Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы САПР в машиностроении. Учебное пособие
.pdf
Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АС и целевыми
эффектами, включая конечные результаты, получаемые в результате
автоматизации.
Некоторые специалисты в области САПР на основании своего
практического опыта добавляют еще ряд обоснованных принциповрекомендаций, в том числе следующие [3].
Принцип инвариантности подразумевает, что по возможности
система должна быть инвариантной к объекту проектирования и отрасли, то есть максимально предметно-независимой, универсальной.
Принцип тиражируемости и адаптации утверждает, что систе-
ма должна быть тиражируема и легко адаптируема к возможным изменениям объекта проектирования и условий эксплуатации.
Универсальная САПР характеризуется своей многофункционально-
стью. Хотя ее создание гораздо дороже и сложнее по сравнению со специализированной САПР, предназначенной для выполнения определенных, ограниченных процедур или объектов производства (например,
САПР ТП изготовления деталей типа тел вращения и т. д.), но она гораз-
до более пригодна для тиражирования (копирования) и распространения.
Условия эксплуатации любой тиражируемой системы могут отличаться от тех, для которых она изначально разрабатывалась.
Например, может видоизменяться объект проектирования или среда
его использования. Если принцип инвариантности не соблюден, то
возникают непреодолимые трудности в адаптации системы к изменившимся условиям эксплуатации и объектам проектирования. Поэтому универсальная система отличается наличием большого числа
диалоговых и программных настроек.
Принцип живучести подразумевает, что система должна обеспечивать выполнение заданных функций при воздействиях внешней
среды и отказах ее компонентов в заданных пределах.
Соблюдение принципа живучести обеспечивает устойчивость
САПР к нештатным воздействиям внешней среды и отказам ее компонентов. Повышению живучести способствуют модульность по-
61
строения системы, дублирование подсистем, взаимозаменяемость отдельных компонентов подсистем и т. д.
Кроме этого, можно выделить и так называемые системные свой-
ства САПР [48]:
интеллектуальность – способность совершать целенаправлен-
ные рациональные действия;
эргатичность – удобство использования, а также возможность
адаптации к состоянию и психофизическому типу пользователя;
коллективность – возможность обеспечения коллективной рабо-
ты и параллельного проектирования;
модульность – возможность выделения отдельных функциональ-
ных частей и подсистем;
иерархичность – возможность группировки модулей по несколь-
ким уровням;
декомпозируемость – возможность раздельного и автономного
использования подсистем;
мультиформатность – способность восприятия и вывода ин-
формации в различных форматах.
3. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ РАЕЛИЗАЦИИ САПР
На сегодняшний день на рынке компьютерных систем промыш-
ленной автоматизации представлено очень большое количество программно-методических комплексов и компонент промышленного
назначения как западного, так и отечественного происхождения. Сам
факт такого многообразия инструментария автоматизированного проектирования иллюстрирует сложность и неоднозначность проблемы
выбора и комплексирования САПР.
3.1. МЕЖДУНАРОДНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ САПР
За почти полувековой период существования CAD/CAM/CAE-
систем сложилась их неофициальная международная классификация,
62
согласно которой принято условных разделять все реализации САПР
на несколько уровней (Levels).
До 90-х годов существовало только два противоположных полюса в развитии интерактивных САПР. С одной стороны, развивались
универсальные, с широким диапазоном применения (полномасштабные) системы, работающие на специализированных графических рабочих станциях (системы высшего уровня – High-end), их в России
принято называть тяжелыми.
С другой стороны, появление персональных компьютеров вызвало развитие простейших инженерных программ, автоматизирующих
разработку проектно-конструкторской документации, и прежде всего
двумерное черчение (Low-end – низкоуровневые или Desktop –
настольные), которые считаются легкими.
К середине 90-х гг. вычислительная мощность и графические
возможности персональных компьютеров значительно выросли, и появилась полноценная многозадачная, 32-разрядная операционная система Windows NT (в 1993 г. версия V3.1, в 1996 г. – V4). Это позволило разработчикам создать системы автоматизированного проектирования, которые заняли промежуточное положение между тяжелым
и легким классами (Middle range – системы среднего класса). От первых они унаследовали возможности трехмерного твердотельного моделирования, а от вторых – невысокую цену и ориентацию на платформу Windows.
Средние системы произвели настоящий переворот в мире САПР,
позволив многим конструкторским и проектным организациям перейти с двумерного черчения на трехмерное моделирование [40].
В качестве особого, четвертого класса некоторые специалисты
выделяют объектно-ориентированные программы и системы специального назначения (Special – специализированные системы).
Специализированные САПР. Специализированными называют
промышленные системы, предназначенные для автоматизации решения задач в конкретной предметной области, например, проектировании атомных реакторов, лопаток турбомашин, пресс-форм, или кон-
63
кретной инженерной задачи – трассировка трубопроводов, электрики,
проектирование листовых деталей и т. п. Такие системы могут быть
очень развитыми и сложными, как, например, модули инженерного
анализа. Нередко разработкой высокопрофессиональных специализированных программно-методических комплексов и компонент САПР
занимаются отдельные компьютерные фирмы (ANSYS, FlowVision,
MSC, DelCAM и др.).
Специализированные САПР используются как самостоятельно
для решения узких профессиональных задач, так и в качестве подсистем в составе полномасштабных систем автоматизации.
В рамках международной классификации специализированными
системами можно считать и САПР ТП – системы автоматизированного проектирования технологических процессов. В России современное программное обеспечение САПР ТП в основном создаётся и
функционирует в составе универсальных комплексных САПР среднего класса. Например, одна из самых популярных российских САПР –
ТП АВТОПРОЕКТ (ВЕРТИКАЛЬ) – разрабатывается фирмой АСКОН
и работает совместно с КОМПАС-3D. ТехноПро (фирма ВекторАльянс) интегрируется с T-FLEX (фирма Топ-Системы), TESHCARD
(Белорусская НПП ИНТЕРМЕХ) поставляется с AutoCAD и т. д.
Тяжелые (полномасштабные) системы позволяют комплексно
автоматизировать процесс технической подготовки производства самых сложных и многокомпонентных изделий и объединять коллективы разработчиков вплоть до уровня международной корпорации. Все
признанные High-end системы представлены исключительно разработками американских и западноевропейских фирм. Несмотря на выдающиеся технические характеристики этих программных продуктов,
общее число полноценно функционирующих автоматизированных
рабочих мест полномасштабных систем в российской промышленности относительно невелико. Это объясняется не только высокой ценой, но и сложностью внедрения и эксплуатации систем, построенных на тяжелой платформе. В основном такими программами оснащаются предприятия, имеющие прямые связи с западными фирмами,
для облегчения решения проблемы передачи данных. В этом случае
64
выбор производителя САПР (вплоть до версии и комплектации)
определяется корпоративными стандартами партнера.
Автоматизированные системы среднего класса на российских
предприятиях встречаются значительно чаще. Ниша Middle range – это
рабочее место профессионала, специалиста высокого уровня. У таких
продуктов более явственно проявляется предметная специализация.
Хотя системы одного класса обладают примерно одинаковым перечнем
функциональных блоков, их возможности не всегда равноценны.
Большинство предлагаемых на рынке средних решений успешно
справляются с задачами объемного твердотельного моделирования и
ориентированы прежде всего на автоматизацию труда конструктора.
Некоторые средние системы обладают более развитыми технологическими блоками и подсистемами. Подготовленные с их помощью объемные поверхностные модели используются для создания управляющих
программ для станков с числовым программным управлением. Например,
технологические подразделения некоторых ведущих машиностроительных предприятий в самарском регионе с успехом работают на системах,
построенных на основе продуктов английской фирмы DelCAM (Power
Shape, Power Mill, Power Inspect) и израильской системы Cimatron.
На рынке средних систем небезуспешно и все чаще начинают
проявляться российские разработки, такие как T-FLEX, ADEM,
СПРУТ, ГЕММА-3D, КОМПАС-3D. Несомненным достоинством этих
продуктов является прежде всего учет и реализация отечественных
стандартов, общеизвестных методов расчетов и проектирования. Немаловажна и реалистичная ценовая политика лицензирования, а также преимущества обучения, сопровождения и организации технической поддержки у российских производителей.
Легкие системы в настоящее время являются самыми массовыми и распространенными как в российской, так и в мировой промышленности. Особо следует отметить их присутствие на предприятиях
даже в случае комплексной автоматизации КТПП с использованием
тяжелых и средних компонент САПР. Ниша Desktop-САD/CAM – это
универсальное, типовое рабочее место конструктора и технолога. А
65
главное его предназначение – автоматизация разработки и сопровождения технической документации.
Лучшие из этих прикладных программных средств позволяют не
только повысить качество оформления конструкторских чертежей и
спецификаций, технологических карт, разнообразных схем и ведомостей, но и максимально автоматизировать все рутинные составляющие творческой инженерной работы. В цикле КТПП немало повседневных задач, связанных с созданием, модификацией и изменениями
документов, использованием типовых конструктивов, нормалей и
многого другого, что не требует сложного моделирования, но отнимает у исполнителя много времени и сил.
Сроки и безошибочность разработки комплекта проектной доку-
ментации на изделие до сих пор являются основными показателями
работы инженерных подразделений предприятий. Поэтому легкая инструментальная система, формирующая конечный результат КТПП,
самая массовая как по количеству рабочих мест, так и по охвату различных инженерных служб, часто выступает в роли основного, базового элемента всей автоматизированной системы предприятия. Такие
массовые компоненты и решения в САПР на Западе называют main-
stream (основная линия, основной поток).
Интегрированные САПР. В современных компьютерных тер-
минах практическую задачу «интеграции компьютерных моделей,
используемых на протяжении всех этапов технической подготовки
производства» впервые поставила компания Parametric Technology
(PTC). В 1988 г. тогда еще революционная концепция «полной ассоциативности всех видов данных об изделии на основе единой структуры» была реализована инженерами PТС в системе Pro/Engineer. В
настоящее время аналогичных подходов придерживаются и все
остальные производители полномасштабных САПР.
Опыт ведущих машиностроительных предприятий показывает, что
на практике не удается построить интеграционную цепочку на основе
продукции одного производителя программных средств (гомогенная си-
стема). Чаще всего встречаются комбинации компьютерных комплексов
и компонент различный классов и фирм – гетерогенная система.
66
Интегрированные системы, работающие в едином информационном
пространстве (базе данных проекта по терминологии PTC), позволяют реализовать концепцию так называемой параллельной инженерии (concur-
rent engineering). При таком подходе все проектировщики работают с
комплексной математической моделью, а не с набором различных моделей. Таким образом, с появлением современных интегрированных САПР
возникла новая информационная технология организации КТПП, интегрирующая все работы в цикле «проектирование – расчеты – технологическая подготовка – производство». При этом появилась возможность
внесения изменений в проект на любой его стадии. Единая структура информации о проекте позволяет организовать полную двунаправленную
ассоциативность на всех уровнях проектирования, что значительно ускоряет процессы проектирования и снижает себестоимость разработок.
В сводной табл. 3.1 приведен классификационный перечень базовых
подсистем ведущих мировых и российские разработчиков машиностроительных САПР. В перечне указаны все тяжелые системы, но из средних
и легких программно-методических комплексов в качестве характерных
примеров помещены сведения только о нескольких, принадлежащих ведущим разработчикам, так как в данных сегментах работает множество
компаний, в том числе и российских, которые предлагают самые различные программные продукты промышленного назначения. Многие из
них отличаются оригинальными подходами и обладают уникальными
возможностями для решения прикладных инженерных задач.
Безусловными лидерами, определяющими приоритетные направления развития промышленных автоматизированных систем, в настоящее время считаются несколько международных компьютерных
корпораций, предлагающих самые широкие (полномасштабные) комплексы средств обеспечения. В результате слияний и поглощений одних компьютерных фирм другими разработчиков тяжелых систем
осталось всего три: Siemens PLM Software (до 2007 г. Unigraphics
PLM Software (UGS)) [10], Dassault Systemes, больше известная по
своему заглавному продукту CATIA [11], Parametric Technology
(PTC), разрабатывающая комплекс Pro Engeneer [26].
67
Обширные функциональные возможности, высокая производи-
О
сновные компоненты системы
Windchil
Pro/E
Suite
тельность и эффективность систем «тяжеловесов» достигнуты в результате длительного развития. CATIA появилась в 1982 г.,
Pro/Engineer – в 1988-м, а Unigraphics ведет свое происхождение от
первых CAD-систем, когда в 1976 г. была образована Unigraphics Solutions как дочернее предприятие McDonnel Douglas.
Таблица 3.1
Базовые компоненты основных ведущих мировых и российских
разработчиков машиностроительных САПР
Компания
UGS
(США)
Dassault
Systemes
(Франция)
Класс
CAD CAM CAE PDM
Hi-end Unigraphics
Middle
Low-end
Solid Edge
Solid Edge
2D-Чертеж
Hi-end
Middle
CATIA
SolidWorks
Hi-end
NX/
САМ Base
CAM
Express
– – –
CATIA
CAM
Works
Pro/E Wildfire
NX/
NASTRAN
FEMAP
SIMULIA
Analysis.
Abaqus
Cosmos/
Works
Teamcenter-
Engineering
Teamcenter
Express
ENOVIA
Smarteam
- MatrixOne
- VPLM
SWR-PDM
l
PTC
(США)
Middle
Low-end
Middle
Autodesk
(США)
Low-end
AutoCAD-
Mechanical
Pro/E Foundation Advantage
Basic
– – –
Drafting
Inventor
–
– 2D-FEM
68
Windchill
(On Demand)
Simulation
Productstream
Vault
Топ-
CAD
-3D
ЧПУ
Анализ
FEM
Системы
(Россия)
Middle
Low-end
T-FLEX
T-FLEX
CAD-2D
T-FLEX
– – T-FLEX-DOCs
T-FLEX
T-FLEX-DOCs
APM Studio
ЛОЦМАН: PLM
КОМПАС-
Менеджер
Аскон
(Россия)
Middle Компас-3D Гемма-3D
Low-end
Компас
График
– –
Практически все ведущие разработчики САПР имеют в своем арсенале средние и легкие системы, которые могут работать автономно
на локальных автоматизированных рабочих местах.
Некоторые из лидирующих сейчас компьютерных фирм непосредственно от легких разработок и ведут свое происхождение. С
распространением персональных компьютеров (IBM PC-1981) связана история самой популярной легкой конструкторской САПР
AutoCAD (1986) фирмы Autodesk [29] (первоначально MicroCAD-
1982). АВТОКАД и до сих пор является самым массовым в мире про-
граммно-методическим комплексом САПР, который используется
миллионами проектировщиков (в основном за рубежом) как инструмент для создания плоских чертежей. История большинства интерактивных отечественных САПР также начинается с автоматизации разработки проектно-конструкторской документации.
Многолетними лидерами среднего сегмента САПР выступают
система SolidEdge (SE), созданная в 1995 г. фирмой Intergraph (затем
поглощенной UGS), и SolidWorks (SWR) (принадлежащая Dassault
Systemes), а также собственная разработка корпорации Autodesk –
CAD-система Inventor.
Помимо этих систем, на рынке есть немало других САПР среднего класса, например: Think3, Cadkey, Alibre. Есть среди них и российские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему
КОМПАС, развивающуюся на базе собственного геометрического
ядра, а фирма «Топ-Системы» – программу T-Flex на основе ядра
Parasolid, принадлежащего UGS.
69
Как же объяснить широту и разнообразие рынка автоматизиро-
ванных систем, который не скудеет с течением времени? Ответ достаточно очевиден: различия в промышленных системах все более
определяются не рекордными достижениями отдельных фирмразработчиков, а их масштабом и предметной направленностью. Пока
существуют различные по величине и назначению предприятия, различные инженерные специальности и задачи, будут создаваться разнообразные по характеристикам и целям компьютерные инструменты. У систем каждого уровня есть своя «экологическая» ниша в машиностроении – от масштаба международной корпорации до локальных и узкоспециализированных рабочих мест САПР.
По терминологии, предложенной специалистами DS, средства и
компоненты автоматизации следует разделять на системоцентричные (PLM-centric) и продукто-центричные (product-centric).
Системо-центричные прикладные программы и другие средства
обеспечения обладают выраженными интеграционными качествами
(использование сетевых технологий, централизованных баз данных,
модульность структуры, наличие средств сопряжения с другими системами, ориентация на нисходящее и параллельное проектирование
в составе группы и пр.) и предназначены для комплексирования в
рамках общего PLM-решения.
Продукто-центричные программы предназначены для решения
локальных инженерно-технических задач и отличаются простотой
структуры и интерфейсов, минимизацией требований к техническим
средствам и внешним ресурсам, самодостаточностью информационного и других видов обеспечения. Как правило, они не требуют выполнения большого числа настроек при инсталляции, компактны и
поставляются в виде законченного («коробочного») решения.
По сравнению с широтой охвата («всеядностью») тяжелых си-
стем, у систем среднего класса более заметна и предметная специализация, проявляющаяся не в базовых, а в объектно-ориентированных
подсистемах. Как правило, это выраженная конструкторская (SWR,
SE) или технологическая (семейство PowerSolution, Simatron) направ-
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]