Створення будь-яких виробів промисловості починається з розробки
конструкторської документації. Рівень її виконання значною мірою впливає на скорочення строків створення та освоєння виробів, зниження трудомісткості їх виробництва, підвищення надійності та якості.
Розвиток обчислювальної техніки, розповсюдження персональних
комп’ютерів і графічних дисплеїв як технічних засобів відображення графічної інформації привели до появи засобів генерації графічних зображень і автоматизованого виконання креслень – комп’ютерної графіки.
Комп’ютерна графіка – сукупність методів і способів перетворення за
допомогою комп’ютера даних у графічне зображення і графічного зображення у дані (ДСТУ 2939-94. «Система оброблення інформації. Комп’ютерна графіка. Терміни та визначення»).
Застосування комп’ютерної графіки та САПР дозволяє більшу частину
рутинної роботи з проектування передати комп’ютеру і цим самим вивільнити час інженера-конструктора для творчої діяльності, суттєво підвищуючи при цьому якість результатів та скорочуючи строки проектування.
Проектування технічного об’єкту – це створення, перетворення і
представлення в зрозумілій формі образу цього ще не існуючого об’єкту на основі виконання комплексу робіт дослідницького, розрахункового і конструкторського характеру.
Образ об’єкту або його складових частин може створюватися в уяві людини в результаті творчого процесу або генеруватися у відповідності з деякими алгоритмами в процесі взаємодії людини і комп’ютера. У будь-якому випадку інженерне проектування починається за наявності вираженої потреби суспільства в деяких технічних об’єктах, якими можуть бути об’єкти будівництва, промислові вироби або процеси.
Проектування включає розробку технічної пропозиції і технічного завдання (ТЗ), що відбивають ці потреби, і реалізацію ТЗ в виді проектної документації.
Зазвичай ТЗ представляють у вигляді деяких документів, і воно являється
початковим (первинним) описом об’єкту. Результатом проектування, як правило, служить повний комплект документації, що містить достатні відомості для виготовлення об’єкту в заданих умовах. Ця документація і є проект, точніше, остаточний опис об’єкту.
Зміст технічних завдань на проектування включає в себе:
1. Призначення об’єкту.
2. Умови експлуатації. Разом з якісними характеристиками (представленими у вербальній формі) є числові параметри, для яких вказані області допустимих значень (температура довкілля, зовнішні сили, навантаження і т.п.).
3. Вимоги до вихідних параметрів, тобто до величин, що характеризують
властивості об’єкту, які цікавлять споживача.
Проектування, при якому усі проектні рішення або їх частину отримують
шляхом взаємодії людини і комп’ютера, називають автоматизованим, на
відмінність від ручного (без використання комп’ютера) або автоматичного (без участі людини на проміжних етапах). Система, що реалізовує автоматизоване проектування, є системою автоматизованого проектування (САПР).
Автоматичне проектування можливе лише в окремих часткових випадках для порівняно нескладних об’єктів. На сьогодні переважаючим є автоматизоване проектування.
Всі завдання, які доводиться вирішувати і виконувати в процесі розробки і
виготовлення продукту, називаються життєвим циклом продукту. Приклад
життєвого циклу продукту приведений на рис. 1.

Рисунок 1. Схема життєвого циклу продукції

Основний загальний принцип системного підходу полягає в розгляді частин явища або складної системи з урахуванням їх взаємодії. Системний підхід включає виявлення структури системи, типізацію зв’язків, визначення атрибутів, аналіз впливу зовнішнього середовища.
Системи автоматизованого проектування відносяться до числа найбільш
складних сучасних штучних систем. Їх проектування і супровід неможливі без системного підходу.
Інтерпретація і конкретизація системного підходу мають місце в ряді відомих підходів з іншими назвами. Це структурний, блоково-ієрархічний та об’єктно-орієнтований підходи.

При структурному підході, як різновиді системного, проводиться синтез
варіантів системи з стандартних компонентів (блоків) і оцінюються варіанти при їх частковому переборі з попереднім прогнозуванням характеристик компонентів.
Блоково-ієрархічний підхід до проектування використовує ідеї декомпозиції складних описів об’єктів на ієрархічні рівні і аспекти, вводить поняття стилю проектування (висхідне і низхідне), встановлює зв’язок між параметрами сусідніх ієрархічних рівнів.
В об’єктно-орієнтованому підході до проектування виражено ряд важливих структурних принципів, що використовуваних при розробці інформаційних систем і програмного забезпечення.
Для усіх підходів до проектування складних систем характерні також наступні особливості:
1. Структуризація процесу проектування, що виражається декомпозицією
проектних завдань і документації, виділенням стадій, етапів, проектних процедур.
Ця структуризація є суттю блоково-ієрархічного підходу до проектування.
2. Ітераційний характер проектування.
3. Типізація і уніфікація проектних рішень і засобів проектування.
У відповідності з принципами системного підходу виділяють окремі стадії
проектування – найбільш великі частини проектування як процесу, що
розвивається в часі. У загальному випадку виділяють стадії науково-дослідних робіт (НДР), ескізного, технічного, робочого проектів, випробувань дослідних зразків.
Стадії (етапи) проектування підрозділяють на складові частини, що
називаються проектними процедурами. Прикладами проектних процедур можуть служити підготовка креслень окремих деталей, аналіз кінематики, моделювання перехідного процесу тощо. У свою чергу, проектні процедури можна поділити на дрібніші компоненти, що називаються проектними операціями, наприклад, побудова сітки скінченних елементів, вибір або розрахунок зовнішніх дій, представлення результатів моделювання. Таким чином проектування зводиться до
виконання деяких послідовностей проектних процедур.

Як і будь-яка складна система, САПР складається з підсистем. Розрізняють
підсистеми проектуючі і обслуговуючі.
Проектуючі підсистеми безпосередньо виконують проектні процедури.
Прикладами проектуючих підсистем можуть служити підсистеми геометричного тривимірного моделювання об’єктів, виготовлення конструкторської документації, аналізу трасувань з’єднань в друкованих платах тощо.
Обслуговуючі підсистеми забезпечують функціонування проектуючих
підсистем, їх сукупність часто називають системним середовищем (або оболонкою) САПР. Типовими обслуговуючими підсистемами є підсистеми управління проектними даними, підсистеми допомоги та навчання користувачів, вводу-виводу інформації.
Структуризацію САПР по різних аспектах обумовлює поява видів
забезпечення САПР. Прийнято виділяти сім видів забезпечення САПР:
1) технічне – включає різні апаратні засоби (ЕОМ, периферійні пристрої,
мережеве комутаційне устаткування, лінії зв’язку, вимірювальні засоби);
2) математичне – об’єднує математичні методи, моделі і алгоритми для
виконання проектування;
3) програмне, що представляється комп’ютерними програмами САПР;
4) інформаційне, що складається з бази даних проектної інформації та СКБД;
5) лінгвістичне, вираженне мовою спілкування між проектувальником і
комп’ютером, мовами програмування і мовами обміну даними між технічними засобами САПР;
6) методичне – включає різні методики проектування;
7) організаційне, представлене штатними розкладами, посадовими
інструкціями і іншими документами, що регламентують роботу проектного
підприємства.

Класифікацію САПР здійснюють по ряду ознак, наприклад по
застосуванню, цільовому призначенню, масштабах (комплексності вирішуваних завдань).
По застосуванню найбільш показними і широко використовуваними
являються наступні групи САПР:
1. САПР для застосування в галузях загального машинобудування (AutoCAD, Inventor, Компас).
2. САПР для радіоелектроніки (P-CAD, OrCAD, Mentor).
3. САПР в області архітектури і будівництва (ArchiCAD, Allplan, Revit
Structure).
Крім того, відоме велике число спеціалізованих САПР, що виділяються у
вказаних групах або представляють самостійну гілку класифікації. Прикладами таких систем є САПР великих інтегральных схем (ВІС); САПР літальних апаратів тощо.
За цільовим призначенням розрізняють САПР, що забезпечують
проектування різних етапів життєвого циклу продукції:
Автоматизоване проектування (computer-aided design – CAD) – технологія,
що полягає у використанні комп’ютерних систем для полегшення створення, зміни і аналізу проектів. Найосновніша функція CAD - визначення геометрії конструкції (деталі механізму, архітектурних елементів, електронні схеми, плани будівель і т.п.), оскільки геометрія визначає усі наступні етапи життєвого циклу продукту.
Для цієї мети зазвичай використовуються системи розробки робочих креслень і геометричного моделювання. (AutoCAD, ArchiCAD, Компас).
Автоматизоване виробництво (computer-aided manufacturing – САМ) – це
технологія, що полягає у використанні комп’ютерних систем для планування, управління і контролю операцій виробництва через інтерфейс з виробничими ресурсами підприємства. Одним з найбільш зрілих підходів до автоматизації виробництва є числове програмне управління, що полягає у використанні запрограмованих команд для управління верстатами. Ще одна важлива функція систем автоматизованого виробництва – програмування роботів, які можуть працювати на гнучких автоматизованих дільницях чи конвеєрах. (CAM350, T-Flex).
Автоматизоване конструювання (computer-aided engineering – CAE) – це
технологія, що полягає у використанні комп’ютерних систем для аналізу геометрії, моделювання і вивчення поведінки продукту для удосконалення і оптимізації його конструкції. Засоби CAE можуть здійснювати багато різних варіантів аналізу – кінематичний розрахунок, динамічний аналіз, аналіз логіки електронних ланцюгів, розрахунок напружено-деформованого стану конструкцій. З усіх методів комп’ютерного аналізу найширше в використовується метод скінченних елементів (finite element method – FEM), який реалізований в програмних пакетах ANSYS, Abaqus, Solidworks, ЛІРА-САПР та ін.
Таким чином, технології CAD/САМ/CAE полягають в автоматизації і
підвищенні ефективності конкретних стадій життєвого циклу продукту.
Розвиваючись незалежно, ці системи ще не до кінця реалізували потенціал
інтеграції проектування і виробництва. Перспективним є сценарій використання баз даних для інтеграції систем CAD, CAE і САМ (рис. 2).
Така інтеграція всіх процесів та інформаційних моделей в будівництві
отримала назву BIM-технології (Building Information Model). Інформаційне
моделювання споруд (BIM) – процес колективного створення та використання інформації про споруду, що формує надійну основу для всіх рішень на протязі життєвого циклу об’єкту (від концепції до робочого проекту, будівництва, експлуатації та демонтажу).

Рисунок 2. Інтеграція CAD/CAM/CAE за допомогою бази даних

Last modified: Sunday, 4 February 2024, 9:33 PM