Система автоматизированного проектирования ( САПР ) — это использование компьютеров (илирабочие станции ) для помощи в создании, изменении, анализе или оптимизации дизайна.[1] : 3 Это программное обеспечение используется для повышения производительности дизайнера, улучшения качества дизайна, улучшения коммуникации через документацию и для создания базы данных для производства.[1] : 4 Проекты, созданные с помощью программного обеспечения САПР, помогают защитить продукты и изобретения при использовании впатентныхзаявках. Выходные данные САПР часто имеют форму электронных файлов для печати,обработкиТакже используютсятерминыавтоматизированное черчение(САПР) иавтоматизированное проектирование и черчение(САПР[2]
Его использование в проектировании электронных систем известно как автоматизация электронного проектирования ( EDA ). В механическом проектировании это известно как автоматизация механического проектирования ( MDA ), которая включает в себя процесс создания технического чертежа с использованием компьютерного программного обеспечения . [3]
Программное обеспечение САПР для механического проектирования использует либо векторную графику для изображения объектов традиционного черчения, либо может также создавать растровую графику, показывающую общий вид спроектированных объектов. Однако это касается не только форм. Как и при ручном черчении технических и инженерных чертежей , вывод САПР должен передавать информацию, такую как материалы , процессы , размеры и допуски , в соответствии с соглашениями, специфичными для приложения.
САПР может использоваться для проектирования кривых и фигур в двумерном (2D) пространстве; или кривых, поверхностей и твердых тел в трехмерном (3D) пространстве. [4] [5] : 71, 106
САПР является важным промышленным искусством, широко используемым во многих приложениях, включая автомобильную , судостроительную и аэрокосмическую промышленность, промышленное и архитектурное проектирование ( информационное моделирование зданий ), протезирование и многое другое. САПР также широко используется для создания компьютерной анимации для спецэффектов в фильмах, рекламе и технических руководствах, часто называемых созданием цифрового контента DCC . Современная повсеместность и мощность компьютеров означает, что даже флаконы для духов и дозаторы шампуня проектируются с использованием методов, неслыханных инженерами 1960-х годов. Из-за своей огромной экономической важности САПР стал основной движущей силой исследований в области вычислительной геометрии , компьютерной графики (как аппаратной, так и программной) и дискретной дифференциальной геометрии . [6]
В частности, проектирование геометрических моделей для форм объектов иногда называют компьютерным геометрическим проектированием ( CAGD ). [7]
Система автоматизированного проектирования является одним из многих инструментов, используемых инженерами и дизайнерами, и применяется по-разному в зависимости от профессии пользователя и типа используемого программного обеспечения.
САПР является частью всей деятельности по разработке цифрового продукта (DPD) в рамках процессов управления жизненным циклом продукта (PLM) и, как таковая, используется вместе с другими инструментами, которые представляют собой либо интегрированные модули, либо отдельные продукты, например:
САПР также используется для точного создания фотомоделей, которые часто требуются при подготовке отчетов о воздействии на окружающую среду, в которых компьютерные проекты предполагаемых зданий накладываются на фотографии существующих сред, чтобы представить, как будет выглядеть эта местность, где разрешено строительство предлагаемых объектов. Потенциальная блокировка коридоров обзора и теневые исследования также часто анализируются с помощью САПР. [8]
Существует несколько различных типов САПР, [9] каждый из которых требует от оператора думать по-разному о том, как их использовать, и проектировать их виртуальные компоненты по-разному. Практически все инструменты САПР опираются на концепции ограничений , которые используются для определения геометрических или негеометрических элементов модели.
Существует много производителей систем 2D-эскизов начального уровня, включая ряд бесплатных и открытых программ. Они обеспечивают подход к процессу черчения, при котором масштаб и размещение на листе чертежа можно легко скорректировать в окончательном проекте по мере необходимости, в отличие от черчения от руки.
3D- каркас — это расширение 2D-черчения в трехмерном пространстве . Каждую линию необходимо вручную вставлять в чертеж. Конечный продукт не имеет связанных с ним массовых свойств и не может иметь непосредственно добавленных к нему функций, таких как отверстия. Оператор подходит к ним так же, как и в 2D-системах, хотя многие 3D-системы позволяют использовать каркасную модель для создания окончательных видов инженерных чертежей.
3D "немые" тела создаются способом, аналогичным манипуляциям с реальными объектами. Базовые трехмерные геометрические формы (например, призмы, цилиндры, сферы или прямоугольники) имеют объемы тел, добавленные или вычтенные из них, как при сборке или разрезании реальных объектов. Двумерные проекционные виды могут быть легко созданы из моделей. Базовые трехмерные тела обычно не включают в себя инструменты, позволяющие легко разрешать движение компонентов, устанавливать их пределы для их движения или определять помехи между компонентами.
Существует несколько типов 3D- моделирования твердых тел .
Системы САПР высшего класса предлагают возможность включения в проекты более органических, эстетичных и эргономичных функций. Моделирование поверхностей свободной формы часто сочетается с твердыми телами, что позволяет проектировщику создавать продукты, которые соответствуют форме человека и визуальным требованиям, а также взаимодействуют с машиной.
Первоначально программное обеспечение для систем САПР разрабатывалось с использованием таких языков программирования, как Fortran , ALGOL , но с развитием методов объектно-ориентированного программирования ситуация радикально изменилась. Типичные современные параметрические модели на основе признаков и системы поверхностей свободной формы построены вокруг ряда ключевых модулей C со своими собственными API . Систему САПР можно рассматривать как созданную на основе взаимодействия графического пользовательского интерфейса (GUI) с геометрией NURBS или данными граничного представления (B-rep) через ядро геометрического моделирования . Механизм ограничений геометрии также может использоваться для управления ассоциативными связями между геометрией, например, каркасной геометрией в эскизе или компонентами в сборке.
Неожиданные возможности этих ассоциативных связей привели к появлению новой формы прототипирования , называемой цифровым прототипированием . В отличие от физических прототипов, которые влекут за собой время изготовления в проекте. При этом модели САПР могут быть созданы компьютером после сканирования физического прототипа с помощью промышленного КТ-сканера . В зависимости от характера бизнеса, цифровые или физические прототипы могут быть изначально выбраны в соответствии с конкретными потребностями.
Сегодня системы автоматизированного проектирования 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 графически и вычислительно интенсивные задачи, поэтому могут быть рекомендованы современная видеокарта , высокоскоростные (и, возможно, несколько) ЦП и большой объем оперативной памяти .
Интерфейс человек-машина обычно осуществляется с помощью компьютерной мыши , но также может осуществляться с помощью ручки и графического планшета . Манипулирование 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 были ограничены более крупными установками или специализированными приложениями, стали доступны широкой группе пользователей. К ним относятся CAVE или HMD и интерактивные устройства, такие как технология обнаружения движения.
Начиная с IBM Drafting System в середине 1960-х годов, системы автоматизированного проектирования начали предоставлять больше возможностей, чем просто возможность воспроизводить ручное черчение с помощью электронного черчения, и экономическая выгода для компаний при переходе на САПР стала очевидной. Программное обеспечение автоматизировало многие задачи, которые сегодня воспринимаются как должное в компьютерных системах, такие как автоматическое создание спецификаций материалов , автоматическая компоновка в интегральных схемах , проверка помех и многие другие. В конечном итоге САПР предоставила проектировщику возможность выполнять инженерные расчеты. [5] Во время этого перехода расчеты по-прежнему выполнялись либо вручную, либо теми лицами, которые могли запускать компьютерные программы. САПР стала революционным изменением в инженерной отрасли, где роли чертежника, конструктора и инженера, которые ранее были разделены, начали объединяться. САПР является примером всепроникающего влияния компьютеров на отрасль. Текущие пакеты программного обеспечения для автоматизированного проектирования варьируются от систем векторного черчения на основе 2D до 3D твердотельных и поверхностных моделей . Современные пакеты САПР также часто позволяют выполнять вращения в трех измерениях, что позволяет просматривать спроектированный объект с любого желаемого угла, даже изнутри наружу. [5] Некоторые программы САПР способны выполнять динамическое математическое моделирование. [5]
Технология САПР используется при проектировании инструментов и машин, а также при проектировании и проектировании всех типов зданий: от небольших жилых домов до крупнейших коммерческих и промышленных сооружений (больниц и заводов). [12]
САПР в основном используется для детального проектирования 3D-моделей или 2D-чертежей физических компонентов, но также используется на протяжении всего процесса проектирования от концептуального проектирования и компоновки продуктов, через прочностной 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 рендеринга и анимации, чтобы инженеры могли лучше визуализировать свои проекты продуктов. 4D BIM — это тип виртуального моделирования строительной инженерии, включающего информацию, связанную со временем или графиком, для управления проектами.
САПР стала особенно важной технологией в сфере компьютерных технологий , имея такие преимущества, как снижение затрат на разработку продукта и значительное сокращение цикла проектирования . САПР позволяет дизайнерам размещать и разрабатывать работу на экране, распечатывать ее и сохранять для будущего редактирования, экономя время на чертежах.
В 2000-х годах некоторые поставщики программного обеспечения для систем автоматизированного проектирования поставляли свои дистрибутивы со специальным программным обеспечением для управления лицензиями, которое контролировало, как часто или сколько пользователей могут использовать систему автоматизированного проектирования. [5] : 166 Она могла работать либо на локальной машине (путем загрузки с локального устройства хранения), либо на локальном сетевом файловом сервере и в последнем случае обычно была привязана к определенному IP-адресу. [5] : 166
Программное обеспечение САПР позволяет инженерам и архитекторам проектировать, проверять и управлять инженерными проектами в интегрированном графическом пользовательском интерфейсе (GUI) на персональном компьютере . Большинство приложений поддерживают твердотельное моделирование с граничным представлением (B-Rep) и геометрией NURBS , а также позволяют публиковать их в различных форматах. [ необходима цитата ]
Согласно статистике рынка, коммерческое программное обеспечение от Autodesk, Dassault Systems , Siemens PLM Software и PTC доминирует в отрасли САПР. [13] [14] Ниже приведен список основных приложений САПР, сгруппированных по статистике использования. [15]
Учебные материалы по теме «Автоматизированное проектирование» в ВикиверситетеУчебные материалы по теме «Геометрическое проектирование с помощью компьютера» в Викиверситете