Введение
в современные САПР

В. Н. Малюх

Москва, 2010

Иосифу Григорьевичу Колкеру
посвящается

УДК 32.973.26018.2
ББК 004.438
М18

М18
Малюх В. Н.
Введение в современные САПР: Курс лекций. – М.: ДМК Пресс, 2010. –
192 с.: ил.

ISBN  9785940745518

Если вы раньше не имели дела с системами автоматизированного проек
тирования (САПР) или занимаетесь изучением САПР – эта книга для вас.
Она представляет собой общий курс, дающий необходимый набор систе
матизированных фундаментальных сведений о САПР, обеспечивающий
возможность общения со специалистами, использующими САПР, форму
лировать постановку задач, разрабатывать САПР как цельную систему, вы
бирать САПР в соответствии с задачами конкретного предприятия или
проекта. Основной целью издания является ознакомление читателей с ос
новополагающими принципами САПР, их классификацией, методами фор
мализации процесса проектирования и конструирования, способами ис
пользования информационных технологий для автоматизации проектных,
конструкторских и технологических задач.
Книга будет полезна студентам технических вузов, а также высшему и
среднему управленческому персоналу промышленных предприятий, по
долгу службы принимающему решения о выборе и использовании САПР.

УДК 519.6
ББК В162я73

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой
бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения вла
дельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность
технических ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную
точность и правильность приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответ
ственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

© Малюх В. Н., 2010
ISBN 9785940745518
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2010

Краткое содержание

ВВЕДЕНИЕ ................................................................... 9

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ .................11

ГЛАВА 2. ЗАДАЧИ И ВИДЫ САПР ............................19

ГЛАВА 3. ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ....................................................29

ГЛАВА 4. ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ....................................................37

ГЛАВА 5. 2D CAD «ЭЛЕКТРОННЫЙ КУЛЬМАН» .....47

ГЛАВА 6. 3D CAD ........................................................55

ГЛАВА 7. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ CAD ...............65

ГЛАВА 8. CAE ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ .................75

ГЛАВА 9. CAM .............................................................87

ГЛАВА 10. CAPP – ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
ПОДГОТОВКА .............................................................99

Содержание
4

ГЛАВА 11. PDM.........................................................109

ГЛАВА 12. ЭЛЕКТРОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ.......123

ГЛАВА 13. PLM .........................................................133

ГЛАВА 14. СПЕЦИАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ......143

ГЛАВА 15. ВЫБОР САПР .........................................157

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ .............................................165

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ...........................191

Содержание

Введение...................................................................... 9

Глава 1. Основы проектирования...........................11
Техническое задание на НИР и проведение НИР ..........13
Порядок выполнения и эффективность ОКР .................14
Вопросы для самоконтроля ..........................................17

Глава 2. Задачи и виды САПР ..................................19
Классификация САПР...................................................24
Виды обеспечения САПР ..............................................25
Вопросы для самоконтроля ..........................................28

Глава 3. Геометрическое моделирование ...........29
Каркасное моделирование...........................................30
Поверхностное моделирование ...................................31
Твердотельное моделирование....................................34
Вопросы для самоконтроля ..........................................36

Глава 4. Параметрическое моделирование.........37
Табличная параметризация..........................................39
Иерархическая параметризация ..................................40
Вариационная (размерная) параметризация................41
Геометрическая параметризация.................................42
Ассоциативное конструирование .................................43
Объектноориентированное конструирование .............44
Вопросы для самоконтроля ..........................................46

Содержание
6

Глава 5. 2D CAD «Электронный кульман»..............47
Чертежные инструменты ..............................................48
Иерархия объектов ......................................................49
Специализированные модули ......................................51
Клоны и аналоги AutoCAD .............................................52
Вопросы для самоконтроля ..........................................54

Глава 6. 3D CAD..........................................................55
Редактор деталей.........................................................57
Редактор сборок ..........................................................59
Генератор чертежей.....................................................61
Системы для промышленного дизайна.........................63
Вопросы для самоконтроля ..........................................64

Глава 7. Специализированные CAD .......................65
AEC CAD – архитектурностроительные САПР...............66
EDAпроектирование электронных устройств ...............69
Геоинформационные системы .....................................73
Вопросы для самоконтроля ..........................................74

Глава 8. CAE инженерные расчеты ........................75
Метод конечных элементов ..........................................76
Моделирование кинематики ........................................79
Аэрогидродинамические расчеты ................................81
Электростатика и электродинамика .............................84
Вопросы для самоконтроля ..........................................85

Глава 9. CAM...............................................................87
Gкод ...........................................................................88
CAMсистемы ..............................................................89
Верификация и оптимизация NCпрограмм .................90

Содержание
7

Виды обработки ...........................................................91
Вопросы для самоконтроля ..........................................96

Глава 10. CAPP – технологическая
подготовка ..................................................................99
Цифровое производство ............................................103
Вопросы для самоконтроля ........................................106

Глава 11. PDM ..........................................................109
Функции PDM.............................................................110
Электронное хранилище документов .........................110
Структуризация проекта и классификаторы,
классификация документов........................................111
Атрибуты и система поиска ........................................112
Разграничение доступа ..............................................113
Интеграции различных CADсистем ...........................115
Автоматическое отслеживание и история создания
и управления изменениями ........................................116
Коллективная работа над проектом ............................117
Отчеты и экспорт информации ...................................118
Управление нормативносправочной
информацией ............................................................119
Внутренняя почтовая система ....................................120
Передача данных в  ERPсистемы...............................120
Вопросы для самоконтроля ........................................122

Глава 12. Электронная документация.................123
Публикация чертежей ................................................124
Публикация трехмерных проектов ..............................125
Технические иллюстрации .........................................127
Интерактивные руководства.......................................128
Вопросы для самоконтроля ........................................132

Содержание
8

Глава 13. PLM ...........................................................133
Компоненты и составляющие PLM..............................136
Главные процессы PLM ..............................................138
Вопросы для самоконтроля ........................................142

Глава 14. Специальное оборудование ................143
Плоттеры ...................................................................144
Быстрое прототипирование .......................................145
Устройства ввода и указания ......................................148
Видеоадаптеры..........................................................153
Вопросы для самоконтроля ........................................155

Глава 15. Выбор САПР ............................................157
Инициация процесса..................................................159
Выяснение потенциальных преимуществ системы .....159
Формализация требований к системе ........................160
Анализ затрат ............................................................161
Выбор системы ..........................................................162
Вопросы для самоконтроля ........................................164

Словарь терминов ...................................................165

Рекомендуемая литература ..................................191

Введение

Если вы раньше не имели дела с САПР – эта книга для вас. Как и многие другие
технические отрасли, она поначалу может показаться непонятной и изобилующей
аббревиатурами, в этой книге постараемся объяснить ее основы. Когдато абб
ревиатура САПР обозначала системы автоматизированного проектирования, но
сегодня термин САПР уже стал нарицательным, означающим всевозможные сис
темы, автоматизирующие инженерный труд. Как всего лишь еще несколько деся
тилетий невозможно было представить инженера без кульмана, готовальни и ло
гарифмической линейки, так сегодня  компьютеризированное рабочее место –
практически обязательный атрибут профессии. Первые САПР появились менее
полувека тому назад и поначалу представляли собой действительно электронный
аналог кульмана. По мере их развития использование стало массовым и обыден
ным. САПР находится в постоянном и очень динамичном развитии. Ежегодно
выпускают новые версии существующих продуктов, появляются новые решения
и целые классы систем. САПР уже не воспринимается лишь как среда проектиро
вания, это и средство взаимодействия всех участников создания новых изделий и
даже будущих потребителей. В идеале разработчики  САПР стараются создать
свои системы такими, чтобы они требовали минимум специальных навыков в об
ласти компьютерной техники, программирования и математического моделиро
вания, чтобы пользователь совершенствовался в первую очередь как специалист
в своей предметной области.
Книга представляет общий курс, дающий необходимый набор общих, система
тизированных знаний о САПР, обеспечивающий возможность общения со специ
алистами, использующими САПР, формулировать постановку задач,  разрабаты
вать САПР как цельную систему, выбирать САПР в соответствии с задачами
конкретного предприятия или проекта.
Основной целью книги является ознакомление читателей с основополагающи
ми принципами САПР, их классификацией, методами формализации процесса
проектирования и конструирования, способами использования информационных
технологий для автоматизации проектных, конструкторских и технологических
работ. Для достижения поставленной цели  описываются структуры и принципы
организации процесса инженерного проектирования, дается обзор технических и
программных средств САПР.
Книга последовательно описывает системы, использующиеся для автоматиза
ции различных этапов подготовки промышленного производства, – промышлен
ный дизайн, проектирование, конструирование, выпуск технической документа
ции, цифровое моделирование эксплуатации и производства, сопряжение САПР
с производственным оборудованием, технический документооборот, управление
жизненным циклом изделия.
Книга не является учебником по использованию какойлибо конкретной САПР,
напротив, в ней излагаются в первую очередь общие принципы построения
САПР, иллюстрированные примерами различных систем.

Введение
10

Все главы дополнены освещением характерных реальных примеров реализа
ции и использования компонентов САПР различного уровня, выполненных
в разные историкотехнологические периоды развития отрасли.
Книга ориентирована на три крупные целевые аудитории:
• студентов начальных курсов технических вузов, кому предстоит использо
вать САПР в процессе учебы и затем в ходе своей профессиональной дея
тельности;
• студентов старших курсов программистских специальностей, избравших
своей специализацией разработку САПРприложений;
• высший и средний управленческий персонал промышленных предприятий,
по долгу службы принимающий решения о выборе и использовании САПР,
контактирующий с техническими специалистами, САПР использующими.

Глава 1

Основы проектирования

Техническое задание на НИР
и проведение НИР ..................... 13
Порядок выполнения
и эффективность ОКР ................ 14
Вопросы для самоконтроля ....... 17

Основы проектирования
12

Предметом этой книги являются средства автоматизации процесса проектирова
ния технических объектов. Прежде чем говорить непосредственно о них, необхо
димо описать само понятие проектирования и его место в процессе жизненного
цикла объектов. Создание и использование технического объекта – сложный,
многостадийный, часто итеративный процесс.  В самом общем виде его можно
представить диаграммой на рис. 1.1.
Собственно проектирование – в самом широком смысле процесс создания про
екта, комплекса информации, описывающей прообраз предполагаемого или воз
можного объекта либо процесса. Проектирование в технике – комплекс мероприя
тий, обеспечивающих поиск технических решений, удовлетворяющих заданным
требованиям, их оптимизацию и реализацию в виде комплекта конструкторских
документов и опытного образца (образцов), подвергаемого циклу испытаний на
соответствие требованиям технического задания.
Любое современное сложное техническое устройство есть результат комплек
сного знания. Проектировщик должен знать маркетинг, экономику страны и ми
ра, физику явлений, многочисленные технические дисциплины (радиотехнику,

Рис. 1.1. Жизненный цикл
изделия
Рис. 1.2. Этапы опытно
конструкторских работ

вычислительную технику, математику, машиностроение, метрологию, организа
цию и технологию производства и т. д.), условия эксплуатации изделия, руково
дящие технические документы и стандарты. Кроме того, следует учитывать: осо
бенности и требования реальной жизни,  коллектива, чужой опыт, умение
получать и оценивать информацию.
Непоследним требованием к проектировщику является комплексность мыш
ления, умение работать с большим числом организаций. Особенно это умение не
обходимо разработчику изделия, входящего в более сложный комплекс (напри
мер, радиостанции для судна, самолета) или связанного с другими системами (по
выдаче данных, питанию, управлению и т. д.).
Зачастую полный цикл проектирования называют НИОКР (Научноисследо
вательские и опытноконструкторские работы, в английском языке передается
как Research & Development, R&D) – комплекс мероприятий, включающий в себя
как научные (дизайнерские, концептуальные и т. д.) исследования, так и производ
ство опытных и мелкосерийных образцов продукции, предшествующий запуску
нового продукта или системы в промышленное производство. Предметом прило
жения САПР являются опытноконструкторские работы (ОКР), подробнее они
представлены на рис. 1.2.
Разберем этапы НИОКР более детально.

Техническое задание на НИР
и проведение НИР

Задачами этапа НИР (научноисследовательских работ) являются: разрешение
конкретных научных проблем для создания новых изделий; получение рекомен
даций, инструкций, расчетнотехнических материалов, методик; определение воз
можности проведения ОКР (опытноконструкторских работ) по тематике НИР.
На стадии разработки технического задания на НИР используются и обраба
тываются следующие виды информации:
• объект исследования;
• описание требований к объекту исследования;
• перечень функций объекта исследования общетехнического характера;
• перечень физических и других эффектов, закономерностей и теорий, кото
рые могут быть основой принципа действия изделия;
• технические решения (в прогнозных исследованиях);
• сведения о научнотехническом потенциале исполнителя НИР;
• сведения о производственных ресурсах (применительно к объекту исследо
ваний);
• сведения о материальных ресурсах;
• маркетинговые сведения;
• данные об ожидаемом экономическом эффекте.
Дополнительно может использоваться следующая информация:
• методы решения отдельных задач и обработки информации;

Техническое задание на НИР и проведение НИР

Основы проектирования
14

• общетехнические требования (стандарты, ограничения вредных влияний,
требования по надежности, ремонтопригодности, эргономике и т. д.);
• проектируемые сроки обновления продукции;
• предложения лицензий и «ноухау» по объекту исследований.
На последующих этапах НИР в качестве базы в основном используется уже
перечисленная выше информация. Дополнительно используются:
• сведения о новых принципах действия, новых гипотезах, теориях, результа
тах НИР;
• данные экономической оценки, моделирования основных процессов, опти
мизации многокритериальных задач, макетирования, типовых расчетов,
ограничений;
• требования к информации, вводимой в информационные системы, и т. д.
По итогам выполнения НИР производятся:
• обобщение результатов предыдущих этапов работ;
• оценка полноты решения задач;
• разработка рекомендаций по дальнейшим исследованиям и проведению
ОКР;
• разработка проекта ТЗ на ОКР;
• составление итогового отчета;
• приемка НИР комиссией.
Результатом НИР является достижение научного, научнотехнического, эко
номического и социального эффектов. Научный эффект характеризуется получе
нием новых научных знаний и отражает прирост информации, предназначенной
для «внутринаучного» потребления. Научнотехнический эффект характеризует
возможность использования результатов  выполняемых исследований в других
НИР и ОКР и обеспечивает получение информации, необходимой для создания
новой продукции. Экономический эффект характеризует коммерческий эффект,
полученный при использовании результатов прикладных НИР. Социальный эф
фект проявляется в улучшении условий труда, повышении экономических харак
теристик, развитии культуры, здравоохранения, науки, образования.

Порядок выполнения
и эффективность ОКР

После завершения прикладных НИР при условии положительных результатов
экономического анализа, удовлетворяющего фирму с  точки зрения ее целей, ресур
сов и рыночных  условий, приступают к  выполнению опытноконструкторских ра
бот (ОКР). ОКР – важнейшее звено материализации результатов предыдущих
НИР. Ее основная задача – создание комплекта конструкторской документации
для серийного производства. ОКР, собственно, и является этапом проектирова
ния изделия.
Основные этапы ОКР достаточно четко регламентируются, в частности на
территории Российской Федерации – стандартом ГОСТ 15.001–88 «Система раз