В настоящее время существует множество систем геометрического моделирования, различающихся как по функциональности, так и по области применения. Как можно было заметить, все эти системы обладают сходными чертами, все они служат для работы с трех- и двумерными объектами. Однако во всех этих программных разработках есть и свои отличия – все они специализированы в своей определенной области. Таким образом, во всех системах геометрического моделирования есть какая то общая часть, которая служит основой для моделирования. В графических системах геометрического моделирования основой служит так называемое ядро, в котором заложены основные функциональные возможности.
Однако, ядро не самоценно, оно создается для использования в прикладных программах. Доступ к функциям ядра открывает CAD-система (как правило через графический пользовательский интерфейс. Математическое ядро определяет предел функциональных возможностей использующей его САПР. При использовании множеством продуктов одного и того же ядра в пределе все они имеют одинаковые возможности и ограничения, а различаются только интерфейсом. Можно идти двумя путями: использовать все возможности ядра и сделать систему «тяжелой» для использования или сделать удобный пользовательский интерфейс, но пренебречь некоторыми функциями ядра.
Ядро (Geometric modeling kernel) (синонимы: движок моделирования; геометрическая библиотека) – это библиотека основных математических функций CAD системы, которая определяет и сохраняет элементы трехмерной модели в ответ на команды пользователя.
Ядро обрабатывает команды изменения модели, сохраняет результаты и производит их вывод на дисплей.
Если вкратце изложить возможности геометрического ядра, то они заключаются в следующем:
моделирование каркасных, поверхностных и твердотельных объектов;
создание объектов на основе кинематических операций, например, выталкивания профиля вдоль заданного пути;
пересечение поверхностей и кривых;
операции сопряжения и сшивки поверхностей;
операции сопряжения граней твердого тела (vertex and edge blending);
булевы операции над твердотельными объектами;
параметрические 2D-чертежи
Обзор ядер геометрического моделирования
В настоящий момент существуют три типа ядер геометрического моделирования: лицензируемые, частные и доступные в исходном коде.
Лицензируемые ядра
Лицензируемые ядра разрабатываются и поддерживаются одной компанией, которая продает на них лицензии другим создателям САПР. Впервые ядра такого тип появились в 1988 году (первая версия Parasolid), когда компания UGS выпустила в продажу ядро Parasolid, составляющее основу ее системы Unigraphics. Parasolid – дальнейшая разработка ядра ROMULUS, разработанного в 1978 г. В 1990 году появилось ядро ACIS фирмы Spatial Technologies. Преимущества лицензируемых ядер:
Избавляет разработчиков САПР от решения трудоемких задач создания собственного ядра. В результате сокращаются сроки разработки систем, повышается качество.
Ядро опробовано на большом количестве пользователей, что сводит к минимуму возможность ошибки.
Недостатки:
Нельзя «залезть» внутрь ядра и подправить какой-либо базовый алгоритм для его улучшения.
Зависимость от разработчиков
Лицензированные ядра могут обеспечивать прямую совместимость через форматы ядра.
После покупки ядра создатели САПР расширяют его функциональность под свои задачи.
Ядро ACIS создавалось как некая общая математическая модель, поэтому оно слишком универсальное, решает множество задач. Spatial (ACIS) придерживается политики, что разработчики не платят за лиценизирования до момента выпуска ими готового программного продукта на этом ядре. Название ACIS взято из греческой мифологии. Используется – AutoCAD и Mechanical Desktop, Inventor (Autodesk), Cimatron. Форматы – SAT (SAB).
Parasolid – это самое быстрое и разработанное ядро, доступное для лицензирования. Оно изначально создавалось как ядро САПР. Это ядро используется более чем в 350 программных продуктах. Лучшее ядро для твердотельного моделирования. Форматы – X_T.
В Parasolid впервые было применено прямое моделирование, которое позволяет пользователям интуитивно модифицировать непараметризованые модели, как будто бы они имеют параметры. Parasolid – Unigraphics NX, SolidWorks (Dassault Systems), SolidEdge (UGS), T-FLEX (Топ Системы, Москва, сначала была на собственном ядре (ядро Баранова), потом на ACIS), ANSYS. Также используется машиностроительными компаниями Boeing, General Electric, Mitsubishi Motors и др.)
В 2001 году стала продавать лицензии на свое ядро компания PTC – система Pro/Engineer.
Сегодня представить современное производство без каких-либо средств автоматизации очень сложно. Каждое мелкое или крупное предприятие так или иначе сталкивается с системами автоматизированного проектирования. И в частности с CAD системами.
Как правило, основой САПР является графический редактор, при помощи которого создаются и редактируются электронные макеты, состоящие из примитивов (точек, отрезков, дуг и тд). Примитивы могут быть объединены в блоки и многократно использованы при создании других электронных макетов, что колоссально повышает производительность труда инженера-проектировщика. Современные программы позволяют создавать и редактировать пространственные модели объектов практически неограниченной сложности.
Фундаментальный компонент в архитектуре системы трехмерного моделирования – геометрическое ядро. Геометрическое (математическое) ядро - это набор функций, выполнение которых обеспечивает построение трехмерных моделей. Ядро не самоценно, оно создается для использования в прикладных программах. Доступ к функциям ядра конечному пользователю открывает CAD-система (как правило, через графический пользовательский интерфейс). Кроме того, ядро иногда называют «движком» системы геометрического моделирования. Подобно тому, как двигатель автомобиля определяет «потолок» его скорости, математическое ядро определяет предел функциональных возможностей использующей его САПР.
Основные функции ядра:
- представление геометрических данных в контексте системы;
- реализация хранения данных в нейтральных форматах для обеспечения интеграции с существующими системами, необходимой для возможности широкого распространения продукта;
- реализация типичных операций представления, таких как масштабирование, поворот и перемещение поверхностей;
- реализация простейших операций редактирования тел и поверхностей;
- интерактивное взаимодействие с компонентами математической модели проектируемого изделия и получения сведений о размерах и положении частей математической модели.
Схематически ядро можно представить, как показано на рис 1.
Рис 1. Структура ядра
Структура данных и топология
Топология определяет отношения между простыми геометрическими объектами, которые могут быть связаны между собой и представлять единый сложный геометрический объект. Структуры данных, используемые для описания объемных тел, обычно делятся на три типа в зависимости от того, какие тела ими описываются.
Первая структура представляет собой дерево, описывающее историю применения булевских операций к примитивам. Журнал операций носит название конструктивное представление объемной геометрии (CSG). А само дерево называется деревом CSG
Рис 2. Дерево CSG
Дерево CSG обладает следующими преимуществами :
· структура данных проста, а их представление компактно, что облег-чает обработку;
· объемное тело, описываемое деревом CSG, всегда является коррект-ным, то есть его внутренний объем однозначно отделен от внешнего. Примером некорректного объемного тела является тело с лишним ребром. Для него деление объема на внутренний и внешний вблизи вершины, к которой подходит это ребро, оказывается неоднознач-ным;
· представление CSG всегда может быть преобразовано к соответст-вующему представлению B-Rep. Это позволяет взаимодействовать с программами, ориентированными на использование B-Rep;
· параметрическое моделирование легко реализуется изменением па-раметров соответствующих примитивов
Недостатки :
· поскольку дерево CSG хранит историю применения булевских опе-раций, в процессе моделирования могут использоваться только они. Это требование жестко ограничивает диапазон моделируемых объек-тов. Более того, оно исключает использование удобных функций ло-кального изменения, таких как поднятие и скругление;
· для получения сведений о граничных поверхностях, их ребрах и свя-зях между этими элементами из дерева CSG требуется сложные вы-числения. К сожалению, сведения о границах нужны для множества приложений, в частности для отображения тел. Для того, чтобы ото-бразить затушеванное изображение или чертеж объемного тела, нужно иметь информацию о гранях или вершинах этого тела. Поэто-му представление CSG является недостаточным для интерактивного отображения тел и манипулирования ими. Другой пример – расчет траектории движения фрезы с ЧПУ для обработки поверхностей те-ла. Для этой задачи нужны сведения о поверхностях, их ребрах и связности. Получить все эти данные из дерева CSG очень непросто.
Из-за этих недостатков разработчики программ, основанных на представ-лении CSG, стараются добавить соответствующие сведения о границах. Такое комбинированное математическое представление называется гибридным и тре-бует поддержания согласованности между структурами данных.
Вторая структура содержит сведения о границах объема (вершинах, реб-рах, гранях) и их соединении друг с другом. Это представление называется гра-ничным представлением (boundary representation - B-rep). Многие структуры B-rep строятся по-разному в зависимости от того, какой элемент считается основ-ным при сохранении сведений о связности.
Допустим, есть тело, представленное на рис. 3.
Рис 3 Дерево CSG
В структуре B-Rep это тело будет выглядеть, как показано в табл. 1.
Табл 1. Представление тела в структуре B-Rep
В каждой строке таблицы ребер хранятся вершины, находящиеся на кон-цах соответствующего ребра, а в строках таблицы вершин хранятся координаты всех вершин. Эти координаты обычно определяются в модельной системе ко-ординат, связанной с данным телом. Если убрать отсюда таблицу граней, эту структуру данных можно будет использовать для хранения форм, созданных в системах каркасного моделирования. Структура данных для каркасной модели может использоваться в качестве базовой для систем автоматизированной раз-работки чертежей, если допустить указание двумерных координат для точек.
Структура данных B-Rep выглядит очень простой и компактной. Однако она не используется в развитых системах твердотельного моделирования из-за перечисленных ниже недостатков.
· Структура данных B-Rep ориентирована на хранение плоских много-гранников. Если потребуется сохранить данные о теле с криволиней-ными гранями и ребрами, то строки таблиц граней и ребер придется изменять таким образом, чтобы в них можно было включить уравне-ния поверхности и кривой соответственно (уравнения поверхностей и кривых, а также координаты вершин называют геометрическими данными, тогда как отношения между гранями, ребрами и вершина-ми называют топологическими данными. Данные в любой структуре B-Rep могут быть классифицированы либо как геометрические, либо как топологические). Уравнения для плоских граней сохранять не обязательно, поскольку плоские грани определяются находящимися на них вершинами.
· Грань с внутренними и внешними границами (рис. 4 а) не может быть сохранена в таблице граней, поскольку для нее нужно два списка ребер вместо одного. Такие грани появляются, например, при моделирова-нии объемных тел со сквозными отверстиями. Простым решением этой проблемы является добавление ребра, соединяющего внешнюю и внутреннюю границы (рис. 4 б). В этом случае два списка вершин мо-гут быть объединены. Соединительное ребро называется мостиком или перемычкой (bridge edge) и попадает в список ребер в двух экземплярах.
Рис. 4. Поверхность с двумя границами и метод их обхода
· Количество ребер у разных граней может быть различно (см. табл.1). Более того, невозможно определить заранее количество столбцов (по одному на каждое ребро), которые потребуются для конкретной грани, поскольку это количество может меняться в процессе моделирования. Следовательно, количество столбцов должно сохраняться в виде пере-менной в момент объявления таблицы граней. Работа с таблицей пере-менного размера создает некоторые неудобства.
· Получать сведения о связности непосредственно из данных, сохранен-ных в трех таблицах, может быть довольно утомительно. Представьте себе поиск двух граней с общим ребром в случае граничного представ-ления тела в трех таблицах. Придется просмотреть всю таблицу граней, чтобы найти строки, в которых присутствует нужное ребро. Если нужно найти все ребра, соединяющиеся в конкретной вершине, опять-таки придется просматривать всю таблицу ребер. Легко видеть, что при больших размерах таблиц поиск в них становится крайне неэффективным.
Есть две распространенные структуры данных, которые позволяют избе-жать перечисленные проблемы при сохранении граничного представления объ-емного тела. Это структура полуребер (список граней, каждой из которых со-ответствует двусвязный список ребер, главная роль отводится граням) и структура крыльевых ребер (главная роль отводится ребрам, для каждого реб-ра сохраняется список граней, которым оно принадлежит, ребер, с которыми оно имеет общие вершины, и вершин на его концах).
Третья структура представляет объем в виде комбинации элементарных объемов (например, кубов) – декомпозиционная модель (воксельное представ-ление, октантное дерево – совокупность шестигранников, ячеечное представле-ние).
Рис. 5. Декомпозиционная модель
Математический аппарат
Математический решает ряд задач. Это непосредственное представление кривых и поверхностей, пересчет координат при изменении параметров (это выполняет т.н. параметризатор), а также решение систем уравнений для нахождения пересечения поверхностей и кривых.
Для каждого криволинейного ребра в компьютере хранится либо уравнение кривой, либо эквивалентные характеристические параметры (центр, радиус, вектор нормали к плоскости, в которой лежит окружность, - примеры характеристических параметров, эквивалентных уравнению окружности).
Уравнения кривых можно разделить на два основных типа . К первому типу относятся параметрические уравнения, описывающие связь координат x, y и z точки кривой с параметром. Ко второму типу относят непараметрические уравнения, связывающие x, y и z некоторой функцией.
В САПР чаще всего используются параметрические уравнения кривых и поверхностей. В некоторых случаях точки пересечения кривых удобно искать, если одна из кривых задана в параметрической форме, а другая – в непараметрической. Поэтому в отдельных системах используется преобразование уравнений из параметрической формы в непараметрическую и обратно.
Чаще всего для описания кривых, используемых в программах CAD, используются уравнения третьего порядка, потому что они обладают важным свойством: две кривые, описываемые такими уравнениями, могут быть соединены таким образом, что вторые производные в точке соединения будут равны друг другу. Это означает, что кривизна в точке соединения остается постоянной, отчего кривые кажутся одним целым. Ту же непрерывность можно получить и для кривых более высоких порядков, однако работа с ними требует интенсивных вычислений.
Уравнения поверхностей, как и уравнения кривых делятся на два основных типа: параметрические, связывающие значения x, y и z со значениями параметра (самые распространенные), и непараметрические, связывающие координаты x, y и z непосредственно друг с другом какой-либо функцией.
Расчет точек пересечения кривых необходим для определения границ ксегментов при применении булевских операций. Ксегмент - часть кривой, по которой пересекаются две грани, относящиеся к разным объемным телам. Ксегмент принадлежит обеим граням. Границы ксегмента получаются путем вычисления точек пересечения кривой, ограничивающей пересекающие поверхности, с кривой, по которой пересекаются эти поверхности (относящиеся к разным телам). После получения границ ксегмента нужно сделать еще один шаг, чтобы разделить кривую пересечения в точках пересечения.
Модуль визуализации
Раньше почти все приложения работы с графикой имели свой внутренний графический движок. Сейчас же появились специализированные графические библиотеки.
Конкретное приложение может обращаться напрямую через аппаратно-зависимый драйвер устройства или через графическую библиотеку.
1) Приложение -> драйвер -> Устройство ввода/вывода.
2) Приложение -> Графическая библиотека -> Драйвер -> Устройство ввода/вывода
Недостаток первого подхода – требуется поддержка большого количества видеокарт.
Графическая библиотека представляет собой набор подпрограмм, предназначенных для решения определенных задач. Она основывается на командах драйвера устройства. В современных САПР для визуализации используется библиотека OpenGL.
Набор интерфейсов API
API (Application Program Interface) – интерфейс прикладной программы. Набор таких интерфейсов должен обеспечить взаимосвязь между внешними модулями прикладной программы и низкоуровневыми функциями ядра, а так же между компонентами ядра – различными библиотеками.
Вместо заключения
Разработка ядра является очень наукоемкой и сложной задачей. Для её реализации требуется привлечение большого числа высококвалифицированных специалистов и, в первую очередь, математиков. Разработка и отладка функции ядра может занять очень длительный срок, что не всегда приемлемо для многих компаний.
Литература
1. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE). – СПб.: Питер, 2004. – 560 с.
В предыдущих статьях о геометрическом ядре C3D мы разбирали его внутреннее устройство ( , ) и объясняли, чем оно отличается от API CAD-системы (). Проявить свои качества ядро, как инструмент разработчика САПР, может только в продуктах, написанных на его основе.
Сейчас на нашем ядре выпущено более 20 коммерческих и внутрикорпоративных САПР. В обзоре мы расскажем, что это за продукты, какую роль в них выполняет ядро и в чем особенности его применения. Многие продукты, упомянутые в обзоре, уже засветились на Хабре. Мы будем давать ссылки на статьи о них.
CAD/Проектирование
Первым мы всегда называем КОМПАС-3D, с которого, собственно, и началась история ядра. Сегодня с системой работают более 520 000 пользователей (с учетом коммерческих, домашних, учебных лицензий). В течение 12 лет ядро развивалось как внутренний компонент КОМПАС-3D и свою начальную функциональность получило из требований его разработчиков. Трехмерное моделирование было реализовано инструментами C3D Toolkit (геометрическое ядро, параметрический решатель, конвертеры), за исключением визуализации – 3D-движок появился у нас только два года назад. Сейчас КОМПАС-3D продолжает влиять на ядро: самые насущные задачи – это моделирование сложных форм и рост производительности.В последней версии ядра C3D Modeler мы добавили новые частные случаи построения скругления и скругление трех граней. Вообще скругления остаются одной из самых сложных задач для геометрических ядер, т.к. охватить все варианты их построения невозможно.
Частные случаи построения скругления
Скругление трех граней (или полное скругление)
Напрямую с геометрическим ядром работают и некоторые приложения КОМПАС-3D. В приведен пример приложения «Валы и механические передачи 3D», где с помощью ядра создаются точные модели элементов механических передач (конических, гипоидных и др.).
Еще одна хорошо известная САПР, в которой с недавних пор присутствует ядро C3D Modeler, это nanoCAD. В о новой платформе nanoCAD Plus 10 описал, как работает модуль 3D-моделирования: подключение геометрического ядра – C3D или ACIS – происходит по выбору пользователя, при этом наше ядро установлено по умолчанию.
nanoCAD Plus с модулем 3D-моделирования на C3D
Чтобы перевести на C3D операции, которые раньше выполнялись на ACIS, потребовалось преодолеть не один барьер. Смена 3D-ядра влечет за собой изменение данных ассоциативных ссылок, изменение ориентации граней и ребер, изменение типа геометрии ребер, изменение топологии тела при построении, изменение топологии тела при смене формата 3D-модели, отклонения геометрии сложных поверхностей. Все это разработчики «Нанософт» сумели победить.
EDA/Проектирование электроники
Если механические САПР перешли к парадигме трехмерного проектирования довольно давно, то для САПР электронных устройств 3D становится мейнстримом только сейчас. Мировые и российские разработчики находятся здесь примерно в равных позициях с точки зрения возможностей своих продуктов. И что приятно для нас – и те, и другие работают с нашим ядром.Год назад компания Altium, разработчик популярного во всем мире Altium Designer (преемника P-CAD), лицензировала C3D Toolkit, и в ближайшее время должна выйти новая версия Altium Designer, в которой 3D-моделирование выполнено уже нашими инструментами.
Параллельно с Altium российская компания «Эремекс» разрабатывает систему проектирования печатных плат Delta Design, опираясь на геометрическое ядро C3D Modeler.
Модель печатной платы в Delta Design
Для Delta Design нам пришлось решать проблему визуализации печатных плат с большим количеством слоев и компонентов – ускорять в ядре операции с регионами.
CAE/Инженерный анализ и расчеты
Инженерам-проектировщикам промышленных объектов хорошо знакома компания «НТП Трубопровод» и ее продукты СТАРТ, ПАССАТ, Штуцер-МКЭ. С 2014 года в программе ПАССАТ, выполняющей прочностные расчеты сосудов и аппаратов, на ядре C3D Modeler создаются все элементы 3D-модели, а это довольно большой список: цилиндрические обечайки и конические переходы, приварные днища и отъемные крышки, укрепление отверстий, врезки в обечайки и выпуклые днища, фланцевые соединения и т.д.Ядро также отвечает за расчет геометрических характеристик (объем, площадь поверхности, центр тяжести, момент инерции), а конвертеры C3D Converter – за экспорт моделей в форматы ACIS, IGES, Parasolid и STEP.
ПАССАТ
В этом году «НТП Трубопровод» подключил ядро к своему второму продукту Штуцер-МКЭ (расчеты на прочность узлов врезки в оборудование), но пока не для всех геометрических операций. Из-за особенностей моделей возникли сложности с булевыми операциями и проекцией кривых на поверхность. В основном, в нашем ядре Штуцер-МКЭ хранит кривые и строит скругления.
Штуцер-МКЭ
В разработке расчетного ПО использует ядро C3D и ядерный центр РФЯЦ-ВНИИТФ Госкорпорации «Росатом». О назначении продукта мы рассказывать не имеем права, но несколько скриншотов показать можно.
Сначала наши компоненты использовались в этом продукте только для моделирования геометрии и импорта\экспорта готовой геометрии через обменные форматы, а визуализацию разработчики делали на собственных компонентах. Но год назад они перешли на наш движок C3D Vision. По их оценке, улучшилось качество и возросла скорость вывода элементов сцены. Теперь от нас ждут инструментов для создания, вывода и работы с 2D-сценой.
AEC&BIM/ Архитектура, строительство и информационное моделирование
Несмотря на внешние различия, с точки зрения геометрического ядра архитектура мало чем отличается от машиностроения. Поэтому когда команда Renga Software выбирала, на каком ядре писать свой BIM, наш C3D показал себя весьма достойно.Сейчас разработчики используют ядро, решатель и конвертеры в трех продуктах: Renga Architecture, Renga Structure и Renga MEP. Инструменты C3D отвечают за создание геометрии архитектурных и конструктивных объектов, преобразование геометрии, получение разрезов и фасадов зданий, редактирование трасс и подключенного к ним оборудования, расчет масс и площадей, импорт твердотельных моделей.
Проект здания детского сада в г. Геленджике в Renga Architecture
Renga Structure
Выделим в статье один момент, связанный со спецификой проектирования мебели – моделированием гнутых фасадов. По запросу «БАЗИС-Центра» мы добавили в C3D Modeler гибку нелистовых тел. Чтобы согнуть любое тело, достаточно задать режущую плоскость, количество и толщину кусков, на которые будет разбито тело, и для каждого куска задать расположение оси сгиба и его радиус нейтрального слоя. Из кусков тела будут сформированы цилиндрические сгибы, у которых слой, отстоящий на расстояние нейтрального радиуса от оси, не будет испытывать сжатия или растяжения. Теперь в САПР Базис можно моделировать гнутые фасады с фрезеровками.
Гибка нелистовых тел
Программный комплекс К3-Мебель для проектирования, производства и продажи корпусной мебели разрабатывает нижегородский «Центр ГеоС». Это единственный наш заказчик, который использует только параметрический решатель C3D Solver, без геометрического ядра. С его помощью программируется визуализация кинематики различных мебельных механизмов, например, подъемных лифтов.
К3-Мебель
Mobile&Cloud/Мобильные и облачные приложения
Среди наших заказчиков пока мало приверженцев облачных технологий, но если они решатся зайти на эту дорогу, то такой опыт у нас тоже есть.Например, на ядре C3D Modeler реализован КОМПАС:24, Android-просмотрщик моделей КОМПАС-3D ().
Новосибирская компания ЛЕДАС интегрировала ядро со своей облачной платформой LEDAS Cloud Platform (LCP). Платформа переносит САПР-приложения в web-среду и предоставляет в браузере функции хранения и управления данными, визуализации, навигации, коммуникации и совместной работы.
По запросу одного американского заказчика мы сделали параметрический решатель C3D Solver для JavaScript. Продукт, написанный на его основе, может не только функционировать в браузере, но и производить геометрические расчеты на стороне клиента. Насколько мы знаем, подобного решения нет ни у одного разработчика в мире.
PDM/Управление инженерными данными
Для удобства работы и обмена информацией в PDM-системах формируется вторичное представление документов (копия в нейтральном формате). Для этого могут использоваться VRML, eDrawings, 3D PDF. Разработчики ЛОЦМАН:PLM за 15 лет попробовали разные варианты и в прошлом году остановились на нашем просмотрщике C3D Viewer (). Он позволяет просматривать 3D-модели и выполнять аннотирование. Кстати функционал аннотирования был разработан по заказу команды ЛОЦМАН:PLM и входит в платную Enterprise-версию продукта. Базовый C3D Viewer остается бесплатным (скачать его можно ).
Вторичное представление в ЛОЦМАН:PLM
CAM/Производство
Обычно в системах подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ геометрическое ядро играет важную, но не ключевую роль: оно работает в препроцессоре, обеспечивая импорт геометрической модели из CAD-систем и доработку геометрии перед программированием обработки. По сути, ядро нужно для насыщения CAM-систем CAD-функционалом, востребованным технологами. Не обойтись без 3D-ядра и разработчикам интегрированных CAD/CAM решений.В Мордовском государственном университете давно сложилась команда по CAM-направлению. Сначала они написали «Модуль ЧПУ. Токарная обработка» на API КОМПАС, а позднее – «Модуль ЧПУ. Фрезерная обработка» для 2,5 и 3-координатной обработки непосредственно на ядре C3D. Их путь отличается от традиционного подхода CAM-разработчиков к ядру.
Приложение интегрировано в рабочее пространство КОМПАС-3D и использует CAD-модель, созданную в КОМПАС, в качестве источника геометрической информации. С помощью функций C3D моделируются пространственные области удаления материала, их вычитание из заготовки, построение трехмерных траекторий. Специфика применения C3D для задач CAM состоит в том, что такие сложные операции геометрического моделирования, как построение оболочек, нахождение кривых пересечения, булевы операции, не являются конечными объектами моделирования (как в системах CAD), а являются элементарными кирпичиками для реализации высокоуровневых алгоритмов, специфичных для области CAM. Это накладывает дополнительные требования к согласованию точности результатов, полученных через ядро, с общей точностью вычислений в рамках высокоуровневых задач.
Модуль ЧПУ. Фрезерная обработка
Заинтересованные разработчики могут самостоятельно протестировать C3D Toolkit. Все компоненты предоставляются бесплатно на три месяца, с документацией, по заявке на нашем сайте.
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».
№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.