СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ Для студентов специальности «Машины и аппараты пищевых производств»

Глава 1 Введение в автоматизированное проектирование Понятие инженерного проектирования. Проектирование технического объекта создание, преобразование и представление в принятой форме образа этого еще не существующего объекта. Образ объекта или его составных частей может создаваться в воображении человека в результате творческого процесса или генерироваться в соответствии с некоторыми алгоритмами в процессе взаимодействия человека и ЭВМ. Проектирование включает в себя разработку технического предложения и (или) технического задания (ТЗ), отражающих эти потребности, и реализацию ТЗ в виде проектной документации Системный подход к проектированию

Проектирование это процесс, заключающийся в получении и преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера. Однако следует помнить, что конечной целью любого проектирования является не документация в бумажном или электронном виде, а изготовленный по этой документации объект в "железе". Мало того, проектирование не заканчивается изготовлением опытного образца. После его испытаний вносятся изменения, как в сам образец, так и в техническую документацию. Процесс совершенствования разрабатываемого устройства может быть достаточно длительным. Проектирование, при котором все проектные решения или их часть получают путем взаимодействия человека и ЭВМ, называют автоматизированным, в отличие от ручного (без использования ЭВМ) или автоматического (без участия человека на промежуточных этапах). Система, реализующая автоматизированное проектирование, представляет собой систему автоматизированного проектирования (в англоязычном написании CAD System Computer Aided Design System).Computer Aided Design System

1.2. Основные стадии проектирования и создания новой техники При проектировании новой техники возникает необходимость проведения работ, связанных с анализом и синтезом новой конструкции. Анализ осуществляется при заданных размерах и массе звеньев, когда необходимо определить: скорости, ускорения, действующие силы, напряжения в звеньях и их деформации. В результате может быть произведен проверочный расчет на прочность, выносливость и т.д. Синтез осуществляется при заданных скоростях, ускорениях, действующих силах, напряжениях или деформациях. При этом требуется определить необходимые размеры звеньев, их форму и массу. При синтезе часто решается задача оптимального проектирования конструкции, когда находятся необходимые показатели работы машины при наименьших затратах труда.

Обычно основными этапами создания новой конструкции являются: 1) Разработка принципиальной схемы; 2) Проектирование и расчет машины и отдельных ее узлов; 3) Экспериментальные исследования и доводка опытного образца. Проектирование новой техники включает следующие основные этапы: а) разработка технического задания, включающего основные исходные данные; б) разработка эскизного проекта, включающего выбор схемы и компоновку основных узлов конструкции; в) разработка технического проекта, где осуществлены основные расчеты и представлены сборочный чертеж и др. документация.

При проектировании сложных механизмов обычно стремятся выделить из общей схемы отдельные, более простые типовые механизмы, проектирование которых имеет свои закономерности. К таким широко используемым в технике механизмам относятся: рычажные (стержневые), кулачковые, фрикционные, зубчатые и др., причем с точки зрения строения, кинематики и динамики любой механизм можно заменить условным рычажным механизмом с последующим его анализом, поэтому структура, кинематика и динамика рычажных механизмов рассматривается наиболее подробно.

1.3 История развития САПР История развития САПР неразрывно связана с историей развития ЭВМ, которая пережила 3 этапа: I-й этап (до конца 70-х гг.) характеризуется проблемой обработки больших объемов данных в условиях ограниченных возможностей аппаратных средств - распространением ЭВМ серии IBM/360. Проблема этого этапа - отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств. В 70-х годах были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации. САПР впервые был внедрен в начале 1970-х годов крупными авиационными и автомобильными компаниями, оснастившими ими свои компьютеры. Задачей этих ранних, первых CAD систем было ускорение самого производственного процесса.

II-й - этап (с начала 80-х гг.) - компьютер становится инструментом непрофессионального пользователя, а информационные системы - средством поддержки принятия его решений. В 80-х годах появились массовые системы и базовые программные продукты для них. Проблемы - максимальное удовлетворение потребностей пользователя и создание соответствующего интерфейса работы в компьютерной среде. В 1981 году пользователи CAD работали на графических терминалах, присоединенных к многокомнатным машинам IBM (американский прототип СЭВовских ЕС ЭВМ) и Control Data, или же мини-ЭВМ, таким как PDP/11 от Digital Equipment Corporation или Nova от Data General. Большую часть CAD-систем продавали поставщики, предлагавшие одновременно аппаратное и программное обеспечение. Пятью крупнейшими той эпохи были Computervision, Applicon, Calma, Auto-Trol Technology и Intergraph. CAD- системы стоили тогда очень дорого – более 90 тыс. долларов за рабочее место (по данным компании Dataquest).

В 1981 году в США поступили в продажу первые персональные компьютеры (ПК) компании IBM, это началось с того, что 12 августа 1981 года на пресс-конференции в Нью-Йорке представители компании продемонстрировали компьютер для индивидуального пользования IBM PC. Для первых настольных систем требовались 20 Мбайт дисковой памяти, математический процессор, графическая карта и как можно больше (свыше 256 kb) оперативной памяти. На протяжении 80-х годов инженеры освобождались от "больших машин". CAD-работа стала монопольной, переместившись на ПК, каждый из которых был оборудован своим собственным микропроцессором, жестким диском и видеокартой. Системы с единственным пользователем работали быстрее, чем многозадачные, да и стоили дешевле. Цена CAD-места за десятилетие снизилась более чем в 4 раза и стала ниже 20 тыс. долларов (по данным Dataquest).

III-й этап (с начала 90-х гг.) - создание современной технологии межорганизационных связей и информационных систем. 90-е годы можно охарактеризовать, как период зрелости, когда были осознаны многие реальные задачи практики, исправлены некоторые из допущенных ошибок, и CAD-системы реально стали демонстрировать свою эффективность в высокотехнологичных производствах. В настоящее время в мире разработано большое количество CAD/CAM/CAE-программных продуктов. Конкурентная борьба компаний-разработчиков программного обеспечения приводит к стремлению быстрее других разработать и поставить на рынок систему, снизить стоимость наряду с упрощением работы с программой и повысить качество продукта.

1.4 Основные концепции развития систем в XXI веке - Разработка интеллектуальных систем, использующих базы знаний, позволяют оказывать инженеру существенную помощь в принятии решений. - Разработка интегрированных систем позволит реализовать совмещенное проектирование. Для его реализации необходимо использование единой концептуальной конструкторско- технологической модели данных. - Разработка индивидуальных систем. Эта концепция направлена на минимизацию экономического показателя: отношения стоимости программно-технических средств к эффективности системы. Для достижения оптимума каждое рабочее место, имеющее определенное функциональное назначение, должно быть оснащено техническими средствами, обладающими производительностью, необходимой для этого назначения, а также необходимыми и достаточными программными средствами. Это означает, что персональные компьютеры должны иметь и персональные компьютерные средства.

1.5 Виды обеспечения САПР САПР включают следующие виды обеспечения: - технические (устройства передачи данных, сети, измерительные и другие устройства); - математические (методы, модели и алгоритмы); - программные (наличие программных пакетов, документы с текстами программ, программы на машинных носителях); - информационные (документы, содержащие описание стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, материалов); - методологические (документы, в которых отражены состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизации проектирования); - лингвистические (языки проектирования, терминология); - организационные (положения, инструкции, приказы, штатные расписания и другие документы, регламентирующие оргструктуру подразделений и их взаимодействие с комплексом САПР).