СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Классификация

Если ручное проектирование осуществлялось с применением микрокалькуляторов и бумажных носителей, то в системах автоматизированного проектирования (САПР или CAD — Computer Aided Design) проектные решения вырабатывают в режиме диалога проектировщика с компьютером. Первые САПР для строительной механики, электронных схем и проектирования печатных плат появились в СССР в начале 60-х годов прошлого века. Их создавали с целью автоматизации чертежных и других рутинных работ. С развитием вычислительной техники появилась возможность твердотельного моделирования изделий в виде сборок — связанных друг с другом виртуальных представлений сегментов изделия. Изделие в целом отображают в виде трехмерной сетки, состоящей из множества элементов (рис. 11.1). При повороте изделия в пространстве компьютер должен рассчитать координаты границ каждого элемента сетки и состыковать их с другими элементами. Увеличение числа элементов сетки, на которые разбивается деталь, приводит к росту потребности в вычислительных ресурсах. Изделия автомобильной или аэрокосмической промышленности содержат сотни тысяч сборок, каждую из которых следует состыковать со смежными сборками. Средства компьютерного моделирования сборок позволяют вводить условия стыковки «деталь А соприкасается с деталью В вдоль ребра С» или «отверстие А должно быть на одной оси с отверстием В». Особенно сложно состыковывать криволинейные поверхности в трехмерном пространстве. Системы автоматизированного проектирования позволяют поворачивать совокупность сборок в пространстве, оценивать распределение нагрузок, объем и массу элементов. Чем больше в сборке деталей, тем больше вычислительных ресурсов требуется для расчета границ элементов в узлах

Рис. 11.1. Пример компьютерного представления конструкции автомобиля сборками в среде AutoCAD

сетки каждой детали. Например, при расчете напряжений в механической конструкции методом конечных элементов ее разбивают на N участков в трехмерном пространстве. Для расчета напряжений в конструкции требуется решить N³ уравнений. Это число следует умножить на число перебираемых вариантов. Изображение делят на 10"прямоугольников с Шуточками. Для этого потребуется пересчитать Ю^п+т точек. С целью создания иллюзии движения объекта частота смены кадров должна быть не менее 10 Гц. От компьютера потребуется выполнение 2 • Ю¹⁰ операций в секунду. Такие задачи приходится решать путем распараллеливания вычислений.

В зависимости от задач применения САПР используют для визуализации объекта проектирования с помощью машинной графики и геометрического моделирования, расчетов по утвержденным методикам с использованием базы данных, стандартных расчетов с использованием стандартного пакета типа AutoCAD®. В первую очередь САПР развиваются с целью автоматизации трудоемких проектных процедур построения обтекаемых поверхностей, расчетов на прочность при перераспределении нагрузок.

Подсистемы САПР делят на проектирующие и обслуживающие. Проектирующие подсистемы предназначены для выполнения проектных процедур, зависящих от задач проектирования. Для разных областей применения разрабатывают [10]:

• • САПР функционального проектирования или СЛЕ (Computer Aided Engineering), ориентированные на организацию взаимодействия элементов системы;
• • машиностроительные САПР или MCAD (Mechanical CAD), ориентированные на трехмерное отображение изделий машиностроения;
• • электрические САПР или ECAD (Electronic CAD), ориентированные на размещение и электрические соединения элементов системы;
• • САПР для строительства, ориентированные на расчет нагрузок в несущих конструкциях;
• • САПР больших интегральных схем, ориентированные на разработку топологии интегральных схем;
• • САПР летательных аппаратов, ориентированные на анализ аэродинамических характеристик;
• • САПР электрических машин, ориентированные на расчет обмоток ротора и статора.

Обслуживающие подсистемы не связаны с назначением САПР. Они обеспечивают правильность выполнения проектных процедур. К ним относятся подсистемы управления проектными данными PDM (Product Data Management), управления процессом проектирования DesPM (Design Process Management) и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering).

Различают конструкторские и технологические системы автоматизированного проектирования. Конструкторские САПР применяют для проектирования заказанного изделия, технологические САПР — для проектирования технологии изготовления изделия.