Системы старшего класса

Наиболее интересные и значимые события произошли в классе систем старшего уровня: I/EMS (Intergraph), Catia (IBM), Pro/Engineer (Parametric Technology), EDS Unigraphics, CADDS 5 (Computervision), PE/SolidDesigner (Hewlett-Packard) и Euclid (Matra Division) [1]. Появилось значительно больше оснований называть их уже не CAD-системами, а системами CAD/CAM/CAE и PDM. Имеется в виду, что старый тезис интеграции всего цикла создания изделия от проектирования к анализу и подготовки производства постепенно получает реальное воплощение в программном обеспечении CAD-систем.

Задачу интеграции поставила на первое место компания Parametric Technology (PTC), изначально сделав в своем продукте Pro/Engineer (1988 год) ставку на полную ассоциативность всех видов данных об изделии на основе единой структуры базы. Аналогичные подходы применяют и другие производители. Рассмотрим, к примеру, философию интеграции, выраженную Computervision (CV), в известном подходе EPD [2] "Полное электронное определение изделия".

Раньше разработка изделия обычно включала последовательность работ по проектированию, сборке, испытанию, анализу с итеративным повторением этого цикла до получения нужного результата, что было и дорого, и отнимало слишком много времени. Приемлемой нормой работы во многих отраслях промышленности стало получение "просто хорошей" конструкции. Не оставалось ни времени, ни ресурсов для выполнения "хотя бы еще одной итерации". До того момента, пока не начинался промышленный выпуск, проблемы разработки довольно редко координировались с вопросами подготовки производства.

Типичный для сегодняшнего высокотехнологического производства проект чаще всего охватывает "расширенное предприятие", в котором сотрудничают разработчики, поставщики, производители и заказчики. EPD предполагает замещение "компонентно-центрического" последовательного проектирования на "изделие-центрический" процесс, выполняемый проектно-производственными бригадами, работающими совместно в параллельно-согласованной среде. Поскольку многие из участников проекта и поставщики могут находиться в разных странах, становится понятно, что для обеспечения такой деятельности кроме ПК и локальной сети требуются мощные сетевые серверы, высокопроизводительные графические рабочие станции и глобальная сеть Internet.

Интеграция всех этапов создания изделия - пожалуй, самый революционный прорыв в CAD-технологиях, который позволяет существенно сократить время на разработку, одновременно повысив качество. На чем же она основывается?

Разговоры о полезности интеграции велись очень давно, однако стали воплощаться в практику только тогда, когда в фундамент лег объектно-центричный подход на основе пространственной, как правило твердотельной, модели изделия. Такая модель наиболее точно и наглядно представляет проектируемое изделие, и в нее может быть включена вся существенная информация. Средства реалистичного рендеринга и виртуальной реальности позволяют представить заказчику концептуальный проект его изделия еще на самой ранней стадии проектирования. При необходимости по 3D-модели могут быть построены чертежи.

Современные версии программ технологического анализа - GFEM, NASTRAN, ANSYS, Euclid Analyst - непосредственно воспринимают на входе геометрию твердого тела, автоматически генерируя конечноэлементную сетку, производят на ней расчет и наносят результаты на 3D-модель. Анализ может заключаться в расчете простейших физических характеристик: веса детали, центроидов или в выполнении более сложных видов исследований, включая прочностный, термический, вибрационный, кинематический и динамический анализ. Кроме того, производится имитация таких производственных процедур, как заливка и охлаждение. Для визульной оценки динамики заполнения шаблонов и состояния пропускающих каналов строится мультипликация, которая помогает обнаружить некорректные участки на сварных швах и линиях сплавления в полости детали. Моделирование механообработки позволяет оценить качество детали с точки зрения усадки и деформации (коробления, перекоса, искривления).

Несмотря на безусловный прогресс, системы технологического анализа все еще не лишены недостатков. В частности, основной применяемый в них метод конечных элементов требует наличия у пользователя специальной подготовки и квалификации расчетчика для гарантии достоверности результатов. Недавно со стороны ANSYS были предприняты новые попытки улучшения ситуации в новом приложении AutoFEA 3DValidation. Нельзя не вспомнить об успехе советской науки: в университете Минска был разработан новый математический подход, обходящийся без сетки конечных элементов [4]. Исследовательские работы были начаты в 1981 году и направлены на изучение соударений. Результаты были переданы компании Rand Technologies, которая выпустила продукт Procision для пакета Pro/Engineer.

Сегодня в качестве средства оценки изделия широкое распространение получило быстрое прототипирование (RP). На вход системы RP подаются STL-файлы, генерируемые по 3D-моделям. Применяется несколько разных технологий RP. В стереолитографическом процессе жидкие полимеры послойно отвердевают, принимая нужную форму под воздействием ультрафиолетового лазера. После построения прототип извлекается из формы, помещается в печь для окончательного отвердевания и сушки, далее делается полировка и шлифовка.

Наконец, твердотельная модель открывает уникальные возможности для подготовки производства: достигнуто пятикратное улучшение в точности обработки поверхностей и в четыре - шесть раз сокращено время программирования станков ЧПУ. Повышение качества изделия требует создания высокоточных траекторий инструментов, а для этого нужно генерировать гораздо большие объемы данных, поскольку режущему инструменту при этом необходимо сделать намного больше проходов по каждой траектории. Чтобы создать программу для ЧПУ при изготовлении типовой головки блока цилиндров, требуется работа 3-4 специалистов в течение, примерно, пяти месяцев, при этом генерируется около миллиона точек. Автоматическая генерация из твердотельной модели с помощью, например, CV Toolmaker выполняется за полчаса, учитывается два с половиной миллиона точек и достигается высота гребешков менее 0.0001 дюйма при промышленном стандарте в 0.0005 дюйма.