CAD (расшифровка аббревиатуры означает computer aided design) — это система автоматизированного проектирования, существенно облегчающая труд инженера. Платформы такого типа используются для решения задач, связанных с определением компонентов, архитектур, интерфейсов и других характеристик конструкций и оборудования. С их помощью специалисты оптимизируют расчеты, контролируют действия управляющего софта, организуют геометрическое моделирование и выполняют иные сложные работы.

КАД применяют для взаимодействия с технологической или конструкторской документацией, формируемой при возведении зданий и производстве изделий. Первые структуры подобного формата появились еще в 70-х годах прошлого столетия. Тогда они носили чертежно-ориентированный характер и не отличались особым функционалом. Сегодня с помощью современных отраслевых решений специалисты могут придерживаться концепций полного электронного описания различных объектов.

CAD-система — что это такое

За определением скрывается инженерный софт широкой специализации, используемый в целой серии областей и направлений. Программное обеспечение применяется для повышения эффективности труда специалистов, отвечающих за проектирование разных продуктов и детализацию процесса подготовки производств. Платформы позволяют:

• сократить трудоемкость операций, связанных с проектными делами и планированием;
• снизить сроки выполнения соответствующих мероприятий без потерь в плане качества результатов;
• уменьшить затраты на эксплуатацию и себестоимость процедур возведения технологических цепочек;
• повысить технико-экономический уровень проектов, составляемых сотрудниками предприятия;
• убрать необходимость в натуральном моделировании и дорогостоящих испытаниях.

Связывать понятия КАД и САПР не совсем верно. Если следовать определениям и классификациям, представленным в ГОСТ 23501.108-85, второму термину эквивалентна аббревиатура CAE (от англ. computer-aided engineering), отражающая обобщенный процесс применения любых компьютерных технологий в инженерии.

Зачем это нужно

CAD-системы решают задачи на основании загруженных данных, существенно минимизируя риск появления ошибок, связанных с человеческим фактором. Они же открывают доступ ко множеству инструментов автоматизации деятельности проектировщиков, конструкторов и представителей смежных профессий.

Предприятия, внедряющие проверенные временем и успевшие доказать эффективность пакеты формата КАД, могут рассчитывать:

• на значительное сокращение сроков проектирования;
• на снижение трудозатрат, касающихся планирования рутинных операций;
• на повышение экономической целесообразности путем устранения издержек;
• на увеличение общего качества выполнения работ.

В базу платформы можно загрузить как стороннюю информацию, так и документы, составленные на основе собственной экспертизы сотрудников фирмы. Таким образом, достигается своеобразная персонализация — структура начинает функционировать с учетом типов для компании задач, регламентов и государственных стандартов.

Целевое назначение технологий класса CAD-system

КАД-софт обладает свойством универсальности. Использовать его можно по-разному — как для устранения специфических проблем, так и для мероприятий общего характера. Соответствующие среды можно поделить на несколько категорий, в зависимости от того, с какими именно работами они должны справляться:

• автоматизация проектирования в трехмерных и двухмерных пространствах;
• создание чертежей и сопроводительной документации;
• эксплуатация методик геометрического моделирования;
• оптимизация всевозможных инженерных расчетов и изысканий;
• компьютерный анализ самостоятельно выстроенных моделей;
• подготовка к производству различных изделий с помощью станков ЧПУ;
• управление промышленным оборудованием.

Назначений у софта по-настоящему много. Соответствующие программы выпускают разные отечественные и иностранные разработчики, и каждый продукт обладает своими плюсами и минусами. Ситуация аналогична рынку коммерческого ПО для ведения бизнес-процессов, где одна только компания «Клеверенс» поставляет на рынок сразу несколько удобных в использовании предпринимателям платформ («Склад-15», «Магазин-15» и пр.).

Особенности КАД-систем

Мы подошли к тому, чтобы определить, чем именно отличается цифровая рабочая среда вроде FreeCAD от аналогов формата AutoCAD, Fusion 360, SolidWorks и пр. Все перечисленные экосистемы подходят для решения разных задач, перечень которых определяется:

• сложностью создаваемых моделей;
• числом расширений, эксплуатируемых при производстве изделий;
• типами разрабатываемых специалистами объектов;
• объемами трехмерных компонентов и соотношениями уровней их структур;
• степенью автоматизации черчения;
• видом сопроводительных документов и способом их составления;
• цельностью производственных цепочек.

На сто процентов универсального софта не существует. Конечно, все популярные платформы в той или иной мере облегчают труд инженера. Однако большая часть программных продуктов «заточена» под конкретную деятельность — как Robot Millennium для строительства с ЖБИ, а Architectural Desktop для архитектуры.

Общепринятая международная классификация

Интеграция и применения CAD-систем и сопутствующих им технологий — это процесс, отличающийся строгими регламентами. Поэтому целесообразно делить современные КАД-проекты не только по характеристикам и инструментам, но и в соответствии с межнациональной типологией. Она предлагает распределить все решения по трем ключевым группам:

• Чертежно-ориентированные — самые древние, впервые появившиеся на рынке в далеких 70-х годах прошлого столетия.
• Электронные трехмерные — используются для создания моделей разных объектов с целью детализации их производства.
• Полностью цифровые — поддерживающие концепцию стопроцентного виртуального описания деталей и конструкций.

Программы последнего типа считаются самыми совершенными и универсальными. С их помощью эксперт может не только моделировать разработки, но и осуществлять поддержку продуктов на протяжении всех жизненных циклов. Такие платформы открывают доступ не только к концептуальному и рабочему проектированию, но и к маркетингу, технологической подготовке, эксплуатации, утилизации и ремонту.

Что CAD значит для разных областей и направлений

Комплексы, облегчающие ведение проектно-конструкторской деятельности, нашли применение не только в строительстве и промышленности, но и в такой деятельности, как:

• Промышленный дизайн — предполагают создание из одинаковых и хорошо подходящих друг другу деталей принципиально разных изделий.
• Создание справочников — позволяют формировать специфические требования к выполнению тех или иных технологических операций.
• Управление документацией — дают возможность работать со как стандартными инженерными, так и с маркетинговыми документами.

Если вынести за скобки направления, в которых CAD используется не в полную силу, то в списке самых популярных областей внедрения соответствующего софта останется врачебное дело (как общее, так и частное — стоматологическое) и машиностроение.

Медицина

Модели и системы класса CAD/САПР — это многофункциональные цифровые решения, востребованные, в том числе и в медицинской деятельности. Здесь они предлагают воспринимать элементы человеческого организма в качестве структуры, пригодной для трехмерного моделирования. Вариантов применения софта много:

• Создание учебных анатомических курсов — для обучения начинающих докторов или повышения квалификации лиц с большим стажем.
• Разработка демонстрационных материалов — для проведения конференций и симпозиумов в рамках отраслевых тематик.
• Консультирование пациентов — с учетом огромного объема информационных выкладок, содержащихся в открытых и внутренних базах учреждения.
• Подготовка к организации исследований — на базе нормативных актов, стандартов и регламентов.

Весь перечень данных, связанных со строением человеческого тела, можно загрузить в платформу для удобного полуавтоматического анализа и быстрой обработки. Кроме того, экосистемы формата КАД позволяют воспроизводить полные совокупности физиологических процессов, протекающих в организме.

Стоматология

Раздел медицины, нуждающийся в CAD-решениях больше остальных. Здесь указанные технологии применяются для визуализации процедур, связанных с производством и фрезерованием каркасов зубных протезов. Временные и постоянные коронки, мосты, индивидуальные абатменты и вкладки — примеров стоматологических изделий, изготавливаемых с помощью инженерного софта, по-настоящему много.

Современные среды автоматизированного проектирования, настроенные на работу в клинике, где услуги оказывают опытные дантисты:

• заменяют восковое моделирование цифровыми трехмерными инструментами;
• позволяют добиваться невероятной точности изготовления, снижают отклонения и погрешности до 15-20 мкм;
• открывают доступ к высокой скорости выполнения работ, реализуемых на месте.

Посредством КАД-платформ можно создавать ортодонтические конструкции любой сложности — из разных металлов, включая диоксид циркония.

Машиностроение

В направлении проектирования, изготовления и обслуживания различных машин и оборудования без САПР сегодня не обойтись. Все «местные» CAD поделены на три большие группы — нижнюю, среднюю и верхнюю. В первую входят простые пакеты, ориентированные преимущественно на двухмерную графику. Во вторую — программы серийного класса со стандартным функционалом. В третью — решения для эксплуатации на мейнфреймах и высоконагруженных рабочих станциях.

Здесь платформы позволяют:

• выполнять технологические и конструкторские проектировочные работы с повышенной скоростью и точностью;
• проводить инженерный анализ на базе изысканий и результатов измерений, полученных вручную;
• управлять проектными информационными потоками, составлять профильную документацию;
• облегчать труд специалистов за счет модулей-расширений, подбираемых под конкретные задачи в индивидуальном порядке.

Для взаимодействия с ними часто используются специализированные языки, напоминающие те, с которыми работают программисты.

Определение структуры современных CAD-систем

Если начать структурировать любую КАД-платформу, удастся разбить ее на семь ключевых составляющих:

• техническую, включающую в себя различные аппаратные комплексы;
• математическую, со всевозможными практиками проведения расчетов, моделями и алгоритмами;
• программную, в виде специфического софта и многочисленных отраслевых приложений;
• информационную, с базами данных, сборниками регламентов и сведениями, облегчающими проектирование;
• лингвистическую, позволяющую людям «общаться» с машинами посредством особых языков;
• методическую, рассказывающую о разнокалиберных технологиях и подходах к операциям по созданию проектов;
• организационную, состоящую из должностных инструкций, стандартов и нормативов.

Любое КАД-решение — это большая и достаточно сложная в освоении платформа, в рамках которой есть место огромному числу тонкостей и нюансов.

В чем преимущества таких программ

Самые яркие примеры CAD-систем — это и базово-легкий AutoCAD, и сложные в освоении аналоги типа Pro/Engineer или Unigraphics. Они строятся на базе подсистем геометрического моделирования и машинной графики либо на основе реляционных и нереляционных СУБД. Вне зависимости от состава, среды открывают доступ к важным преимуществам:

• Возможность изготовления деталей и конструкций с максимальной точностью и незначительными отклонениями.
• Практически полная автоматизация производства и присущих ему технологических цепочек.
• Эксплуатация целого ряда необходимых инженерам материалов, от нормативной документации до данных с экспертизами старших коллег.
• Организация быстрого моделирования узлов и производственных процессов для последующего детального анализа.
• Предельный уровень производительности, повышение качества труда и скорости выполнения работ.

КАД в инженерии — аналог WMS в коммерции. Такие среды, как и пакеты российского бренда «Клеверенс» (формата «Склад-15»), автоматизируют рутинные операции и помогают в работе.

Самые крупные разработчики CAD-систем

Последнее крупное исследование мирового рынка САПР было проведено в 2021 году. Тогда его объем составил $ 9,4 млрд. Данные, собранные сотрудниками Jon Peddie Research, показали, что знаковые отраслевые продукты принадлежат всего четырем фирмам — Autodesk, Dassault Systemes, Siemens PLM Software и PTC соответственно.

Аналоги приложениям от представленных брендов есть и в России. Они могут уступать зарубежным пакетам в плане функционала, но фактически открывают доступ к тем же самым инструментам. В числе лидеров отечественного сегмента рынка САПР — «Компас-3D», Sprut-CAM, ADEM, T-Flex и «ГеММа­3D».

Каждая из перечисленных платформ заслуживает отдельного внимания. С ними работают инженеры по всему миру, выпуская множество изделий — от зубных протезов до крупногабаритных грузовых автомобилей. Без модулей такого формата сегодня не обходится практически ни одно отраслевое предприятие.

Подведем итоги

Теперь вы знаете, что такое КАД-системы и что означает слово CAD. С развитием направлений строительства, промышленного дизайна, инженерии и моделирования, нагрузка на производителей выросла многократно. Снять ее удалось исключительно с помощью умных и технологичных программных решений, готовых автоматизировать рабочие процессы и тем самым ускорить выполнение операций. Подобные пакеты сегодня стали стандартом, с которым будущие проектировщики знакомятся на этапе обучения в ВУЗах.

Вопросы и ответы

Какие возможности есть у CAD-платформ?

КАД позволяет существенно сократить сроки проектирования (вне зависимости от сложности объектов и конструкций), снизить трудозатраты, облегчить процедуры планирования, повысить экономическую целесообразность инженерной работы и повысить общее качество труда с уровнем удовлетворенности его результатами.

Что такое система автоматизированного проектирования?

Набор цифровых и технических средств, обеспечивающих возможность организации простой, недорогой и быстрой разработки проектов, чертежей и моделей. Понятие максимально объемное, включающее в себя как десятки конкретных прикладных продуктов, так и многочисленные принципиальные концепции.

На чем основаны САПР?

Приложения, предназначенные для облегчения труда конструкторов, обладают сложной структурой из семи основных элементов: аппаратный комплекс, математические модели; программы; базы данных; специализированные языки; методологии и организационные документы вроде должностных инструкций.