Основы систем автоматизированного проектирования изделий деревообработки

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

ОСНОВЫ СИСТЕМ 

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО 

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ 

ДЕРЕВООБРАБОТКИ

Учебно-методическое пособие

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 674.06:658.512.011.56(075)
ББК  37.13:32.965я7

О-75

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

доктор с.-х. наук И. М. Сержанов

генеральный директор ООО «Авангард-М» М. М. Хабибуллин

О-75

Авторы: А. Х. Сафиуллина, Р. Р. Сафин, Н. Р. Галяветдинов, 
Ш. Р. Мухаметзянов
Основы систем автоматизированного проектирования изделий деревообработки : 
учебно-методическое пособие / А. Х. Сафиуллина, 
Р. Р. Сафин, Н. Р. Галяветдинов, Ш. Р. Мухаметзянов; Минобрнауки 
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 
2022. – 300 с.

ISBN 978-5-7882-3200-3

Изложены теоретические основы систем автоматизированного проектирова-

ния, моделирования и конструирования в САПР, автоматизации разработки и оптимизации 
проектных решений при автоматизированном проектировании. 

Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям 29.03.04 «Тех-

нология художественной обработки материалов» и 35.03.02 «Технология лесозаготовительных 
и деревоперерабатывающих производств».

Подготовлено на кафедре архитектуры и дизайна изделий из древесины.

ISBN 978-5-7882-3200-3
© Сафиуллина А. Х., Сафин Р. Р., Галяветдинов Н. Р.,

Мухаметзянов Ш. Р., 2022

© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 674.06:658.512.011.56(075)
ББК 37.13:32.965я7

О Г Л А В Л Е Н И Е

Введение..............................................................................................................................................................5

1. ПОНЯТИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КАК ПРОЦЕССА.................................................................................8

1.1. Задачи проектировщика..........................................................................................................................9

1.2. Общие сведения о проектировании.......................................................................................................9

2. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ .........................................................14

2.1. Виды обеспечения САПР......................................................................................................................15

2.2. Разновидности САПР............................................................................................................................18

3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР .................................................................................................20

4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР ......................................................................................22

4.1. Информационные технологии, поддерживающие производственные процессы ...........................32

4.2. Внедрение IТ-системы ..........................................................................................................................34

4.3. IT-система для поддержки производственных процессов.................................................................36

4.4. Выгоды и проблемы, возникающие в результате внедрения............................................................40

5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР........................................................................................42

6. ЛИНГВИСТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР.......................................................................................52

7. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР................................................................................................56

7.1. Требования к программному обеспечению САПР.............................................................................59

7.2. Виды программного обеспечения........................................................................................................61

8. ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ .................................................................................................................71

8.1. Функции операционных систем...........................................................................................................71

8.2. Понятие операционной системы..........................................................................................................73

8.3. Ядро операционной системы................................................................................................................75

9. СИСТЕМЫ ЧПУ...........................................................................................................................................79

9.1. Общие сведения о числовом программном управлении ...................................................................79

9.2. Классификация систем ЧПУ (систем числового программного управления).................................82

9.3. Управляющие программы для станков с ЧПУ ...................................................................................87

10. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 
ПРОИЗВОДСТВА ПИЛОМАТЕРИАЛОВ ....................................................................................................93

10.1. Некоторые понятия технологии лесопиления ..................................................................................94

10.2. Основы теории раскроя пиловочного сырья.....................................................................................96

10.3. Расчет поставов на ЭВМ...................................................................................................................105

10.3.1. Алгоритм расчета поставов при распиловке бревен с брусовкой..........................................108

10.3.2. Автоматизированный расчет оптимальных поставов.............................................................110

10.3.3. Примеры программ автоматизации расчета поставов ............................................................115

11. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ 
ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕБЕЛИ .........................................................................................................................125

11.1. Автоматизация раскроя материалов................................................................................................131

11.2. Расчет производственных мощностей.............................................................................................136

12. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЧНОСТНЫХ РАСЧЕТОВ ПАРАМЕТРОВ КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ....139

12.1. Системы автоматизации расчетных задач ......................................................................................140

12.2. Методика автоматизации прочностных расчетов ..........................................................................145

13. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ...............................151

13.1. Обзор существующих САПР корпусной мебели ...........................................................................152

13.2. Автоматизация проектирования корпусной мебели средствами САПР БАЗИС.........................159

13.3. Перспективы развития САПР мебельных изделий ........................................................................172

14. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ bCAD ............................................................................................180

14.1. Продукты на базе bCAD ...................................................................................................................180

14.2. «bCAD Мебель» – произвольное проектирование.........................................................................182

14.3. Особенности проектирования в «bCAD Мебель Про» ..................................................................184

14.4. Проектирование торгового оборудования в bCAD........................................................................186

15. ВЫПОЛНЕНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ .........................................................................................188

Практическая работа 1 ...............................................................................................................................188

Практическая работа 2 ...............................................................................................................................198

Практическая работа 3 ...............................................................................................................................207

Практическая работа 4 ...............................................................................................................................227

Практическая работа 5 ...............................................................................................................................243

Практическая работа 6 ...............................................................................................................................281

Заключение......................................................................................................................................................298

Библиографический список...........................................................................................................................299

В В Е Д Е Н И Е

Прогресс науки и техники, потребности в новых промышленных 

изделиях обусловливают необходимость выполнения проектных работ 
большого объема. Проектирование машин и систем машин является 
многоэтапным динамическим процессом, творческим, многоплановым
и достаточно трудоемким. Как правило, проектирование машин, в том 
числе подъемно-транспортных, строительных и дорожных, а также оборудования 
осуществляется большим коллективом различных специалистов 
с использованием многочисленных расчетных, экспериментальных, 
эвристических методов и приемов.

Современная практика проектирования машин и систем машин 

показывает, что для достижения успеха инженер должен одинаково хорошо 
ориентироваться в нескольких областях:

– в самом объекте, процессе, системе проектирования;
– аппарате обработки и анализа входной и выходной информации 

об объекте, процессе, системе и внешней среде;

– математическом моделировании, которое заключается в умении 

перевести техническое задание с языка проблемно-содержательного на 
язык математических схем и моделей и далее в специальное программное 
обеспечение;

– методах поиска оптимального решения;
– соответствующем программном обеспечении систем автомати-

зированного проектирования (диалоговых системах, банках данных, 
базах знаний и др.);

– свободном владении средствами вычислительной техники.
Требования, предъявляемые к качеству проектов, срокам их вы-

полнения, становятся все более жесткими по мере увеличения сложности 
проектируемых объектов и повышения важности выполняемых ими 
функций. Удовлетворить эти требования с помощью простого возрастания 
численности проектировщиков нельзя, так как возможность параллельного 
проведения проектных работ ограничена и численность 
инженерно-технических работников в проектных организациях страны 
не может быть заметно увеличена. Решить проблему можно на основе 
автоматизации проектирования, т. е. широкого применения вычислительной 
техники.

Цель автоматизации проектирования – повышение качества изде-

лий, 
снижение 
материальных 
затрат, 
сокращение 
сроков 

проектирования изделий и ликвидация тенденции роста числа инженерно-
технических работников, занятых проектированием, повышение 
производительности их труда. Однако не всегда переход от традиционных (
неавтоматизированных) методов проектирования к автоматизированным 
обеспечивает достижение указанной цели. Например, часто 
удается ускорить процесс проектирования без улучшения качества изделий, 
в отдельных случаях не наблюдается непосредственного снижения 
материальных затрат. Тем не менее важен эффект ускорения 
научно-технического прогресса в данной области техники.

Применение компьютеров для решения отдельных проектных за-

дач началось одновременно с их появлением. Однако оно было скорее 
эпизодическим, чем систематическим. Обычно в каждом конкретном 
случае инженер заново составлял программу решения, используя традиционные 
методы проектирования. Поскольку эти методы разрабатывались 
для неавтоматизированного проектирования, их копирование 
при автоматизированном проектировании не могло дать ожидаемого 
эффекта.

Необходим обоснованный выбор методов машинного решения за-

дач, подразумевающий правильный учет возможностей вычислительной 
математики и вычислительной техники для обеспечения приемлемого 
компромисса между требованиями высокой точности, степени 
универсальности, малых затрат машинного времени, а также памяти 
и труда инженеров-проектировщиков на сбор исходной информации.

Для автоматизированного проектирования характерно системати-

ческое использование компьютера при рациональном распределении 
функций между ним и человеком. На компьютерах решаются задачи, 
поддающиеся формализации, при условии, что их машинное решение 
более эффективно, чем ручное. К таким задачам относится выполнение 
многих процедур оформления технической документации, получения 
планов размещения оборудования, решения систем уравнений, описывающих 
процессы в проектируемых объектах, и т. д. Как правило, на 
компьютере не только решаются, но и автоматически составляются системы 
уравнений на основе лаконичного исходного описания объекта 
и имеющихся в памяти компьютера сведений.

Программы разрабатываются единожды, а применяются много-

кратно в различных ситуациях, возникающих при проектировании многих 
объектов. Именно поэтому инженеру-пользователю необходимо 
знать методы и алгоритмы, реализованные в программах САПР, что поможет 
избежать ошибок в формулировке задач, при выборе исходных 

данных, интерпретации результатов и получить их с наименьшими затратами 
общего и машинного времени.

Граница между автоматизированным и неавтоматизированным 

проектированием не может быть четкой. Она зависит от конкретных 
условий и должна изменяться по мере развития математики, вычислительной 
техники и теории проектирования. То, что сегодня представляется 
наилучшим распределением функций между человеком и компьютером 
и оптимальным методом решения, завтра может перестать быть 
таковым в связи с расширением знаний и технических возможностей.

Универсальность многих положений автоматизации проектирова-

ния имеет ту же природу, что и общность приемов математического исследования 
различных физических объектов и явлений. Следует отметить, 
что развитие автоматизации проектирования выражается прежде 
всего в совершенствовании и углублении именно математических приемов 
исследования, поэтому появление и развитие автоматизированного 
проектирования стимулирует создание общей теории инженерного 
проектирования.

1 .  П О Н Я Т И Е  П Р О Е К Т И Р О В А Н И Я  К А К  П Р О Ц Е С С А

В большинстве промышленно развитых стран литература о мето-

дах проектирования стала появляться в 50–60 годах XIX в. До этого времени 
было достаточно знать, что проектирование – это то, чем занимаются 
архитекторы, инженеры, художники-прикладники, когда создают 
чертежи для своих клиентов и для целей производства. На сегодняшний 
день положение изменилось. Имеется много профессиональных проектировщиков, 
подвергающих сомнению методы, которым их обучили, 
и появилось множество новых приемов, призванных сменить традиционные 
процедуры.

Чтобы найти более надежную основу для рассуждений, попытаемся 

дать определение проектирования исходя не из течения самого процесса, 
а из его результатов. Для этого достаточно рассмотреть конец той цепочки 
событий, которая начинается с пожеланий заказчика, включает 
в себя проектирование, производство, сбыт, потребление и заканчивается 
влиянием вновь спроектированного объекта на мир в целом. Единственное, 
что можно утверждать с уверенностью, это то, что общество (мир) 
стало после этого иным, чем оно было до появления данного объекта. 
Если проект был удачным, он вызвал именно такие изменения, на которые 
рассчитывал заказчик. В противном случае (что, вообще говоря, случается 
чаще) его конечное влияние может быть весьма отдаленным от 
расчетов заказчика и прогнозов проектировщика, и все же он и в этом 
случае вызовет изменение того или иного характера. 

Цель проектирования – положить начало изменениям в окружаю-

щей человека искусственной среде. Эту простую, но универсальную 
формулировку можно принять хотя бы в качестве рабочего определения 
того расширяющегося процесса, который когда-то протекал за чертежной 
доской, а сегодня включает в себя научные исследования 
и опытно-конструкторские разработки, снабжение, разработку технологии, 
подготовку производства, сбыт, системное проектирование 
и многое другое. Из определения видно, что оно охватывает деятельность 
не только конструкторов, архитекторов и других профессиональных 
проектировщиков, но также плановиков и экономистов, законодателей, 
администраторов, публицистов, ученых – всех тех, кто стремится 
осуществить изменения в форме и содержании изделий, рынков сбыта, 
городов, систем бытового обслуживания, общественного мнения, законов 
и т. п.

1 . 1 .  З а д а ч и  п р о е к т и р о в щ и к а

Цель проектировщика традиционного типа заключается в том, 

чтобы разработать чертежи, которые могли бы получить одобрение 
клиента, и дать необходимые указания изготовителю. Из определения 
проектирования как процесса, который вызывает изменения в искусственной 
среде, следует, что должны существовать какие-то другие 
цели, достижимые до окончания и даже до начала разработки чертежей. 
Проектирование оказывается все меньше направленным на сам разрабатываемый 
объект и все больше на те изменения, которые должны 
претерпеть производство, сбыт, потребитель и общество в целом в ходе 
освоения и использования нового объекта.

Процесс внесения изменений в искусственную среду представля-

ется как ряд событий, которые начинаются с поступления материалов 
и комплектующих изделий на завод-изготовитель и заканчивается эволюционными 
изменениями в обществе под воздействием системы, в которую 
входит новое изделие. Каждое из этих событий представляет собой 
особый этап в существовании изделия и зависит от предшествующего 
события. Ни заказчики, ни проектировщики не могут непосредственно 
влиять на всю последующую историю изделия, оно выходит 
из-под их контроля еще до поступления в производство. 

Заказчик дает проектировщику ориентировочные указания о том, 

какого будущего состояния внешнего мира он хотел бы добиться. Если 
заказчику необходимо новое здание, в его заказе будут указаны расположение 
и размеры помещений, необходимых для размещаемой системы, 
т. е. будут определены системные требования. В соответствии 
с полученными заданиями проектировщик должен подготовить свои 
предложения. От него требуется тем или иным способом предсказать 
свойства объекта и реакцию на них на каждом этапе его существования. 
Для этого он на каких-то моделях проводит экстраполяцию от известных 
характеристик аналогичных конструкций в прошлом к поведению 
объекта в будущем, в новой среде.

1 . 2 .  О б щ и е  с в е д е н и я  о  п р о е к т и р о в а н и и

Проектирование – это комплекс работ с целью получения описа-

ний нового или модернизируемого технического объекта, достаточных 
для реализации или изготовления объекта в заданных условиях. 

В процессе проектирования возникает необходимость создания описания 
для построения еще не существующего объекта. Получаемые при 
проектировании описания бывают окончательными или промежуточными. 
Окончательные описания представляют собой комплект конструкторско-
технологической документации в виде чертежей, спецификаций, 
программ для ЭВМ и автоматизированных комплексов и т. д.

Рис. 1.1. Стадии проектирования в САПР

Если весь процесс проектирования осуществляется челове-

ком, то проектирование называют неавтоматизированным. Проектирование, 
при котором происходит взаимодействие человека и ЭВМ,
называется автоматизированным. Автоматизированное проектирование, 
как правило осуществляется в режиме диалога человека с ЭВМ на 
основе применения специальных языков общения с ЭВМ. Проектирование, 
при котором все преобразования описаний объекта и алгоритма
его функционирования осуществляется без участия человека, называется 
автоматическим. 

Процесс проектирования можно разбить на следующие стадии 

(рис. 1.1): 

1. На стадии предпроектного исследования (ПИ) осуществляется:

изучение существующих средств производства, их производительности; 
изучение информационных потоков (какие документы входят в состав, 
составление схемы документооборота); обследование материальных 
потоков; исследование уровня подготовки персонала; разработка 
и оформление предварительных требований. На этой стадии создаются 
документы, заявки на создание объекта и ТЭО (технико-экономическое 
обоснование).

Состав ТЭО: 
– исходное положение организации;
– обоснование цели создания изделия; 
– перечень организационно-технических мероприятий (в том 

числе потребность в кадрах); 

– выводы и предложения (определяются затраты на систему, дела-

ется общая оценка экономической целесообразности и необходимости 
внедрения, разрабатываются рекомендации по усовершенствованию 
управления и процесса проектирования). 

2. На стадии технического задания (ТЗ) проводятся научно-ис-

следовательские работы, определяется возможность автоматизации необходимых 
процедур, выявленных на первом этапе, разрабатывается 
техническое задание (ТЗ). ТЗ выполняется разработчиком и заказчиком 
совместно и содержит все необходимые требования и данные для создания 
объекта. Техническое задание включает в себя:

– основание для создания изделия;
– характеристику изделия (общее описание, его параметры, требо-

вание к входным и выходным данным);

– общие требования к изделию (способы функционирования, кон-

структивная реализация, исполнение и т. д.);

– этапы разработки и внедрения, сроки их выполнения
– порядок испытания и ввода в действие. 
3. На стадии технического предложения (ТП) выявляются рацио-

нальные варианты проектируемого объекта, учитывающие требования ТЗ. 

4. На стадии эскизного проекта (ЭП) выполняются ведомости 

технического проекта, пояснительная записка, задания на строительные, 
сантехнические, электротехнические работы, описание и план 
проектных операций.

5. На стадии технического проекта (ТП) принимаются оконча-

тельные решения, дающие полное представление о разрабатываемом 
объекте. Технический проект включает разработку общесистемных вопросов, 
взаимосвязи между подсистемами, связь с другими системами. 
В результате разрабатываются документы и техническое задание на 
разработку специализированных средств.

6. На стадии рабочего проекта (РП), или рабочей документации,

выполняются следующие виды работ:

– детальная разработка объекта;
– разработка документации для монтажа, настройки и эксплуата-

ции объекта;

– создание проектов программ, методик испытания и опытной экс-

плуатации.

Стадии технического и рабочего проектов могут осуществляться

в одной стадии, тогда они называются технорабочим проектом.

7. Стадия изготовления несерийных компонентов предполагает

изготовление, автономную отладку и испытание.

8. Стадия ввода в действие состоит из подготовки организации 

к вводу в действие, строительно-монтажных работ, отделки помещений, 
установки оборудования, пусконаладочных работ, проведения 
опытной эксплуатации (должен быть выполнен полностью план мероприятий 
к внедрению, приняты эксплуатационно-технические средства, 
обучен и подготовлен персонал), проведения приемочных испытаний 
и устранения замечаний, выявленных в результате приемки системы. 
Основным исполнителем данной стадии является заказчик при 
участии разработчика.

Разделив весь процесс проектирования на этапы и операции, 

можно описать их с помощью определенных математических методов 
и определить инструментальные средства для их автоматизации. Затем 
необходимо рассмотреть выделенные проектные операции и средства 
автоматизации в комплексе и найти способы сопряжения их в единую 
систему, отвечающую поставленным целям.

При проектировании сложного объекта различные проектные опе-

рации многократно повторяются. Это связано с тем, что проектирование 
представляет собой закономерно развивающийся процесс. Начинается 
он с выработки общей концепции проектируемого объекта и на ее 
основе – эскизного проекта. Далее приближенные решения (прикидки) 
эскизного проекта уточняются на всех последующих стадиях проектирования. 
В целом такой процесс можно представить в виде спирали, на 
нижнем витке которой находится концепция проектируемого объекта, 
на верхнем – окончательные данные о спроектированном объекте. На 
каждом витке спирали выполняют идентичные с точки зрения технологии 
обработки информации операции, но в увеличивающемся объеме. 
Следовательно, инструментальные средства автоматизации повторяющихся 
операций могут быть одними и теми же.

Практически решить в полном объеме задачу формализации всего 

процесса проектирования очень сложно, однако если будет автоматизирована 
хотя бы часть проектных операций, это себя все равно оправдает, 
так как позволит в дальнейшем развивать созданную САПР на