История cam-систем

Автоматизация технологической подготовки производства в системах CAM не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования в системах CAD. Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 г. в США. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением. В СССР Г.К.Горанский создает программы для расчетов режимов резания в первой половине 60-х годов. В.Д.Цветков, Н.М.Капустин, С.П.Митрофанов и др. разрабатывают методы синтеза технологических процессов в 70-е годы.

История АСТПП включает также ряд событий, связанных с созданием и развитием АСУТП и гибких производственных систем.

Первый язык для управления станками, был создан в МТИ (Массачусетском Технологическом Институте) Д.Россом в 1960 г.

Начиная с 80-х годов прошлого века, проводились работы по внедрению гибких производственных систем (ГПС).

В конце 80-х годов появилась концепция компьютеризированного интегрированного производства (КИП), подразумевающая новый подход к организации и управлению производством. Новизна заключалась в интеграции систем автоматизации технологических процессов и информационных систем управления предприятием.

Одним из первых стал проект автоматизированного завода (АЗ), реализованный в Японии фирмой Mazak, для производства деталей металлорежущих станков. Завод включал в себя: комплекс гибких производственных модулей (ГПМ) и ГПС, автоматизированные склады, робокарную транспортную систему. Предусматривалось использование компьютерных сетей для сервисной и технической поддержки филиалов, а также взаимодействия с предприятиями-поставщиками комплектующих изделий.

В СССР для реализации КИП разрабатывался ряд проектов в соответствии с Государственной научно-технической программой "Технологии, машины и производства будущего". В 1988 г. начались работы по созданию АЗ "Красный пролетарий" по производству металлорежущих станков и "Тверского завода штампов". Было выполнено предварительное проектирование АЗ, изготовлены опытные образцы нового оборудования, создан испытательный полигон, созданы основные компоненты интегрированной автоматизированной системы управления. Однако проекты не были реализованы в полном объеме.

В период 1985-1995 гг. в разных странах было создано около 20 КИП с различным уровнем автоматизации, из которых восемь АЗ выпускали металлорежущее оборудование, четыре – изделия для аэрокосмической промышленности (в США), остальные КИП были ориентированы на выпуск различных агрегатов широкой номенклатуры, включая компоненты вычислительной техники и электрических машин.

В настоящее время среди российских САМ систем выделяются TechnologiCS, Техтран, Вертикаль и др.

История моделирования и cae-систем

Имитационное моделирование (ИМ) развивается с 60-х годов ХХ века.

Язык имитационного моделирования GPSS был создан в 1961 году Дж.Гордоном. В 1978 г. Дж. Хенриксеном (компания Wolverine Software) разработана программа GPSS/H. В 1984 компанией Minuteman Software под руководством С. Кокса разработана программа GPSS/PC для компьютеров IBM PC, а в 2000 году – новая версия GPSS World 2000. В новых версиях увеличено число операторов, добавлены средства моделирования аналоговых и гибридных систем, расширены средства графического интерфейса, дополнительно включен PLUS -язык программирования нижнего уровня моделирования.

В 1963 г. в Rand corp. H.Markowitz с коллегами создал общецелевой язык моделирования SIMSCRIPT.

Первым объектно-ориентированным языком программирования стал язык имитационного моделирования Симула-67 (Simula 67). Он разработан и программно реализован в конце 60-х годов норвежцами К. Нюгором и У.-Й. Далем.

Сети Петри впервые описаны Карлом Петри в 1962 году.

В системах инженерных расчетов и анализа CAE центральное место занимают программы моделирования полей физических величин, прежде всего это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ).

Метод конечных элементов разработан к 1950 г. специалистами, работающими в областях строительной механики и теории упругости. В 1963 г. был предложен сравнительно простой способ применения МКЭ для анализа прочности путем минимизации потенциальной энергии. Появились программно-методические комплексы для анализа и моделирования на основе МКЭ.

В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, ставит задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и начал эксплуатироваться. Стоимость разработки, продолжавшейся 5 лет, составила 3-4 млн долларов. Одной из компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation). С 1973 г. MSC (с 1999 г. компания называется MSC.Software Corporation) самостоятельно продолжает развивать пакет MSC.NASTRAN, который стал мировым лидером в своем классе продуктов. Одна из версий NASTRAN под именем NX NASTRAN включена с состав САПР Unigraphics.

В 1976 г. разработан комплекс DYNA3D (позднее названный LS-DYNA), предназначенный для анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур.

К числу лидеров программ CAE следует отнести также комплекс Ansys (ядро Parasolid). Интересно отметить, что с помощью средств многоаспектного моделирования, реализованных в Ansys, продемонстрирована возможность совместного моделирования электромагнитных, механических и тепловых процессов при проектировании микроэлектромеханических устройств.

Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams, разработанный и развиваемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 г. Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) – кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.

Для проектирования систем, функционирование которых основано на взаимовлиянии процессов различной физической природы, важное значение имеет возможность многоаспектного моделирования. Теоретические основы многоаспектного моделирования на базе аналогий физических величин рассматривались Г.Ольсоном (1947 г.), В.П.Сигорским (1975 г.) и были реализованы в программах моделирования ПА6 – ПА9, разработанных в МВТУ им. Н.Э.Баумана в 70-80-е годы. Основные положения многоаспектного моделирования в 1999 г. были закреплены в стандарте IEEE, посвященном языку VHDL-AMS.

Системы инженерных расчетов и моделирования в машиностроении появились позже систем моделирования в радиоэлектронике. В 1971 г. П. Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), которой суждено на многие годы быть ведущей компанией в области машиностроительных CAE систем. В частности, компания MSC Software разработала или обладает правами распространения таких известных продуктов, как MSC.Nastran, MSC.Patran, ADAMS и др.

В 1999 г. EDS Unigraphics приобрела компанию Applicon, известного игрока в области автоматизации проектирования электронных приборов и устройств. В 2001 г. компания была переименована в UGS. EDS выкупила все акции и приобрела SDRC – бывшую компанию конкурента Unigraphics и объединила их в единое направление бизнеса под названием EDS PLM Solutions. В 2004 г. EDS продала EDS PLM Solutions частной группе компаний, состоящей из Bain Capital, Silver Lake Partners и Warburg Pincus. В 2005 г. UGS приобрела компанию Tecnomatix Technologies Ltd.[4]

24 января 2007 года концерн Siemens AG объявил о намерении приобрести компанию UGS Corp. – разработчика программного обеспечения PLM и PDM за $3,5 млрд. Сделка была завершена 4 мая 2007 года, UGS Corp. стала Siemens PLM Software и вошла в состав подразделения Siemens Industry Automation Division.