CAD — компьютерное проектирование¶
CAD (англ. Computer-Aided Design, «компьютерное проектирование») — класс программного обеспечения и методов создания, редактирования, анализа и документирования проектов с использованием вычислительной техники. Термин также обозначает саму методологию проектирования, при которой геометрические модели объектов описываются в цифровой форме и хранятся в электронном виде. CAD-системы применяются в машиностроении, строительстве, электронике, авиации, судостроении и других отраслях, где требуется точная параметрическая модель будущего изделия или сооружения.
¶История
Первые системы автоматизированного проектирования появились в конце 1950-х — начале 1960-х годов в США. Считается пионером направления компания General Motors, разработавшая в 1959 году систему DAC-1 (Design Augmented by Computer) для проектирования кузовов автомобилей. Параллельно развивалась советская школа: в 1960-е годы в СССР были созданы системы «Сетка», «Автограф» и «Кама», ориентированные на конструирование в судостроении и машиностроении.
В 1960-е годы появились первые коммерческие системы: Sketchpad (1963, Иван Сазерленд, MIT) заложил основы интерактивного графического проектирования, а в 1969 году компания Applicon выпустила первый коммерческий CAD-пакет. В 1970-е годы произошёл переход от векторной графики к развёртке на плоскости и появлению трёхмерных моделей. К 1980-м годам CAD стал доступен на персональных компьютерах, что резко расширило область применения.
В России развитие CAD-систем началось в 1960-е годы в рамках отраслевых НИИ и КБ. В 1970-е годы в СССР была создана унифицированная система КАСТ (комплекс автоматизированных систем технологической подготовки производства). В постсоветское время на российском рынке закрепились как зарубежные системы (AutoCAD, CATIA, SolidWorks, Siemens NX), так и отечественные разработки — «Компас-3D», «Р-Компас», «T-FLEX CAD», «Kompas-3D Lite».
¶Принципы работы
CAD-системы строятся вокруг геометрического ядра — математической подсистемы, отвечающей за построение и хранение трёхмерных моделей. К основным типам моделей относятся:
- Каркасные модели — объект описывается рёбрами и вершинами;
- Поверхностные модели — строятся отдельные грани без задания объёма;
- Солид-модели (объёмные) — полное описание тела с физическими свойствами (масса, центр масс, момент инерции).
Основной принцип современного CAD — параметрическое и вариативное проектирование: геометрия задаётся размерами и зависимостями, а изменение параметра автоматически перестраивает модель. Используется также технология BREP (Boundary Representation) — представление тела через его границы.
¶Классификация CAD-систем
| Критерий | Виды |
|---|---|
| По отрасли | Машиностроение, строительство (BIM), электроника (E-CAD), судостроение, авиация |
| По модели | 2D-системы, 3D-системы, гибридные |
| По платформе | Настольные, серверные, облачные |
| По типу лицензии | Коммерческие, свободные (FreeCAD, OpenSCAD) |
¶Связь с другими технологиями
CAD тесно связан с CAE (Computer-Aided Engineering — инженерный анализ и моделирование, например, конечные элементы) и CAM (Computer-Aided Manufacturing — подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ). Совокупность этих технологий образует концепцию CAD/CAM/CAE, а в строительстве — BIM (Building Information Modeling). Результатом CAD-проектирования служат чертежи по ЕСКД, 3D-модели, спецификации и данные для аддитивных технологий (3D-печать).
¶Значение
CAD-системы сокращают сроки проектирования, повышают точность документации и позволяют проводить предварительный анализ изделия до изготовления прототипа. В России развитие собственных CAD-систем является частью политики импортозамещения в сфере промышленного программного обеспечения; отечественные системы используются в оборонной промышленности, космической отрасли и машиностроении.
¶Источники
- ГОСТ 34.201-89 «Информационные технологии. База автоматизированных систем. Виды, комплектность и обозначение автоматизированных систем»
- Сазерленд И. «Sketchpad: человек-машина графического общения» (1963)
- Справочник по машиностроению, т. 3: «Конструирование и расчёт машин»
- Материалы журнала «Компьютерные технологии»