Представленная в данном материале таблица представляет собой упорядоченный список производителей готовых программных решений в области систем проектирования, разработки и промышленного дизайна.
Особенности
Наряду с использованием систем автоматизации инженерных расчетов и анализа CAE в данное время, как правило, используются системы автоматизированного проектирования CAD (Computer-Aided Design). Сведения из CAD -систем поступают в CAM (Computer-aided manufacturing). Следует заметить, что английский термин «CAD» по отношению к промышленным системам имеет более узкое толкование, чем русский термин «САПР», поскольку в понятие «САПР», входит и CAD , и CAM , и CAE . Среди всех информационных технологий автоматизация проектирования занимает особое место. Прежде всего, автоматизация проектирования - это дисциплина синтетическая, так как в ее состав входят различные современные информационные технологии. Так, например, техническое обеспечение САПР базируется на эксплуатации вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий, также САПР практикует использование персональных компьютеров и рабочих станций. Говоря о математическом обеспечении САПР, следует отметить разнообразие используемых методов: вычислительной математики, математического программирования, статистики, дискретной математики, искусственного интеллекта. Программные комплексы САПР можно сравнить с одними из самых сложных современных программных систем, в основе которых лежат такие операционные системы как Windows , Unix , и такие языки программирования как , С++ и Java , а также современные CASE -технологии. Практически каждый инженер-разработчик должен обладать знаниями основ автоматизации проектирования и уметь работать со средствами САПР. Поскольку все проектные подразделения, офисы и конструкторские бюро оснащены компьютерами, работа конструктора таким инструментом как обычный кульман или расчеты с помощью логарифмической линейки стали неактуальны. Следовательно, предприятия, работающие без САПР или использующие ее в малой степени, становятся неконкурентоспособными, поскольку тратят на проектирование значительно больше времени и финансовых средств.
Типы САПР
- Математическое обеспечение САПР (МО) - этот вид подразумевает объединение математических методов, моделей и алгоритмов с целью выполнения проектирования)
- Лингвистическое обеспечение САПР (ЛО) - это обеспечение представляет собой выражение языками общения между проектировщиками и ЭВМ, языками обмена данными и языками программирования между техническими средствами САПР;
- Техническое обеспечение САПР (ТО) - сюда относятся периферийные устройства, ЭВМ , линии связи, обработка и вывод данных и т. д.;
- Информационное обеспечение САПР (ИО) - состоит из баз данных (БД), систем управления базами данных (СУБД) и других данных, которые используются при проектировании;
- Программное обеспечение САПР (ПО) - это, прежде всего компьютерные программы САПР;
- Методическое обеспечение (МетО) - включает в себя различного рода методики проектирования;
- Организационное обеспечение (ОО) - представляется штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами, которые определяют работу проектного предприятия.
Структура САПР
Будучи одной из сложных систем, САПР состоит из двух подсистем: проектирующей и обслуживающей. Проектные процедуры выполняют проектирующие подсистемы. Подсистемы геометрического трехмерного моделирования механических объектов являются ярким примером проектирующих подсистем. С помощью обслуживающих подсистем осуществляется функционирование проектирующих подсистем, их единство, как правило, называют системной средой или оболочкой САПР. Характерными обслуживающими подсистемами считаются подсистемы управления процессом проектирования (DesPM - Design Process Management), управления проектными данными (PDM - Product Data Management). Диалоговая подсистема (ДП); СУБД ; инструментальная подсистема; монитор - обеспечивающий взаимодействие всех подсистем и управление их выполнением - это обслуживающие подсистемы ПО. Диалоговая подсистема ПО дает возможность интерактивного взаимодействия пользователя САПР с управляющей и проектирующими подсистемами ПО, а также подготовку и корректирование первоначальных данных, ознакомление с результатами проектирующих подсистем, функционирующих в пакетном режиме.
Структура ПО САПР определяется следующими факторами:
- аспектами и уровнем создаваемых с помощью ПО описаний, проектируемых объектов и предметной областью;
- степенью автоматизации конкретных проектных операций и процедур;
- ресурсами, предоставленными для разработки ПО;
- архитектурой и составом технических средств, режимом функционирования.
Классификация САПР
САПР классифицируют по следующим принципам: целевому назначению, по приложению, масштабам и характеру базовой подсистемы. По целевому назначению выделяют САПР или подсистемы САПР, которые предоставляют различные аспекты проектирования. Таким образом, CAE /CAD /CAM системы появляются в составе MCAD:
- САПР-Ф или CAE (Computer Aided Engineering) системы. Здесь имеются в виду САПР функционального проектирования
- САПР-К - конструкторские САПР общего машиностроения, чаще всего их называют просто CAD -системами;
- САПР-Т - технологические САПР общего машиностроения - АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) или системы CAМ (Computer Aided Manufacturing).
По приложениям самыми важными и широко используемыми считаются такие группы САПР как:
- Машиностроительные САПР или MCAD (Mechanical CAD) системы - это САПР для применения в отраслях общего машиностроения.
- ECAD (Electronic CAD) или EDA (Electronic Design Automation) системы - САПР для радиоэлектроники.
- САПР в области архитектуры и строительства.
Помимо этого, существует большое количество более специализированных САПР, или выделяемых в определенных группах, или являющихся самостоятельной ветвью в классификации. Это такие системы как: БИС -САПР (больших интегральных схем); САПР летательных аппаратов и САПР электрических машин. По масштабу определяют самостоятельные программно-методические комплексы (ПМК) САПР:
- Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов (МКЭ)
- Комплекс анализа электронных схем;
- Системы ПМК;
- Системы с уникальными архитектурами программного (software) и технического (hardware) обеспечений.
Классификация по характеру базовой подсистемы
- САПР, которые направлены на приложения, где главной процедурой проектирования является конструирование, то есть определение пространственных форм и взаимного расположения объектов. Это САПР на базе машинной графики и математического моделирования. К данной группе систем относится большая часть графических ядер САПР в сфере машиностроения.
- САПР, ориентированные на приложения, в которых при достаточно простых математических расчетах перерабатывается большое количество данных. Это САПР на базе СУБД . Данные САПР главным образом встречаются в технико-экономических приложениях, например, В процессе проектирования бизнес-планов, объектов, подобных щитам управления в системах автоматики.
- Комплексные (интегрированные) САПР, которые включают в себя совокупность предыдущих видов подсистем. Типичными примерами комплексных САПР могут быть CAE /CAD /CAM -системы в машиностроении или САПР БИС. Таким образом, СУБД и подсистемы проектирования компонентов, принципиальных, логических и функциональных схем, топологии кристаллов, тестов для проверки годности изделий является составной частью САПР БИС. Для того, чтобы управлять такими сложными системами используют специализированные системные среды.
- САПР на базе определенного прикладного пакета. По сути это свободно используемые программно-методические комплексы, такие как, комплекс имитационного моделирования производственных процессов, комплекс синтеза и анализа систем автоматического управления, комплекс расчета прочности по методу конечных элементов и т. п. Как правило, данные САПР относятся к системам CAE . Например, программы логического проектирования на базе языка VHDL , математические пакеты типа MathCAD .
Развитие САПР
Одна из ключевых тем развития САПР - "облачные " вычисления: удаленная работа с данными, размещенными на удаленных серверах, с различных устройств, имеющих выход в интернет. На сегодняшний день облака очень существенно продвинулись в сегменте легких приложений и сервисов - преимущественно в потребительском секторе. Возможны два варианта интеграции. В первом случае в облако переносится вся инфраструктура инженерных служб, и соответственно необходимость в инженерном ПО, установленном на рабочем месте, исчезает вовсе. Во втором случае у конструктора по-прежнему остается графическая рабочая станция с установленной САПР, но при этом он получает из нее доступ к различным облачным сервисам, благодаря которым можно решать задачи, требующие весьма существенных ресурсов (например, проводить прочностной анализ). Осуществлять облачное взаимодействие возможно двумя способами: публично, когда доступ к серверу, расположенному у провайдера, открыт через интернет, и в частном порядке, когда сервер находится на предприятии и обращения к нему происходят по закрытой локальной сети. В России развитие облаков в области САПР сдерживается необходимостью соблюдать в очень многих проектах излишнюю секретность. Поэтому скорее всего именно частные облака станут в ближайшее время основным драйвером рынка. Облака - это не только новые технологии, но еще и возможность экспериментировать с новыми бизнес-моделями.
Следующая важная тенденция - альтернативные ОС. Еще лет пять назад, когда заводились разговоры об альтернативе Microsoft Windows , речь, как правило, шла о Linux . Данная тема актуальна и сегодня: отечественная национальная программная платформа, по всей видимости, будет сделана на базе ядра Linux; к этой ОС растет интерес в области образования и в госструктурах (есть примеры успешного перехода). Однако теперь уже можно говорить о существенном потенциале операционной системы Google Chrome OS . И здесь упомянутый тренд смыкается с облачным трендом - ОС Google, как известно, не подразумевает установку приложений на локальном компьютере.
Немаловажную роль в продвижении этой ОС играет тенденция к уменьшению рыночной доли ПК. Очевидно, что если в облака перенести большинство громоздких и сложных вычислений, снижаются требования к аппаратному обеспечению и появляется возможность работать на любых устройствах. Например, на планшетах. В итоге разработчикам САПР-решений придется либо разрабатывать платформонезависимые решения (облачный вариант), либо делать их мультиплатформенными.
Следующая тема - `железо`. Здесь все опять же определяется неудовлетворенностью рынка решением монополиста - классической архитектурой Intel (темпами ее развития). В этой связи явно отмечается тренд на развитие архитектуры ARM . Ее сейчас поддерживает несколько производителей, среди которых одним из самых активных является компания Nvidia (Нвидиа) . Пока данная архитектура активно применяется только в мобильных устройствах, но в ближайшее время, судя по всему, она перейдет и на стационарные ПК. Косвенно об этом свидетельствует тот факт, что будущая ОС Microsoft Windows 8 сможет работать и на ARM-архитектуре тоже (впервые не только на Intel).
Вторая тенденция - перенос существенной части вычислений с центрального процессора на графическое ядро. Данная тема относится скорее к области параллельных вычислений.
Еще один тренд - это рост рынка мобильных устройств. Наибольшее ускорение он получил в прошлом году с появлением iPad . Вначале, правда, казалось, что это устройство сугубо потребительское и в корпоративном секторе оно не будет применимо. Однако выяснилось, что оно вполне подходит для решения многих задач.
В секторе САПР сегодня многие сотрудники являются мобильными - работают на выезде, на удаленных строительных объектах, перемещаются по стране, трудятся дома. (Все это требует удобного мобильного устройства.)
Так или иначе за рубежом о том, что планшет скоро будет у каждого сотрудника инженерной службы, сегодня говорят как о свершившемся факте. Уже появились привлекательные для разработчиков мобильные платформы IOS Apple и Android Google, а также существенное количество САПР-приложений под них.
Сейчас весьма сложно сказать, уйдут ли через десять лет из нашего арсенала клавиатура и мышь. Но факт в том, что интерфейсы, ориентированные на работу с мультитач-экранами (пальцеориентированные), явно набирают популярность. В мобильных устройствах они уже практически стали стандартом. На сегодняшний день вполне понятно, что этот интерфейс более чем подходит для потребления информации. Так же ли он хорош для ее создания, для работы с САПР, сказать пока сложно. Для массового перехода к подобным интерфейсам до сих пор не хватает технологической базы. Сейчас на рынке просто не существует достаточно больших мультитач-панелей с необходимым для САПР разрешением.
Рынок САПР весьма консервативен. Даже замена одной такой системы на другую в рамках работы над одним проектом - задача довольно сложная. Что уж говорить о серьезной смене парадигмы, интерфейсов, поколений САПР. Поэтому данный рынок явно не входит в число лидеров технологической гонки - развитие есть, но очевидно не такое быстрое, как хотелось бы. Впрочем, в ближайшее десятилетие на предприятия придут инженеры, выросшие уже в эпоху интернета, новых технологий и мобильных устройств, и так или иначе они станут активно привносить на рынок элементы своей культуры.
САПР в строительстве
Цифровизация бизнеса затронула все его отрасли. В последнее десятилетие бум переживают решения для проектирования, инжиниринга и конструирования промышленных объектов. От советских кульманов проектировщики пришли к 3D-моделированию. Что цифровизация означает для этого сегмента, как помочь команде работать в едином пространстве и почему пока не удается окончательно избавиться от бумажных носителей, помогал разбираться генеральный директор компании AVEVA Алексей Лебедев.
Подобные документы
Рассмотрение информационных технологий выполнения функций проектирования. Техническое обеспечение системы автоматизированного проектирования (САПР). Создание САПР для повышения эффективности труда инженеров. Эргономическое и правовое обеспечение САПР.
реферат, добавлен 09.06.2015
Создание систем автоматизированного проектирования (САПР). Цель - повышение эффективности труда инженеров, сокращение трудоёмкости проектирования и планирования. Категории САПР, структура, подсистемы. Примеры обслуживающих и проектирующих подсистем.
статья, добавлен 01.04.2019
Понятие и сущность проектирования технического объекта. Системы автоматизированного проектирования (САПР) и их структура. Классификация САПР по приложениям, виды обеспечения САПР. Этапы решения задач конструкторского проектирования, теория графов.
лекция, добавлен 12.06.2016
Назначение, термины и классификация систем автоматизированного проектирования (САПР). Системный подход к проектированию. Структура технического обеспечения. Вычислительные системы и периферийные устройства в САПР. Автоматизированные системы управления.
методичка, добавлен 14.03.2013
Анализ тесной связи инженерной деятельности с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР). Классификация САПР по функциональным возможностям. Рейтинг популярности систем автоматизированного проектирования, их сравнительный анализ.
статья, добавлен 02.04.2019
Основные принципы построения системы автоматизированного проектирования (САПР). Применение электронно-вычислительных машин при проектно-конструкторских работах. Процесс проектирования в программное обеспечение САПР. Информационное обеспечение САПР.
контрольная работа, добавлен 28.09.2016
Изучение истории и этапов развития систем автоматизированного проектирования. САПР "Ассоль" на базе технологий Autodesk. САПР "Грация" и программа конструирования одежды. Анализ эффективности программного обеспечения на предприятиях различной мощности.
реферат, добавлен 23.10.2013
Понятие, структура и история развития систем автоматизированного проектирования (САПР). Классы продуктов САПР для машиностроений: тяжелый, средний и легкий. Состав и принципы проектирования программного обеспечения САПР, его функциональное назначение.
курсовая работа, добавлен 05.10.2011
Разработка и внедрение САПР - систем автоматизированного проектирования технических объектов, цель, основные принципы построения, стадии создания. Отображение процесса проектирования в программном лингвистическом и информационном обеспечении САПР.
реферат, добавлен 10.12.2009
Достоинства САПР. Классификация и обозначение, функции САПР. Характеристики CAE/CAD/CAM-систем и CALS-технологии. Структура технического обеспечения САПР. Системные среды и программно-методические комплексы. Назначение и состав системных сред САПР.
Автоматизация проектирования традиционно является одной из эффективных задач в сфере любого производства. Так, например, в машиностроении производственный цикл предприятия, определяемый временем нахождения деталей, узлов и готовых изделий в цехах, составляет 1 % всего времени от начала проектирования до выпуска готовой продукции, остальные 99% приходятся на опытно-конструкторскую, конструкторскую и технологическую подготовку производства. С другой стороны сложность решения задачи автоматизированного проектирования связана с многообразием и спецификой конкретных предметных областей.
Создание САПР-продуктов происходит в следующих направлениях :
Универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации;
Открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях);
Графический редактор и графическая среда приложений;
Открытая среда конструкторского проектирования;
САПР для непрофессионалов (домашнего использования).
Наиболее полно возможности САПР-продукта на уровне универсального графического пакета можно проследить на примере AutoCAD 2000 - новой версии самого популярного в России чертежного пакета. Рассмотрим основные особенности новой разработки фирмы Autodesk :
Возможность работы с несколькими файлами чертежей в одном сеансе без потери производительности;
Контекстное всплывающее меню, включающее группу операций буферного обмена, повтора последней операции, отмены действий и возврата отмененного действия, вызова динамических интерактивных операций панорамирования и зуммирования и др.;
Наличие средств моделирования, позволяющих редактировать твердотельные объекты на уровне ребер и граней;
Возможность обращения к свойствам объектов;
Возможность выбора, группировки и фильтрации объектов по типам и свойствам;
Наличие технологии создания и редактирования блоков;
Возможность вставки в чертеж гиперссылок;
Включение DesignCenter - нового интерфейса технологии drag-and-drop для работы с блоками, внешними ссылками, файлами изображений и чертежей;
Управление толщиной (весом) линий напрямую с воспроизводством на экране;
Возможность работы со слоями без вывода на печать;
Наглядная работа с размерами и размерными стилями;
Наличие средств управления видами и системами координат;
Наличие нескольких режимов визуализации от проволочного каркаса до закраски;
Наличие средств обеспечения точности ввода при создании и редактировании;
Возможность компоновки чертежей и вывода на печать;
Работа с внешними базами данных;
Наличие средств настройки с помощью редакторов Visual LISP и Visual Basic;
Совместимость версий (в форматах DWG AutoCAD R14, R13 и форматах DXF AutoCAD R14, R13, R12).
По оценкам специалистов AutoCAD 2000 является почти идеальным универсальным 2D/3D (двух- и трехмерной геометрии) графическим пакетом средней ценовой категории.
Создание приложений связано со спецификой конкретной предметной области и решается эта задача на различных инструментальных платформах. Рассмотрим эту проблему применительно к САПР в радиоэлектронике. Радиоэлектроника является очень широкой научно-технической областью, поэтому остановимся только на проблеме проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА).
Основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования РЭА :
Решение всего комплекса задач проектирования РЭА: ввод структурной, функциональной и принципиальной схем; проведение расчетов; моделирование; конструирование аппаратуры; технологическая подготовка производства и изготовление;
Наличие полной библиотеки элементов и узлов, источников (генераторов) сигналов и шумов, с большим набором параметров и возможностью их легкой модификации;
Наличие справочной базы данных и ГОСТов;
Проведение необходимых расчетов (надежности, мощности, рабочих режимов и других параметров);
Возможность импорта и экспорта информации из других информационных систем;
Поддержка разнообразной периферии.
Процесс проектирования РЭА принято разбивать на этапы (системный, схемный, конструкторский, технологический, производственный), а саму проектируемую РЭА на уровни (система, подсистема или аппаратура, прибор, блок, ячейка или узел). Исходя из такого разбиения, представляется естественным требование, чтобы САПР поддерживали все этапы и уровни проектирования в полном объеме. К сожалению, на практике данный подход полностью не реализован. Ниже в табл. 6.5 представлены наиболее распространенные в России САПР и обозначены обеспечиваемые ими этапы проектирования .
Т а б л и ц а 6.5
| № п/п | Система проектирования | Этапы проектирования | |||||||
| Схемный | Конструкторский | ||||||||
| Устройство | Прибор | Блок | Ячейка | Устройство | Прибор | Блок | Ячейка | ||
| OrCAD | _ | - | + | + | - | - | - | + | |
| OrCAD Capture | - | - | + | + | - | - | - | - | |
| P-CAD | _ | - | + | + | - | - | - | + | |
| ACCEL EDA | - | - | + | + | - | _ | - | + | |
| DesigneLab | - | - | + | + | - | - | - | + | |
| Симпатия | - | - | + | + | - | - | - | - | |
| MR-CAD | _ | - | _ | + | - | - | - | - | |
| TangoPRO | - | - | - | + | - | - | - | + | |
| CADdy | - | - | - | + | - | - | - | + | |
| SUSIE | - | _ | - | + | - | - | - | - | |
| Pspice | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| CircuitMaker | - | - | - | + | - | - | - | - | |
| Dynamo | - | - | + | + | - | - | - | - | |
| MicroCAP | _ | - | - | + | - | - | - | - | |
| Electronics Workbench | - | - | _ | + | - | - | - | - | |
| HyperSignal Block Diagram | - | + | + | + | - | - | - | - | |
| System View | - | + | + | + | _ | - | - | - | |
| AutoCAD | - | - | - | _ | + | + | + | + | |
| T-FLEX CAD | _ | - | _ | - | + | + | + | + | |
| EUCLID | - | - | - | - | + | + | + | + |
САПР уровня ячеек (Р - CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат;
Схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование;
САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.
В последние годы большой интерес вызывают САПР для непрофессионалов (домашнего использования). Области их использования: индивидуальное строительство, любительское моделирование и конструирование, планирование ландшафта, интерьера и
др. Основные требования к системам подобного класса - приемлемая стоимость и невысокие требования к ресурсам компьютера. В табл. 6.6 приведены характеристики таких САПР, представленных на рынке .
Т а б л и ц а 6.6
| № п/п | Система проектирования | Характеристики компьютера | Возможности |
| ExtraCAD 3 | Основные функции: дуги, сплайны, многоугольники, штриховка. Интерфейс - трудоемок. Документация - краткое описание | ||
| TurboCAD 4 | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 486DX/2, память - 8 Мб, ОС -DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: дуги, сплайны, многоугольники, штриховка, проволочные модели трехмерных объектов и их редеринг, импорт чертежей из двухмерных программ. Интерфейс - упорядочен, широкие возможности. Документация полная | |
| TotalCAD | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 486/66, память - 8 Мб, ОС - DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: является упрощенной версией TurboCAD, отсутствуют трехмерное моделирование, штриховка области, смешение сетки. Интерфейс - удобный, широкие возможности. Документация - электронная версия | |
| DesignCAD LT | Минимально допустимая конфигурация: процессор - 386, память - 8 Мб, ОС - DOS, видео - VGA. Оптимальная конфигурация: процессор - Р90, память - 16 Мб, ОС - Windows 95, видеокарта 3D | Основные функции: двух- и трехмерное моделирование, сканирование чертежей, трассировка в векторный формат, экспорт в формате VRML. Интерфейс - широкие возможности, недостаточно удобен. Документация полная |
Наиболее перспективным в области автоматизированного проектирования является использование открытых сред, основной особенностью которых является автоматизация процесса проектирования: выбор структуры объекта проектирования; необходимые расчеты, включая геометрические и т.д. Примером реализации такого подхода является СПРУТ-технология, реализованная в виде
Рис. 6.8. Возможности проблемной ориентации DiaCAD
графической оболочки со сменной проблемной ориентацией DiaCAD . На рис. 6.8 представлены возможности проблемной ориентации DiaCAD, а на рис, 6.9 возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования.
Однако DiaCAD является только составной частью СПРУТ-тех-нологии (рис. 6.10) и используется в тех случаях, когда удается формализовать процесс проектирования в данной предметной среде. Там, где это невозможно, используются средства интерактивно-
Рис. 6.9. Возможные варианты реализации конструкторских систем проектирования
| Открытая операционная среда СПРУТ | Общие ресурсы среды | £ Оч | Специализированная конструкторская система проектирования | ||||||
| ё а. | Расширенные команды редактирования | ||||||||
| Модуль интерактивной геометрии | Открытая конструкторская "~ *~ среда DiaCad | ||||||||
| - ^ | s Сц | Геометрические модели | |||||||
| ^s- 1 | |||||||||
| £ & | Конструкторские документы | Графическая БД | |||||||
Рис. 6.10. СПРУТ-технология
го черчения, так же как в известных средствах графического редактирования.
Возможности DiaCAD определяются перечнем решаемых задач:
Оперативная разработка чертежей с соблюдением требований ГОСТов;
Создание и использование иерархических графических баз данных;
Интерактивная параметризация чертежа и его типовых фрагментов;
Интеллектуальное редактирование (редактирование чертежа путем изменения значений размеров);
Получение параметризированных программ без программирования.
Функционально DiaCAD можно разделить на две части: среда администратора графической базы данных и среда конструктора.
Среда администратора графической базы данных предназначена для работы с иерархическими графическими базами данных и позволяет решать следующие задачи:
Создание базы данных с произвольной иерархической структурой;
Оперативный просмотр чертежа;
Копирование данных из одного чертежа в другой;
Вывод чертежа на графопостроитель или печатающее устрой-
Среда конструктора позволяет создавать и редактировать чертежи и геометрические модели.
Принципиальной отличительной особенностью DiaCAD является возможность создания на ее основе с использованием единой интегрированной среды СПРУТ собственной САПР.
Контрольные вопросы
1. Какие информационные технологии используются в корпоративном управлении?
2. Какие экономико-математические модели используются в корпоративном управлении?
3. В чем идея виртуального бизнеса?
4. На каких принципах основана архитектура «клиент-сервер»?
5. На каких принципах основана архитектура Интранета?
6. Какие открытые стандарты используются в архитектуре Интранета?
7. Определите классы задач, решаемых с помощью корпоративных информационных систем.
8. Какие существуют типы корпоративных информационных систем?
9. Сформулируйте основные направления информатизации банковской деятельности.
10. Какие программные системы используются в информатизации финансовой деятельности?
11. Назовите принципы информатизации управления технологическими процессами.
12. Что представляет собой модульная архитектура контроллеров?
13. Определите основополагающие аспекты информатизации образования.
14. Определите факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе.
15. Сформулируйте отрицательные последствия использования информационных технологий в образовании.
16. Назовите дидактические требования при использовании компьютерных технологий в образовании.
17. Каковы отрицательные и положительные качества использования информационных технологий в образовании?
18. Каковы основные направления использования информационных технологий в образовании?
19. Перечислите типы компьютерных обучающих программ, используемых в учебном процессе.
20. Сформулируйте основные направлениях создания САПР-продуктов.
21. Каковы основные особенности AutoCAD 2000?
22. Укажите основные требования, предъявляемые к САПР в области проектирования радиоэлектронной аппаратуры.
23. Что понимают под открытой средой в САПР-технологиях?
24. В каких случаях используется система DiaCAD?
1.1. Системный подход к проектированиюПроектирование – это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще несуществующего объекта. Проектирование начинается при наличии выраженной потребности общества в объекте проектирования.
В основе действий проектировщика лежит некий способ или принцип. И если способ действия машины (компьютера) удается предвидеть достаточно точно, то выбор способа действия человека не является столь же определенным. В настоящее время, когда в проектировании всеболее активно применяются компьютерная техника и технология, можно говорить о способах и действиях "человеко-машинных" систем. В основе осознанного рационального способа действия человека лежит метод.
Для существования метода необходимы:
· правила поведения как описание способа действия;
· осознание использования метода как основы действия;
· строгое подчинение правилам поведения;
· описание ситуаций, в которых целесообразен данный метод.
Анализируя проектную деятельность с позиции частного и общего, можно сказать, что в ее основе лежат:
действия – способы (принципы) – методы.
В зависимости от того, какие средства для реализации творческих действий применяет проектировщик, различают:
· эвристические методы;
· алгоритмические методы.
В эвристических методах определяющее значение имеют:
· ассоциативные способности;
· интуитивное мышление;
· способы управления мышлением.
Эвристические методы основаны на использовании общих правил и рекомендаций. Они помогают при поиске различных понятий и утверждений, которые позволяют благодаря случайным или логическим ассоциациям открыть или создать абстрактное соотношение, способное дать решение задачи.
Алгоритмические методы основываются на алгоритме, который можно определить как последовательность указаний, касающихся процедур (операций), позволяющих решить задачу. Можно выделить логические алгоритмы и математические алгоритмы.
Проектирование может быть:
· ручным – без применения компьютера;
· автоматизированным – на основе взаимодействия человека и компьютера, когдаэвристические действия проектировщика дополняются вычислительным возможностями компьютера, реализованными посредством определенных алгоритмов;
· автоматическим – без участия человека на промежуточных этапах проектирования.
Проектирование сложных технических объектов, к которым относятся и автомобильные дороги, выполняется, как правило, автоматизировано, то есть с помощью САПР – (CAD – Computer Aided Design ).
При проектировании автомобильных дорог применяют блочно-иерархический подход, который заключается в декомпозиции проектных задач на иерархические уровни и установлении связей между этими уровнями. На данном этапе развития существующие САПР автомобильных дорог включают, как правило, следующие уровни:
· формирование цифровых моделей местности зоны проектирования;
· трассирование автомобильной дороги;
· проектирование продольного профиля;
· проектирование поперечных профилей и дорожных одежд;
· проектирование искусственных сооружений и инженерно-сервисного обустройства дороги;
· оценка проектных решений.
1.2. Стадии процесса проектирования
В практике дорожного проектирования установлены следующие стадии работ.
Программа (концепция) развития сети автомобильных дорог, которая разрабатывается для определенной территории (региона, страны) и определяет последовательность развития дорог для обеспечения транспортной потребности населения на период 5-10 и более лет. При разработке программ используются специальные методики, базирующиеся на возможностях, в первую очередь, ГИС – геоинформационных систем (GIS – Geographic Information Systems ). В настоящий момент развитие автомобильных дорог в Российской Федерации планируется на основе положений Программы "Транспортная стратегия Российской Федерации на 2002-2010 г.г.".
Обоснование инвестиций (ОИ) является основным предпроектным документом, обосновывающим целесообразность строительства (реконструкции) автомобильной дороги, еетехническую категорию с учетом прогнозируемой интенсивности движения, выбор оптимального проложения трассыи сроков ее строительства, а также стадийность и очередность этого строительства (реконструкции). Разработка ОИ осуществляется, как правило, на объекты, включенные в утвержденные федеральные и региональные целевые программы развития сети автомобильных дорог.При разработке ОИ широко применяют геоинформационные технологии: как ГИС, так и САПР.
Таким образом, САПР следует понимать и как компьютерную программу, и как организационно-техническую систему в широком смысле.
Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий, являясь собственно синтетической дисциплиной, включающей множество информационных элементов: от вычислительных сетей и телекоммуникационных технологий до передовых методов вычислительной математики и средств моделирования трехмерной виртуальной реальности.
Классификацию САПР осуществляют по разным признакам, например, по приложению, целевому назначению, комплексности решаемых задач, характеру базовой подсистемы.
По приложениям наиболее актуальными и широко развитыми являются:
· САПР машиностроения;
· САПР радиоэлектроники;
· САПР архитектуры и строительства.
САПР автомобильных дорог можно классифицировать как архитектурно-строительная САПР. В тоже время САПР АД необходимо рассматривать как самостоятельную ветвь (подкласс) в этом классе.
Специфика проектирования дорог заключается в том, что это – линейно-протяженные объекты. Очертания дороги, с одной стороны, существенно зависят от рельефа, грунтово-геологических и гидрологических условий местности. С другой стороны,геометрические характеристики проектируемой дороги тесно связаны с планируемой интенсивностью и составом транспортного движения.
Основой формообразования будущей дороги является ее трасса, которая проектируется с учетом физических законов движения транспортныхсредств. И очертания этой трассы во многом предопределяют технические и транспортно-эксплуатационные качества будущей дороги.
К подклассу линейно-протяженных проектируемых строительных объектов, наряду с автомобильными дорогами, можно также отнести: аэродромы, железные дороги, трубопроводы, каналы, линии электропередач.
По целевому назначению различают подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования. Так, например, под термином CAD обычно подразумевают процедуры геометрического проектирования.
Расчеты прочности, устойчивости, долговечности и других аспектов функциональности объектов проектирования выполняют в подсистеме СAE (Computer Aided Engineering ). При проектировании дорог к задачам CAE следует отнести: расчеты дорожных одежд на прочность, морозоустойчивость, сдвиг и изгиб; расчеты осадки земляного полотна на слабых основаниях и устойчивости откосов; гидрологические расчеты отверстий искусственных сооружений; моделирование транспортных потоков и др.
Расчеты, связанные с технологической подготовкой производства, реализуют в подсистеме САМ (Computer Aided Manufacturing ). К задачам CAM в дорожной отрасли можно отнести: подготовку разбивочных ведомостей, технологических карт производства работ; разработку схем организации движения транспорта при производстве работ, составление линейно- календарных графиков работ и др.
По комплексности решаемых задач различают отдельные подсистемы и комплексы из изложенных выше подсистем: CAD /CAE /CAM .
Важным компонентом комплексных систем в последнее время становятся подсистемы управления данными PDM (Product Data Management ), которые обеспечивают коллективную работу над проектами, целостность данных и способствуют реализации эффективных систем управления качеством.
Способность компьютерных технологий поддерживать функционирование объектов от стадии проектирования до их утилизации в единой информационной системе породила концепцию PLM (Product Lifecycle Management ), которая является чрезвычайно перспективной и для будущего дорожной отрасли.
Наиболее точно сущность этой концепции приведена в следующем определении: "PLM – это стратегический подход к ведению бизнеса, который использует набор совместимых решений для поддержки общего представления информации о продукте в процессе его создания, реализации и эксплуатации, в среде расширенного предприятия – начиная от концепции создания продукта и заканчивая его утилизацией – при интеграции людских ресурсов, процессов и информации". Следуя логике этого определения, PLM – это не система (типа CAD ) и не класс систем (типа CAD /CAM /CAE ), а стратегия производства с применением комплексной компьютеризации, которая базируется на едином представленииинформации об изделии (продукте) на всех стадиях его жизненного цикла. Эта информация может (и должна) совместно использоваться всеми участниками расширенного предприятия, к которым относятсяосновной производитель, поставщики, субподрядчики, заказчики и потребители.
По характеру базовой подсистемы различают:
· САПР на базе подсистем машиной графики. К таким САПР можно отнести Plateia (Словакия) на базе AutoCAD , InRoads (США) на базе MicroStation ;
· САПР, в основе которых лежат собственные программные графические ядра, учитывающие специфику задач конкретной области проектирования. Примером таких САПР можно считать MXRoad (США), Pythagoras (Бельгия), IndorCAD / Road (Россия).
1.4. САПР и ГИС: отличие, сходство, единство
В последние годы, в связи с бурным развитием геоинформационных систем (ГИС), рассматривается вопрос их применимости, наряду с САПР, в автоматизированном проектировании автомобильных дорог.
При значительном внешнем сходстве ГИС и САПР имеют принципиальные различия:
Различия по моделям данных
В ГИС выделяются несколько основных типов данных: точки, линии, полигоны, поверхности и растры. Смешение этих данных в пределах одного слоя, как правило, недопустимо. Исключение составляют модели данных типа "сеть" (состоит из узлов, которые соединены дугами) и "покрытие" (как и сеть, состоит из узлов, которые соединены дугами; кроме того, имеются регионы, границы которых задаются дугами).
Одной из причин небольшого числа графических примитивов в ГИС является также то, что исторически они развивались как мелкомасштабные картографические системы, в которых не требуется большого разнообразия графики.
Небольшое число типов данных позволяет строго определить различные пространственные операции: пространственный поиск (в заданном регионе, поиск смежных или пересекаемых объектов), построение оверлеев (объединения, пересечения и разности полигонов), построение буферных зон, зон близости (зон ближайшего обслуживания).
Из-за того, что реальные электронные карты могут содержать тысячи и миллионы графических объектов, в ГИС значительно развиты различные алгоритмические методы для хранения больших объемов данных, быстрого поиска объектов, упрощения данных для быстрого вывода на экран.
В САПР, в отличие от ГИС, используется большое число различных графических примитивов, так как одной из главных задач САПР является получение качественных чертежей. Сложность структуры чертежей САПР не позволяет хранить чертежи в базах данных (а если они и хранятся, то целиком, в виде единого большого поля), а поэтому они хранятся в виде отдельных файлов.
В дорожной отрасли ГИС используются для представления сети дорог на электронных мелкомасштабных картах, для анализа транспортного обеспечения районов, для получения оперативной информации по объектам дорожной сети.
При проектировании дорог ГИС применяются для выбора наилучшего из возможных коридоров варьирования проектируемой трассы с учетом существующей цифровой модели местности (ЦММ).
Различия по атрибутной поддержке
В ГИС, как правило, в одном слое графических данных представляются графические объекты одного типа (например, здания, дороги или реки), имеющие одинаковый набор атрибутов. Таким образом, слой графических данных совместно с наборами атрибутов можно представить как таблицу реляционной базы данных, а, следовательно, и адаптировать соответствующий аппарат баз данных для анализа атрибутов графических объектов. Например, в ГИС можно выделить все дорожные знаки, расположенные на консолях, или дорожные трубы, находящиеся в неудовлетворительном состоянии.
Идеологическая близость моделей данных ГИС и реляционных баз данных позволила создать соответствующие надстройки над различными СУБД для хранения и анализа графических (ГИС) данных.
Одним из принципиальных различий между ГИС и САПР является то, что графический примитив в ГИС является самостоятельным объектом, имеющим свои атрибуты, а в САПР – только изобразительным средством, т.е. частью объекта, а поэтому своих атрибутов, как правило, не имеет.
В САПР же объекты образуются обычно из нескольких графических примитивов, выстраиваясь в иерархии с помощью группировки. Глубокое отличие модели САПР от реляционной модели данных не позволяет полноценно сохранять чертежи САПР в современных базах данных и не позволяет анализировать атрибуты объектов.
В дорожной отрасли наличие атрибутивной поддержки является наиболее важным при решении задач диагностики, паспортизации, инвентаризации, кадастра дорог. В связи со скудностью возможностей атрибутного описания САПР представляется наиболее целесообразным создание информационных систем автомобильных дорог на основе ГИС.
Различия по методам визуализации
В САПР, как правило, графические объекты сразу создаются такими, как они выглядят на экране и печати. В ГИС же понятия модели объекта и его внешнего вида специально разнесены.
Одной из сильнейших функций ГИС является возможность "тематического картографирования", когда для имеющихся геоинформационных данных задаются "визуализаторы", отображающие данные в зависимости от их геометрических и атрибутивных характеристик.
Наиболее распространенными являются:
· отрисовка одинаковым условным знаком всех графических объектов;
· отрисовка разными знаками в зависимости от значений некоторого атрибута;
· отрисовка подписями из атрибутов (автоматическое подписывание объектов);
· отрисовка точками плотности (случайное размещение некоторого числа точек в полигоне, например, чтобы показать плотность населения страны);
· отрисовка диаграмм на объектах, показывающих распределение некоторых атрибутных характеристик объектов;
· отрисовка линий сплайнами, различная декоративная отрисовка.
В САПР внешний вид объекта обычно уже жестко зафиксирован. Иногда проектировщику предоставляется несколько предопределенных вариантов отрисовки.
Еще одной особенностью ГИС является возможность задания немасштабируемых условных знаков и надписей. Этот способ визуализации применяются в основном для отображения на экране компьютера, когда важно быстрое получение информации без изменения текущего масштаба изображения.
В связи с тем, что ГИС и САПР в чистом виде имеют свои сильные и слабые стороны, в последнее время всё большее распространение получают интегрированные графические системы, обладающие возможностями как ГИС, так и САПР. В дорожной отрасли такие комбинированные возможности необходимы, например, для представления комплексных проектов автомобильных дорог на плане местности, когда в мелком масштабе пользователь на экране компьютера видит общую схему сети дорог, а при постепенном увеличении появляются детальные чертежи автомобильных дорог.
В мире существует ряд фирм, которые разрабатывают только ГИС-продукты. Наиболее известными из них являются: ESRI (США) и MapInfo (Канада). Другие производители, такие, как AutoDesk (США) и Bentley Systems (США), разрабатывают на едином графическом ядре (AutoCAD в Autodesk и Microstation в Bentley ) как САПР, так и ГИС.
Среди отечественных ГИС наиболее известными являются GeoGraph (ЦГИ ИГ РАН, Москва), КАРТА-2000 (КБ Панорама, Москва), GeoCAD (Геокад, Новосибирск).
Для дорожной отрасли комплексное решение САПР (IndorCAD ) + ГИС (IndorGIS ) разрабатывается фирмой "ИндорСофт. Инженерные сети и дороги" (Томск).
1.5. Проектирование автомобильных дорог на основе САПР АД
Рынок IT -технологий предлагает множество программных продуктов класса САПР, которые различаются между собой по комплексности, удобству интерфейса, соответствию сложившемся технологиям проектирования и пр. Выбор наиболее приемлемых программ дляпроектирования дорог целесообразно вести, в первую очередь, среди перечня сертифицированных программных средств.
С 1999 году, в соответствии с Распоряжением Госстроя РФ "О сертификации программных средств", всем организациям, выполняющим проектно-изыскательские работы для строительства, а также осуществляющим экспертизу проектов на строительство объектов различного назначения,рекомендовано использовать сертифицированные программные продукты. В этом же Распоряжении рекомендовано организациям – разработчикам программных средств (как отечественным, так и зарубежным) осуществлять сертификацию программной продукции на соответствие требованиям нормативных документов, действующих на территории РФ.
Ниже представлен обзор сертифицированных САПР автомобильных дорог, зарегистрированных в перечне фонда программных средств Гоc строя РФ по состоянию на начало 2004 года .
САПР АД PLATEIA (в переводе с древнегреческого – дорога, путь) разрабатывается с начала 90-х годов словенской фирмой CGS . PLATEIA использует в качестве графического ядра AutoCAD и состоит из модулей: Местность, Оси, Продольный профиль, Поперечные сечения, Транспорт.
Модуль Местность (Layout ) – набор инструментов для работы с ЦММ и картами. Модуль обладает средствами импорта данных из электронных геодезических тахеометров и из файлов различных форматов. На основе этих данных Layout генерирует трехмерную модель рельефа, которую можно импортировать в специализированные программы визуализации и в ГИС (AutoCAD Map , Autodesk World ).
Модуль Ось (Axes ) позволяет трассировать осевые линии проектируемой дороги. Трассирование выполняется с помощью прямых, круговых и переходных кривых. В модуле Axes хорошо развит блок контроля параметров проектируемой трассы в соответствии с заданной категорией дороги и расчетной скоростью движения.
Модуль Продольный профиль (Longitudinal Sections ) включает инструменты формирования проектной линии, водоотводных канав и приближенного расчета объемов земляных масс. Расчет проектной линии осуществляется по методу тангенсов.
Рис. 1.1. Система Plateia в среде AutoCAD 2000
Модуль Поперечные сечения (Cross Sections ) позволяет производить параметрическую отрисовку откосов, канав, растительного слоя, слоя подсыпки и др. Построение поперечников обеспечивает возможность точного расчета объемов всех элементов земляного полотна дороги.
Модуль Транспорт (Traffic ) – это набор инструментов для проектирования пересечений, разметки дорожных знаков. Уникальная функция Динамическая траектория (Dynamicle Vehicle Curves ) позволяет в интерактивном режиме анализировать траектории движения транспорта с учетом их габаритов и заносов на поворотах.
Российским дистрибьютором, осуществляющим распространение и поддержку программы PLATEIA , является компания "Прин".
Программа PYTHAGORAS была создана бельгийской фирмой ADW Software в 1992 году и названа в честь греческого математика и философа Пифагора, чья одноименная теорема положила начало базовым геодезическим принципам. PYTHAGORAS , в первую очередь, это программа для подготовки высококачественных чертежейна основе принципов координатной геометрии. Благодаря хорошо развитомупакету обработки данных геодезии PYTHAGORAS востребован при выполнении инженерно-геодезических работ, составлению топографических и кадастровых планов, а также в дорожном проектировании и ГИС-приложениях.
Рис. 1.2. Система PYTHAGORAS – общий вид
Программа имеет простой и дружественный интерфейс. Рабочая область программы разделена на три основные части: окно чертежа, в котором выполняются построения; главное меню, содержащее простые и комплексные процедуры; панель управления, на которой отображается необходимая для работы информация и набор кнопокдля быстрого вызова чертежных и вычислительных функций.
PYTHAGORAS обладает открытой архитектурой. Эта открытость реализуется посредством создания макросов на языке программирования VBA (Visual Basic for Application ).
К недостаткам программы можно отнести отсутствие возможности корректировать триангуляционные поверхности посредством структурных линий, что существенно снижает точность построения таких поверхностей.
Поддержку русскоязычной версии программы PYTHAGORAS осуществляет московская компания Прин.
САПР АД MXRoad является одним из модулей семейства продуктов MX от фирмы Infrasoft (США). Помимо MXRoad в состав модулей входит система проектирования железных дорог и их инфраструктуры (MXRail ), система планировки земельных участков под застройку (MXSite ), система проектирования модернизации и ремонта улиц и дорог (MXRenew ) и редактор подготовки проектной документации (MXDraw ).
В начале 90-х годов этот программный продукт, но под маркой английской компании MOSS , чьи технологии впоследствии были приобретены компанией Infrasoft , позиционировался на российском рынке. Но тогда он не получил широкого распространения как из-за высокой стоимости, так и из-за плохой адаптации к требованиям российских нормативных документов. Следует также отметить, что Infrasoft в 2003 г. вошла в состав компании Bentley Systems , одного из мировых лидеров в разработке программ класса САПР и ГИС.
В настоящее время программы серии MX полностью совместимы с MS Windows и способны работать с Windows либо как самостоятельные приложения, либов среде наиболее популярных САПР AutoCAD и Micr о Station .MX в AutoCAD и MX в Micr о Station привносят новые возможности в 3D -моделирование, которые обеспечиваются за счет использования последних достижений объектно-ориентированной технологии. MX -модели, созданные в одной среде, могут быть открыты и использованы без какой-либо трансляции в другой среде.
Главной концепцией, которая лежит в основе продуктов MX , является моделирование стрингами (струнами). Струны – эта трехмерные ломаные линии, которые представляют собой модель проектируемого объекта. Каждая струна должна иметь свое наименованиеи быть связана с определенными характеристиками.
MXRoad обеспечивает:
· ввод исходных данных и их анализ;
· проектирование дороги с помощью динамического 3D -трассирования;
· использование 3D -осевых линий для определения всех элементов проезжей части дороги и обочин;
· автоматический расчет виражей и приведение уклонов виража в соответствие с местными стандартами;
· автоматическое проектирование перекрестков;
· проектирование земляных работ;
· интерактивное изменение поперечных сечений;
· проектирование дорожных одежд;
· подсчет объемов дорожных работ;
· автоматическая подготовка чертежей и визуализация.
Подготовку русскоязычной версии системы MXRoad осуществлял Иркутский государственный университет, а поддержку и распространение этой программы обеспечивает компания EMT .
САПР АД CREDO развивается с 1989 г.в научно-производственном объединении (НПО) Кредо-Диалог (Минск). Изначально это был пакет программ по проектированию ремонта дорожных покрытий. Название этой системы проектированиясохранилась с тех времен по аббревиатуре слов: Капитальный РЕмонт Дорожных Одежд.
Руководителю НПО "Кредо-Диалог" Жуховицкому Г.Л. удалось создать сильный творческий коллектив специалистов дорожной отрасли из России, Украины, Белоруссии. Над разработкой системы работали и продолжают работать к.т.н. Величко Г. В. (генеральный конструктор), д.т.н. Филиппов В. В., к.т.н. Пигин А. Н.и др.
Система с самого начала была ориентирована на эксплуатацию в производственных условиях и получила широкое распространение ни только в дорожных проектных организациях, но и в организациях других отраслей, занимающихся проектированием линейно-протяженных объектов (нефтегазовая, электроэнергетическая), а также при проектировании генеральных планов в промышленном и гражданском строительстве.
В 1999 г. Кредо-Диалог приступила к разработке системы CREDO 3-го поколения под управлением ОС Windows . Однако на начало 2004 г. эта работа еще не была завершена. Ряд модулей системы, в том числе и по проектированию дорог, до сих пор существует лишь в DOS -версии, что в значительной мере ослабляет позиции этой системы на рынке программных средств.
Но вклад системы CREDO в проектирование дорог трудно переоценить, поскольку именно с этой системы во многих дорожных проектных организациях начался процесс комплексной автоматизации работ. А многие расчетные схемы и алгоритмы системы CREDO и сегодня оцениваются, как новаторские и взяты на вооружение другими разработчиками программных средств.
В состав системы CREDO 3-го поколения вошли 4 подсистемы (ТОПОПЛАН, ЛИНЕЙНЫЕ ИЗЫСКАНИЯ, ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ПЛАН, ДОРОГИ) и ряд пакетов прикладных программ (проектирование индивидуальных знаков, расчет нежесткой дорожной одежды и др.).
САПР АД Robur разрабывается в научно-производственной фирме Топоматик (г. Санкт-Петербург). Реализованный на единой методологической основе, Robur обеспечивает решение комплекса дорожных задач от обработки материалов изысканий до выноса проекта в натуру.
Robur имеет три рабочих окна: План , Профиль и Поперечник(см. рис. 1.5) , что позволяет вести проектирование трассы как пространственного объекта.
Данные в окнах взаимосвязаны. Редактирование в одном окне приводит к модификации данных в других окнах. Например, изменение продольного профиля оси трассы ведет к соответствующему вертикальному сдвигу поперечников.
Фактические и проектные данные в Robur представлены в виде поверхностей. Проект может содержать неограниченное количество поверхностей.
В Robur имеется обширный набор функций для работы с поверхностями:
· импорт материалов изысканий;
· редактирование съемочных точек;
· автоматизированное построение структурных линий;
· построение поверхности (триангуляция по Делоне);
· редактирование ребер поверхности.
Рис. 1.5. Система Robur в трехоконном режиме
Поверхности могут создаваться как встроенными средствами Robur , так и импортироваться из специализированных пакетов обработки материалов изысканий (например, Credo , Gip , Inroads и др.).
Ось трассы представляется в виде набора вершин горизонтальных углов поворота. В каждый угол могут быть вписаны круговая и две переходных кривых. Вершины углов, вместе с вписанными кривыми, можно перетаскивать мышью, что обеспечивает дополнительную гибкость при проектировании в стесненных условиях. Robur позволяет проектировать биклотоиды по тангенсам и подбирать параметры закругления по радиусу и биссектрисе.
Черные продольный и поперечные профили могут быть созданы как по цифровой модели рельефа, так и введены в табличной форме или импортированы из текстовых файлов.
Продольный профиль представляется в виде вершин вертикальных углов с вписанными в них вертикальными кривыми.
Robur позволяет автоматически создавать продольный профиль по руководящей отметке и шагу проектирования. Имеется исчерпывающий набор функций для редактирования профиля, что обеспечивает чрезвычайную гибкость и удобство проектирования, особенно на сложных участках.
Для проектирования дорог в условиях городской застройки Robur предоставляет специальный механизм создания продольного профиля путем перемещения поперечника, а также возможность автоматического создания пилообразного продольного профиля по водоотводным лоткам в условиях плоского рельефа.
Верх покрытия и конструкция дорожной одежды представлены в виде шаблонов. Шаблон – это текстовый файл, создаваемый при помощи любого текстового редактора. Шаблон позволяет описать произвольную конфигурацию поперечного профиля (например, бортовые камни, дренаж и т.д.). Более того, замкнутые контуры внутри шаблона могут быть использованы для подсчета объемов работ. Таким образом, шаблон является универсальным способом представления верхней части дороги.
В базовый комплект Robur включены следующие шаблоны:
· для загородных дорог без разделительной полосы (II–V категории);
· для загородных дорог с разделительной полосой (I категория);
· для городских дорог с односкатным профилем;
· для городских дорог с двускатным профилем.
Проектирования виражей в Robur производится при помощи механизма, позволяющего выполнить отгон по произвольной схеме, задавая ширины полос и поперечные уклоны на характерных поперечниках. На промежуточных пикетах эти величины интерполируются.
Откосы в насыпи и в выемке могут иметь до четырех ступеней. Каждая ступень задается коэффициентом заложения откоса, высотой ступени и длиной полки.
Robur рассчитывает объемы и записывает их в текстовый файл, который может быть импортирован в любой табличный процессор (например, Excel) для создания ведомостей, а также использован в дальнейшем для автоматизированного составления смет.
САПР АД GIP является программным продуктом одного из ведущих дорожных проектных институтов – ОАО Гипродорнии и развивается с середины 70-х годов. Версия этой системы в DOS -варианте алгоритмически была хорошо проработана, но отражала в основном идеологию ручного проектирования дорог. Windows -версия системы GIP во многих аспектах отвечает современным концепциям автоматизированного проектирования (работа с ЦММ, алгоритмы оптимизации проектных процедур и пр.), но в то же время, в идеологии ее построения просматриваются атавизмы предыдущих DOS -версий системы.
GIP – это комплекс специализированных программ, при помощи которых можно производить основную часть работы по проектированию автомобильных дорог. Все программы комплекса используют общие типизированные структуры данных и единые алгоритмы. В процессе работы над проектом необходимые программы запускаются с помощью меню и подменю.
Все данные, используемые программами комплекса, хранятся в файлах с предопределенными именами. Каждый проект состоит из набора файлов, которые размещаются в отдельной папке, соответствующей проекту.
Если GIP установлен на компьютерах, объединенных в локальную сеть, то несколько проектировщиков могут работать над одним и тем же проектом, в результате чего сокращается время его разработки.
Рис. 1.6. Рабочее окно "Редактор генплана" системы GIP
Все рабочие параметры GIP (имя текущего проекта, размер и положение окон, элементы пользовательского интерфейса, имена рабочих папок и т.д.) хранятся в системном реестре. Это позволяет каждому пользователю при работе в ОС Windows создавать индивидуальную пользовательскую конфигурацию системы, т. е. проектировщик, запуская GIP на любом компьютере сети, будет иметь доступ только к своим проектам и будет изменять только свои настройки. Такой подход исключает взаимное влияние пользователей системы друг на друга и имеет первостепенное значение при установке GIP на компьютерах, объединенных в локальную сеть.
GIP работает с трехмерными структурами данных (за исключением некоторых характерных плоских кривых). Плоское изображение на экране является лишь проекцией линий, образующих трехмерные поверхности или сечения этих поверхностей плоскостями.
GIP поддерживает многовариантное проектирование и имеет ряд функций для создания, выбора и удаления вариантов. Создавать варианты можно двумя способами:
· используя механизм наследования данных;
· в любой момент работы над проектом.
Большинство структур данных GIP стандартизировано, что облегчает работу с ними и обеспечивает дополнительную гибкость при применении нетиповых (не предусмотренных изначально) проектных решений. По существу, GIP имеет ряд стандартных элементов данных и инструментов для работы с ними (редакторов). Ознакомившись с возможностями программного комплекса, Вы сможете самостоятельно, используя стандартные элементы и редакторы, расширить границы применения GIP для решения индивидуальных задач.
Программы комплекса объединены в блоки, каждый из которых решает одну из основных задач проектирования автомобильных дорог. Ниже приведен перечень этих блоков.
Менеджер проектов – программный блок, обеспечивающий создание, выбор и удаление проектов и вариантов,конфигурирование системы и запуск другихпрограмм комплекса.
Редактор исходных данных– программный блок, обеспечивающий редактирование любых таблиц GIP , хранящихся в dbf-файлах.
Редактор поверхностей – программный блок, обеспечивающий создание и редактирование ЦММ и других элементов, представляющих собою поверхности. Основные функции блока – триангуляция между заданными точками поверхности с учетом структурных линий и назначение семантических кодов элементам поверхности.
Редактор плана трассы – программный блок, обеспечивающий проектирование горизонтального проложения оси трассы и вписывание горизонтальных кривых.
Формирование черных профилей – программный блок, обеспечивающий создание черных продольных и поперечных профилей на основании ММП местности и плана трассы.
Редактор продольного профиля – программный блок, обеспечивающий автоматическое проектирование продольного профиля трассы и возможность корректировки профиля вручную.
Редактор параметров верха земляного полотна – программный блок, обеспечивающий назначение параметров верха земляного полотна (ширин и уклонов проезжей части, обочин и разделительной полосы) и последующее автоматическое создание верха земляного полотна.
Редактор откосов и кюветов – программный блок, обеспечивающий проектирование поперечных профилей земляного полотна (откосов,кюветов).
Проектная поверхность и объемы земляных работ – программный блок, обеспечивающий создание проектной поверхности земляного полотна, вычерчивание проектных поперечников и расчетобъемов земляных работ.
Редактор генерального плана – программный блок, обеспечивающий редактирование ситуации и сборку генерального плана объектов проектирования.
САПР АД IndorCAD/Road развивается с начала 90-х годов. До 2003 г. система разрабатывалась в Инженерном дорожном центре "Индор" (г. Томск) и называлась ReCAD (по аббревиатуре слов РеКонструкция Автомобильных Дорог). На начальном этапе развития система ReCAD представляла собой исследовательскую систему, на которой отрабатывались новые подходы и алгоритмы автоматизированного проектирования автомобильных дорог.
В 2001 г. была завершена разработка системы ReCAD 3-го поколения под управлением ОС Windows , которая была анонсирована и сертифицирована как программный продукт для массового применения. С этого времени система Редактор поперечного профиля
|
Трехмерный вид |
Рис. 1.7. Система IndorCAD/Road в режиме полиэкрана
В марте 2003 г. система ReCAD была передана для дальнейшего развития в специализированную фирму по разработке программного обеспечения "ИндорСофт. Инженерные сети и дороги", которая наряду с системами автоматизированного проектирования разрабатывает и геоинформационные системы. В этот период система ReCAD была переименована в систему IndorCAD / Road . IndorCAD , подобно MX , является ядром для целой линейки САПР объектов транспортного, промышленного и гражданского строительства, в которую помимо RoAD (Автомобильные дороги), также входят Topo (Топография), Rail (Железные дороги), Pipe (Трубопроводы), Site (Генеральные планы)
Теоретические основы, а также расчетные схемы и алгоритмы для системы IndorCAD / Road были разработаны д.т.н. Бойковым В.Н., д.т.н. ФедотовымГ.А., д.т.н. СкворцовымА.В., д.ф.-м.н. ШумиловымБ.М., к.т.н. КрысинымС.П., инженерами ЛюстомС.Р., ПетренкоД.А. (генеральный конструктор), ПерфильевымА.В. и др.
Система IndorCAD / Road позволяет проектировать автомобильные дороги всех категорий на стадии их строительства, реконструкции, модернизации и ремонта. В основу идеологии системы положены, в первую очередь, расчетные схемы для реконструкции дорог. Новое строительство здесь понимается как частный случай реконструкции, то есть в отсутствии фактора учета элементов существующей дороги.
В системе реализован принцип единой модели дороги и, как следствие, любые изменения в одной из проекций дороги (план, продольный и поперечный профили) приведут к немедленным изменениям в других проекциях. Такой подход позволяет получать непротиворечивые проектные решения, дает возможность одновременно корректировать все проекции проектируемого объекта и обеспечивает организацию коллективной работы над одним проектом.
Система автоматизированного проектирования автомобильных дорог IndorCAD / Road совместно с системой подготовки чертежей IndorDraw является универсальным программным комплексом по проектированию автомобильных и городских дорог.
- Назад
Лекция 7Прикладные информационные технологии: информационные технологии в образовании, технологии автоматизированного проектирования План Информационные технологии в образовании Информационные технологии автоматизированного проектирования
Информационные технологии в образовании В процессе информатизации образования необходимо выделить следующие аспекты: Методологический аспект Экономический аспект Технический аспект Технологический аспект Методический аспект
Методологический аспект. Главной проблемой является выработка основных принципов образовательного процесса, соответствующих современному уровню информационных технологий. На данном этапе новые технологии искусственно накладываются на традиционные образовательные формы.
Экономический аспект. Экономической основой информационного общества являются отрасли информационной индустрии (телекоммуникационная, компьютерная, электронная, аудиовизуальная), которые переживают процесс технологической конвергенции и корпоративных слияний. Происходит интенсивный процесс превращения «электронной торговли» по телекоммуникациям в средство ведения бизнеса.
Технический аспект. В настоящее время создано и внедрено достаточно большое число программных и технических разработок, реализующих отдельные информационные технологии, использующие несовместимые технические и программные средства, что затрудняет тиражирование, становится преградой на пути общения с информационными ресурсами и компьютерной техникой. Поэтому новизной данного проекта является разработка типовой модели информатизации со всеми компонентами компьютеризации и видами обеспечения.
Технологический аспект. Технологической основой информационного общества являются телекоммуникационные и информационные технологии, которые стали лидерами технологического прогресса, неотъемлемым элементом любых современных технологий и становлению информационного общества.
Методический аспект. Основные преимущества современных информационных технологий (наглядность, возможность использования комбинированных форм представления информации – данные, стереозвучание, графическое изображение, анимация, обработка и хранение больших объемов информации, доступ к мировым информационным ресурсам) должны стать основой поддержки процесса образования.
Эффективность использования информационных ресурсов в обучении Основные факторы, влияющие на эффективность использования информационных ресурсов в образовательном процессе: 1. Информационная перегрузка – это реальность. 2. Внедрение современных информационных технологий целесообразно в том случае, если это позволяет создать дополнительные возможности в следующих направлениях: доступ к большому объему учебной информации; образная наглядная форма представления изучаемого материала; поддержка активных методов обучения; возможность вложенного модульного представления информации. 3. Выполнение следующих дидактических требований: целесообразность представления учебного материала; достаточность, наглядность, полнота, современность и структурированность учебного материала; многослойность представления учебного материала по уровню сложности; своевременность и полнота контрольных вопросов и тестов; протоколирование действий во время работы; интерактивность, возможность выбора режима работы с учебным материалом; 4. Компьютерная поддержка каждого изучаемого предмета.
Положительные и отрицательные качества использования ИТ большей адаптации обучаемого к учебному материалу; возможности выбора более подходящего для обучаемого метода усвоения предмета; регулирования интенсивности обучения на различных этапах учебного процесса; самоконтроля; Доступа к образовательным ресурсам российского и мирового уровня; поддержки активных методов обучения; образной наглядной формы представления изучаемого материала; модульного принципа построения; развития самостоятельного обучения. психобиологические культурные, угрожающие самобытности обучаемых; социально-экономические создающие неравные возможности получения качественного образования; политические, способствующие разрушению гражданского общества в национальных государствах; Этические и правовые, приводящие к бесконтрольному копированию и использованию чужой интеллектуальной собственности.
Направления использования информационных технологий В настоящее время получили широкое применение следующие направления использования информационных технологий: Компьютерные программы и обучающие системы (ИТО). Системы на базе мультимедиа-технологии, построенные с применением видеотехники. Интеллектуальные обучающие экспертные системы Информационные среды на основе баз данных и баз знаний. Телекоммуникационные системы, реализующие электронную почту, телеконференции и т.д. Электронные настольные типографии. Электронные библиотеки как распределенного, так и централизованного характера Геоинформационные системы Системы защиты информации различной ориентации.
Информационные технологии автоматизированного проектирования В современном информационном обществе необходимы представления о назначении и возможностях компьютерных систем автоматизированного проектирования (САПР). Такие системы позволяют быстро создать чертеж или схему.
Основные направления создания САПР-продуктов универсальный графический пакет для плоского черчения, объемного моделирования и фотореалистической визуализации; открытая графическая среда для создания приложений (собственно САПР для решения разнообразных проектных и технических задач в различных областях); графический редактор и графическая среда приложений; открытая среда конструкторского проектирования; САПР для непрофессионалов
САПР уровня ячеек (Р – CAD, OrCAD, DesignLab, ACCEL EDA, CADdy), обеспечивающие ввод схемы, разводку и производство печатных плат; схемотехнические САПР (PSpice, MicroCAP, Electronics Workbench, SISIE, MR-CAD, Симпатия, CircuitMaker, Dynamo), обеспечивающие ввод схемы и ее моделирование; САПР объемных конструкций (AutoCAD, EUCLID, T-FLEX CAD и др.), обеспечивающие разработку и выпуск конструкторской документации.