История автоматизации машиностроительного проектирования

 

Исторически можно выделить три этапа развития автоматизации машиностроительного проектирования.

На первом этапе (до конца 70-х годов) был получен ряд научно-практических результатов, доказавших принципиальную возможность

проектирования сложных промышленных изделий. С помощью ЭВМ решались отдельные частные задачи, в основном расчетного характера. В СССР была создана специальная межотраслевая организация по применению математических методов и средств вычислительной техники для автоматизации процессов технической подготовки производства – Институт технической кибернетики Академии наук БССР (г. Минск), в котором под руководством Г.К. Горанского начались работы по автоматизации конструирования и технологичес-кого проектирования: расчет деталей машин; конструирование сложных машиностроительных объектов; расчет режимов резания и норм времени, проектирование режущих инструментов и станочных приспособлений, автоматизации вычерчивания и т.д. На основе работ С.П. Митрофанова, А.П. Соколовского, В.Д. Цветкова и др. [8–16] началось создание комплексных систем автоматизации ТПП и проек-тирования ТП.

Однако в силу особенностей ЭВМ того времени их использование в инженерном проектировании зачастую сводилось к следующей схеме:

1) математическая формулировка задачи;

2) выбор численного метода решения;

3) разработка алгоритма;

4) запись программы на алгоритмическом языке;

5) кодирование исходных данных;

6) ввод в ЭВМ;

7) решение задачи;

8) получение на выходе ЭВМ необходимой документации.

Общие возможности графических систем того времени в значительной мере определялись характеристиками имеющихся в то время графических аппаратных средств. Преимущественно использовались графические терминалы, подключаемые к большим ЭВМ (мэйнфреймам). Первой графической системой считается система SAGE, которая использовалась в системе противовоздушной обороны США с середины 1950-х годов.

В 1960 году Э. Сазерленд разработал первую компьютерную систему геометрического моделирования SKETCHPAD. Далее были разработаны и внедрены в практику еще несколько подобных проектов. В конце 1970-х годов стали появляться первые программы трехмерного моделирования. К этому времени относится появление известных систем CATIA и Unigraphics [17].

Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 году в США. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением.

В системах инженерных расчетов и анализа центральное место заняли программы моделирования полей физических величин. Прежде всего, это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ). К числу наиболее мощных программных пакетов этого класса относят: NASTRAN (развиваемый в настоящее время компанией MSCSoftware Corporation) и Ansys (Swanson Analysis Systems, Inc).

Кроме того, появляются первые программные комплексы анализа систем на макроуровне. Одним из ведущих комплексов этого класса является система Adams от компании Mechanical Dynamics Inc. Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) – кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.

Навтором этапе(80-е годы) происходило совершенствование функциональности САПР, разрабатывались математические модели, методы и алгоритмы, учитывающие возросшие возможности ЭВМ в области обработки информации. Причем особое внимание уделялось алгоритмизации задач, которые до этого не представлялись как имеющие расчетный характер. Таковы, например, задачи проектирования технологических процессов. Решались также задачи обеспечения удобства оперативной связи проектировщика с ЭВМ, создания баз и банков данных, библиотек алгоритмов и математических моделей. Разрабатывались специализированные ЭВМ, ориентированные на решение узкопрофильных задач. Появились и начали использоваться графические рабочие станции или автоматизированные рабочие места на компьютерах под управлением операционных систем DOS, Unix и др. К началу 80-х годов относится появление первой версии известной системы AutoCAD для персонального компьютера. В 1989 году вышла первая версия отечественной системы автоматизированного черчения «КОМПАС». Значительное внимание уделялось вопросам стандартизации графических программ. В частности на международном уровне утверждены стандарты CGI (Computer Graphics Interface), PHIGS (Programmer's Hierarchical Interactive Graphics System), IGES (Initial Graphics Exchange Specification), DXF (Autocad Data eXchange Format), STEP (Standard for Exchange Product Model Data).

На третьем этапе (начиная с 90-х годов) бурное развитие микропроцессоров расширило возможности использования рабочих станций на персональных ЭВМ, что привело к снижению стоимости внедрения САПР на предприятиях. Продолжается совершенствование систем и расширение их функциональности. Характерной особен-ностью этого этапа стало появление комплексных интегрированных САПР. Разрабатываются графические форматы для обмена данными между программами разных фирм-производителей. Унификация основных операций геометрического моделирования привела к соз-данию инвариантных геометрических ядер, предназначенных для применения в разных САПР. Наибольшее распространение получили два геометрических ядра Parasolid (продукт фирмы Unigraphics Solutions) и ACIS (компания Spatial Technology).

С конца 90-х годов рабочие станции под управлением ОС Windows не уступают Unix-станциям по объемам продаж. В 1993 году компанией Silicon Graphics предложен графический стандартOpenGL (SGI Graphical Language), широко используемый в настоящее время.