление, передачу и выдачу полученных в них результатов. Примеры обслуживающих подсистем:

  • автоматизированный банк данных;

  • подсистема документирования;

  • подсистема графического ввода/вывода.

Системное единство САПР обеспечивается наличием комплекса взаимосвязанных моделей, определяющих объект проектирования в целом, а также комплексом системных интерфейсов, обеспечивающих указанную взаимосвязь.

Системное единство внутри проектирующих подсистем обеспечивается наличием единой информационной модели той части объекта, проектное решение по которой должно быть получено в данной подсистеме.

Формирование и использование моделей объекта проек­тирования в прикладных задачах осуществляется КСАП ситемы или подсистемы.

Структурными частями КСАП в процессе его функцио­нирования являются программно-методические (ПМК) и программно-технические (ПТК) комплексы, а также компоненты организационного обеспечения.

Комплексы средств могут объединять свои вычислительные и информационные ресурсы, образуя локальные вычислительные сети подсистем или систем в цеяом.

Структурными частями комплексов средств являются компоненты следующих видов обеспечения: программного, информационного, методического, математического, лингвистического и технического.

Требования к компонентам программного обеспечения

Компоненты программного обеспечения, объединенные в ПМК, должны иметь иерархическую организацию, в которой на верхнем уровне размещается монитор управления компонентами нижних уровней программными модулями.

Программный модуль должен:

  • регламентировать функционально законченное преобразование информации;

  • быть написанным на одном из стандартных языков программирования;

  • удовлетворять соглашениям о представлении данных, принятым в данной САПР;

  • быть оформленным в соответствии с требованиями ЕСДП.

Монитор предназначен для:

  • управления функционированием набора программных модулей ПМК, включая контроль последовательности и правильности исполнения;

  • реализации общения пользователя с ПМК и программных модулей с соответствующими базами данных (БД);

  • сбора статистической информации.

Требования к компонентам информационного обеспечения

Основной формой реализации компонентов информационного обеспечения являются БД в распределенной или централизованной форме, организация данных в которых обеспечивает их оптимальное использование в конкретных применениях.

Совокупность БД САПР должна удовлетворять принципу информационного единства, т. е. использовать термины, символы, классификаторы, условные обозначения, способы представления данных, принятые в САПР объектов конкретных видов.

Независимо от логической организации данных БД должны обеспечивать:

  • информационную совместимость проектирующих и обслуживающих подсистем САПР;

  • независимость данных на логическом и физическом уровнях, в том числе инвариантность к программному обеспечению;

  • возможность одновременного использования данных из различных БД и различными пользователями;

  • возможность интеграции неоднородных БД для совместного их использования различными подсистемами САПР;

  • возможность наращивания БД;

  • контролируемую избыточность данных.

Создание, поддержка и использование БД, а также взаимосвязь между информацией в БД и обрабатывающими ее программными модулями осуществляется системой управления базами данных (СУБД), являющейся, как общесистемный ПМК, частью одной нз обслуживающих подсистем.

Требования к компонентам методического обеспечения

К компонентам методического обеспечения относят:

  • утвержденную документацию инструктивно-методического характера, устанавливающую технологию автоматизированного проектирования;

  • правила эксплуатации КСАП, ПТК и ПМК;

  • нормативы, стандарты и другие руководящие документы, регламентирующие процесс и объект проектирования.

Компоненты методического обеспечения должны размещаться на машинных носителях информации, позволяющих осуществлять как долговременное хранение документов, так и их оперативный вывод в форматах, установленных соответствующими стандартами.

Требования к компонентам математического обеспечения

К компонентам математического обеспечения относят методы математического моделирования объектов и процессов проектирования, математические модели объектов и процесоов проектирования, алгоритмы решения задач в процессе проектирования.

Взаимосвязи между компонентами математического обеспечения должны обеспечивать формализацию процесса проектирования и его целостность.

Требования к компонентам лингвистического обеспечения

К компонентам лингвистического обеспечения относят языки проектирования (ЯП), информационно-поисковые языки (ИПЯ) и вспомогательные языки, используемые в обслуживающих подсистемах, и для связи с ними проектирующих подсистем.

Компоненты лингвистического обеспечения должны быть согласованными с компонентами обеспечения других видов, быть относительно инвариантными к конкретному содержанию баз данных, предоставлять в компактной форме средства для описания всех объектов и процессов заданного для систем класса с необходимой степенью детализации и без существенных ограничений на объект описания, быть рассчитанными, в основном, на диалоговый режим их использования.

ЯП должны базироваться на терминах, принятых в конкретной системе, обеспечивать описание, управление и контроль процесса проектирования, быть ориентированными на пользователей с различным уровнем профессиональной подготовки (в том числе не имеющих специальной подготовки в области программирования), обеспечивать однозначное представление информации, стандартное описание однотипных элементов и высокую надежность идентификации описания.

ЯП должны представлять собой набор директив, используя которые пользователь осуществляет процесс формирования модели объекта проектирования и ее анализ, обеспечивать возможность эффективного контроля заданий пользователя, иметь средства выдачи пользователю справок, инструкций и сообщений об ошибках, предусматривать возможность использования механизма выбора альтернативных директив нз определенного набора (функциональная клавиатура и др.).

ИПЯ должны включать словари, правила индексирования входной информации и правила формирования поисковых предписаний.

Словари ИПЯ должны содержать термины (в том числе стандартизованные) соответствующей области техники и другие лексические единицы, необходимые для индексирования и поиска проектной информации с высокой точностью и полнотой.

Требования к компонентам технического обеспечения

К компонентам технического обеспечения относят устройства вычислительной и организационной техники, средства передачи данных, измерительные и другие устройства и их сочетания, обеспечивающие функционирование ПТК и КСАП, в том числе диалоговый, многопользовательский и многозадачный режим работы, а также построение иерархических и сетевых структур технического обеспечения.

В качестве предпочтительной для САПР следует использовать двухуровневую структуру технического обеспечения, включающую центральный вычислительный комплекс и автоматизированные рабочие места (терминальные станции).

Компоненты технического обеспечения должны представлять возможность:

  • кодирования и ввода информации с ее визуальным контролем и редактированием;

  • передачи информации по различным каналам связи;

  • хранения, контроля и восстановления информации;

  • загрузки, хранения и исполнения программного обеспечения;

  • оперативного предоставления запрашиваемой информации на устройства вывода.

Требования к компонентам организационного обеспечения

Компоненты организационного обеспечения должны устанавливать

  • организационную структуру системы и подсистем, включая взаимосвязи ее элементов;

  • задачи и функции службы САПР и связанных с нею подразделений проектной организации;

  • права и ответственность должностных лиц по обеспечению создания и функционирования САПР;

  • порядок подготовки и переподготовки пользователей САПР.

Очевидно, что классификация по ГОСТ делает акцент на проектрование.

Классификация САПР в англоязычной литературе

По отраслям применения выделяют:

  • CAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования;

  • EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п.;

  • AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч.

По целевому назначению выделяют:

  • CAD (англ. computer-aided design/drafting) —средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения.
1.   CADD (англ. computer-aided design and drafting) — проектирование и создание чертежей.

2.   CAGD (англ. computer-aided geometric design) — геометрическое моделирование.
  • CAE (англ. computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
1.   CAA (англ. computer-aided analysis) — подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа.

  • CAM (англ. computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (Гибких автоматизированных производственных систем)

  • CAPP (англ. computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM.