История развития САПР

Примеры использования были даже до того, как сформировался сам термин САПР.

Еще в 1955-59 году в Массачусетском Технологическом Институте (MIT) под руководством Росса была разработана система программирования АРТ (авт. прог. станки). АРТ дает возможность подготовки программ для станков с чипом, путем описания длины рабочего кода инструмента. В дальнейшем в процессе разработки систем подготовки программ для станков с чипом не задавать длину кода, а описывать саму деталь. В противоположность сегодняшнему понятию САПР, тогда понималась растущая возможность использования ЭВМ. САD придумал Cайзерленд. В настоящее время под САПР процесс проектирования с использованием машинной графики поддерживаемых пакетами ПО для решения на компьютерах аналитических квалификационных экономических и эргономических проблем связанных с проектной деятельностью. Широкое применение САПР началось с использованием микро ЭВМ. Лидером в разработке была фирма Computer Visual. Первые CAD - системы появились десять лет спустя.

Первыми в мире приступили к автоматизации процессов в легкой промышленности американцы. Они создали автоматизированную раскройную установку (АРУ) для порезки настилов ткани специальным ножом без предварительной разметки по заданной программе. Путь к широкому промышленному использованию и признанию не был простым. Разработчики около пяти лет безуспешно убеждали предприятия легкой промышленности в эффективности и перспективности этого подхода. И только однажды им удалось уговорить одно автомобильное предприятие попробовать установку при раскрое материалов для сидений. Результат превзошел все ожидания. Только после этого комплекс начали использовать и предприятия легкой промышленности. Следует отметить, что большинство современных САПР очень сильно похожи на американскую систему "Гербер".

В нашей стране первая САПР для легкой промышленности была разработана совместно специалистами отдела математического моделирования и оптимального проектирования Института проблем машиностроения АН Украины и Проектно-конструкторского бюро автоматизированных систем управления текстильной и легкой промышленности в Москве. Система разрабатывалась на базе АРМ СМ-4.

За последние 25 лет CAD - системы, как системы геометрического моделирования, были значительно усовершенствованы: появились средства 3D-поверхностного и твердотельног моделирования, параметрического конструирования, был улучшен интерфейс.

Почти все производители CAD-систем создавали системы от начала до конца, включая управление памятью, драйверы устройств, интерфейс пользователя, интерпретатор для языков. Ни один продукт не имеет интерфейса в стиле Windows; строчно-командный интерфейс сохранился, и все еще остается необходимым. Наиболее важное влияние на CAD оказала Windows – оболочка. Наличие миллионов компьютеров для Windows стимулирует разработку быстрых процессоров, больших мониторов, стал более емким сам процесс создания CAD, освобождая пользователя от заботы о драйверах устройств, и в определенной степени об интерфейсе. В настоящее время увеличивается интеграция функций из CAD в ОС. Наиболее известный пример – OpenGL в Windows. Уже сейчас OpenGL – самый легкий и универсальный метод рендеринга объектов CAD. Он обладает двумя преимуществами:
- Независимость от оборудования;
- Устранение обработки дисплейных списков;

Негативную роль в развитии CAD-систем играют недостатки в организации ПО CAD. Это ограниченная открытость для расширений, трудность настройки на национальные стандарты, плохая модульность. Любой пакет CAD без адаптации не слишком полезен для большей части пользователей, поэтому существует рынок производителей, которые выполняют вертикальную адаптацию для различных применений CAD-систем. Обычно в состав систем общего назначения включался инструментарий для создания и подключения приложений, а также для адаптации и расширения интерфейса с пользователем. Однако существуют две причины по которым эта адаптация затруднена:
- приложения приходится создавать поверх всей базовой системы, хотя многие ее функции не нужны. Цена даже небольшой разработки в основном определяется стоимостью базового пакета;
- инструментальные средства изготавливаются производителем базовой системы самостоятельно, были не стандартными и не качественными.

Ступени развития САПР

1) В 70х годах были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации. В соответствии с веяниями времени в этот период основное внимание уделялось системам авт. черчения.

2) В 80-х годах внедрились микро и суперкомпьютеры и САПЧ (САП и черчения) стали доступны даже малым фирмам. Когда стол для черчения заменяется на дисплей то повышается скорость работы, повышается уровень опытного чертежника в 3 раза. На цветном дисплее в 3,5 раза. В это время поставщики АПЧ применяли не только авт. проектирования, но и моделирование 3D. Сначала в 3D были простые поверхности, затем твердотельные изображения.

3) В 90-е годы – период зрелости, осознаны многие реальные задачи практики, исправлены многие ошибки при разработки. Сейчас существуют вопросы интеграции возможности, позволяющих вести речь об автоматизации всего процесса проектирования, конструирования. Бурный рост функциональности АП с одновременным усложнением ряда ключевых функций и операций, связанных с распознаванием и обработки особенностей форм привел к тому, что на переднем плане стал интерфейс. Актуальны методы отката назад (roll back), которые восстанавливают конкретно проект, несмотря на ошибки как собственные, так и ошибки алгоритмов данных.

В наше время самыми актуальными стали вопросы, связанные с интеграцией разнообразных возможностей, позволяющей вести речь об автоматизации не отдельных элементов, а всего процесса проектирования, конструирования и производства. Бурный рост функциональности САПР с одновременным усложнением ряда функций, привело к тому, что на первом плане оказались проблемы пользовательского интерфейса. Чрезвычайно актуальными являются методы отката назад, позволяющие восстановить корректный проект, несмотря на допущенные ошибки, происходящие из-за собственных неадекватных действий и из-за некорректных проектных данных.

В последнее время акцент снова сдвигается в сторону более автоматизированных систем САПР. В частности, с повышением мощности и эффективности отдельных фаз проектирования с использованием методов, как генетические алгоритмы, нейронные сети и системы баз данных.

Среди достижений последнего 10-летия следует отметить более отчетливое расслоение классов систем. Стало понятно, что поскольку в промышленности имеются большие предприятия, средние, и вообще мелкие, то и автоматизация для них должна быть разной. Сейчас на рынке CAD/CAM/CAE систем имеется большая гамма систем, различающихся по стоимости, по функциональности и по степени охвата проектно-технологической и производственной сферы предприятия.

3 градации систем:
1) Чертежно-ориентированные системы (появились первыми в 70-ые и продолжают использоваться). Это легкие системы для пользователей CAD начального уровня, имеющие урезанный набор функций. Цена до 1000$. Используются на ПК. К ним относятся AutoCad, ArchiCad, GraphicsCad, IsiCad, CadKey. В основном работают с 2d объектами.
2) Системы среднего уровня (до 8000$), требующие ПК высокого класса со специальным графическим оборудованием или младшие модели рабочих станций, или PISE- процессоры. Это системы, позволяющие создавать электронную модель объекта в 3д пространстве, которая даст возможность решения задач моделирования вплоть до момента его изготовления. Примеры: Mechanical Desktop (Autodesk), PTI Modeler (Parametric Technology), Personal Designer (ComputerVision). Personal Designer – ПП с широким набором функций для автоматического проектирования и подготовки конструкторской документации в областях механических приложений с достаточными возможностями для дальнейшего расширения. С помощью этого пакета можно разработать 3d геометрические модели, синтезировать и моделировать модели с помощью NURB- и Безье поверхностей, воспроизводить и контролировать разработанные конструкции, документировать разработанные изделия за счет создания высококачественных технических чертежей для процесса производства и монтажа в соответствие со стандартами DIN, ANSI, ISO. Ценность этого пакета усиливается за счет внушительного количества ПП третьесторонних поставщиков, расширяющих функциональность. Например, Personal Machinist дополняет этот пакет функциями для NK – программирования (станки с ЧПУ). Обе системы базируются на общей БД и используют один и тот же пользовательский интерфейс. Эти два пакета вместе представляют собой единственно полностью интегрированное CAD/CAM решение среди своего класса.
3) Системы старшего уровня. Обычно работают на рабочих станциях и графических серверах RISC/UNIX/NT Windows. Поддерживают полное электронное описание объекта, т.е. разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжение всего жизненного цикла объекта (включая: маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическая подготовка, производство, эксплуатация, ремонт и утилизация). Поэтому эти системы можно называть CAD/CAM/CAE/PDM системами. К таким относятся (I/EMS (Intergraph), CATIA(IBM), Pro/Engineer (Parametric Technology), CADDS 5 (Computer Vision), Euclid () ). CADDS5 – интегрированная инструментальная программная среда для автоматизации процессов проектирования и технологической подготовки изделий, которая включает в себя более 85 отдельных программных пакетов, функционально охватывает эскизное и рабочее проектирование, синтез геометрических моделей, инженерный анализ, разработку чертежно-конструкторской документации, подготовку к производству.

Благодаря своим функциональным возможностям CADDS5 позволяет выполнять разработку многих типов технических объектов, начиная от машиностроительных деталей, конструкций и отдельных изделий до таких изделий, как автомобили буровая платформа. Эта система относится к ряду тех систем, которые способны функционировать на практически любых технологических платформах аппаратных средств и взаимодействовать с другими прикладными программами, относящихся к областям CAD/CAM/CAE/PDM и ЧПУ-оборудованием. В CADDS5 поддерживаются все основные стандарты обмена (IGES, STEP, SET, DxF, AP1203/2/4 и др. специализированные стандарты). Имеются прямые трансляторы для обмена с другими САПР (CATIA и др.). CADDS5 поддерживает технологию параллельной работы разных проектно-технологических групп, согласованно выполняющих в рамках единой информационной модели операции проектирования, сборки, анализа, тестирования, проверки корректности модели и подготовки ее к производству. Позволяет в масштабах предприятия логически связывать информацию об изделии, обеспечивая быструю обработку и доступ к ней пользователя.

Современные тенденции требуют более автономной системы САПР. (Увеличение мощности эффективности отд. фаз проектирования с использованием методов ИИ: генетические алгоритмы, нейросети, системы на основе БЗ). Самая актуальная проблема повышения надежности и устойчивости многих функций базисных геометрических алгоритмов.