3154

Вот почему эти системы обычно и считаются системами автоматизированного проектирования. Более того, геометрия, определенная в этих системах, может использоваться и качестве основы для дальнейших операций и системах CAE и САМ. Это одно из наиболее значительных преимуществ CAD, позволяющее экономить время и сокращать количество ошибок, связанных с необходимостью определять геометрию конструкции с нуля каждый раз, когда она требуется в расчетах. Таким образом, можно сказать, что системы автоматизированной разработки рабочих чертежей и системы геометрического моделирования являются наиболее важными компонентами автоматизированного проектирования.

За последние годы CAD - системы, как системы геометрического моделирования, были значительно усовершенствованы: появились средства 3D-поверхностного и твердотельного моделирования, параметрического конструирования.

1.4.3. Системы CAE (Computer-Aided Engineering)

Система CAE (Автоматизированное конструирование)

подразумевает использование специального программного обеспечения для проведения инженерного анализа прочности и других технических характеристик компонент и сборок, выполненных в системах автоматизированного проектирования. Программы автоматизированного конструирования позволяют осуществлять динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий и средств их производства. Традиционные области анализа включают в себя:

−анализ напряжений деталей и сборок методом конечных элементов;

−анализ тепловых и жидкостных потоков методами вычислительной гидродинамики;

−анализ кинематики;

−моделирование динамических механических взаимодействий;

−моделирование производственных операций (литье, прессование и проч.).

30

При проведении любого вида анализа в системах CAE традиционно выделяются три этапа его проведения:

1.предварительная обработка данных (построение по геометрической модели изделия - CAD-данным - требуемой модели исследуемого процесса - например, сетки конечных элементов, точек приложения сил и их векторов);

2.анализ модели с помощью специализированного ре-

шателя;

3.заключительная обработка результатов (визуализация результатов расчетов математической модели).

1.4.4. Системы CAМ (Computer-Aided Manufacturing)

Система CAM (Автоматизированное производство) -

это технология, состоящая в использовании компьютерных систем для планирования, управления и контроля операций производства через прямой или косвенный интерфейс с производственными ресурсами предприятия. Одним из наиболее зрелых подходов к автоматизации производства является числовое программное управление (ЧПУ, numerical control — NC). ЧПУ заключается в использовании запрограммированных команд для управления станком, который может шлифовать, резать, фрезеровать, штамповать и иными способами превращать заготовки в готовые детали. В настоящее время компьютеры способны генерировать большие программы для станков с ЧПУ на основании геометрических параметров изделий из базы данных CAD и дополнительных сведений, предоставляемых оператором. Исследования в этой области концентрируются на сокращении необходимости вмешательства оператора.

Еще одна важная функция систем автоматизированного производства — программирование роботов, которые могут работать на гибких автоматизированных участках» выбирая и устанавливая инструменты и обрабатываемые детали на станках с ЧПУ. Роботы могут также выполнять свои собственные задачи, например, заниматься сваркой, сборкой и переносом оборудования и деталей по цеху.

31

Планирование процессов также постепенно автоматизируется. План процессов может определять последовательность операций по изготовлению устройства от начала и до конца на всем необходимом оборудовании. Хотя полностью автоматизированное планирование процессов практически невозможно, план обработки конкретной детали вполне может быть сформирован автоматически, если уже имеются планы обработки аналогичных деталей.

Вдобавок, компьютер может использоваться для того, чтобы выявлять необходимость заказа исходных материалов и покупных деталей, а также определять их количество исходя из графика производства. Компьютер может также использоваться для контроля состояния станков в цехе и отправки им соответствующих заданий.

1.4.5. Системы PDM (Product Data Management)

Для решения проблем совместного функционирования компонентов САПР различного назначения, координации работы систем САЕ/СAD/САМ, управления проектными данными и проектированием разрабатываются системы, получившие название систем управления проектными данными PDM

(Product Data Management). Системы PDM либо входят в со-

став модулей конкретной САПР, либо имеют самостоятельное значение и могут работать совместно с разными САПР.

Их основным предназначением является управление информацией об изделии (в том числе, проектными данными) на протяжении всего его жизненного цикла. Организацией CIMdata, специализирующейся в области PDM-систем, предложена следующая формулировка: «PDM представляет собой общий термин, охватывающий все системы, которые применяются для управления определяющей информацией о продукте и процессах, используемых для его поддержки и сопровождения». Таким образом, под PDM понимается управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла — начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации.

32

Следует сказать, что в PDM-системах обобщены такие технологии, как: управление инженерными данными

(engineering data management — EDM), управление докумен-

тами, управление информацией об изделии (product information management — PIM), управление техническими данными

(technical data management — TDM), управление технической информацией (technical information management — TIM),

управление изображениями и манипулирование информацией, всесторонне определяющей конкретное изделие.

Все функции полноценной PDM-системы можно четко разделить на несколько групп:

−Управление хранением данных и документов. Все дан-

ные и документы в PDM-системе хранятся в специальной подсистеме – хранилище данных, которая обеспечивает их целостность, организует доступ к ним в соответствии с правами доступа и позволяет осуществлять поиск данных разными способами.

−Управление процессами. PDM-система выступает в ка-

честве рабочей среды пользователей и отслеживает все их действия, в т.ч. следит за версиями создаваемых ими данных. Кроме того, PDM-система управляет потоком работ (например, в процессе проектирования изделия) и занимается протоколированием действий пользователей и изменений данных.

−Управление составом изделия. PDM-система содержит информацию о составе изделия, его исполнениях и конфигурациях. Важной особенностью является наличие нескольких представлений состава изделия для различных предметных областей (конструкторский состав, технологический состав, маркетинговый состав и т.д.), а также управление применяемостью компонентов изделия.

−Классификация. PDM-система позволяет производить распределение изделий и документов в соответствии с различными классификаторами. Это может быть использовано при автоматизации поиска изделий с нужными характеристиками с целью их повторного использования или для автоматизации присваивания обозначений компонентов изделия.

33

−Календарное планирование. PDM-система содержит функции формирования календарного плана работ, распределения ресурсов по отдельным задачам и контроля выполнения задач со стороны руководства.

−Вспомогательные функции, обеспечивающие взаимо-

действие PDM-системы с другими программными средствами,

спользователями, а также взаимодействие пользователей друг

сдругом.

Основной выгодой от использования на предприятии PDM-системы является сокращение времени разработки изделия, т.е. сокращение времени выхода изделия на рынок и повышение качества изделия. Сокращение времени выхода на рынок достигается в первую очередь за счет повышения эффективности процесса проектирования изделия, которое характеризуется четыре аспекта:

−избавление конструктора от непроизводительных затрат своего времени, связанных с поиском, копированием и архивированием данных, что, при работе с бумажными данными, составляет 25 - 30 % его времени;

−улучшение взаимодействия между конструкторами, технологами и другими участниками ЖЦ изделия за счет поддержки методики параллельного проектирования, что приводит к сокращению количества изменений изделия;

−значительное сокращение срока проведения изменения конструкции изделия или технологии его производства за счет улучшения контроля за потоком работ в проекте;

−резкое увеличение доли заимствованных или слегка измененных компонентов в изделии (до 80 %) за счет предоставления возможности поиска компонента с необходимыми характеристиками.

Важнейшей функцией PDM-системы является обеспечение связи САПР (выполняющих задачи инженерноконструкторской подготовки изделий) и ERP-системы, решающих задачи автоматизации управления финансами, складского учета, снабжения и сбыта, а также технического обслуживания. Совместное использование систем PDM, ERP

34

и САПР снимает большинство проблем, связанных с автоматизацией предприятия. Причем, PDM-система является главным связующим звеном между всеми системами в корпоративной информационной среде предприятия. Она аккумулирует все данные по продукции (циркулирующие внутри предприятия), осуществляет планирование процессов и пошаговый контроль.

Поэтому большинство основных разработчиков ERPсистем включают в свои продукты поддержку функций PDMсистем. Например, компании Oracle и Metaphase/SDRC интег-

рировали ERP-систему Oracle Applications с PDM-системой Metaphase 2, а компания Siemens Nixdorf разработала интер-

фейс между Metaphase 2 и SAP R/3. В свою очередь, фирма IFS выделила из своей ERP-системы отдельный PDM-модуль. Третьи фирмы также разрабатывают интерфейсы между ERP- и PDM-системами.

Системы управления данными об изделии в настоящее время достаточно широко реализованы и представлены на российском рынке.

Таблица 1.1 Обзор основных PDM систем на российском рынке

1.4.6. Российский рынок САПР

Термин САПР появился в конце пятидесятых годов, когда Д.Т.Росс начал работать над одноименным проектом в Массачусетском Технологическом Институте (MIT). Первые CAD - системы появились десять лет спустя - в начале 60-х компания General Motors разработала первую интерактивную

35

графическую систему подготовки производства. В 1971 г. создатель этой системы доктор Патрик Хэнретти (Patrick Hanratty)

основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS) и разработал методики, которые составили основу большинства современных САПР. Вскоре появились и другие CAD-пакеты. Одновременно стали появляться и первые CAMпрограммы, позволяющие частично автоматизировать процесс производства с помощью программ для станков с ЧПУ, и CAEпродукты, предназначенные для анализа сложных конструкций. Так, в 1971 г. компания MSC.Software выпустила систему структурного анализа MSC.Nastran, которая до сих пор занимает ведущее положение на рынке CAE.

Однако в массовый продукт САПР-системы превратились лишь тогда, когда в 1983 году компания Autodesk разработала свой знаменитый пакет AutoCAD.

Наиболее бурное развитие САПР происходило в 90-х годах - тогда на поле вышли новые игроки «средней весовой категории», которые заполнили нишу между дорогими продуктами, обладающими множеством функций, и программами типа AutoCAD. В результате сложилось существующее и поныне деление САПР на три класса: тяжелый (Unigraphics NX (EDS), CATIA (Dassault Systemes/IBM), Pro/Engineer (РТС)), средний (SolidWorks (SolidWorks), SolidEdge (EDS), Inventor и Mechanical Desktop (Autodesk), Cimatron (Cimatron), think3 (Think3 S.p.A.), Cadkey (Cadkey Power Solutions Delcam) и легкий (AutoCAD (Autodesk), MicroStation (Bently Systems), SurfCAM (2D Surfware), DataCAD (DataCAD), IntelliCAD (CADopia), TurboCAD (IMSI)). Такая классификация возникла исторически, и хотя уже давно идут разговоры о том, что грани между классами постепенно стираются, они продолжают существовать, так как системы по-прежнему различаются и по цене, и по функциональным возможностям.

К отечественным разработкам относятся: КОМ-

ПАС(CAD/CAM/PDM) – Аскон, T-Flex(CAD/CAM/CAE/ PDM) - «Топ Системы», ADEM (CAD/CAM/PDM) - Omega Adem Technologies, Sprut (CAD/CAM/CAE) - «СПРУТ-Технология»,

36

APM WinMachine (CAD/CAE) - НТЦ АПМ, PartY Plus (PDM) - «Лоция Софт», КРЕДО (CAD/CAM/CAE) - НИЦ АСК, Интер-

мех (CAD/CAM/PDM) - «Интермех», NormCAD (расчеты и подготовка документации) - «Сапротон», ГеММа-3D (CAD/CAM) - НТЦ ГеММа.

Следует добавить, что кроме универсальных САПР также выпускаются и различные специализированные продукты, например, для инженерного анализа, расчета трубопроводов, анализа литья металлов, проектирования металлоконструкций и множества других конкретных задач: MSC.visualNastran (MSC.Software), Ansys (Ansys), AutoPlant (Rebis), «АстраНова» (НИЦ «СтаДиО»), CADWorx (COADE), Revit (Autodesk), Robot Millennium (RoboBAT), Architectural Desktop (Autodesk), StruCAD (AceCad Software), HyperSteel (DSC CAD/CAM Technologies).

Рассмотрим более подробно самые известные САПРрешения на российском рынке.

AutoCAD. Самая популярная в мире система автоматизированного проектирования и выпуска рабочей конструкторской и проектной документации. С его помощью создаются двумерные и трехмерные проекты различной степени сложности в области архитектуры и строительства, машиностроения, генплана, геодезии и т.д. Формат хранения данных AutoCAD де-факто признан международным стандартом хранения и передачи проектной документации.

AutoCAD является платформой, на которой построено множество специализированных программ, имеющих общий формат хранения данных. Высокопрофессиональные приложения от авторизованных разработчиков Autodesk дополняются утилитами и программами, которые (с помощью встроенных языков программирования) создают сами пользователи.

На сегодня AutoCAD охватывает весь спектр инженерных задач: создание трехмерных моделей, разработка и оформление чертежей, выполнение различного рода расчетов, инженерный анализ, формирование фотореалистичных изображений готовой продукции.

37

T-FLEX CAD. Система параметрического проектирования и черчения T-FLEX CAD является разработкой российской фирмы «Топ Системы». Система обладает следующими основными возможностями: параметрическое проектирование и моделировании; проектирование сборок и выполнение сборочных чертежей; полный набор функций создания и редактирования чертежей; пространственное моделирование, базирующееся на технологии ACIS; параметрическое трёхмерное твёрдотельное моделирование; управление чертежами; подготовка данных для систем с ЧПУ; имитация движения конст-

рукции. http://www.tflex.com, http://www.topsystems.ru.

bCAD - программный проект, направленный на разработку новых технологий 3D графики и САПР, а также программ для 2D эскизирования и точного черчения, 3D моделирования и фотореалистичного тонирования, программная система 3D моделирования и визуализации для PC. bCAD спроектирован и разработан как универсальное рабочее место проектировщика, позволяющее производить широкий спектр работ в сквозном режиме - от чертежа к объёмной модели и наоборот - от трёхмерного представления к плоским проекциям: для исполнения технической документации, соответствующей требованиям стандартов, для получения реалистичных изображений, подготовки данных для расчётных систем. Сочетает в себе CAD, 3D моделирование и фотореалистичную визуализа-

цию. http://www.propro.ru.

КОМПАС. Один из лидирующих российских продуктов. CAD-система, предназначенная для широкого спектра проект- но-конструкторских работ, лёгкая в освоении, удобная в работе и при этом имеющая стоимость, приемлемую для комплексного оснащения российских предприятий, в том числе средних

ималых. Позволяет осуществлять двумерное проектирование

иконструирование, быструю подготовку и выпуск разнообразной чертёжно-конструкторской документации, создание технических текстово-графических документов. Разработчик –

«Аскон». http://www.asсon.ru/.

38

CADMECH - система проектирования деталей и сборочных единиц на базе AutoCAD. CADMECH Desktop - трехмерная система проектирования деталей и сборочных единиц на базе Mechanical Desktop. Разработчик - НПО «Интермех»,

Минск. http://www.intermech.host.ru.

CADRA. Система двумерного проектирования и черчения для машиностроения. Разработчик - SofTECH, Inc., США. http://www.softech.com.

CADkey. 3D графический пакет для проектирования, твёрдотельного, поверхностного и каркасного моделирования, визуализации и документирования простых и сложных деталей и сборочных единиц. Разработчик - Baystate Technologies,

США. http://www.cadkey.com.

DesignCAD Pro. Система двумерного и трёхмерного проектирования и моделирования для профессиональных конструкторов и проектировщиков. Разработчик - ViaGrafix,

США. http://www.viagrafix.com.

IronCAD. Система автоматизированного проектирования для машиностроения. Обеспечивает двумерное проектирование и трёхмерное твердотельное моделирование. Разработчик - Visionary Design Systems, Inc., США. http://www.ironcad.com.

BlueCAD является 2D/3D CAD - системой для работы на персональных компьютерах. Разработчик - CADWare, Италия. http://www.cadware.it.

Surface Express. Система поверхностного моделирова-

ния. Разработчик - MCS, Inc., США. http://www.mcsaz.com.

RhinoCeros. Распространённая система NURBS - моде-

лирования. Разработчик - Robert McNeel & Associates, США. http://www.rhino3d.com.

CADdy. По функциональным возможностям занимает промежуточное положение между системами низкого и высокого уровней. Предназначена для решения комплексных интегрированных технологий от стадии проектирования до стадии производства. Разработчик - фирма ZIEGLER-Informatics GmbH, Германия. http://www.caddy.ru, http://www.plaza.ch.

39