САПР-система: что это такое, для чего она нужна и какие виды бывают

САПР (Система Автоматизированного Проектирования), или в английской терминологии CAX-системы - это программно-аппаратный комплекс для автоматизации проектно-конструкторских работ, созданный для снижения временных затрат на моделирование и для повышения эффективности и качества итоговой продукции. CAD-системы используются для создания геометрических моделей и конструкторской документации. Подготовка управляющих программ для ЧПУ-оборудования выполняется в CAM-системах на основе CAD-моделей.

В этой статье мы расскажем, какие есть виды САПР, какие у них возможности и преимущества, а также поделимся топом программ на 2025 год.

Что такое САПР простыми словами

САПР - это компьютерная система для создания проектов с помощью математических моделей, 2D и 3D моделирования и чертежей. Существуют различные типы САПР, которые применяются для подготовки управляющих программ для лазерных станков резки металла, токарных и фрезерных станков с ЧПУ и другого технологического оборудования:

• Позволяют автоматизировать процесс подготовки станка и создания изделий;
• Дают производить расчеты относительно надежности и целостности будущей продукции, что позволяет минимизировать ошибки и расход материала;
• Ускоряют процесс работы;
• Обеспечивают воспроизводимость изделий в пределах заданных конструкторских допусков и технологических возможностей оборудования;
• Повышают эффективность производства.

САПР является общим названием на русском языке для трех разновидностей систем, которые в английском известны под названиями:

• CAD, или Computer-Aided Design. Служит для автоматизированного проектирования
• CAM, или Computer-Aided Manufacturing. Служит для автоматизированного производства
• CAE, или Computer-Aided Engineering. Служит для автоматизированного конструирования

История развития САПР

Историю появления САПР можно разделить на четыре основных этапа: от 70-х до настоящего времени.

70-е. Время, когда в цифровое пространство стали переносить чертежи. Для этого использовались программы САЧ (системы автоматизированного черчения). Также в это время начинают применяться в моделировании разработанные П. Безье параметрические кривые (сплайны Безье). В этот период закладывались основы компьютерной графики, которые позже легли в базу современных САПР.

80-е. Это период активного развития технологий, микрокомпьютеров и различных ПО. Здесь же появились системы 3D моделирования, CAD и CAM. В 1982 году компания Autodesk выпустила первую версию AutoCAD - одной из первых CAD-систем для персональных компьютеров. Важнейшим достижением десятилетия стало внедрение технологии NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) - математического аппарата для точного описания сложных поверхностей, который до сих пор остается основой 3D-моделирования в современных САПР.

90-е. В это время появился общий стандарт единого формата файлов, благодаря чему упростилась работа между программами. В 1994 году был принят международный стандарт STEP (ISO 10303) для обмена данными между различными САПР, что существенно упростило кооперацию производителей и интеграцию систем разных классов. Плюс, появилась CAE система.

Сейчас САПР используется:

• Для домашних проектов и в маленьких мастерских;
• На крупных производствах по производству рекламы, мебели и техники;
• В особо требовательных к качеству промышленностях - аэрокосмической, судостроительной, архитектурной и так далее.

Функциональные типы САПР

CAD

Основная функция этой системы - проектирование на стадии разработки, определения геометрии изделия, от которой будут зависеть все остальные этапы производства. Программы CAD могут:

• Экспортировать данные в различных форматах: собственные форматы (DWG, DXF для AutoCAD), нейтральные форматы обмена (STEP, IGES), форматы геометрических ядер (Parasolid, ACIS)
• Создавать техническую документацию с автоматической простановкой размеров, допусков и спецификаций

CAM

Эта система уже связана с производством: она служит для подготовки созданных проектов и моделей для использования на ЧПУ станке. В ней:

• Определяется оптимальная траектория перемещения инструмента с учетом технологических ограничений и минимизации времени обработки
• Проводится виртуальная симуляция обработки и проверка коллизий (столкновений инструмента с заготовкой или элементами станка) перед запуском реального производства.

CAE

Анализ, расчеты, симуляции и другие методы диагностики и оценки проекта делаются с помощью CAE систем. Основной метод - МКЭ (Метод Конечных Элементов, или FEA - Finite Element Analysis), позволяющий разбить модель на множество элементов и рассчитать поведение каждого под нагрузкой. Они позволяют:

• Осуществлять оптимизацию топологии - автоматический поиск оптимальной формы детали при заданных ограничениях по массе и прочности

CAPP

Следующая система расшифровывается как Computer-Aided Process Planning. Это программное обеспечение нужно для планирования технологических процессов. CAPP позволяет:

Как САПР системы работают вместе

Все эти системы могут работать как и отдельно, так и вместе.

Для обмена данными между разными САПР используются нейтральные форматы:

• STEP (ISO 10303) - наиболее универсальный международный стандарт, сохраняющий не только геометрию, но и структуру изделия, метаданные
• IGES - устаревший, но все еще применяемый формат обмена поверхностными моделями
• Parasolid и ACIS - форматы геометрических ядер, используемые многими современными САПР
• STL - формат для передачи данных в системы аддитивного производства (3D-печати)

Поэтому на крупных производствах используются системы PDM (Product Data Management) - управление данными об изделии, которые обеспечивают централизованное хранение, контроль версий и управление доступом к проектной информации на всех этапах разработки.

Классификация САПР по применению и масштабу

Программы САПР отличаются по своим функциональным особенностям, и некоторые производители подстраивают их под определенные типы работ или отрасли. Поэтому системы разделяются по классу, отрасли применения и масштабам производства, где используются.

По классу

Легкие

Под эту категорию попадают все САПР для работы с 2D и чертежами. У них малые функциональные возможности по 3D моделированию. Но это не мешает выполнять в них примерно 70% базовых задач.

Характеристики:

• Стоимость лицензии: до $1000-2000
• Сборки: до 100-500 деталей
• Основной функционал: 2D-черчение, базовое 3D-моделирование

Средние

Системы среднего класса - САПР с расширенными возможностями параметрического 3D-моделирования, управления сборками и базовой интеграцией с CAM/CAE модулями.

Характеристики:

• Стоимость лицензии: $3000-10000
• Сборки: до 10000 деталей
• Основной функционал: полноценное параметрическое 3D-моделирование, работа со сборками, библиотеки стандартных элементов, интеграция с CAM/CAE

Тяжелые.

Этот тип применяется для самых сложных проектов промышленного масштаба. Внутри программы обязательно будут все инструменты для расчетов, анализов и симуляций.

Характеристики:

• Стоимость внедрения: от $8,000–$15,000/год при подписке или от $20,000–$40,000 за бессрочную лицензию плюс 15–20% годовых на техподдержку. Большинство вендоров приоритезируют подписочную модель.
• Сборки: 10000+ деталей, управление конфигурациями продуктов
• Основной функционал: работа с крупными сборками, PDM/PLM интеграция, распределенное проектирование, полный цикл от концепции до производства

По применению

• Для машиностроения (MechaniCS, ADEM, AutoCAD Mechanical)
• Для архитектуры (AutoCAD, Autodesk Architectural Desktop или Studio, Autodesk Building Systems)
• Для электроники (Catia, AutoCad Electrical, Multisim, Tinkercad)
• Для мебельного дела (SketchUp, PRO100, CAD Pro, БАЗИС) и т.д.

По масштабам

• Локальные
• Корпоративные
• С облаком

Преимущества использования САПР в производстве

• Работа с практически любым типом оборудования: СО2 гравировальные станки, станки для резки металла, листогибочные станки с ЧПУ, ЧПУ-фрезера
• Автоматизация и оптимизация производства. Оформление документов, разработка новых проектов, анализ и само изготовление продукции становится быстрее и эффективнее с поддержкой САПР
• Увеличенная скорость производства
• Экономия. Меньше времени тратится на разработку проекта. Экономия материалов за счет снижения ошибок и брака. Сокращение операционных расходов
• Повышенная точность и качество продукции
• Унификация и сортировка производимой продукции, технологических процессов
• Анализ и тестирование без лишних затрат.

Ключевые преимущества САПР в проектировании и производстве: скорость, точность, автоматизация и снижение брака.

Ограничения и требования к внедрению САПР

При внедрении САПР на производстве важно учитывать не только преимущества, но и объективные ограничения.

Финансовые затраты

• Высокая стоимость лицензий, особенно для тяжелых САПР (от $15000 за рабочее место)
• Расходы на обучение персонала
• Необходимость регулярного продления подписок и обновлений

Технические требования

• Для тяжелых САПР необходимы рабочие станции с профессиональными GPU (NVIDIA RTX A-series, AMD Radeon PRO W-series), сертифицированными для работы с конкретной САПР
• Требования к оперативной памяти: от 16 GB для средних систем, от 32 GB для тяжелых
• Необходимость организации резервного копирования и защиты данных

Временные затраты

• Длительная кривая обучения: от 40-60 часов для освоения базовых операций в легких САПР до 200+ часов для тяжелых систем
• Время на адаптацию производственных процессов под новое ПО
• Период снижения производительности на этапе внедрения

Проблемы совместимости

• Потеря данных при конвертации между разными САПР
• Необходимость использования нейтральных форматов обмена

Сложности при работе с подрядчиками, использующими другие системы

Популярные программы САПР в 2025

Fusion 360

Эта программа от Autodesk сочетает в себе CAD, CAM и CAE. Она может поддерживать работу с пятью осями и часто применяется в машиностроении и для дизайна. В ней создаются чертежи, модели, проводятся тесты, а информация хранится на облаке. Один из плюсов этой программы - в ней одновременно могут работать несколько человек, не нарушая работу друг друга, что полезно при использовании Fusion 360 на большом производстве.

SolidWorks

Это CAD-CAM система для проектирования. Она предоставляет все функции для трехосевой или пятиосевой обработки, 3D моделирования, тестирования и симуляций. SolidWorks имеет большую библиотеку стандартных компонентов и готовых параметров, что ускоряет процесс создания рабочей программы.

Компас-3D

САПР от российских производителей, которое в первую очередь разработано для 3D-моделирования, однако имеет множество дополнений, которые расширяют функционал программы, позволяя настроить ее под частные задачи производств.

Однако у Компаса 3D-проектирование не столь интуитивно, что может вызвать проблемы у новичков. Основной плюс этого САПР - это поддержка отечественных стандартов. Так как она создана российскими разработчиками специально под наши заводы, в ней встроены библиотеки обозначений, шрифты и шаблоны чертежей, соответствующие ЕСКД (Единой Системе Конструкторской Документации) и всем актуальным ГОСТам. Это значительно упрощает подготовку технической документации для российских предприятий.

NanoCAD

Еще одна российская программа, которая относится к виду CAD. Она проста и интуитивна в плане интерфейса и имеет большую библиотеку, в которую можно сохранять собственные шаблоны и программы для оптимизации работы. Из преимуществ: учет ГОСТов и регулярные обновления. Однако NanoCAD не может работать с электрическими схемами, а в 3D-моделировании имеет ограничения.

Частые вопросы о САПР

Что такое чертеж САПР?

Это конструкторская документация в цифровом формате (DWG, DXF и др.), созданная в CAD-системе. Чертеж содержит не только геометрическую информацию об изделии, но и:

• Размеры и допуски изготовления
• Технические требования к материалам и обработке
• Обозначения шероховатости поверхности
• Метаданные (автор, дата создания, версия, история изменений)

В чем разница между САПР и CAD?

САПР - это общее название для систем автоматизации проектирования и производства, объединяющее CAD, CAM, CAE и другие типы систем. CAD является одним из видов САПР, отвечающим именно за геометрическое моделирование и разработку конструкторской документации. То есть CAD - это часть более широкого понятия САПР.

Какие есть стадии проектирования САПР?

• Сначала ставится цель проектирования, то есть будет это разработка определенной детали, узла или продукции.
• Следом составляется ТЗ или Техническое Задание, в котором указываются требования к рабочим операциям, изделию, затраты, стадии разработки и так далее.
• После этого начинается составление ТП или Технического Предложения. Это - ответ на ТЗ, в котором специалист оценивает проект и дает вариант его создания.
• На следующем этапе создается эскиз, после утверждения которого появляется Технический проект, то есть окончательное решение ТЗ. Из Технического проекта создается Рабочий проект, и он отправляется на соответствующий станок для производства.

Какая главная цель САПР?

САПР существует для упрощения работы оператора и ускорения производства, для исключения ошибок и брака, экономии ресурсов и автоматизации процессов.