Операционные системы

Раздел 2. САПР на базе Windows.

Раздел 1. Основные программы для решения задач САПР.

Наибольшее распространение САПР получил в машиностроении. Поэтому остановимся подробнее на программах, разработанных для САПР этой отрасли.

Часто считают, что любая программа, используемая для сокращения времени и стоимости разработки продукта, а также для повышения его качества, может быть отнесена к классу САПР. В основе лежат программы, позволяющие конструктору создавать изображения деталей и узлов машин (далее для краткости будем называть их формами) и манипулировать ими на мониторе в интерактивном режиме, сохраняя результаты в базе данных. Однако, в принципе, любая программа, облегчающая процесс разработки, может быть названа программой САПР. Специализированное приложение, предназначенное для автоматизации проектирования конкретной детали или механизма, также считается приложением САПР. Например, система автоматизированной разработки чертежей AutoCAD, наряду с разработкой машиностроительных чертежей, позволяет автоматизировать изготовление электротехнических, строительных и других чертежей.

Аналогичными свойствами обладает разработанная в России и, получающая все большее распространение из-за лучшего, чем зарубежные программы, соответствия отечественным стандартам, программа «Компас». На рис. 6 представлена твердотельная модель, созданная в системе геометрического моделирования, которая также является типичным представителем программ САПР.

Рис. 6. Твердотельная модель, созданная в системе «Компас».

Любая программа, используемая в процессе производства продукта, считается средством САПР. Таким образом, к САПР относятся программы для планирования, управления и контроля производственных операций через прямое или косвенное компьютерное воздействие на производственные ресурсы завода. Это может быть программа, формирующая план процесса производства детали, или программа, которая пишет программу для станка с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирует движение резца и контролирует работу станка в процессе обработки внешних поверхностей детали.

Программы САПР используются для анализа геометрии конструкции и позволяют разработчику моделировать и изучать поведение продукта для улучшения и оптимизации проекта. Типичным примером является программа Unigraphics/FEA фирмы Unigraphics Solutions, Inc. для расчета напряжений, деформации или теплопередачи в детали методом конечных элементов.

Форма, созданная САПР, может использоваться для приложений (программ), рассчитывающих траекторию движения режущего инструмента или выполняющих трехмерные анализ напряжений, только в том случае, если она строилась как трехмерная. По этой причине конструкторы часто начинают работать сразу с трехмерной моделью детали в системах геометрического моделирования.

Широко известные коммерческие программы САПР перечислены в табл. 1. Помимо систем, перечисленных в табл. 1, существуют программные продукты – наборы для моделирования, которые набирают популярность благодаря возможности настройки под любую задачу. При помощи средств из таких наборов может быть создано любое приложение для создания и манипулирования трехмерными формами. В результате получится компактное приложение, ориентированное точно на решаемую задачу. На данный момент можно перечислить следующие типичные наборы для моделирования: ACIS, SHAPES, Parasolid, CAS, CADE и DESIGNBASE.

Таблица 1. Типичные системы САПР.

В настоящее время многие разработчики программного обеспечения начали выпускать хорошие программные продукты, использующие преимущества графической среды Microsoft Windows. Первые программные продукты этой категории были выпущены в 1995 г., а первые версии большинства продуктов датированы 1996 г.

Все новые продукты обладали следующими общими особенностями. Во-первых, они разрабатывались с максимальным использованием функций Microsoft Windows, и поэтому их интерфейсы получались схожими с интерфейсами других программ Microsoft. Фактически эти программы были похожи на другие продукты Microsoft для автоматизации офисного труда, поэтому пользователи чувствовали себя комфортно в знакомой среде и быстро осваивали их. Кроме того, новые программы поддерживали функции внедрения и связывания объектов (OLE), характерные для офисных пакетов Microsoft. Таким образом, любое изображение трехмерной детали или устройства, созданное в пакете геометрического моделирования, может использоваться другими программами Microsoft. Это позволяет вставлять трехмерные изображения, разработанные в какой-либо программе САПР, в нужное место текстового файла, созданного и редактируемого в текстовом процессоре. В настоящее время эта функция расширяется с целью включения поддержки трехмерных данных, что значительно облегчит передачу данных между разными системами САПР.

Во-вторых, в новых системах используется комплексный подход, согласно которому важнейшие компоненты программного обеспечения выбираются из доступных программ, после чего разработчик системы просто объединяет проверенные технологии, сосредотачивая свое внимание на деталях, относящихся непосредственно к проектированию.

В-третьих, новые системы основаны на объектно-ориентированной технологии. С точки зрения программирования объектно-ориентированная технология означает написания модульных программ таким образом, чтобы обеспечить независимое повторное использование модулей. Объектно-ориентированная технология определяет также интерфейс между системой и пользователем. Объектная ориентированность пользовательского интерфейса означает, что каждый элемент интерфейса самостоятельно реагирует на изменение в ситуации и на действия пользователя. Это значительно облегчает работу пользователя с системой. Объектно-ориентированная технология используется и для эффективного хранения данных. В обычных системах САПР данные о детали обычно хранятся в нескольких файлах: один файл используется для геометрической формы, другой – для сетки конечных элементов, третий – для траектории движения фрезы станка с ЧПУ, и т.д. В объектно-ориентированных системах все данные, относящиеся к одной детали, хранятся в одном файле, что приводит к значительной экономии памяти.

В-четвертых, многие системы воспринимают очевидные ограничения, такие как перпендикулярность и параллельность, непосредственно из начального эскиза пользователя, позволяя уменьшить объем вводимых данных. В этом случае от пользователя требуется только ввести размеры, после чего он может изменять форму, варьируя эти размеры. Такая функция системы называется моделированием по размерам (dimension-driver modeling). Это означает, что геометрия определяется размерами детали и может быть легко изменена переопределением этих параметров.

Наконец, в системы встраивается поддержка совместного проектирования через Интернет. Эта поддержка позволяет удаленным пользователям работать над одной и той же деталью, имея перед глазами ее модель на своих экранах. Разработчики могут также проверять проект в целом, сравнивая свои детали с деталями других разработчиков.

Что касается САПР химико-технологических систем, особенно актуальных для студентов экологов, то здесь следует отметить, что в восьмидесятые годы прошлого века в ряде научно-исследовательских институтов такие системы разрабатывались. В частности были созданы программы для расчета материальных и тепловых балансов сложных систем, расчета и синтеза аппаратно-технологических схем, отдельных элементов технологических схем (выпарки, ректификации, системы теплообмена), расчета физико-химических свойств газовых и жидкостных систем, расчета и автоматизации проектирования отдельных аппаратов, проектирования трасс трубопроводов, расчета их диаметра и характеристик насосов и компрессоров. Существовали программы, обеспечивающие оптимальную компоновку оборудования (размещение оборудования в здании) и монтажную проработку (соединение аппаратов трубопроводами).

К сожалению, в настоящее время, в связи с изменениями в аппаратном обеспечении САПР (переходом с мэйнфреймов на персональные компьютеры) и в экономической ситуации, большинство этих программ потеряли актуальность, а приобретение зарубежных аналогов сопряжено со значительными затратами, так как из-за ограниченного круга потребителей такие программы имеют высокую стоимость.

[1] Автору больше нравится термин «интегративное свойство», так как слово «интегративный» подчеркивает, что оно характерно для суммы элементов.