Традиционно, продукты САПР для машиностроения разделены на три класса: тяжелый, средний и легкий. Такая классификация сложилась исторически, и хотя уже давно идут разговоры о том, что грани между классами вот-вот сотрутся, они остаются, так как системы по-прежнему различаются и по цене, и по функциональным возможностям. В результате сейчас в этой области имеется несколько мощных систем, своего рода «олигархов» мира САПР, стабильно развивающиеся продукты среднего класса и получившие массовое распространение недорогие «легкие» программы. Имеется и так называемая «внеклассовая прослойка общества», роль которой выполняют различные специализированные решения.

Компьютерная технология призвана не автоматизировать традиционно существующие технологические звенья (так как это обычно не дает какого-либо эффекта, за исключением некоторого изменения условий труда), а принципиально изменить саму технологию проектирования и производства изделий. Только в этом случае можно ожидать существенного сокращения сроков создания изделий, снижения затрат на весь жизненный цикл изделия, повышения качества изделий.

Прежде всего, применительно к созданию сложных изделий машиностроения, в основе организации компьютерной технологии лежит создание полного электронного макета изделия, так как именно создание трехмерных электронных моделей, адекватных реально проектируемому изделию, открывает колоссальные возможности для создания более качественной продукции (особенно сложной, наукоемкой продукции) и в более сжатые сроки.

В идеале в процессе проектирования и производства сложных и многокомпонентных изделий все участвующие в проектировании должны, работая одновременно и наблюдая работу друг друга, создавать сразу на компьютерах электронные модели деталей, узлов, агрегатов, систем и всего изделия в целом (Приложение Б).

При этом одновременно решать задачи концептуального необходимо проектирования, всевозможных видов инженерного анализа, моделирования ситуаций, а также компоновки изделия и формирования внешних обводов. Не дожидаясь полного окончания разработки нового изделия, эту информацию следует использовать для технологической подготовки производства и производства как такового. Кроме того, необходимо автоматизированно управлять и всеми создаваемыми данными электронной модели (то есть структурой изделия), и самим процессом создания изделия, и к тому же иметь возможность управлять структурой процесса создания изделия.

Для реализации именно компьютерной технологии проектирования и производства должны применяться системы автоматизированного проектирования инженерного анализа и технологической подготовки производства (CAD/CAE/CAM) высшего уровня, а также системы управления проектом (PDM - Product Data Management).

Что такое система CAD/CAE/CAM высшего уровня? Это такая система, которая, во-первых, обеспечивает весь цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации, а во-вторых (и это самое главное), создает проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия с единой виртуальной электронной моделью этого изделия (Приложение Б, рис. 2).

На Западе эта организационная философия обозначается аббревиатурой CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment), что можно перевести как «Единая среда создания изделия от идеи до реализации». По существу, именно то, в какой степени система реализует указанную философию, и определяет уровень системы. Руководствуясь такой концепцией, можно резко сократить цикл создания изделия, повысить технический уровень проектов, избежать нестыковок и ошибок в изготовлении оснастки и самого изделия благодаря тому, что в подобном случае все данные взаимосвязаны и контролируемы.

В настоящее время на рынке осталось лишь три САПР верхнего ценового класса - Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Раньше мощных системы было больше, но после череды слияний и поглощений компаний, число пакетов сократилось.

Упомянутые компании - лидеры в области САПР, а их продукты занимают львиную долю рынка в денежном выражении. Главная особенность «тяжелых» САПР - обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы - все это результат длительного развития. Однако, эти системы немолоды - CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer - в 1988 г., а Unigraphics NX, хотя и вышла в 2002 г., является результатом слияния двух весьма почтенных по возрасту систем - Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в результате приобретения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного анализа и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Кроме того, все три поставщика предлагают для своих САПР системы управления инженерными данными (PDM), позволяющие управлять всей конструкторско-технологической документацией и предоставлять дополнительные данные, экспортированные из других корпоративных систем, из справочников и нормативных источников.
Несмотря на то, что тяжелые системы стоят значительно дороже своих более «легких» собратьев (десятки тысяч долларов за одно рабочее место), затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако крупных клиентов, способных платить за САПР миллионы долларов не так много. По мнению аналитиков, этот сегмент рынка уже практически насыщен и поделен между «китами» индустрии. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов. Для них предназначены системы среднего и легкого классов.

2.2 Средний класс САПР

В мире САПР средний класс возник позднее двух остальных - в начале 90-х. До этого средствами трехмерного твердотельного моделирования обладали лишь дорогие тяжелые системы, а легкие программы служили для двумерного черчения. Средние САПР заняли промежуточное положение между тяжелым и легким классами, унаследовав от первых трехмерные параметрические возможности, а от вторых - невысокую цену и ориентацию на платформу Windows. Они произвели революционный переворот в мире САПР, открыв небольшим конструкторским организациям путь для перехода от двумерного к трехмерному проектированию (Приложение Б).

Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. В настоящее время Parasolid принадлежит фирме EDS, а ACIS - компании Dassault, которые продают лицензии на их использование всем желающим. Таких желающих немало - эти ядра составляют основу более сотни САПР, а число проданных лицензий перевалило за миллион. Успех понятен - ведь использование готового ядра избавляет разработчиков системы от решения трудоемких задач твердотельного моделирования и позволяет сосредоточиться на пользовательском интерфейсе и других функциях. Впрочем, это не значит, что все САПР среднего класса построены на базе этих механизмов. Многие компании ценят независимость и предпочитают разрабатывать собственные «движки».
К среднему классу аналитики относят системы стоимостью порядка 5-6 тыс. долл. за рабочее место (цены в США). Для сравнения: у тяжелых САПР рабочее место обходится примерно в 20 тыс. долл., но в последнее время поставщики выпустили облегченные версии продуктов, которые стоят дешевле.

По прогнозу аналитической компании Daratech рост среднего класса будет продолжаться, и предполагается, что до 2008-го рынок будет увеличиваться на 11% в год. Причина такой положительной динамики состоит в активном притоке новых пользователей из обоих смежных лагерей - тяжелых и легких систем. Так, по мнению аналитиков, сейчас становится все больше производителей, недовольных слабой окупаемостью своих инвестиций в дорогие продукты и ищущих более дешевые варианты. С другой стороны, глобализация, нарастание конкуренции и спад мировой экономики заставляют малые и средние предприятия переходить c двумерных САПР на трехмерные, чтобы ускорить выпуск новых изделий в продажу и повысить их качество. Процесс перехода подстегивает улучшение совместимости между 2D- и 3D-системами и увеличение преимуществ САПР среднего класса для повышения производительности труда (Приложение Б).

У средних САПР сейчас существует обширный круг потенциальных потребителей, и они вольно или под давлением рынка будут вынуждены рано или поздно их внедрить. На руку “середнякам” играет и расширение функциональных возможностей этих продуктов. В результате у предприятий, которые хотят получить надежный инструмент для трехмерного моделирования, но могут обойтись без высокоразвитых средств тяжелых САПР, появились дополнительные варианты для выбора ПО. Ведь раньше поставщики утверждали, что средние САПР обладают 80% функций тяжелых продуктов, а их цена составляет всего 20% от стоимости дорогих систем. Теперь, считают аналитики из Daratech, по возможностям “середняки” приближаются к 90%, а по стоимости - к 50%.

Безусловно, даже этот 10%-ный разрыв нельзя сбрасывать со счетов. Например, предприятиям автомобильной и авиакосмической промышленности крайне необходим передовой функционал, присущий только “тяжеловесам”. Поэтому различие между этими двумя классами существует и сохранится в течение обозримого будущего, так как разработчики и тех и других систем не сидят сложа руки, а будут и впредь совершенствовать свои продукты. Пионером в области средних САПР стала компания SolidWorks. В 1993 г. она представила одноименный продукт, обладающий трехмерным геометрическим ядром, который, по утверждению создателей, по возможностям приближался к механизмам твердотельного моделирования тяжелых систем, но стоил гораздо дешевле. Вскоре примеру первопроходца последовала фирма Solid Edge, выпустившая одноименную САПР, а затем и Autodesk. Она сначала разработала трехмерную программу Mechanical Desktop на базе двумерной AutoCAD, а затем создала новое ПО Inventor. Помимо этих систем на рынке есть немало других САПР среднего класса, например think3, Cadkey, Alibre. Есть среди них и российские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему КОМПАС на базе собственного геометрического ядра, а фирма «Топ Системы» -- программу T-Flex на основе ядра Parasolid, принадлежащего UGS. Они также прошли длительный путь развития и обзавелись встроенными средствами поверхностного моделирования, управления документами (PDM), технологической подготовки производства (CAM) и т. д., но при этом стоят существенно дешевле зарубежных аналогов и изначально ориентированы на отечественные стандарты и приемы проектирования.

2.3 Легкие системы

Программы данной категории служат для двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. К настоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР.

Первая чертежная система Sketchpad была создана еще в начале 60-х годов, а затем появилось немало других продуктов такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением персональных компьютеров. Вслед за снижением стоимости оборудования последовал обвал цен и на САПР.

Пионером в этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР для ПК под названием AutoCAD. Успех был феноменальным -- уже в 1987 г. было продано 100 тыс. копий AutoCAD, а сегодня это число превышает четыре миллиона. В результате Autodesk удалось отхватить изрядную долю рынка САПР, вытеснив тяжеловесов из сегмента программ для двумерного черчения. Примеру первопроходца последовали и остальные игроки. Так, в 1984 г. фирма Bently представила программу Microstation, которая стала основным конкурентом AutoCAD'а. Кроме них сейчас существует множество других «легких» САПР, включая DataCAD одноименной компании, TurboCAD фирмы IMSI, SurfCAM от Surfware и другие. Эти продукты проще и дешевле (100 -- 4000 долл.) тяжелых и средних САПР, поэтому пользуются спросом, несмотря на нынешний экономический спад. В результате «легкие» системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования, своего рода «рабочей лошадкой» мира САПР.

3 Программное обеспечение САПР

3.1 Состав программного обеспечения САПР

Программное обеспечение САПР (ПО САПР) представляет собой сложную программную систему, включающую в себя десятки и сотни компонентов. ПО САПР - это совокупность программ на машинных носителях с необходимой программной документацией, предназначенной для выполнения автоматизированного проектирования.

Создание ПО САПР - трудная научно-техническая задача, для решения которой требуются большие материальные затраты. Известны САПР, ПО которых насчитывает до 500 тыс. операторов языка программирования. Разработка такого ПО требует сотен и тысяч человеко-лет, причем требования к квалификации разработчиков таких систем очень высоки. Например, в разработке САПР морских судов, оцениваемой в 600 человеко-лет, принимало участие 15 организаций. Стоимость современных САПР определяется главным образом стоимостью ПО, которое в несколько раз превышает стоимость технического обеспечения. Литовка Ю.В., Дьяков И.А., Романенко А.В., Алексеев С.Ю., Попов А.И. Основы проектирования баз данных в САПР: Учебное пособие. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007 - 177 с.

Средняя производительность труда программистов в организациях, занимающихся промышленной разработкой ПО, составляет 1000-2000 операторов в год. В США цена одного оператора программы колеблется в зависимости от степени сложности ПО от 15 до 700 $ ; по данным на 1985 г. один час работы программиста стоит в 5 раз дороже одного часа работы ЭВМ быстродействием 300 тыс. операций/с. Приведенные данные касаются ПО, представляющего собой законченный программный продукт, поставляемый как промышленное изделие. В отличие от программ индивидуального пользования, предназначенных только для обслуживания их разработчика, программный продукт:

1) имеет универсальное назначение, ориентирован на применение многими пользователями и в ряде организаций;

2) предназначен для работы в комплексе с другими компонентами

программного обеспечения;

3) имеет специальные средства модификации и расширения;

4) всесторонне отлажен;

5) описан в тщательно составленной документации.

Стоимость программного продукта приблизительно в 8-10 раз выше стоимости программы индивидуального назначения и с увеличением его сложности растет по квадратичному закону.

Для оценки сложности ПО используются два основных показателя:

1) количество операторов;

2) количество и типы взаимосвязей компонентов ПО между собой.

Этот показатель более важный, так как именно он определяет эффективность декомпозиции исходной задачи декомпозиции ПО в целом на ряд вложенных подзадач разработки его компонентов. Поэтому, в частности, трудоемкость разработки управляющих программ выше (приблизительно в 4 раза) трудоемкости разработки прикладных программ.

Пользователь (user) - лицо, пользующееся услугами вычислительной техники для получения информации или решения различных задач.

В САПР можно выделить, по крайней мере, три квалификационные категории пользователей.

Разработчики САПР - специалисты в области применения ЭВМ, способные разрабатывать базовые методы, средства и оснащение САПР, общесистемное ПО, инструментальные и технологические средства проектирования, осуществлять генерацию и настройку САПР на условия конкретного применения.

Прикладные программисты имеют высокую квалификацию, знают методологию проектирования, алгоритмы прикладной области и могут разрабатывать специализированное ПО.

Проектировщики - специалисты в области проектирования, хорошо освоившие возможности САПР для выполнения автоматизированного проектирования.

Проектировщики могут относиться к так называемой категории «пользователь-непрограммист», т.е. к числу специалистов, которые не являются профессионалами в области вычислительной техники, но нуждаются в прямом доступе (без посредников) к ресурсам ЭВМ.

Программное обеспечение подразделяют на базовое, общесистемное и специализированное.

Базовое ПО не является предметом разработки при создании ПО САПР.

Общесистемное ПО является инвариантным к объектам проектирования.

Специализированное ПО функционирует в операционной среде, которая состоит из общесистемного и базового ПО. Основной функцией специализированного ПО САПР является получение проектных решений.

Состав и структура ПО САПР определяются как составом и структурой подсистем САПР, так и САПР в целом.

3.2 Функциональное назначение программного обеспечения САПР

По функциональному назначению ПО САПР можно разделить на ряд программных комплексов (ПК), представляющих собой совокупность программных, информационных, методических, математических и лингвистических компонент, предназначенных для выполнения заданных функций. Можно выделить следующие программные комплексы: проектирующие, обслуживающие и инструментальные (Приложение В, схема 1).

Проектирующие ПК предназначены для получения законченного проектного решения и в свою очередь делятся на проблемно-ориентированные и объектно-ориентированные. Проблемно-ориентированные ПК выполняют унифицированные проектные процедуры, не зависимые от объекта проектирования. Объектно-ориентированные ПК используются для проектирования объектов определенного класса. Проектирующие ПК входят в состав специализированного ПО.

3.3 Основные принципы проектирования ПО САПР

Проектирование ПО САПР осуществляется на основе принципов системного единства, развития, совместимости и стандартизации.

Принцип системного единства. При создании, функционировании и развитии ПО САПР связи между компонентами должны обеспечивать ее целостность.

Принцип развития. ПО САПР должно создаваться и функционировать с учетом пополнения, совершенствования и обновления ее компонент.

Принцип совместимости. Языки, символы, коды, информация и связи между компонентами должны обеспечивать их совместное функционирование и сохранять открытую структуру системы в целом.

Принцип стандартизации. При проектировании ПО САПР необходимо унифицировать, типизировать и стандартизовать ПО, инвариантное к проектируемым объектам.

Одной и проблем, возникающих при проектировании ПО САПР, является создание единого информационно совместимого между собой программного комплекса, предназначенного для выполнения автоматизированного проектирования. Петров А.В. Проблемы и принципы создание САПР. - М.: Высшая школа, 2008. - 250 с.

Заключение

В курсовой работе рассмотрено, что такое САПР, и конкретнее разобрано программное обеспечение. В конце хочется сказать, что проектирование сложных изделий невозможно сегодня без САПР. Функциональность таких систем стремительно расширяется и является предметом пристального внимания разработчиков и пользователей.

Программное обеспечение САПР представляет собой сложную программную систему, включающую в себя десятки и сотни компонентов.

И, конечно же, больше всего САПР используется в промышленном производстве, в котором уже давно царит жесткая конкуренция. Чтобы выжить в этих нелегких условиях предприятиям приходится, как можно быстрее выпускать новые изделия, снижать их себестоимость и повышать качество. В этом им помогают современные системы автоматизированного проектирования, позволяющие облегчить весь цикл разработки изделий - от выработки концепции до создания опытного образца и запуска его в производство. Тем самым значительно ускоряется процесс создания новой продукции без ущерба качеству. Поэтому сейчас без САПР не обходится ни одно конструкторское или промышленное предприятие. И хотя на долю указанных систем приходится лишь около 3% рынка ПО, они играют очень важную роль, поскольку помогают создавать товары, без которых невозможно представить нашу повседневную жизнь: автомобили, самолеты, бытовые приборы, промышленное оборудование и, следовательно, являются одной из движущих сил современной промышленности и мировой экономики.

По единодушному мнению аналитиков, мировой рынок САПР достиг зрелости. Он бурно развивался и рос на протяжении последнего десятилетия прошлого века. Но к 2000 г. все предприятия, которым были нужны САПР, обзавелись ими, и найти новых пользователей стало трудно. А когда на Западе начался экономический спад, рост рынка САПР замедлился: по оценке аналитической компании Daratech, в 1999 г. объем продаж систем CAD/CAM/CAE за год вырос на 11,1%, в 2000 г. - на 4,7%, в 2001 г. - на 3,5%, а в 2002 г. - на 1,3%. Одновременно прекратился и рост оборотов ведущих поставщиков САПР. В Daratech подсчитали, что в 2002 г. объем рынка САПР составил 6,2 млрд. долл. (расходы пользователей на ПО и услуги), в 2003 г. объем продаж сократился на 4,5%.

Итак, на рубеже веков для рынка САПР наступил переломный момент. В такой ситуации обычно происходит слияние компаний и поиск новых направлений для роста. Пример - покупка компанией EDS в 2001 г. двух известных разработчиков тяжелых САПР - Unigraphics. Эта сделка произвела в сегменте САПР настоящий фурор. Правда, сейчас успех покупки вызывает сомнения, так как EDS собирается продавать подразделение UGS PLM, образованное слиянием Unigraphics и SDRC. Что касается поиска новых направлений - сейчас ведущие поставщики активно продвигают концепцию PLM (Product Lifecycle Management), подразумевающую управление информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла. Внедрение PLM сулит предприятиям немало преимуществ, но влечет за собой расходы на закупку дополнительного ПО (например, систем управления инженерными данными - PDM) и реорганизацию проектных процессов.

Таким образом, развитие рынка САПР идет двумя путями - эволюционным и революционным. В свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволюционно: расширяются функциональные возможности продуктов, повышается производительность, упрощается использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция.

Глоссарий

Список использованных источников

1. Быков А. Цеховая САПР на базе ADEM А7 САПР и графика. // Компъютер Пресс. 2007. № 1. - 29 с.

2. Быков А., Карабчеев К. Эффективные технологии подготовки производства на базе CAD/CAM ADEM CАПР и графика. // Компьютер Пресс, 2007. № 6. - 46 с.

3. Жук Д.М. Технические средства и операционные системы САПР. - М.: Высшая школа. 2006. - 244 с.

4. Казаков А., Карабчеев К., Кашуба А. Что такое ADEM CАПР и графика // Компьютер Пресс. 2008. № 9. - 63 с.

5. Литовка Ю.В., Дьяков И.А., Романенко А.В., Алексеев С.Ю., Попов А.И. Основы проектирования баз данных в САПР: Учебное пособие. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2008. - 177 с.

6. Майстренко Н.В., Майстренко А.В. Программное обеспечение САПР. Операционные системы: Учебное пособие. - Тамбов: Издательство ТГТУ, 2007. - 99 с.

7. Норенков И.П. Автоматизированное проектирование. Учебник. Серия: Информатика в техническом университете. - M.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 372 с.

8. Петров А.В. Проблемы и принципы создание САПР. - М.: Высшая школа, 2008. - 250 с.

9. Феоктистов В., Карабчеев К. ADEM-Проектирование технологичных конструкции CАПР и графика. // Компьютер Пресс. 2007. № 1. - 72 с.

10. Юзмухаметов А. Автоматизация получения технической документации в ADEM САПР и графика. // Компъютер Пресс. 2006. № 2. - 103 с.

Приложения

Размещено на Allbest.ru