Системы автоматизированного проектирования

Классификация

Классификация по ГОСТ

ГОСТ 23501.108-85 устанавливает следующие признаки классификации САПР:

тип/разновидность и сложность объекта проектирования
уровень и комплексность автоматизации проектирования
характер и количество выпускаемых документов
количество уровней в структуре технического обеспечения

По отраслевому назначению

MCAD (англ. mechanical computer-aided design) — автоматизированное проектирование механических устройств. Это машиностроительные САПР, применяются в автомобилестроении, судостроении, авиакосмической промышленности, производстве товаров народного потребления, включают в себя разработку деталей и сборок (механизмов) с использованием параметрического проектирования на основе конструктивных элементов, технологий поверхностного и объемного моделирования (SolidWorks, Autodesk Inventor, КОМПАС, CATIA);
EDA (англ. electronic design automation) или ECAD (англ. electronic computer-aided design) — САПР электронных устройств, радиоэлектронных средств, интегральных схем, печатных плат и т. п., (Altium Designer, OrCAD);
AEC CAD (англ. architecture, engineering and construction computer-aided design) или CAAD (англ. computer-aided architectural design) — САПР в области архитектуры и строительства. Используются для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и проч. (Autodesk Architectural Desktop, AutoCAD Revit Architecture Suite, Bentley MicroStation, Bentley AECOsim Building Designer, Piranesi, ArchiCAD).

Сравнительная характеристика возможностей Matlab и Mathcad

Типа «wysiwyg». Набор выражений происходит от позиции курсора. Выражений с клавиатуры приходится вводить относительно немного, так как в командном окне имеются различные палитры инструментов.

Три окна: командное окно, все переменные и их типы и окно подсказок. Есть строка приглашения, обозначается знаком «>>». В отличие от Mathcad все функции приходится вводить с клавиатуры.

Работа с массивами и матрицами

Предоставлен достаточный набор функций для проведения различных операций с матрицами и векторами. Некоторые операции можно брать с соответствующей палитры, другие — вводить с клавиатуры или вставлять из меню Вставка->Функции .

Матрицы и вектора формируются при помощи списка элементов. Функции вводятся с клавиатуры.

Различает решение уравнений и систем уравнений. Команды можно набирать с клавиатуры, можно вставлять из меню.

Решает уравнения и системы уравнений функцией с различными параметрами.

Приведен в таблице целый ряд операторов, как простых типа сложения, так и вычисления суммы, произведения, интегралов и производных и т.д., которые можно вводить с клавиатуры или вставлять из соответствующей палитры.

Здесь в отличие от Mathcad все операторы вводятся с клавиатуры в виде отдельных символов и функций. Дан относительно подробный список операторов.

Построены по принципу всех функций: название функции и параметры в скобках. Можно выделить функции упрощения выражения, раскрытия скобок, тригонометрические и целый ряд других.

Здесь в основном используются только функции, которые вводятся с клавиатуры.

Предоставлены шаблоны для создания программ и подпрограмм. В качестве выходного значения указывается последнее значение, вычисленное программой. Также внутри программы можно использовать функции, описанные ранее. Программы пишутся в том же файле, что и все вычисления.

Здесь программы создаются в виде отдельных М — файлов. Если написать программу какой-нибудь функции, то эту функцию можно будет использовать как стандартную. Также в программу можно вставлять комментарии.

Графики строятся на основе имеющихся шаблонов. Основные виды: график в декартовой плоскости, в полярной системе координат, трёхмерный в виде гладкой поверхности, в виде контурных кривых и т.д. Сначала задаётся функция графика, диапазон, затем строится сам график, который можно редактировать.

Функция графика создаётся из командной строки. Графики создаются на формах в определённой системе координат. В команде построения можно указывать свойства графика.

Компьютерные технологии в инженерном проектировании

Компьютерные технологии играют важную роль в инженерном проектировании, обеспечивая более эффективный и точный процесс создания и анализа различных инженерных систем и конструкций.

Программное обеспечение для инженерного проектирования

Существует множество специализированного программного обеспечения, которое помогает инженерам в проектировании различных систем, таких как машины, электрические сети, строительные конструкции и другие. Эти программы позволяют создавать 3D-модели, проводить анализ прочности и динамики, оптимизировать конструкции и многое другое.

D-моделирование и визуализация

С помощью компьютерных технологий инженеры могут создавать детальные 3D-модели своих проектов. Это позволяет им лучше представить конструкцию и ее взаимодействие с окружающей средой. Кроме того, 3D-моделирование позволяет проводить визуализацию проекта, что помогает заказчикам и другим заинтересованным сторонам лучше понять и оценить предлагаемое решение.

Анализ и оптимизация конструкций

С использованием компьютерных технологий инженеры могут проводить различные анализы и оптимизации конструкций. Например, они могут проводить анализ прочности, чтобы убедиться, что конструкция выдержит необходимые нагрузки. Они также могут оптимизировать конструкцию, чтобы улучшить ее эффективность и экономичность.

Симуляция и моделирование

Компьютерные технологии позволяют инженерам проводить симуляции и моделирование различных процессов и систем. Например, они могут моделировать потоки жидкости или газа, чтобы определить оптимальные параметры системы. Они также могут проводить симуляции работы механизмов, чтобы проверить их функциональность и эффективность.

Управление проектами

Компьютерные технологии также помогают инженерам в управлении проектами. С помощью специализированного программного обеспечения они могут планировать и отслеживать выполнение задач, управлять ресурсами и сроками, а также обмениваться информацией с другими участниками проекта. Это позволяет улучшить координацию и сотрудничество, а также ускорить процесс выполнения проекта.

В целом, компьютерные технологии значительно улучшают процесс инженерного проектирования, обеспечивая более точные и эффективные решения. Они позволяют инженерам создавать детальные 3D-модели, проводить анализ и оптимизацию конструкций, проводить симуляции и моделирование, а также управлять проектами. Это делает их неотъемлемой частью современной инженерной практики.

Инженерные расчеты: сравнение Маткад и Матлаб

Базовые функции

Маткад: является программным пакетом для решения инженерных и математических задач, позволяющим работать с алгебраическими уравнениями и оперировать числовыми значениями. Может использоваться для решения задач различной сложности, включая симболические вычисления, дифференцирование и интегрирование.

Матлаб: также является комплексной системой для инженерных расчетов, но предназначена для работы с численными методами и алгоритмами. Позволяет создавать и анализировать матрицы, решать линейные и нелинейные уравнения, а также строить графики и визуализировать результаты расчетов.

Преимущества и недостатки

Маткад: предоставляет более простой и понятный интерфейс, что делает его удобным для работы сначала в обучении студентов, а также имеет отличную поддержку и официальные руководства пользователя.
Матлаб: специализирован для работы с большими объемами данных и отличается более высокой производительностью, поскольку предназначен для решения задач с большими матрицами или нелинейными уравнениями.

Недостатком Матлаба может быть то, что он не слишком подходит для симболических вычислений, которые часто выполняются в более простых программных средах, таких как те же Mathematica и Sympy. Недостатком же Маткада может являться его относительно более высокая стоимость в сравнении с другими программами для инженерных расчетов.

Возможности программирования

Маткад и Матлаб предоставляют пользователю возможность программирования и создания собственных алгоритмов расчетов. Однако, есть несколько отличий в этом плане.

Маткад имеет встроенный язык программирования — Mathcad Programming Language (MPL), который позволяет создавать функции, определять переменные, скрипты и т.д. Интерфейс для программирования может показаться более удобным пользователю, не имеющему опыта в программировании.
Матлаб использует язык программирования MATLAB, который является более универсальным и мощным по сравнению с языком MPL. Это может быть более выгодным для опытных программистов, которые могут использовать весь потенциал языка для создания сложных алгоритмов расчетов.

Итак, обе программы имеют встроенные языки программирования, но они имеют свои особенности и призваны удовлетворить потребности разных категорий пользователей. Возможности программирования зависят от целей и задач, которые пользователь ставит перед собой.

Цены и лицензирование

Цены на программы MatLab и Mathcad зависят от типа лицензии и наличия специальных пакетов. Обе программы предлагают различные варианты для академических учреждений, студентов и коммерческих компаний.

MatLab предлагает следующие типы лицензий:

Individual — для индивидуальных пользователей;
Academic — для студентов и учеников;
Commercial — для коммерческого использования;
Government — для правительственных организаций.

Цены на каждую лицензию могут варьироваться в зависимости от страны и региона.

Mathcad также имеет различные варианты лицензий:

Student — для студентов и образовательных учреждений;
Professional — для профессионального использования;
Enterprise — для коммерческих предприятий и корпораций.

Аналогично, цены на лицензии Mathcad также могут меняться в зависимости от региона и специальных предложений от производителя.

Обе программы предлагают пробные версии на определенный период, чтобы пользователи могли оценить их функциональность и решить, соответствуют ли они их требованиям.

Программа	Типы лицензий	Цены
MatLab	IndividualAcademicCommercialGovernment	Зависят от региона и типа лицензии
Mathcad	StudentProfessionalEnterprise	Зависят от региона и типа лицензии

Что такое МатКад и МатЛаб?

МатКад (Mathcad) и МатЛаб (MatLab) — это программы для инженерного расчета, которые позволяют решать математические задачи и создавать математические модели. Они являются наиболее популярными программами для работы с математическими данными и имеют различные функциональные возможности.

МатКад является программой, предназначенной для решения инженерных задач. Она позволяет создавать математические формулы, таблицы и графики, и работать с данными в режиме реального времени. Программа имеет более интуитивный интерфейс, что делает ее простой в использовании даже для начинающих пользователей.

МатЛаб, в свою очередь, является программой более широкого профиля, позволяя работать не только с числами, но и с графиками, изображениями и звуком. Данная программа является мощным инструментом для решения сложных математических задач, создания математических моделей и проведения исследований в области биоинформатики, геофизики, экономики и других областей. Однако, для работы в МатЛаб требуется овладеть навыками программирования.

В итоге, выбор между МатКад и МатЛаб зависит от того, какие задачи необходимо решать. Если нужна простая и интуитивно понятная программа для решения инженерных задач, то стоит выбрать МатКад. Если же требуется более мощный инструмент для решения сложных математических задач и проведении исследований, то МатЛаб является более подходящим выбором.

Преимущества использования компьютерных технологий в проектировании:

1. Точность и точность: Компьютерные технологии позволяют создавать точные и детальные модели, что помогает улучшить качество проектирования. Они позволяют инженерам и архитекторам создавать 3D-модели, которые могут быть визуализированы и анализированы с высокой степенью точности.

2. Ускорение процесса: Использование компьютерных технологий позволяет сократить время, затрачиваемое на проектирование. Благодаря автоматизации и возможности повторного использования данных и моделей, процесс проектирования становится более эффективным и быстрым.

3. Возможность симуляции и моделирования: Компьютерные технологии позволяют проводить симуляции и моделирование различных сценариев и условий. Это позволяет инженерам и архитекторам проверить работоспособность и эффективность своих проектов до их физической реализации.

4. Легкость внесения изменений: В отличие от традиционных методов проектирования, компьютерные технологии позволяют легко вносить изменения в проект. Это позволяет быстро адаптироваться к новым требованиям и условиям, а также улучшать и оптимизировать проект в процессе его разработки.

Сравнительный анализ инструментов MathCad и MatLab при моделировании динамических систем

Подсистема Simulink пакета MATLAB

Simulink — интегрированный с MATLAB интерактивный инструмент для моделирования, имитации и анализа динамических систем. Он дает возможность строить графические блок-диаграммы, имитировать динамические системы, исследовать работоспособность систем, отлаживать и совершенствовать их. Simulink это платформа для проектирования и имитации работы динамических систем в различных отраслях.

В распоряжении пользователей имеются интерактивная графическая среда и настраиваемые библиотеки блоков, которые позволят с высокой точностью проектировать, создавать и тестировать модели цифровых устройств, средств коммуникации и других динамических систем. Возможности среды Simulink могут быть расширены путем подключения дополнительных модулей, которые позволят решать специфические задачи, связанные с моделированием и проектированием, а также помогут генерировать программный код, реализовывать различные алгоритмы, выполнять тестирование и проверки. Simulink тесно интегрируется с системой MATLAB, предоставляя пользователям мгновенный доступ к внушительному набору средств разработки алгоритмов, визуализации и анализа данных, организации доступа к данным, а также численных расчетов. Имеется возможность быстро создавать, моделировать и эксплуатировать подробные блок-схемы систем, собранные из готовых блоков, предлагаемых в среде Simulink.

Программа Simulink предоставляет набор инструментов для моделирования иерархических структур, управления данными и настройки подсистем. Предлагаемые средства существенно упрощают создание точных и компактных представлений, независимо от сложности исходной системы. Simulink также интегрируется с Stateflow для моделирования поведения, вызванного событиями. Эти преимущества делают Simulink наиболее популярным инструментом для проектирования систем управления и коммуникации, цифровой обработки и других приложений моделирования.

Для построения блок-схем Simulink имеет обширную библиотеку блочных компонентов и удобный редактор блок-схем, являющийся типичным средством визуально-ориентированного программирования.

Программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. Однако Simulink является достаточно самостоятельным инструментом MATLAB и при работе с ним совсем не требуется знать сам MATLAB и остальные его приложения. С другой стороны, доступ к функциям MATLAB и другим его инструментам остается открытым и их можно использовать в Simulink. Часть входящих в состав пакетов имеет инструменты, встраиваемые в Simulink (например, LTI-Viewer приложения Control System Toolbox-пакета для разработки систем управления). Имеются также дополнительные библиотеки блоков для разных областей применения (например, Power System Blockset — моделирование электротехнических устройств, Digital Signal Processing Blockset — набор блоков для разработки цифровых устройств и т.д). Simulink может использоваться, чтобы исследовать поведение широкого диапазона практических динамических систем, включая электрические цепи, амортизаторы, тормозные системы, и много других электрических, механических и термодинамических систем.

При работе с Simulink пользователь имеет возможность модернизировать библиотечные блоки, создавать свои собственные, а также составлять новые библиотеки блоков.

При моделировании пользователь может выбирать метод решения дифференциальных уравнений, а также способ изменения модельного времени (с фиксированным или переменным шагом). В ходе моделирования имеется возможность следить за процессами, происходящими в системе. Для этого используются специальные устройства наблюдения, входящие в состав библиотеки Simulink. Результаты моделирования могут быть представлены в виде графиков иди таблиц.

Преимущество Simulink заключается также в том, что он позволяет пополнять библиотеки блоков с помощью подпрограмм, написанных как на языке MATLAB, так и на языках С++, Fortran и Ada.

Возможности Mathcad

Вот некоторые из основных возможностей Mathcad:

Математические функции и операции: Mathcad предоставляет богатую библиотеку математических функций и операций, которые могут быть использованы для решения широкого спектра математических задач. Это включает функции для работы с различными типами чисел, векторами, матрицами, символьными выражениями и др.
Символьные вычисления: Mathcad позволяет производить символьные вычисления, включая дифференцирование, интегрирование, алгебраические преобразования и решение уравнений. Это облегчает аналитический подход к решению задач и упрощает процесс моделирования.
Визуализация данных: Mathcad предоставляет возможность визуализации данных с помощью графиков и диаграмм. Это позволяет анализировать данные и наглядно представлять результаты расчетов или экспериментов.
Программирование: Mathcad поддерживает возможность создания пользовательских функций и программирования. Это позволяет создавать сложные модели, автоматизировать расчеты и повышать эффективность работы.
Интеграция с другими системами: Mathcad имеет возможность интеграции с другими инженерными и научными программами, такими как CAD/CAM системы, MATLAB, электрические симуляторы и др. Это позволяет пользователю объединять различные инструменты для решения задач и улучшения процесса проектирования.

Благодаря своим возможностям, Mathcad широко используется в научных и инженерных областях, где требуется точное и быстрое решение сложных математических задач.

Литература

The Properties of Gases and Liquids, 3rd Edition, R.C. Reid, J.M. Prausnitz, T.K. Sherwood, McGraw Hill Book Company (1981).
Баталин О.Ю., Брусиловский А.И., Захаров М.Ю. Фазовые равновесия в системах природных углеводородов. — М., Недра, 1992, 272 с.
D.Peng, D.B.Robinson. A New Two-Constant Equation of State. Ind. Eng. Chem., Fundam., Vol.15, No.1, 1976, pp. 59-64.
G.Soave, Improvement of the Van Der Waals Equation of State, Chem. Eng. Sci., Vol. 39, No 2, 1984, pp. 357-369.

HYSIM, HYSYS – торговые марки Hyprotech Ltd.

Pro II, ProVision, Pipeface, Protiss — торговые марки Simulation Sciences, Inc.

Aspen Plus, Speed UP, Dyna Plus — торговые марки Aspen Technologies, Inc.

CHEMCAD — торговая марка ChemStations, Inc.

PROSIM — торговая марка Bryan Research & Engineering, Inc

С небольшими изменениями цитируется по: Технология переработки природного газ и конденсата: Справочник: в 2 ч. — М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002 — ч.1. — с 137. Для всех перечисленных продуктов были разработаны новые версии, о которых можно подробно узнать на сайтах компаний в интернете.

Отличия в интерфейсе Матлаб и Маткада

Матлаб:

Интерфейс Матлаб является графическим и имеет более сложную структуру, чем у Маткада.
Основное окно Матлаб представляет собой рабочую область, где можно создавать, редактировать и выполнять скрипты с использованием языка программирования Matlab.
В Матлаб предусмотрены различные вкладки и панели инструментов, которые содержат все необходимые функции и возможности для работы с данными, графиками и моделями.
Матлаб предоставляет широкий спектр инструментов для анализа данных и построения математических моделей, включая функции оптимизации, аппроксимации, численного интегрирования и дифференцирования.
Для работы с графиками в Матлабе используется отдельное окно, где можно создавать и настраивать оси, добавлять графики, легенду и другие элементы.

Маткад:

Интерфейс Маткада простой и интуитивно понятный для пользователей. Он ориентирован на решение математических задач и работу с символьными выражениями.
Окно Маткада представляет собой рабочую область, где можно создавать и редактировать математические выражения с использованием символов и функций Matcad.
В Маткаде основной упор делается на символьные вычисления и решение уравнений. Здесь предусмотрены различные функции для аналитического решения систем уравнений, интегрирования и дифференцирования.
Маткад также позволяет строить графики и диаграммы, но его возможности в этой области ограничены по сравнению с Матлабом.
Для удобства работы с математическими выражениями в Маткаде доступны различные инструменты и функции, такие как автосуммирование, автозаполнение и автоформатирование выражений.

Таким образом, Матлаб и Маткад имеют различные интерфейсы, ориентированные на разные виды работы. Матлаб подходит для работы с численными методами, моделированием и анализом данных, в то время как Маткад хорошо подходит для символьных вычислений и решения математических уравнений.

ИТ-индустрия: новые реалии

Размышляя об импортозамещении программных продуктов, важно понять фон, на котором оно происходит. Причем это касается не только отечественного строительного сектора, но во многом и всей мировой стройиндустрии

Согласно недавно выполненному исследованию компании McKinsey, строительство по уровню цифровизации среди основных отраслей экономики в мире занимает 22 место, опережая сельское хозяйство, которое расположилось на 23 позиции. За последние 20 лет производительность труда в строительстве ежегодно росла в среднем чуть более 1%.

Еще более критическая ситуация складывается в России. 80% объектов сдаются с превышением сроков и сметы. Во многом это происходит по причине плохо налаженных информационных потоков: до 95% данных не используется, а 90% информации плохо структурировано. Это приводит к тому, что 13% своего времени работник расходует на поиск нужных ему сведений.

В 2020 году цифровизация строительной отрасли была такая же, как в автомобилестроении и машиностроении в 1990 году. С таким уровнем технологического развития невозможно успешно двигаться вперед, решать все более сложные и амбициозные задачи.

Доступность и цена Матлаба и Маткада

Матлаб и Маткад – это два популярных программных продукта, предназначенных для решения математических и инженерных задач. Они обладают рядом сходств, но также имеют и отличия, включая доступность и цену.

Цена является одним из важнейших факторов при выборе программного обеспечения. Матлаб является коммерческим продуктом, и его лицензия требует оплаты. Стоимость различных версий Матлаба может варьироваться в зависимости от того, какую функциональность вы хотите получить и насколько мощное оборудование вам нужно для работы. Существуют различные варианты доступа к Матлабу, от индивидуальных лицензий до корпоративных пакетов.

С другой стороны, Маткад является более доступным для пользователей с ограниченным бюджетом. Существует несколько версий Маткада, включая бесплатную версию, ограниченную по функциональности. Кроме того, существуют более продвинутые версии Маткада, которые требуют покупки лицензии.

Однако, нельзя сказать, что Матлаб недоступен для пользователей с ограниченным бюджетом. MathWorks, разработчики Матлаба, предлагают студентам и образовательным учреждениям существенные скидки на приобретение лицензий. Более того, существуют альтернативные программные продукты с открытым исходным кодом, которые предоставляют похожую функциональность и могут быть намного дешевле или даже бесплатными.

Таким образом, доступность и цена Матлаба и Маткада зависят от потребностей пользователя. Если у вас ограниченный бюджет или вы являетесь студентом или преподавателем, то Маткад может быть более подходящим выбором для вас. Если же вам необходима более мощная и расширенная функциональность, и вы можете себе позволить оплату лицензии, то Матлаб может быть лучшим выбором.

Доступность обучающих материалов и наличие сообщества пользователей

Важным критерием при выборе программы для инженерного расчета является наличие качественных обучающих материалов и сообщества пользователей.

МатКад и МатЛаб имеют большое количество учебных материалов в свободном доступе, что делает обучение более доступным. Также есть множество курсов и видеоуроков, созданных сообществом пользователей, которые помогают освоить программу.

Преимуществом МатКад является удобный и понятный интерфейс, что особенно важно для новичков. Многие обучающие материалы предназначены именно для начинающих пользователей

Сообщество МатЛаб является одним из самых больших в области научных вычислений, что делает его очень активным и помогает пользователям получить ответы на свои вопросы. Также МатЛаб используется в университетах и научных институтах, что приводит к тому, что многие профессионалы предоставляют свои технологии и знания в общий доступ.

Определение

The Matlab – язык программирования и пакет узкоспециализированных приложений. Это сокращенное название от Matrix Laboratory. Соответствующий комплекс представляет собой набор профессиональных инструментов для технических вычислений, а также компьютерного моделирования. Отличается строгими требованиями качества.

The Matlab – мультипарадигменный язык и среда числовых вычислений. Он поддерживает:

работу с матрицами;
отображение функций и данных;
реализацию различных алгоритмов;
создание пользовательских интерфейсов;
взаимодействие с программами, написанных на различных языках.

Википедия указывает на то, что The Matlab кроме числовых расчетов поддерживает дополнительный набор инструментов – символьный движок MuPAD. Он открывает доступ к символьным вычислениям. The Matlab поддерживает дополнительный пакет Simulink, добавляющий графическое многодоменное моделирование, проектирование на основе моделей для динамических и встраиваемых систем.