5.3. Структура cae-систем

Основными частями CAE-систем являются библиотеки конечных элементов, препроцессор, решатель и постпроцессор.

Библиотеки конечных элементов (КЭ) содержат модели КЭ, представленные матрицами жесткости. Модели КЭ разнообразны для различных задач (анализ упругих или пластических деформаций, моделирование полей температур, электрических потенциалов и т.п.), форм КЭ (например, двухмерные или трехмерные элементы), наборов координатных функций.

Препроцессор. Исходные данные для препроцессора – геометрическая модель объекта, чаще всего получаемая из подсистемы конструирования. Основная функция препроцессора – представление исследуемой модели в виде множества конечных элементов.

Решатель – программа, которая собирает модели отдельных КЭ в общую систему алгебраических уравнений и решает эту систему одним из методов разреженных матриц.

Постпроцессор служит для визуализации результатов решения в удобной для пользователя форме. В машиностроительных САПР это графическая форма. Пользователь может видеть исходную и деформированную формы детали, поля напряжений, температур, потенциалов в виде цветных изображений, в которых палитра цветов или интенсивность свечения характеризуют значения фазовой переменной.

Контрольные вопросы

1. Какие функции имеют CAE-системы?

2. Перечислите наиболее известные CAE-системы.

3. В чем состоит метод конечных элементов?

4. Назовите основные составляющие CAE-систем.

6. Cals-технологии

6.1. Основные понятия cals-технологий

CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) – непрерывная информационная поддержка жизненного цикла изделия или продукта. Это стратегия повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятий за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников жизненного цикла продукта [39, 42, 46].

Цель применения CALS-технологий – повышение эффективности деятельности всех участников создания, производства и пользования продуктом за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.

Предмет CALS – технологии информационной интеграции (совместного использования и обмена информацией об изделии, среде и процессах, выполняемых в ходе жизненного цикла продукта).

Основа CALS-технологий – использование комплекса единых информационных моделей, стандартизация способов доступа к информации и ее корректной интерпретации, обеспечение безопасности информации, юридические вопросы совместного использования информации, использование на различных этапах жизненного цикла (ЖЦ) автоматизированных программных систем (CAD/CAM/CAE, MRP/ERP, PDM и др.), позволяющих производить и обмениваться информацией в формате CALS.

CALS-технологии охватывают все стадии ЖЦ изделия:

• маркетинг и изучение рынка;

• проектирование и разработка продукции;

• планирование и разработка процессов;

• закупки;

• производство;

• упаковка и хранение;

• реализация;

• установка и ввод в эксплуатацию;

• техническая помощь в обслуживании;

• эксплуатация и потребление;

• утилизация.

Задачи, решаемые при помощи CALS-технологий:

1. Моделирование ЖЦ продукта и выполняемых бизнес-процессов. Цель бизнес-анализа – выявить существующее взаимодействие между составными частями системы и оценить его рациональность и эффективность. Для этого с использованием CALS-технологий разрабатываются функциональные модели, содержащие детальное описание выполняемых процессов в их взаимосвязи. Формат описания регламентирован CALS-стандартами IDEF и ISO 10303 AP208. Полученная функциональная модель не только является детальным описанием выполняемых процессов, но также позволяет решать целый ряд задач, связанных с оптимизацией, оценкой и распределением затрат, оценкой функциональной производительности, загрузки и сбалансированности составных частей.

2. Проектирование и производство изделия. Совместное, кооперативное проектирование и производство изделия может быть эффективным в случае, если оно базируется на основе единой информационной модели изделия (электронной модели изделия). Разрабатываемая на данной фазе конструкторско-технологическая информационная модель базируется на использовании стандарта ISO 10303 (STEP). Созданная однажды модель изделия используется многократно. В нее вносятся дополнения и изменения, она служит отправной точкой при модернизации изделия. Модель изделия в соответствии с этим стандартом включает: геометрические данные, информацию о конфигурации изделия, данные об изменениях, согласованиях и утверждениях.

3. Эксплуатация изделия. Объемы разрабатываемой документации для сложного наукоемкого изделия очень велики. Решение проблемы заключается в переводе эксплуатационной документации на изделие, поставляемой потребителю, в электронный вид. При этом комплект электронной эксплуатационной документации - интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР), электронные справочники следует рассматривать как составную часть интегрированной информационной модели изделия.

Примеры применения CALS-технологий. С помощью CALS-технологий были созданы истребитель F-22 (США), подводная лодка Viking (Дания, Норвегия, Швеция), самоходная гаубица Crusader (США). В России CALS-технологии впервые стали внедряться на таких предприятиях, как АВПК «Сухой», ОАО «Туполев», Конструкторское бюро приборостроения (Тула), Воронежский механический завод. Эти проекты поддерживаются Минпромнауки РФ, Минатомом РФ.

История развития CALS-технологий. Впервые концепция CALS возникла в середине 70-х годов в оборонном комплексе США в связи с необходимостью повышения эффективности управления и сокращения затрат на информационное взаимодействие в процессах заказа, поставок и эксплуатации средств вооружения и военной техники.

Впоследствии CALS-технологии, доказав свою эффективность, перестали быть прерогативой военного ведомства и начали активно применяться в промышленности, строительстве, транспорте и других отраслях экономики, расширяясь и охватывая все этапы жизненного цикла продукта.

В 1987 году по инициативе 1100 ведущих представителей промышленности США был создан Американский Про­мышленный Управляющий Комитет в области CALS для координации рабо­ты различных организаций США.

Работы по внедрению CALS-технологий велись в 2 этапа. На первом этапе (конец 80-х годов) основное внимание уделялось представлению в электронном виде технической документации. На этом же этапе была определена технология представления технической и конструкторско-технологической документации в электронном формате. На втором этапе (начало 90-х годов), в рамках всемирного консорциума 25 ве­дущих технических организаций США, было достигнуто согла­шение об использова­нии нового «нейтрального» стандарта описания данных ISO 10303 (STEP - Standart for the Exchange of Product Model Data). Сразу же после разработки стандарта STEP была начата разработка стандартов ISO 13584 (PLIB), ISO 15531 (MANDATЕ), предназначенных для описания и представления информации о компонентах и комплектующих изделия, производственно-эксплуатационной среды и обмена данными, которые имеют общую со STEP структуру и технологию построения. Эти стандарты заложили основу CALS-технологий.

Аналогичные проекты в области CALS были созданы в Великобритании, Канаде, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии, Японии, Сингапуре, Малайзии, Индонезии, Таиланде, Китае.

В России, начиная с середины 90-х годов, на CALS начинают обращать свое внимание специа­листы различных отраслей промышленности. Создан Межведомственный Промышленный Со­вет по вопросам CALS при Миноборонпроме РФ. Для организации и осуществления работ по стандартизации в области CALS-технологий (в соответствии с решением коллегии министерства экономики России) в рамках Госстандарта России в 1999 году создан Технический Комитет № 431 «CALS - технологии». В рамках ТК № 431 действует подкомитет № 2 «Представление данных и обмен данными об изделиях и процессах», организованный на базе НИЦ CALS – технологий «Прикладная логистика» и объединяющий специалистов ведущих отечественных предприятий. Работы по подготовке нормативных документов ведутся в соответствии с «Программой стандартизации в области CALS-технологий в 2000 – 2003 г.г.», утвержденной Госстандартом России и рядом заинтересованных министерств и ведомств.

В настоящее время CALS-технологии в России рассматриваются как средство интеграции в мировую экономику и важный инструмент реструктуризации оборонной промышленности, судостроения, авиастроения и других отраслей. CALS-технологии должны развивать внутреннюю и международную промышленную кооперацию, повышать привлекательность и конкурентоспособность промышленных изделий, обеспечивать качество продукции и ускорять взаиморасчеты поставщиков и потребителей.