Обзор ядер геометрического моделирования

Как известно, в центре Земли находится ядро. Именно в нем сосредоточена значительная часть энергии нашей планеты. Аналогичная ситуация наблюдается и в мире САПР. Основой и движущей силой каждой системы служит ядро.

Двигатель САПР

Ядро - это набор математических функций, который предназначен для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ) для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. Проектировщик получает доступ к функциям ядра из соответствующей САПР через графический пользовательский интерфейс. Таким образом, ядро имеет очень важное значение. Не зря его иногда называют "двигателем" системы проектирования. Именно оно определяет ее функциональные возможности и производительность.

Кроме того, от "начинки" зависит совместимость системы с другими САПР. Ведь ядро задает формат хранения моделей. Поэтому продукты, основанные на одном и том же ядре, могут читать проекты из других "братских" САПР как свои собственные. Это позволяет точно передавать геометрические и топологические параметры модели. И напротив экспорт данных из "неродных" систем сопряжен с трудностями. Для этого применяются конверторы и трансляторы, которые выполняют преобразование форматов либо напрямую (из одной системы в другую), либо через стандарты геометрического моделирования (например, IGES или STEP). Но в любом случае полной точности добиться не удается.

Сегодня в мире существует несколько десятков известных математических ядер. Исторически сложилось так, что они разделились на три типа: частные, лицензируемые и с открытым кодом. Рассмотрим особенности каждого из них.

Свое ядро ближе к САПР

Наиболее "старыми" являются частные ядра, которые создаются и развиваются только для использования с конкретной системой проектирования. Именно на них были основаны первые САПР, появившиеся еще на заре компьютерной эры. И сейчас многие компании придерживаются такого же подхода. В их числе поставщик тяжелой САПР - Dassault Systemes, разработчики систем среднего класса - think3 и VX Corporation, отечественные фирмы - АСКОН, "ГеММа", "Кредо" и др.

У своего ядра есть немало преимуществ. Во-первых, тесная интеграция с интерфейсом приложения расширяет проектировщику доступ к функциям ядра и тем самым упрощает его работу. Например, он может сколько угодно раз выполнять операции отката или повторного выполнения задания. Во-вторых, разработчик САПР может делать ядро под собственные нужды, создавая только ту функциональность, которая требуется для конкретной системы. В-третьих, у него есть возможность быстро устранять ошибки и оптимизировать свой продукт по скорости работы и по объему данных. "Собственное ядро - гибко и управляемо, изменения вносятся в него настолько оперативно, насколько это требуется самому создателю САПР", - объяснил Евгений Бахин, директор по стратегическому развитию компании АСКОН.

Кроме того, нельзя забывать финансовый фактор. При использовании покупного ядра его стоимость закладывается в цену продукта. Более того, даже за написание модулей импорта-экспорта в форматы готовых ядер нужно платить. От этого избавлены владельцы своего механизма. "Если применяется собственное ядро, то его доля в цене САПР, как правило, оптимальна и не зависит от изменений лицензионной политики стороннего разработчика", - утверждает г-н Бахин.

Но, как известно, ничего не дается даром. "Создание геометрического ядра - действительно дело сложное, - сказал Прокопий Николаев, начальник отдела разработки компании "ГеММа". - У нас такое решение сложилось исторически. В начале 90-х, когда мы начали создавать ГеММу-3D, в нашей стране не было принято использовать готовые решения для обеспечения базовой функциональности системы. Тогда практически все разработчики САПР строили продукты с нуля в меру своих сил и умения". Но для этого требовались квалифицированные специалисты в области вычислительной геометрии и компьютерной графики. Без них построить геометрическое ядро невозможно. "Найти специалиста, свободно разбирающегося в каверзных вопросах вычислительной геометрии, да еще и имеющего практический опыт, - задача очень непростая", - подчеркнул г-н Николаев.

Помимо опытных кадров нужны еще и деньги. "Разработка ядра - чрезвычайно наукоемкое и дорогостоящее дело, - сказал генеральный директор АСКОНа Александр Голиков. - На первом этапе фактически вся наша прибыль от продажи редактора конструкторской документации "КОМПАС-График" инвестировалась в написание нового математического ядра, не обеспечивавшего, естественно, в тот момент сиюминутной экономической отдачи". При этом инвестировать нужно в течение довольно длительного времени. Ведь быстро хороший продукт не получишь. "Для создания ядра с нуля до достижения уровня функциональности и надежности, необходимого для выполнения большинства задач машиностроительного проектирования, потребуются приблизительно 20 человек и около пяти лет работы", - сообщил Владимир Панченко, руководитель аналитического отдела подразделения АСКОН-Коломна (именно здесь осуществляется разработка математического ядра КОМПАС-3D и самого CAD-продукта).

Конечно, 100 человеко-лет - это немало. Неужели задачи геометрического моделирования так сложны? Оказывается, что главную трудность представляет не столько реализация стандартных функций ядра, сколько его "шлифовка" - отработка функционала и обеспечение высокой надежности. "Этого невозможно добиться одним только тестированием, - объяснил г-н Панченко. - Совершенно необходимо успешное практическое применение ядра вместе с САПР на реальных рабочих местах. Никто не будет покупать ядро и базирующуюся на нем систему, если оно ненадежно, а его функционал непригоден для использования".

Мало создать хорошее ядро, его нужно постоянно совершенствовать. Ведь требования к ядру меняются со временем. "Они зависят от очень многих факторов: круга решаемых задач, мощности вычислительной техники, да и просто от текущей моды на внешнее представление геометрических данных, - рассказал Прокопий Николаев. - Поэтому процесс улучшения ядра никогда не прекращается. При этом не только создаются новые функции, но и зачастую переделываются отлаженные части. Таким образом, идет его постоянная подстройка под текущие нужды разработчиков САПР".

Ядро напрокат

Трудоемкость создания собственного ядра заставляет некоторых игроков идти другим путем и брать готовый продукт. "Первоначально мы разрабатывали собственное ядро, часть его функций и сейчас используется в нашей системе, - рассказал Виталий Талдыкин, директор по маркетингу компании "Топ Системы". - Однако вскоре выяснилось, что это задача огромной сложности. Можно довольно быстро сделать прототип ядра, который будет выполнять основной набор требуемых функций на тестовых примерах, но потом выясняется, что для решения реальных задач нужно постоянно совершенствовать алгоритмы, учитывать частные случаи и т. д. При этом объем и сложность программного кода вырастают нелинейно, и объективно говоря, трудоемкость получения собственного промышленного ядра составляет сотни человеко-лет". По мнению Талдыкина, небольшая группа, пусть даже и одаренных людей, не может создать ядро, решающее все основные задачи геометрического моделирования на всем множестве практических примеров. "Одного таланта здесь недостаточно, - уверен г-н Талдыкин. - Это гигантский, кропотливый труд". Поэтому компания "Топ Системы" решила строить САПР на базе готового механизма.

Лицензируемое ядро разрабатывается и поддерживается одной компанией, которая продает на него лицензии другим создателям САПР. Пионером в "ядерном" бизнесе стала компания UGS, которая в 1988 г. выпустила в продажу ядро Parasolid, составляющее основу ее системы Unigraphics. В 1990 г. ее примеру последовала фирма Spatial Technologies, представившая ядро ACIS. Сейчас эти два продукта используются во многих известных системах твердотельного моделирования. Так, ACIS применяется в AutoCAD и Mechanical Desktop (Autodesk), TurboCAD (IMSI), CADKEY (Kubotek), а Parasolid - в SolidWorks (Dassault Systemes), Solid Edge (UGS), MicroStation (Bently), T-Flex ("Топ Системы"). В 2001 г. в лагерь сторонников лицензируемого ядра перешла компания PTC и начала распространять лицензии на Granite One - основу своей САПР Pro/ ENGINEER.

В общей сложности лицензируемые ядра составляют основу более сотни САПР, а число пользователей насчитывается миллионами. Таким образом, "ядерный" бизнес оказался весьма выгодным, причем с точки зрения как финансов, так и влияния на отрасль. Ведь от владельца ядра зависят многие другие игроки. Недаром в 2000 г. фирму Spatial купила Dassault Systemes, которая сейчас занимается развитием ядра ACIS. Активно совершенствует ядро и UGS. В частности, в октябре прошлого года она приобрела фирму D-Cube, чтобы встроить в Parasolid ее функции геометрического моделирования.

Разработчик получает доступ к документированным функциям ядра через интерфейс прикладного программирования (API). "Но это не значит, что мы используем только функциональность ядра и больше ничего, - подчеркнул Виталий Талдыкин. - Наши программисты самостоятельно пишут команды трехмерного моделирования с помощью мощных средств параметрического ядра системы T-FLEX. Это позволяет нам иметь ряд конкурентных преимуществ перед другими САПР, реализованными на Parasolid". Аналогично поступают и другие поставщики САПР, поэтому системы, построенные на базе одного и того же ядра, различаются по производительности и функционалу.

Компания Vero International Software использует Parasolid для создания систем проектирования пресс-форм, совместимых с различными САПР

Главное преимущество готового ядра заключается в том, что оно избавляет разработчиков САПР от решения трудоемких задач создания собственного механизма твердотельного моделирования и дает возможность сконцентрироваться на конкретной задаче, освобождая их от знания тонкостей внутреннего представления геометрических объектов. "Использование лицензируемого ядра позволяет резко сократить сроки разработки системы, повысить качество и функциональность решения и в результате быстро вывести систему в разряд пригодных к серьезному промышленному внедрению", - сказал г-н Талдыкин.

Именно так в середине 90-х поступили создатели первых систем среднего класса - SolidWorks и Solid Edge. И оказались правы: эти продукты совершили революционный переворот в мире САПР и успешно развиваются до сих пор.

У владельца ядра может быть свой интерес. Ведь открывая к нему доступ, он расширяет число приложений, совместимых со своей САПР и между собой. "Выпуская Granite One в качестве самостоятельного продукта, компания PTC не только сделала доступной базовую функциональность системы Pro/ENGINEER, но и обеспечила разработчиков инструментом для улучшения взаимодействия с этой САПР", - сказал Дмитрий Мотовилов, специалист из фирмы PTS, реселлера компании PTC.

Однако использование чуждого ядра имеет и оборотную сторону. Ведь даже имея лицензию, разработчик не может "залезть" внутрь ядра и подправить какой-либо базовый алгоритм для его улучшения. Но Виталий Талдыкин считает это положительным качеством: "Для творческих людей экспериментаторского склада это - весьма существенный недостаток, но если мы говорим о системе, которая сама является качественным промышленным изделием, то это скорее преимущество".

Кроме того, проблему может создать зависимость разработчиков от поставщика ядра. Ведь не известно, как сложится судьба этого поставщика. А вдруг он уйдет с рынка, перестанет развивать ядро или изменит правила лицензирования? Эти опасения не лишены основания. Например, с непростой ситуацией в свое время столкнулась компания "Топ Системы". "До Parasolid мы на протяжении нескольких лет использовали ACIS, но начавшаяся неразбериха с этим ядром, которая приводила к выпуску откровенно "сырых" версий, вынудила нас искать альтернативные решения, - рассказал г-н Талдыкин. - Немаловажную роль сыграла и странная политика лицензирования важных функций, которой придерживалась Spatial. Из-за этого разные разработчики оказывались в неравном положении в плане доступа к функциональности ядра. Были и другие проблемы. В результате мы перешли на Parasolid и ни разу не пожалели о своем выборе". Но, несмотря на такой опыт, он считает проблему зависимости преувеличенной: "Степень такой зависимости не превышает обычные житейские риски; например, где гарантия того, что главные разработчики "собственного" ядра не уволятся"?

К счастью, сейчас опасаться за судьбу ACIS и Parasolid не приходится. Это - зрелые продукты, существующие более десятка лет. В прошлом году у ACIS вышла 14-я версия, а у Parasolid - 16-я. Они принадлежат двум лидерам рынка САПР - компаниям UGS и Dassault, прочное положение которых сейчас не подвергается сомнению. О стабильности ситуации свидетельствует также сложившаяся вокруг ядер парадоксальная ситуация. Так, Parasolid составляет основу системы SolidWorks, которую выпускает компания Dassault - главный соперник UGS, а Autodesk использует в системе AutoCAD ядро ACIS, принадлежащее Dassault. Вроде бы все эти компании жестко конкурируют между собой, но в то же время - предоставляют друг другу лицензии на ядра. Видимо, совместно развивать рынок выгоднее.

На базе ядра ACIS компания Digital ArtForms

построила систему трехмерной графики

Впрочем, еще недавно обстановка в области механизмов моделирования была далеко не такой спокойной: между поставщиками Parasolid и ACIS бушевала война ядер: они беспрерывно снижали цены и выпускали новые версии так часто, что пользователи не успевали на них переходить. Но в 2001 г. воюющие стороны устали от "боевых" действий и предпочли заключить перемирие. Договорившись о взаимном лицензировании, они с помощью трансляторов обеспечили возможность обмена моделями между САПР с разными ядрами.

Ядро с открытым кодом

Механизмы моделирования этого типа появились позднее вышеописанных предшественников и представляют собой некоторое промежуточное звено. С одной стороны, они похожи на лицензируемые ядра, поскольку разработчик САПР получает на них лицензию у сторонней компании, а с другой - на собственные, поскольку открывают пользователю доступ к исходному коду и позволяют вносить в него изменения по своему усмотрению.

Наиболее известны два ядра с открытым кодом: Open CASCADE и комплект компании Solid Modeling Solutions (SMS), включающий программы геометрического моделирования SMLib, NLib, GSLib, TSNLib и SDLib. Оба представляют собой библиотеки функций геометрического моделирования и распространяются с открытым исходным текстом, но с одним существенным отличием: Open CASCADE можно использовать бесплатно, а за SMS нужно платить.

Open CASCADE имеет глубокие исторические корни. Его основу составляет CAS.CADE - платформа известной САПР Euclid компании Matra Datavision. Когда в 1998 г. ее купила Dassault, проект Euclid был закрыт, а ядро - опубликовано в Интернете под названием Open CASCADE. Сейчас оно принадлежит французской компании Principia Research & Development, развивающей это ядро и предоставляющей платные услуги по созданию специализированных приложений на его базе. В мае 2003 г. вышла пятая версия Open CASCADE, а сам код загрузили уже более 10 тыс. пользователей. Большой вклад в рост его популярности вносит образовавшееся вокруг него сообщество разработчиков. Они не только его используют, но и активно совершенствуют. Ведь в соответствии с принципами Open Source они должны открывать доступ к своим разработкам всем желающим.

Компания SMS пошла другим путем. Она продает лицензии на свои продукты, но утверждает, что они обойдутся гораздо дешевле, чем создание и поддержка собственного ядра. Тем более что через два года заказчик получает на них полное право и может больше не платить за лицензию. Правда, тогда он лишится новых версий и поддержки. Важное значение для стратегии SMS имеет ее независимость от крупных поставщиков САПР. Это - частная компания, принадлежащая сотрудникам и не имеющая партнеров. Штат ее невелик, но опыт в области геометрического моделирования довольно большой. В 1998 г. она выпустила библиотеку SMLib (сейчас поставляется версия 6.5), в 2002-м - дополнительные продукты TSNLib, GSNLib и NLib, а в 2004-м - SDLib.

Ядра с открытым кодом открывают возможность выбора перед компаниями, которые не хотят использовать лицензируемый механизм моделирования, но не имеют средств для разработки собственной платформы. Но такие ядра пока не особенно популярны. Одна из причин этого - недоверие к качеству данного ПО. "Проектов на базе ядра с открытым кодом очень мало, - сказал Прокопий Николаев. - Ведь непонятно, что проще - написать свой код или разобраться с чужим". С ним согласен Виталий Талдыкин: "Это некоторая диковинка на рынке. Насколько мы знаем, в промышленном масштабе они применяются еще очень редко. Исправлять чужие ошибки в огромном программном комплексе - сомнительное удовольствие".

Выбор за пользователем

"Вопрос о том, что лучше - использовать чужое или сделать самому, останется вечным, - подвел итог Прокопий Николаев. - В каждом конкретном случае решение будет приниматься индивидуально, с учетом текущих объективных и субъективных факторов. Готового рецепта нет, так как у каждого варианта есть как преимущества, так и недостатки".

Системы автоматизации черчения (Computer-Aided Drafting), созданные в 1960-х гг. для замены кульмана (традиционного чертежного инструмента, которым архитекторы и инженеры всего мира привыкли пользоваться со времен промышленной революции XVIII в.), в настоящее время превратились из средства автоматизации рутинной работы в ключевой инструмент инноваций в разных отраслях промышленности, став системами автоматизации проектирования (Computer-Aided Design).

С помощью CAD архитектор сегодня создает информационную (трехмерную) модель здания, вместо того, чтобы чертить его поэтажные планы и фасады. Дизайнер интерьеров обсуждает с заказчиком оформление офиса или квартиры, перемещаясь по ее виртуальной трехмерной модели, интегрированной в окружающее пространство реального здания. Художник создает свои скетчи не на листах бумаги, а на сложных трехмерных поверхностях. Промышленный дизайнер печатает созданную модель на трехмерном принтере и передает ее для анализа специалисту по эргономике. Конструктор за секунды локализует и модифицирует проблемный узел в сборке, состоящей из сотен тысяч деталей, который был найден в результате автоматического моделирования поведения изделия под нагрузкой. Инженер-технолог быстро и безошибочно составляет управляющую программу для станка с ЧПУ, позволяющую вырезать из заготовки деталь со сложнейшей геометрией поверхности, оптимально спроектированной для того, чтобы обладать нужными эксплуатационными качествами. Рабочий, осуществляющий сборку и обслуживание изделия, обращается к трехмерной модели как к справочнику — для того, чтобы рассмотреть демонстрацию предписанной операции под нужным углом и с нужным ему приближением. Это лишь малая часть тех задач, которые сегодня способна решать CAD. И ключевую роль здесь играет трехмерная модель.

Трехмерное моделирование и виртуальная реальность

Еще в 1970-х гг. ученые всего мира, работающие вместе с представителями военных ведомств и промышленных предприятий, начали исследовать различные способы представления трехмерных данных в компьютере, облегчающих последующую работу с ними. До недавних пор трехмерная модель существовала лишь в головах конструкторов, что порождало множество проблем и ошибок — как при проектировании изделия, так и при его производстве, эксплуатации и утилизации. Полученный за последние годы опыт передовых предприятий свидетельствует, что использование трехмерных цифровых моделей изделия на всех этапах его жизненного цикла позволяет сократить затраты на проектирование, ускорить вывод нового продукта на рынок, удешевить производство, оперативно вносить предлагаемые пользователями изменения в его конструкцию и сократить до необходимого минимума вред окружающей среде. В конечном счете, трехмерное моделирование значительно повышает конкурентоспособность предприятия и его способность оперативно реагировать на любые изменения в экономике.

Трехмерное моделирование к настоящему моменту имеет за спиной более чем 30-летнюю историю. Далеко не все предложенные идеи оказались плодотворными. Далеко не все компании-разработчики средств трехмерного моделирования, смогли пережить рыночные пертурбации. Но лучший опыт оказался накоплен в программных компонентах, называемых ядрами трехмерного моделирования (3D modeling kernels), которые ныне лежат в основе почти любой CAD (а также CAE и CAM). Такие компоненты разработчики инженерного ПО либо проектируют, кодируют и поддерживают самостоятельно, либо лицензируют их у сторонних технологических поставщиков. 3D-ядро — это фундамент, на котором строится здание любой современной CAD. От этого фундамента зависит все остальное — возможности различных инструментов, их быстродействие, устойчивость к ошибкам, и даже общая интеллектуальность системы.

С точки зрения программиста геометрическое ядро — это библиотека функций/классов для создания геометрических объектов (точка, отрезок/дуга/кривая, кусок поверхности, твердое тело), изменения их форм и размеров, создания на их основе новых объектов, визуализации модели на экране компьютера и обмена трехмерными данными с другими программами. Перечисление функций ядра можно ужать в одно предложение, но их реализация растягивается на десятки и сотни человеко-лет. Дело в том, что за каждой элементарной операцией (типа пересечения двух поверхностей класса NURBS) стоит вычислительный алгоритм, реализация и отладка которого является весьма трудоемкой задачей, требующей как безукоризненного владения аппаратом вычислительной математики, так и профессионального знания предметной области. А подобных операций в ядре — сотни (с учетом разнообразия типов геометрических данных).

NURBS — основной класс поверхностей в трехмерном моделировании

Далеко не все разработчики CAD (а тем более CAE и CAM) готовы инвестировать в таком объеме в базовую технологию, поэтому большинство из них предпочитают лицензировать готовое 3D-ядро у сторонних производителей (иногда у своих прямых конкурентов), осуществляя компании-разработчику ядра регулярные платежи (обычно включающие определенную сумму с каждой проданной копии конечного продукта). Взамен они получают возможность использовать ядро, которое уже было «обкатано» в других системах, поэтому обладает богатой функциональностью и высоким уровнем надежности. Наконец, взяв готовое ядро, разработчик САПР сможет быстрее вывести свой программный продукт на рынок. Иногда этот фактор является определяющим — если опоздать с релизом продукта на год-другой, то рынок может оказаться занятым конкурентами. Ярчайшим примером является выпуск MCAD (Mechanical CAD) SolidWorks, ставшей первой в мире системой параметрического твердотельного моделирования для платформы Windows и до сих пор остающейся абсолютным лидером в отрасли MCAD (машиностроительного проектирования) по числу проданных лицензий. Этим же путем впоследствии пошли разработчики множества других успешных систем, включая российские компании ADEM и Топ Системы.

T-FLEX CAD (Топ Системы), созданный на основе ядра Parasolid

Однако, в мире САПР существует небольшое количество компаний, которые ставят во главу угла возможность полного контроля над исходным кодом, оперативного исправления ошибок и наращивания функционала, быстрого переноса на новые платформы и поэтому готовы расплачиваться за это собственными ресурсами. К этой группе принадлежат как четверка лидеров рынка САПР с миллиардными доходами (Dassault, Autodesk, Siemens и PTC), так и российский разработчик АСКОН.

КОМПАС-3D (АСКОН), созданный на основе собственного ядра

Достаточно полный список примеров разработчиков, как первой, так и второй категории приведен в таблице ниже. Из нее видно, что наиболее активно лицензируются ядра ACIS (развивается и поддерживается Spatial, дочерней компанией Dassault Systemes) и Parasolid (Siemens PLM Software).

Продукт	Производитель	Область	3D-ядро
4MCAD IntelliCAD	4M S.A., Греция	CAD, AEC	Open CASCADE Technology
Adams	MSC Software, США	CAE	Parasolid
ADEM	Группа компаний ADEM, Россия-Израиль-Германия	CAD, CAM, CAPP	ACIS
ADINA Modeler	ADINA R&D Inc., США	CAE	Parasolid и Open CASCADE Technology
Alibre Design	3D Systems, США	MCAD	ACIS
Allplan	Nemetschek AG, Германия	AEC/BIM	SMLib
AMPSolid	AMPS Technologies, США	CAE	ACIS
ANSYS	ANSYS Inc., США	CAE	ACIS и Parasolid
APM Studio	НТЦ АПМ, Россия	MCAD	Собственное (APM Engine)
ArchiCAD	Graphisoft, Венгрия	AEC/BIM	Собственное
ARES	Graebert, Германия	CAD	ACIS
Ashlar-Vellum Cobalt, Xenon, Argon	Ashlar-Vellum, США	MCAD	ACIS
AutoCAD	Autodesk, США	CAD, AEC, GIS
Autodesk Inventor	Autodesk, США	MCAD	Собственное (ASM), совместимое с ACIS
Autodesk Moldflow	Autodesk, США	CAE	Parasolid
Autodesk Revit Architecture	Autodesk, США	AEC/BIM	Собственное (ASM), совместимое с ACIS
bonzai3d	AutoDesSys, США	CAD
Bricscad	Bricsys NV, Бельгия	AEC, MCAD	ACIS
BtoCAD	YuanFang Software Co., Ltd., Китай	CAD	ACIS
CADopia	CADopia Inc., США	CAD	ACIS
CATIA	Dassault Systemes, Франция	CAD/CAM/CAE, AEC	CGM
Cimatron	Cimatron Limited, Израиль	CAM	ACIS
CollabCAD	National Informatics Centre, Индия	CAD/CAM	Open CASCADE Technology
Creo (прежнее название – Pro/Engineer)	Parametric Technology, США	MCAD	GRANITE
Creo Elements/Direct Modeling (прежнее название – CoCreate)	Parametric Technology, США	CAD	ACIS
Edgecam	Planit Software, Великобритания	CAM	Parasolid и GRANITE
ESPRIT	DP Technology Corp., США	CAM	Parasolid
form-Z	AutoDesSys, США	CAD	ACIS в комбинации с собственным ядром
FreeCAD	Открытый онлайн-проект	CAD	Open CASCADE Technology
GibbsCAM	Cimatron, Израиль	CAD/CAM	Parasolid и GRANITE
GstarCAD	Suzhou Gstarsoft Co., Ltd, Китай	CAD	ACIS
IRONCAD	IronCAD LLC, США	MCAD	ACIS и Parasolid
KeyCreator	Kubotek USA Inc., Япония-США	CAD	ACIS
Mastercam	CNC Software, США	CAD/CAM	ACIS
Masterwork	Tecnos G.A., Италия	CAM	Open CASCADE Technology
MicroStation	Bentley Systems, США	AEC
Moment of Inspiration	Triple Squid Software Design, США	CAD	SOLIDS++
NX		CAD/CAM/CAE	Parasolid
Patran	MSC Software, США	CAE	Parasolid
Power NURBS	Ideate Inc., США	CAD	SOLIDS++
PowerSHAPE	Delcam plc, Великобритания	CAD/CAM	Parasolid
progeCAD	progeCAD Srl Uninominale, Италия	CAD	ACIS
Radan	Planit, Великобритания	CAD/CAM	ACIS
Rhinoceros	Robert McNeel and Associates, США	CAD	SOLIDS++ (отдельные модули)
Shark LT	Encore, США	CAD	ACIS
SmartCAM	SmartCAMcnc	CAM	ACIS
Solid Edge	Siemens PLM Software, Германия	MCAD	Parasolid (ранние версии – ACIS)
SolidWorks	Dassault Systemes, Франция	MCAD	Parasolid
SpaceClaim	SpaceClaim Corp., США	MCAD	ACIS
STAR-CCM+	CD-adapco, Великобритания-США	CAE	Parasolid
StruCad	AceCad Software, Великобритания	AEC/BIM	Собственное
T-FLEX	Топ Системы, Россия	MCAD	Parasolid
ThinkDesign	Versata, США	MCAD	Собственное ядро
TopSolid	Missler Software, Франция	CAD/CAM	Parasolid
TurboCAD	IMSI/design, США	AEC, MCAD	ACIS
Vectorworks	Nemetschek, Германия	AEC	Parasolid (ранние версии – SMLib)
ViaCAD 2D/3D	Encore, США	CAD	ACIS
ZW3D (прежнее название – VX CAD/CAM)	ZWCAD Software, Китай	MCAD	Собственное ядро (VX Overdrive)
ZWCAD	ZWCAD Software, Китай	CAD	ACIS
КОМПАС-3D	АСКОН, Россия	MCAD, AEC	Собственное ядро

С 2007 г. Правительство Российской Федерации осуществляет федеральную целевую программу «Национальная технологическая база» с целью создания новых передовых технологий и оборудования, внедрения разработанных технологий в производство, коммерциализации новых технологий, создания перспективного научно-технологического задела для разработки перспективной наукоемкой продукции, решения проблем улучшения экологической ситуации в стране. В рамках этой программы Министерство промышленности и торговли РФ объявило тендер на выполнение научно-исследовательской и опытно-конструкторской работы «Создание отечественного лицензируемого программно-математического ядра трехмерного моделирования как базы для компьютерных систем автоматизированного проектирования сложной машиностроительной продукции». Такое ядро, будучи положено в основу нового поколения компьютерных систем проектирования, инженерного анализа, подготовки производства, создания технической документации, будет способствовать созданию российской промышленностью инновационных изделий, конкурентоспособных на мировом рынке, став частью национальной технологической базы. Победителем тендера стало Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», а одним из субподрядчиков — компания ЛЕДАС.

Российская компания ЛЕДАС обладает тринадцатилетним опытом разработки наукоемких программных компонент САПР по заказу лидеров мирового рынка инженерного ПО. Среди успешно выполненных компанией проектов — интервальный решатель для работы с инженерными знаниями; решатель геометрических и размерных ограничений для параметрического черчения, проектирования сборок, кинематической анимации и прямого моделирования; модули для работы с полигональными сетками в режиме реального времени (преобразование сетки в поверхность подразделения, развертка сетки на плоскость, вычисление минимальных расстояний и определение пересечений между сетками); модули трансляции инженерных данных. С учетом указанного опыта, компании ЛЕДАС в проекте «3D-ядро» поручен сектор работ, связанных с разработкой алгоритмов вычислительной и дискретной математики, и включающий известную своей сложностью задачу высокоточного построения пересечения произвольных поверхностей и кривых.

Безусловно, при разработке нового 3D-ядра необходимо опираться на опыт предшественников, чтобы взять лучшее из этого опыта и не повторить их ошибок. Поэтому в последующих публикациях мы планируем кратко осветить историю предыдущих попыток создания ядер трехмерного моделирования, а также рассказать о том, чем будет отличаться от них создаваемое сейчас российское ядро. nbsp;обслуживание изделия, обращается к

Рекомендации устанавливают общие требования к архитектуре ядра САПР в целом и составляющих его частей. Рекомендации предназначены для использования на всех этапах разработки конструкторско-технологических САПР общемашиностроительного применения.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМ
(Госстандарт СССР)

Всесоюзный научно-исследовательский институт
по нормализации в машиностроении
(ВНИИНМАШ)

Утверждены

Приказом ВНИИНМАШ
№ 395 от 16.12.1987 г.

Общесистемное ядро САПР
машиностроительного применения.

Общие требования

Р 50-54-38-88

Москва 1988

Настоящие Р устанавливают общие требования к архитектуре ядра САПР в целом и составляющих его частей. Применение Р позволяет решать задачи конструкторско-технологического проектирования в САПР, возникающие при разработке интегрированных производственных систем.

Программно-методический комплекс ядра САПР может использоваться как разработчиками САПР при создании типовых проектных процедур, так и конечными пользователями САПР при решении конкретных проектных задач.

Терминология по ГОСТ 22487-77.

1 . ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . Ядро САПР представляет собой программно-методический комплекс (ПМК «Ядро САПР»), предназначенный для построения объектно-ориентированных автоматизированных проектных процедур конструкторско-технологического проектирования.

1.2 . Автоматизированная проектная процедура, создаваемая с помощью средств ПМК «Ядро САПР», включает операции, выполняемые конечным пользователем.

1.3 . Средства ПМК «Ядро САПР» служат для создания процедуры трех типов.

1.3.1 . Определение объекта. В этом случае при выполнении процедуры в памяти системы последовательно строится информационная структура, отображающая конструкцию проектируемого объекта (детали, сборочной единицы). Конструкция создается из набора конструктивных элементов, ориентированного на данную предметную область.

1.3.2 . Преобразование объекта. Процедуры данного типа оказывают такие воздействия на объект, в результате которых происходят изменения его формы, конструкции и (или) масштаба. Операторы преобразования входят в состав ПМК «Ядро САПР».

1.3.3 . Установление отношений данного объекта с другими. Эта процедура позволяет создавать сложные композиции из элементарных объектов путем задания между ними различных типов отношений. Наборы таких отношений, ориентированные на данную предметную область, выполняют средствами ПМК «Ядро САПР». Таким образом, ПМК «Ядро САПР» объединяет совокупность инструментальных и технологических средств построения проектных процедур.

С помощью инструментальных средств создаются по определенной методике объектно-ориентированные компоненты САПР. Технологические средства представляют собой готовые компоненты САПР, актуализируемые конечным пользователем.

1.4 . ПМК «Ядро САПР» должно включать следующие функционально-связанные компоненты: ПМК управления процессом проектирования, управления информационной моделью проекта и ПМК «Базовые процессоры».

1.5 . Совместимость компонентов между собой, а также программных средств, составляющих в целом ПМК «Ядро САПР», осуществляется на двух уровнях: на уровне компонент - путем использования единой информационной модели проектируемого объекта и на уровне программных средств - на основе международных стандартов на представление графических и геометрических данных, а также сетевых стандартов на протоколы и интерфейсы между ними.

2 . ТРЕБОВАНИЯ К ПМК УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

2.1 . ПМК управления процессом проектирования предназначен для обеспечения качественной сборки вычислительных процессов в одно целое и управления их функционированием автоматически по исходному заданию либо на базе диалогового взаимодействия с пользователем.

2.2 . Рассматриваемый ПМК должен осуществлять:

настройку на тезаурус конечного пользователя;

генерирование диалоговых программ на основе формализованного описания сценария диалога;

трансляцию вводимых пользователем заданий на проектирование;

выдачу информации о результатах выполненных заданий, состоянии объекта или процесса проектирования;

корректировку сценария проектирования по его результатам;

подключение проектирующих и обслуживающих средств к комплексу средств автоматизированного проектирования.

3 . ТРЕБОВАНИЯ К ПМК УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛЬЮ ПРОЕКТА

3.1 . ПМК управления информационной моделью проекта предназначен для организации, хранения и манипулирования проектными данными в процессе автоматизированного проектирования.

3.2 . Настоящий ПМК создается по принципам построения систем управления базами данных (СУБД).

3.3 . ПМК призван обеспечивать:

выполнение операций по формированию структуры проектных данных по требованиям пользователя;

манипулирование проектными данными и связями между ними;

выдачу справочной информации о состоянии структуры проектных данных;

физическую организацию проектных данных;

мультидоступ к проектным данным;

восстановление целостности проектных данных при сбоях системы;

обмен проектными данными с внешними базами данных;

ввод информации об объекте проектирования (ОП) на формальном языке, ее контроль и редактирование;

независимость средств СУБД от прикладных ПМК.

4 . ТРЕБОВАНИЯ К ПМК «БАЗОВЫЕ ПРОЦЕССОРЫ»

4.1 . ПМК «Базовые процессоры» предназначен для выполнения процедур обслуживания проектирования.

4.2 . Начальный состав ПМК «Базовые процессоры» ядра САПР включает следующие базовые процессоры: геометрического моделирования, визуализации результатов проектирования; документирования проектных решений.

4.2.1 . Базовый процессор геометрического моделирования призван обеспечивать:

формирование геометрической модели ОП;

преобразование геометрической информации в другие структуры проектных данных;

выполнение геометрических расчетов по вычислению инерционно-массовых, объемных и проекционных характеристик ОП;

подготовку данных для выполнения прочностных, теплофизических и других общетехнических расчетов;

связь с графической базой данных.

4.2.2 . Базовый процессор визуализации результатов проектирования обеспечивает:

отображение затребованной информации об ОП на устройствах графического вывода;

ввод и редактирование графической информации с одновременным внесением изменений в геометрическую модель ОП;

оперативное отслеживание изменений в геометрической модели ОП при визуализации результатов проектирования.

4.2.3 . Базовый процессор документирования проектных решений обеспечивает:

формирование информационных моделей рабочих чертежей проектируемых объектов;

создание информационных моделей спецификаций проектируемых объектов;

выдачу документации о проектных решениях в соответствии с требованиями ЕСКД.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

РАЗРАБОТАНЫ И ВНЕСЕНЫ Институтом технической кибернетики Академии Наук БССР.

ИСПОЛНИТЕЛИ: В.П. Васильев (руководитель темы), В.И. Богданович, А.К. Куличенко, О.И. Семенков, Л.Г. Милькаян.

№1 Общие сведения о САПР

В основе деятельности проектировщика лежит процесс проектирования, то есть выбор некоторого способа действий.

Автоматизация процессов проектирования – это составление описания необходимого для создания в заданных условиях ещё несуществующего объекта или алгоритма его функционирования с возможной оптимизацией заданных характеристик объекта или алгоритма.

Конструирование – является частью процесса проектирования, и сводиться к определению свойств изделия. Автоматизация процесса конструирования, технологическая подготовка производства технологии промышленного производства (ТПП) на начальных этапах сводиться к созданию отдельных пакетов программ, а на заключительных и создание систем (САПР).

Термин САПР – является смысловым эквивалентом английского CAD(Computer Aided Design-Проектирование с помощью ЭВМ).

САПР – комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанных с подразделениями проектной организации или коллективом специалистов выполняющих автоматизированное проектирование.

Автоматизированным называется проектирование при котором описание объекта и алгоритма его функционирования а так же описание на различных языках осуществляется взаимодействием человека и ЭВМ.

Автоматическим является проектирование при котором все преобразования описаний объектов и алгоритма функционирования, а так же описание на различных языках осуществляется без участия человека.

-История развития САПР-

Разделяется на несколько этапов:

Этап I – формирование теоретических основ САПР начался в50-х годах XXв. В основу положены разнообразные математические модели (Теория В-сплайне И.Шаенберг 1946г), моделирование кривых и поверхностей любой формы 60г.

В этот период сформировалось структура и классификации САПР (Геометрические, аэродинамические, технологические, тепловые).

Для работы с САПР используются графические терминалы, подключаемые к main-фреймам (Первая графическая станция Sketchpad в1963г.) использовала дисплей и световое перо.

Параллельно развивались CAM – системы (Система автоматизации ТПП). В 1961г. Был создан язык программирования APT ставший основой для программирования оборудования с ЧПУ.

В СССР создали первые программы для расчёта режимов резания.

Этап II – связан с использованием графических рабочих станций под управлением ОС Unix. В середине 80-х появился ПК на основе процессора Intel 8086, и стало возможно выполнять сложные операции как твердотельных, так и поверхностного объёмного моделирования применительно к деталям, и сборочным узлам.

К 1982 году твердотельное моделирование начало применяться в своих продуктах компании IBM, Computer vision, Prime.

В 1986г. Компания Autodesk выпустила AutoCAD. Распространение получили Parasolid (разработчик Unigraphics Solution) и ACIS. Ядро Porosolid(88г.) стало ядром твердотельного моделирования CAD/CAM Unigraphics, а с 1996г-промышленным стандартом.

Этап III – начинается развитие микропроцессоров (МП), что привело к возможности использования CAD/CAM систем верхнего уровня на ПК ЭВМ.

В 1993г. в США создана компания Solidworks Corporations которая разработала пакет твёрдотельного параметрического моделирования Solidworks на базе ядра Parasolid. В 1999г. вышла SolidEdge на русском языке. Ряд CAD/CAM систем среднего и низкого уровня был разработан в СССР и России: Compas, T-Flex CAD и др.

Этап IV – с конца 90-х характеризуются интеграции CAD/CAM систем, с системами управления проектными данными (ПДМ) и другими средствами информационной поддержки изделия.

В основу процессов проектирования и производства было положена геометрическая модель изделия, которая применялась на всех этапах производства.

В 90-х годах разрабатывались продукты PDM для САПР машиностроения. Одной из первых стала система Optegra компании Computer vision. Были созданы пакеты ENOVIA и Smarteam. Среди Российских систем PDM наиболее известными являются:

1) Лоцман:PLM компанией Аскон.

2) PDM STEP Suit (НПО “Прикладная логистика”).

3) Party Plus компанией Лоция- Софт и т.д.

Распространение функции PDM систем на все этапы ЖЦ продукции превращает в систему PLM (Product lifecycle Management). Развитие системы PLM обеспечивает максимальную интеграцию процессов проектирования производства, модернизации и сопровождения продукции предприятия.

№2 Классификация САПР (14.01.2013)

Классификацию САПР осуществляют по ряду принципов:

· По приложению.

· Целевому назначению.

· Масштабу (Комплектности решаемых задач).

· Характеру базовой подсистемы ядра САПР.

По приложению наиболее используемые являются следующие группы:

Кроме того существует много специализированных САПР например: САПР летательных аппаратов, САПР электрических машин, САПР больших интегральных схем (БИС).

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, обеспечивающие разные аспекты проектирования, так в состав MCAD входят CAE/CAD/CAM системы:

1. САПР функционального проектирования (CAE) Computer Aided Engineering – предназначенный для инженерных расчётов.

2. Конструкторские САПР общего машиностроения (CAD) – решение конструкторских задач оформление конструкторской документации.

3. Технологические САПР общего машиностроения (CAM) Computer Aided Manufacturing.

По масштабам различают отдельные программно методические комплексы САПР, например:

1. Комплекс анализа прочности механических изделий в соответствии с методом конечных элементов.

2. Комплекс анализа электронных схем.

3. Система ПМК.

4. Системы с уникальными архитектурами, не только программного, но и технического оснащения.

По характеру базовой подсистемы :

1. САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического моделирования – ориентированный на приложения где основой является конструирование, то есть определение пространственных форм и взаимного расположения объекта. К этой группе относится большинство графических ядер САПР в области машиностроения (Parasolid, ACIS).

2. САПР на базе СУБД ориентированный на приложения, которых при сравнительно не сложных расчётах перерабатывается большой объём данных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономических приложениях. Например, при проектирование бизнес планов, а так же имеют место при проектирование объектов подобных счетам управления систем автоматики.

3. САПР на базе конкретного прикладного пакета – фактически это автономно используемы комплексы (ПМК), например имитационного моделирования производственных процессов, расчёта прочности и анализа конечных элементов, синтеза и анализа систем автоматизированного управления и т.д. (Часто такие САПР относятся к CAE). Например, математический пакет MathCAD.

4. Комплексные или интегрированные САПР – состоят из совокупности подсистем предыдущих видов. Характерными примерами комплексных САПР являются CAE/CAD/CAM систем в машиностроении или САПР БИС.

№3 Принципы построения САПР (16.01.2013)

Основные принципы построения САПР

При создании САПР на различных стадиях, а так же её подсистем необходимо учитывать следующие принципы:

1. Человеко-машинная система (решение неформализованных задач) – коллектив разработчиков и пользователей системы является её основной частью, и взаимодействую с техническими средствами выполняет проектирование. При этом часть проектных процедур не может быть автоматизирована и решается при участии человека. Об автоматическом проектировании можно говорить лишь в отношении отдельных задач

2. САПР развивающаяся система – САПР должна создаваться и функционировать с учётом наполнения совершенствования и обновления её подсистем и компонентов, должна быть создана группа специалистов которая должна совершенствовать и развивать имеющуюся САПР.

3. Принцип системного единства САПР – состоит в том, что при создании, функционирований САПР связи между подсистемами должны обеспечивать целостность всей системы. Наибольший эффект от САПР достигается при сквозной автоматизации проектирования на всех уровнях, что позволяет исключить многократное описание информации об объектах проектирования, обеспечив её преемственность для различных подсистем.

4. Принцип совместимости компонентов САПР – состоит в том, что языки, символы, коды, информационные и технические характеристики структурных связей между подсистемами средствами САПР должны обеспечивать совместное функционирование подсистем. Особенно важным является информационная и программная совместимость, например информационная совместимость, обеспечивает работу отдельных подсистем с одной и той же БД.

5. Стандартизация САПР – заключается в проведении унификации, типизации, и стандартизации подсистем и компонентов, а так же в установлении правил с целю упорядочения. Что открывает широкие возможности внедрения САПР и её адаптации на различных предприятиях.

6. Принцип независимости отдельных подсистем САПР – этот принцип противоположный принципу совместимости. Определяет возможность для подсистем, введение в действие, и функционирование их независимо от других подсистем.

7. Принцип открытости САПР – определяет возможность внесения изменений в систему во время её разработки и эксплуатации. Изменения могут заключаться в добавлении новых или замене старых. Элементов программного, технического, или лингвистического обеспечения.

8. Принцип согласованности традиционного проектирования и САПР – должен учитывается при внедрении САПР на уже действующем предприятии, со сложившейся структурой, формами и способами использования проектной документации. При этом внедрение САПР недолжно нарушать нормального функционирования предприятия.

№4 Структура САПР (16.01.2013)

Как любая сложная система САПР состоит из подсистем:

Ø ОС и Сетевое ПО.

Ø Системная среда САПР: Пользовательский интерфейс, PDM, CASE, Управление проектированием.

Ø Проектирующая подсистема.

Различают подсистемы проектирующие и обслуживающие.

Проектирующая подсистема – непосредственно выполняют проектные процедуры, примерами могут служить подсистемы геометрического трёхмерного моделирования технических объектов, изготовления конструкторской документации, схемотехнического анализа и т.д.

Обслуживающие подсистемы – обеспечивают функционирование проектируемых подсистем и их совместимость. Часто называют системной средой или оболочкой САПР.

Типичными обслуживающими подсистемами являются:

· Подсистемы управления проектными данными (PDM – Product Data Management).

· Подсистема управления процессом проектирования (DesPM – Design Process Management).

· Подсистема пользовательского интерфейса для связи разработчиков с ЭВМ.

· Подсистема CASE (Computer Aided Software Engineering) – для разработки и сопровождения ПО САПР.

· Обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий реализованных САПР.

№5 Средства обеспечения САПР (19.01.2013)

Существуют следующие виды обеспечения САПР:

1) Техническое (ТО) . Включает, различны аппаратные средства (ЭВМ, Периферийное, Сетевое коммутационное оборудование, Линии связи, Измерительные средства).

2) Математическое (МО) – объединяет математические методы, модели и алгоритмы для выполнения проектирования.

3) Программное (ПО) . Представляется программами САПР.

4) Информационная (ИО) . Состоит из БД, СУБД, а так же других данных используемых при других проектировании (Вся совокупность используемых при проектировании данных называется информационным фондом САПР, а БД вместе с СУБД – банком данных).

5) Лингвистическая (ЛО) . Включают языки проектирования, между проектировщиками и ЭВМ, языки программирования, и языки обмена данными между техническими средствами САПР.

6) Методическое (МетО) . Включает различные методики проектирования, иногда к МетО относят так же МО.

7) Организационное (ОО) . Представлено штатными расписаниями, должностными инструкциями и другими документами регламентирующими работу проектного предприятии.

-Техническое обеспечение САПР (ТОСАПР)-

Включает, различные технические средства, используемые для выполнения автоматизировано проектирования.

Используемые в САПРтехнические средства должны обеспечивать:

1. Выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых иметься соответствующее ПО.

2. Взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ. Поддержку интерактивного режима работы. Требования относятся к общему интерфейсу. И прежде всего устройств обмена графической информации.

3. Взаимодействие между членами коллектива выполняющую работу над этим проектом. Требование обусловливает объединение аппаратных средств в сеть.

В результате общая сесть САПР, представляет сеть узлов связанных между собой средой передачи данных.

Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщиков (АРМ), рабочие станции (Main-фреймы, отдельные периферийные и измерительные устройства). Именно в АРМ должны быть средства для связи проектировщика и ЭВМ. Вычислительная мощность может быть распределена между различными узлами сети.

Среда передачи данных – представлена каналами передачи данных, состоящими из линий связи коммутационного оборудования.

В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД), выполняющее определённую работу по проектированию. И аппаратуру окончания канала данных (АКД) – предназначенную для связи ООД со средой передачи данных.

ООД может представлять ПК, а АКД вставляемая в компьютер сетевая карта.

Канал передачи данных – средство двустороннего обмена данными включающее в себя АКД и линию связи.

Линия связи – называют часть физической среды, используемую для распространения сигналов в определённом направлении (Коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая линия связи и т.д.).

ПО САПР принято выделять:
1. Общее системное ПО.
2. Системные среды.
3. Прикладное ПО.

К обще системному ПО относят ОС и сетевое ПО.

К общему ПО относят ОС и сетевое ПО.

Различают ОС, со встроенными сетевыми функциями, и оболочками надо локальными ОС. Различают одноранговые сетевые ОС.

Основные функции сетевого ОС:

1. Управление каталогами файлов.

2. Управление ресурсами.

3. Обмен данными.

4. Защита от несокционированного доступа.

5. Управление сетью.

-Назначение и состав системных средств САПР-

САПР относиться к числу наиболее сложных, наукоёмких, автоматизированных систем. Системная среда САПР предназначена, для выполнения собственно проектных процедур, и управления проектированием. А так же для интеграции САПР, с системами управления предприятия, и документа оборота.

В типичной структуре ПО системных сред, современных САПР можно выделить:

1. Ядро – отвечает за взаимодействие компонентов системной среды, доступ к ресурсам ОС и сети, настройку на конкретную САПР с помощью специальных языков расширения.

2. Подсистема управления проектом – называемая так же подсистемой сквозного, параллельного проектирования. Выполняет функции слежения за состоянием проекта, координацией и синхронизацией параллельно выполняемых процедур, разными исполнителями.

3. Подсистема управления методология проектирования – представлена в виде базы знаний. В этой базе содержаться такие сведения о предметной области, как информационная модель, иерархическая структура проектируемых объектов. Описание типовых проектных процедур. Типовые фрагменты маршрутов проектирования, соответствие между процедурами и имеющимися пакетами прикладных программ, ограничение на их применение и т.д. Такую БЗ дополняют обучающие подсистемы, используемые для подготовки специалистов, пользователей САПР.

4. Современные системы управления проектными данными (PDM) – предназначены для информационного обеспечения проектирования. Основной компонент PDM – банк данных. PDM- обеспечивает лёгкость доступа к иерархически организованным данным, обслуживание запросов, выдача ответов не только в текстовой но и в графической форме, привязанной к конструкции изделия.

5. Подсистема интеграции программного обеспечения – предназначена для организации взаимодействия программ, в маршрутах проектирования. Она состоит из ядра, отвечающего за интерфейс на уровне подсистемы, и оболочек процедур. Согласующих конкретные программные модули, или программно-методические комплексы, со средой проектирования.

6. Подсистема пользовательского интерфейса . Включает текстовые и графические редакторы.

7. Подсистема CASE – предназначена для адаптации САПР, к нуждам конкретных пользователей! Разработке и сопровождения прикладного ПО. Её можно рассматривать как специализированную САПР, в которой объектом проектирования, являются новые версии подсистемы САПР, адаптированные к требования конкретного заказчика. Наиболее известной CASE системой в настоящее время в составе САПР является: CAS.CADE с помощью которой разработана очередная версия EUCLID QUANTUM.

-Специальное или прикладное ПО-

ППО – реализует алгоритм для выполнения проектных операций и процедур. Программы в САПР формируются в ППП, каждый ППП ориентирован на обслуживание задач, отдельной подсистемы САПР и характеризуются определённой специализацией.

В ППО на ряду с ППП разрабатываемым человеком при создании САПР входят и рабочие программы, составляемые автоматически в ЭВМ, для каждого нового объекта, и маршрута его проектирования.

№6 Информационно обеспечение САПР (28.01.2013)

Под информацией подразумеваются некоторые сведения или совокупность, каких либо данных, являющихся объектом хранения, передачи и преобразования.

Применительно к САПР под данными понимают: информацию, представленную в формализованном виде, то есть в виде последовательности символов, букв, цифр, символов, графиков, таблиц, чертежей и тому подобное.

Информационное обеспечение САПР – это совокупность данных, представленных в определённом виде, и используемых при выполнении автоматизированного проектирования.

Проектирование реализуется комплексом задач, связанных с переработкой многочисленных массивов информации различного вида. Поэтому ИО является одной из важнейших составных частей САПР, а затраты на его разработку составляют более половины стоимости системы в целом.

Виды информации САПР:

1) Исходная – называется информация, существующая до выполнения машины. Она делиться на переменную и условно постоянную. К переменной относятся следующая информация: при проектировании детали – нагрузки на неё и внешние ограничения, в САПР ТП – геометрическая и технологическая информация о конкретной детали.

Кодируемая информация о детали состоит из 4 частей:

Ø Информация технологического, конструктивного и экономического характера о детали в целом (способ изготовления, условие производства, оборудовании, термообработка и т.д.)

Ø Технологическая и конструктивная информация об отдельных поверхностях детали (способ изготовления, термообработка, вид покрытия и т.д.)

Ø Геометрическая информация о всей детали в целом (габариты, точность изготовления, шероховатость поверхности и т.д.)

Ø Геометрическая информация о форме, размерах, точности и качестве отдельных поверхностей детали и их взаимное расположение.

Это информация вводиться каждый раз при проектировании нового ТП на конкретную деталь.

Условно постоянная информация включает справочную и методическую информацию об имеющихся на производстве нормализованных узлах или деталях, оборудовании оснастке, режущем и мерительном инструменте, методах получения заготовка, их обработке и т.д. Эта информация является достаточно стабильной и постоянно храниться в памяти ЭВМ.

2) Производная информация – формируется на различных этапах процесса проектирования, и применительно к ТП содержит сведение о маршруте обработки заготовке, технологических операций и переходах, режимов резания.

№7 Лингвистическое обеспечение САПР

ЛО включает :

1) Языки программирования – для создания ПО, а не для эксплуатации САПР.

2) Языки проектирования – предназначен для представления и преобразования исходной информации при выполнении проектных процедур с помощью ПО. Эти языки применяются пользователями САПР в процессе их инженерной деятельности.

-Языки программирования-

В САПР применяются: машинно-ориентированные языки типа Ассемблер и алгоритмистические языки высокого уровня.

Алгоритмические языки высокого уровня в сравнении с машинно-ориентированными языками удобный для реализации алгоритмов. Численного анализа, легче осваиваются инженерами, позволяют повысить производительность труда программистов при разработке программ, и их адаптации к различным типам ЭВМ. Однако языки типа ассемблер, отличаются большей универсальностью, то есть обладают более широкими возможностями для описания кодов различных форматов, логических операций и процедур. При использовании этих языков требуется меньшие затраты машинного времени и памяти.

-Языки проектирования-

Для обеспечения процесса проектирования объектов в САПР используются входной базовый и выходной языки проектирования.

Входной язык предназначен для представления задания на проектирования. В этом языке для задания исходной информации должны быть предусмотрены средства описания объектов проектирования в форме удобной для отображения и ввода в ЭВМ.

Эти средства должны описывать не только математические объекты – числа, переменные, массивы, но и различные виды графический информации.

-Базовые языки-

Служат для представления дополнительных сведений к первичному описанию объекта проектирования: проектных решений, описание проектных процедур и их последовательности. Этот язык называемый языком описания заданий, создаётся близким по возможностям, символике и грамматике универсальным алгоритмическим языкам. При этом целесообразно не разрабатывать новый базовый язык, а использовать универсальный алгоритмический язык, дополнив его отдельными элементами, характерными для разрабатываемого процесса проектирования.

-Выходной язык-

Применяется для представление, какого либо проектного решения, включая результат проектирования, в форме удовлетворяющей требованиям его дальнейшего применения.

В состав этого языка входят различные средства, описание результатов проектирования в виде чертежей, технических карт, схем наладок, таблиц, текстовой документации, а так же средство представления промежуточных результатов проектирования. Используемых в различных подсистемах САПР.

Разрабатываемые при создании САПР языки проектирования, должны отвечать следующим требованиям:

1) Быть универсальными – то есть обладать возможность описания любых объектов проектирования.

2) Иметь проблемную ориентацию – быть удобными для описания проектных данных.

3) Однозначность истолкования.

4) Иметь возможности для развития.

5) Быть совместимыми с другими входными и выходными языками.

№8 Математическое обеспечение САПР (30.01.2013)

К МО САПР относят: математические модели, численные методы, алгоритмы выполнения проектных операций и процедур и т.д.

Проектная процедура – это формализованная совокупность действий, выполнение которых оканчивается проектным решением.

Проектная операция – называют действие или формализованную совокупность действий, составляющих часть проектной процедуры. Алгоритм, которых остается неизменным для ряда проектных процедур.

Унифицированная проектная процедура – процедура алгоритм которой остаётся неизменным для различных объектов проектирования, или различных стадий проектирования одного и того же объекта.

Основу МО САПР составляет математический аппарат для моделирования синтеза структуры, одновариантного и многовариантного анализа, структурной и параметрической оптимизации.

МО состоит из 2 частей:

1) Специальное МО – отражает специфику объекта проектирования, особенности его функционирования, и тесно привязана к конкретным задачам проектирования.

2) Инвариантное ПО – включает методы и алгоритмы, слабосвязанные с особенностями мат. Моделей, и используемые при решении различных задач проектирования.

Требования к МО:

1. Универсальность МО – определяет его применимость к широкому классу проектируемых объектов.

2. Алгоритмическая надёжность – свойство компонентов МО, давать при его применении, и за ранее определенных ограничений правильные результаты. Количественная оценка надёжности служит вероятность получения правильных результатов. Если эта вероятность равна 1 то этот метод надёжен.

3. Точность – является наиболее важным свойством всех компонентов МО.

4. Экономичность (вычислительная эффективность) – определяется затратами ресурсов требуемых для реализации моделей, и характеризуется затратами машинного времени и памяти.

Этапы подготовки задач:

1) Математическое формировка задачи (Постановка задачи).

2) Выбор численного методы решения задачи.

3) Разработка алгоритма.

4) Составление программы и отладка на примере.

5) Подготовка и запись данных.

6) Решение задач на ЭВМ и анализ результатов.

К МО САПР относятся первые три этапа.

Математическая формулировка задачи включает:

· Математическое описание её условий.

· Определение аналитических ворожений и формул которые называют математической моделью

Численные методы – позволяют свисти решение разнообразных задач к последовательному выполнению 4 арифметических действий. По полученным математическим зависимостям записывают последовательность выполнения математических операций в виде алгоритмов. Разработка алгоритмов предусматривает определение последовательности решения задачи на основе математической формулировки и выбора метода численного вида решения.

Печатных плат присутствуют три ключевых компонента C3D Toolkit: геометрическое ядро C3D Modeler, параметрический решатель C3D Solver и модуль обмена C3D Converter. Компоненты от C3D Labs также задействованы в разработке Altium Nexus, решения для совместного проектирования печатных плат. Подробнее .

2018

Интеграция с APM Studio

• Программное обеспечение для инженерных расчетов РФЯЦ-ВНИИТФ

2015

Ядерный центр создаст собственное ПО на базе 3D-ядра «Аскон»

В июне компания «Аскон» сообщила, что в Сарове (РФЯЦ-ВНИИЭФ) лицензировал геометрическое ядро C3D, разработчиком является ее дочерняя компания C3D Labs . Его организация планирует использовать в программных продуктах собственной разработки, предназначенных для решения задач расчетного моделирования физических процессов.

Одним из таких продуктов является пакет программ «Логос» для имитационного моделирования на высокопроизводительных компьютерах. Его областями применения является авиационная промышленность, атомная энергетика, ракетно-космическая отрасль, автомобильная промышленность и др.

В «Аскон» поясняют, что геометрическое ядро C3D будет применяться как в процессе построения расчетных сеток 3D-моделей, так и для выполнения операций по упрощению, корректировке и доработке расчетной геометрии. Кроме того, «Логос» планируется интегрировать с САПР «Компас-3D» разработки «Аскон».

Представители компании рассказали TAdviser, что по условиям лицензионного соглашения с C3D Labs, РФЯЦ-ВНИИЭФ получил права на ведение разработки ПО на основе ядра C3D для использования внутри организации. В случае выпуска коммерческого продукта, C3D Labs будет получать отчисления с каждой проданной лицензии данного продукта. Финансовые детали соглашения при этом не разглашаются. Сделать «Логос» полноценным коммерческим продуктом и продавать его самостоятельно и через партнеров входит в планы РФЯЦ-ВНИИЭФ.

Представитель «Аскон» добавил в разговоре с TAdviser, что до подписания соглашения с РФЯЦ-ВНИИЭФ внешними пользователями ее ядра были только частные компании и университеты, в том числе зарубежные разработчики САПР (Швеция и Южная Корея). РФЯЦ-ВНИИЭФ стал первой организацией, принадлежащей государству, которая лицензировала разработку C3D Labs.

Стоит отметить, что на разработках «Аскон» основана сквозная технология 3D-проектирования, которая входит в состав ядерного оружейного комплекса (ТИС ЯОК), внедряющейся на предприятиях данной отрасли

Elecosoft Consultec купила геометрическое ядро

12 мая 2015 года стало известно о приобретении компанией Elecosoft Consultec ядра «Компас-3D» для использования в собственном продукте, предназначенном для проектирования деревянных лестниц .

Компания «Аскон» продала лицензию на геометрическое ядро, служащее основой для ее продуктов, шведской ИТ-компании Elecosoft Consultec .

2014

Лицензирование C3D корейским разработчиком

В июле 2014 года «Аскон» сообщила о том, что ядро C3D было лицензировано первой зарубежной компанией - южнокорейским разработчиком Solar Tech. На базе C3D будет работать флагманский продукт компании - САМ-система Quick CADCAM, у которой насчитывается более 3 тыс. пользователей в Южной Корее.

В Solar Tech отмечают, что в новом поколении Quick CADCAM перед компанией стоит «амбициозная задача перехода от 2D к 3D, для реализации которой было выбрано российское ядро C3D». По результатам опытной эксплуатации, оно показало себя функциональным и быстрым компонентом, полностью устраивающим команду разработки Solar Tech, добавляют в компании.

На момент сообщения о лицензировании уже был готов уже готов и активно демонстрировался заказчикам первый прототип обновленной системы. Коммерческая версия Quick CADCAM на ядре C3D ожидается к выходу на рынок в 2014 году и должна стать доступна на английском, корейском, китайском и японском языках. После старта продаж версии QuickCADCAM на ядре C3D, Solar Tech будет платить разработчикам отчисления с продаж.

Помимо лицензирования ядра, Solar Tech также приобрела статус реселлера C3D на рынках Кореи, Китая и Японии . Корейские специалисты будут осуществлять продажи, маркетинг и первичную техподдержку заказчиков геометрического ядра.

По словам гендиректора C3D Labs Олега Зыкова , азиатский рынок является одним из ключевых для компании, поэтому она поддержала инициативу Solar Tech представлять интересы C3D Labs в своем регионе.

«Уже подготовлены необходимые маркетинговые материалы, согласованы совместные мероприятия. Специалисты компании обладают всеми необходимыми компетенциями и отличным знаниям рынка для успешной работы с заказчиками», - добавляет он.

.

В начале июля делегация C3D Labs провела тренинг для разработчиков и менеджеров по продажам Solar Tech в Сеуле, а также встретилась с несколькими потенциальными клиентами - местными разработчиками САПР и представителями университетов.

2012

Открытие ядра для сторонних разработчиков

Как поясняли TAdviser в «Аскон», для компании предоставление своего ядра сторонним разработчикам означает выход на новый рынок. «Раньше мы работали на рынке «готового» инженерного ПО, а теперь вышли на рынок компонентов, для создания этого ПО (рынок PLM-компонентов)», - пояснили TAdviser представители компании.

По словам гендиректора «Аскон» Максима Богданова , решение открыть доступ к технологии стало логичным развитием собственного геометрического ядра: «на рынке появляются новые игроки, которым нужны компоненты для разработки своих САПР. Стандартные 2D-пакеты ожидает неизбежный переход в 3D, что требует внесения принципиальных изменений в ядро системы или его замену».