Лекции по КиС
.pdfшедшие с начала появления CAD/CAM/CAE-систем годы стоимость лицензии на них снизилась до нескольких тысяч долларов (например, $6000 у Pro/Engineer).
7.3. Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем
За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация, в которую входят:
− чертежно-ориентированные системы, появившиеся первыми
в70-е гг. пролшого века (и успешно применяющиеся в некоторых случаях до сих пор);
−системы, позволяющие создавать трехмерную электронную модель объекта, которая дает возможность решения задач его моделирования вплоть до момента изготовления;
−системы, поддерживающие концепцию полного электронного описания объекта (EPD – Electronic Product Definition). EPD – это тех-
нология, которая обеспечивает разработку и поддержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное и рабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. При применении EPD-концепции предполагается замещение «компонентно-центрического» последовательного проектирования сложного изделия на «изделие-центрический» процесс, выполняемый проектно-производственными командами, работающими коллективно. Вследствие разработки EPD-концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем
винтегрированные CAD/CAM/CAE-системы.
Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней. Cледует отметить, что это деление является достаточно условным, так как в настоящее время наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двумерными чер- тежно-ориентированными и становятся трехмерными.
Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются
Pro/Engineer, Unigraphics, CATIA, EUCLID, I-DEAS (все они имеют расчетную часть – CAE).
61
В настоящее время на рынке широко используются два типа твердотельного геометрического ядра (Parasolid от фирмы «Unigraphics Solutions» и ACIS от «Spatial Technology»). Наиболее известными
CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являют-
ся: ADEM (Omega Technology); Cimatron (Cimatron Ltd.); Mastercam (CNC Software, Inc.); AutoCAD 2000, Mechanical Desktop и Autodesk Inventor (Autodesk Inc.); Powermill (DELCAM); CADdy++ Mechanical Design (Ziegler Informatics GmbH); семейство продуктов Bravo (Unigraphics Solutions), IronCad (VDS) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); CADKEY 99 (CADKEY Corp.); Pro/Desktop (Parametric Technology Corp.); SolidWorks (SolidWorks Corp.); Anvil Express (MCS Inc.), Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); IronCAD (VDS) и др.
CAD-системы нижнего уровня (например, AutCAD LT, Medusa, TrueCAD, КОМПАС, БАЗИС и др.) применяются только при автоматизации чертежных работ.
CAD/CAM/CAE-системы занимают особое положение среди других приложений, поскольку представляют индустриальные технологии, непосредственно направленные в наиболее важные области материального производства. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, танков, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения CAD/CAM/CAE-систем. За последние годы CAD/CAM/CAE-системы прошли путь от сравнительно простых чертежных приложений до интегрированных программных комплексов, обеспечивающих единую поддержку всего цикла разработки, начиная от эскизного проектирования и заканчивая технологической подготовкой производства, испытаниями и сопровождением. Современные CAD/CAM/CAE-системы не только делают возможным сокращение срока внедрения новых изделий, но и оказывают существенное влияние на технологию производства, позволяя повысить качество и надежность выпускаемой продукции (повышая тем самым ее конкурентоспособность). В частности, путем компьютерного моделирования сложных изделий проектировщик может зафиксировать нестыковку и сэкономить на стоимости изготовления физического прототипа. Даже для такого относительно несложного изделия, как телефон, стоимость прототипа может составлять несколько тысяч долла-
62
ров, создание модели двигателя обойдется в полмиллиона долларов, а полномасштабный прототип самолета будет стоить уже десятки миллионов долларов.
Например, широко известен проект разработки компанией Shorts Brothers фюзеляжа для самолета бизнес-класса Learjet 45 при помощи современных CAD/CAM/CAE-систем. Результаты выполнения проекта просто впечатляют.
Ранее компания «Shorts» использовала в проектно-конструкторс- ких работах проволочное моделирование деталей. В создаваемых «Shorts Brothers» фюзеляжах самолетов обычно насчитывалось до 9500 структурных деталей. Подобные проекты могли потребовать более 440 000 человеко-дней (до четырех лет для завершения проекта).
Фюзеляж Learjet 45 оказался не только наиболее сложным среди существующих, но и был разработан в значительно меньшие сроки (на 40 %), чем его предшественники. Кроме того, примерно в 10 раз было улучшено качество деталей и самой сборки фюзеляжа, а общее число деталей сокращено на 60 % (при снижении объема основных переделок на 90 % по сравнению с предыдущими проектами). Полное время на проектирование и технологическую подготовку производства было сокращено до 125 000 человеко-дней. Общее время разработки и технологической подготовки производства – до 60 000 человекодней, а весь цикл разработки типового фюзеляжа сократился с четырех лет до полутора - двух лет.
Контрольные вопросы
1.Каково назначение CAD/CAM/CAE-систем?
2.Какова классификация CAD/CAM/CAE-систем?
63
8. СИСТЕМЫ КЛАССА PDM/PLM
8.1.Основные понятия
Проблема отслеживания процесса продвижения информации и управления документами на производстве, в условиях современного крупного промышленного предприятия приобретает в настоящее время особую остроту. До недавнего времени ведущие компаниипроизводители программного обеспечения радовали промышленников, в лучшем случае, системами САПР с элементами аналитических программ. Однако инженеры крупных предприятий, первоначально освоив САПР как средство повышения комфорта при проектировании новых изделий, «попутно» значительно повысили производительность своего труда. Оказалось, что теперь даже простое сопровождение новых проектов с отслеживанием изменений и регистрацией утверждений без автоматизации становится тяжелой задачей. «Доморощенные» поделки типа многочисленных и изобилующих ошибками интерфейсов к СУБД на ПК не только не решили задач автоматизации управления технологическими данными предприятий, но и породили у капитанов индустрии стойкий синдром неприятия любых новшеств в этой области. Время тем не менее уже призвало к ответу разработчиков и последние не заставили себя долго ждать – появилась целая плеяда развитых систем управления производственной информацией,
или PDM (Product Data Management).
Косвенным доказательством растущей активности производителей в области PDM является и существенное увеличение всевозможных обзоров и конференций по этой тематике [1 – 5]. Наиболее значи-
тельными конференциями стали: Kalthoff Group EDMS Conference (Чикаго, США) и европейский форум американского консультационного союза CIMdata – PDM Europe-95 (Новдвийк, Нидерланды). Отдельным изданием стал выходить журнал EDM Report, посвященный тематике PDM и, кроме того, рейтинговыми исследованиями PDM-систем занялись такие ведущие аналитические центры, как
Gartner Group, D.H. Brown Associates, Dataquest и др. PDM – относи-
тельно новая технология, и ее рынок сегодня быстро развивается. По оценкам CIMdata, объем продаж систем PDM постоянно возрастает. Основными потребителями этого класса продуктов, а значит, и основными движущими силами развития рынка PDM являются такие
64
отрасли, как аэрокосмическая и автомобильная промышленности и электроника, хотя сейчас к ним присоединяются и представители других направлений, например, энергетические компании.
Определим место систем PDM в общей производственной цепочке. На рис. 6 представлена схема взаимоотношения систем
CAD/CAM/ FEA, PDM и MRP.
Рис. 6. Взаимосвязь систем автоматизации производственных процессов
Системы PDM играют роль связующего звена между этапом ин- женерно-конструкторской подготовки нового изделия и системами
MRP (Manufacturing Resource Planning) или, по простому, разного ро-
да АСУ, решающими задачи автоматизации управления финансами, складским хозяйством, снабжением и сбытом, а также техническим обслуживанием. Типичными системами группы CAD можно назвать
Pro/Engineer, Euclid, Anvil, Cosmos/M, а группы MRP –R3 или Manman/X компании «Computer Associates». Находясь между услов-
ными входами и выходами корпорации, системы PDM аккумулируют все циркулирующие внутри компании данные по продукции, осуществляют планирование процессов и пошаговый контроль – иначе говоря, система PDM является идеальным рабочим местом руководителя проекта. О важности такого рода систем свидетельствует хотя бы такой известный факт, что только 25 % рабочего времени персонала компании, начиная от проектировщика и кончая руководителем проекта, тратится на собственно творческую работу, остальное – это поиск информации и стыковка потоков данных, поступающих от разных подразделений корпорации. Часто оказывается, что проще заново разработать деталь, чем найти информацию по ней, подготовленную некоторое время назад.
65
Системы PDM разрабатываются различными компаниями, которые одновременно занимаются выпуском таких продуктов, как САПР. Несмотря на большое количество альтернативных поставщиков, CIMdata не выделяет какого-то абсолютного лидера рынка PDM вследствие его неразвитости и присоединения к нему все новых и новых участников. Тем не менее в тройку лидеров по продажам продук-
тов PDM за последние три года вошли «Computevision», «HewlettPackard» и «Sherpа». За ними следуют «SDRC», «Intergraph», «Eigner+Partner», «DEC», «Control Data», «IBM», «Workgroup», «Metaphase»
и «EDS». В этом обзоре основное внимание будет уделено продуктам трех ведущих фирм, а также системам компаний Metaphase, Adra, Eigner+Partner и EDS, поскольку в концептуальном плане они представляют наибольший интерес.
Компания «Sherpa» (Сан Хосе, шт. Калифорния) специализируется на разработке систем PDM и занимает одно из ведущих положений на этом рынке. Первый продукт – DMS, реализующий возможности электронных хранилищ данных, компания выпустила в 1986 г. Несколько лет назад компания разработала серию PDM-приложений под названием PIMS, и сегодня все продажи «Sherpa» на рынке PDM состоят из комбинаций DMS с PIMS.
Система DMS/PIMS уже завоевала большую популярность среди пользователей. Это надежный продукт, обеспечивающий сбалансированную комбинацию основных функциональных возможностей, системной архитектуры и удобного пользовательского интерфейса. Стратегией «Sherpa» в последние годы являлось обеспечение качественных возможностей по всем направлениям, присущим системам PDM, а не реализация лучшего из лучших в какой-то одной функциональной области. Большое внимание при работе над своей системой компания уделяла также простоте использования и понимания с точки зрения конечных пользователей. Эта философия простого пользовательского интерфейса роднит «Sherpa» c такими компаниями, как «HP» и «Metaphase», хотя их системы во многом отличаются друг от друга.
DMS/PIMS представляет собой законченное приложение PDM, которое относительно просто настроить на решение задач конкретных пользователей. Подобный же подход реализуют в своих продуктах компании «Metaphase», «Eigner» и «HP». Другая возможность – предоставить пользователю пакет инструментальных средств для реализации приложений PDM, как это сделано в системе Matrix компании
66
«Adra» или в «Digital OpenDATA Manager». Архитектура DMS/PIMS
способна поддерживать крупномасштабные реализации, и на сегодняшний день самые большие реализации PDM принадлежат именно компании «Sherpa».
«Sherpa» прилагает значительные усилия, для того чтобы ее продукт мог быстро реализовываться с минимальными затратами на сопровождение. «Sherpa» – небольшая компания, поэтому в ее интересах снизить затраты на поддержку с целью высвобождения силы на быструю разработку новых программных систем.
«Computervision» (CV, http://www.cv.com/) – хорошо известный во всем мире разработчик систем CAD/CAM. Самые первые возможности управления данными компания включила в свой пакет CADDS еще в 1984 г., а через пять лет была выпущена PDM-система под названием EDM, новая версия которой (1995 год) получила название Optegra. Смена названия, кроме всего прочего, вызвана еще и тем, что
CIMdata зарезервировала сокращение EDM (Enterprise Data Management – системы управления техническими данными в рамках корпорации) за всем классом продуктов и намерена впредь в своих материалах использовать его вместо устаревшего PDM.
Optegra является комбинацией объектно-ориентированной технологии и возможностей, реализованных в старом продукте EDM. При продажах EDM компания опиралась главным образом на клиентов своих CAD/CAM-систем и добилась здесь больших успехов. Однако сейчас CV особенно заинтересована в расширении своего влияния за пределы инсталляционной базы CADDS. Optegra является набором функциональных модулей, которые в совокупности способны реализовать всю палитру функциональных возможностей PDM-системы. Однако стратегия CV в отношении Optegra заключается в предоставлении клиентам готовых программ, ориентированных на поддержку определенных решений, в которых комбинируются программные мо-
дули, сервисы и т.д. Например, Total Data Management (TDM) – про-
грамма общего управления данными, Configuration Management (CM)
– программа управления конфигурацией. Такой подход позволяет решать конкретные задачи рынка и поддерживается специальной маркетинговой программой и программой обучения конечных пользователей. Отличительной чертой Optegra являются способы ее интеграции с наиболее распространенными САПР: CADDS, MEDUSA, Dimension-III, CATIA (IBM/Dassault), Pro/Engineer (PTC), AutoCAD (Autodesk), Design P&D (CV).
67
По данным компании «CIMdata», «Computervision» принадлежит максимальная доля на рынке PDM. Успех компании во многом объясняется ее большим опытом в разработке САПР и обширной инсталляционной базой в этой области. Система Optegra имеет хороший потенциал в плане становления лидером в этой области, особенно в реализациях PDM в инженерных организациях, для которых необходим хороший интерфейс с механическими CAD-системами.
Недавно компания начала реализацию новой программы для работы со своими клиентами, которая вовлекает основных заказчиков компании в процесс разработки спецификаций и усовершенствований для Optegra. Тогда же фирмами «CV» и «SAP» было объявлено о совместной разработке программно-функционального интерфейса между системами Optegra и R/3. В России к началу 1996 г. было произведено несколько инсталляций системы. Наиболее значительные – на Ульяновском автозаводе, на Нижнетагильском металлургическом комбинате. Большой опыт по локализации системы накоплен также программистами УАЗа.
Компания «Hewlett-Packard» не нуждается в специальных представлениях, а ее система – WorkManager – хотя и появилась на рынке PDM сравнительно недавно, но уже успела приобрести хорошую репутацию. В 1993 г. «HP» образовала специальную группу для работы над WorkManager. На рынке это было расценено как знак особого внимания «НР» к технологии PDM и, в частности, к своей системе, которая может стать одним из основных направлений деятельности компании в долгосрочной перспективе.
WorkManager – это гибкая система PDM, которая легко может настраиваться на решение задач конкретных пользователей. Репутация НР, ее опыт и стабильность в бизнесе, как и возможности разработанной системы, дают компании большие шансы на успех на этом рынке. Однако у WorkManager есть и функциональные недостатки и, кроме того, надо отметить отсутствие хорошо подготовленных групп по продажам и поддержке, таких, например, как у «Computervision». Тем не менее, WorkManager получает большой кредит доверия от своих потенциальных пользователей на преодоление имеющихся недостатков и создание новых возможностей.
«Metaphase» – относительно новая компания в индустрии PDM. Она была образована в 1992 г. как совместное предприятие корпора-
ции «Control Data Systems» (CDS) и «Structural Dynamic Research Corporation» (SDRC). Деятельность этих двух компаний по разработке
68
имаркетингу продуктов PDM была объединена с целью созданию новой передовой технологии в этом направлении. Системы EDL от CDS
иDMCS от SDRC занимали ведущие позиции на рынке PDM, обладая при этом различными характеристиками и дополняющими друг друга сильными и слабыми сторонами. Новая компания должна была создать продукт, объединяющий и расширяющий возможности своих предшественников. Первой версией такого продукта является система
Metaphase 2.0.
Metaphase 2.0, как и системы компаний «Sherpa», «Eigner» и «HP»,
является интегрированным PDM-приложением, которое легко настраивается на выполнение задач конкретных пользователей. При этом Metaphase обеспечивает возможности расширения с помощью дополнительных приложений. Metaphase 2.0 реализует качественные возможности по всем основным направлениям PDM и один из лучших пользовательских интерфейсов в этой области.
Бизнес компании «Metaphase» строится не на прямых поставках ее продукта конечным пользователям, а на создании системы связей с другими компаниями, которые используют Metaphase как базовую технологию PDM, дополняют ее своим собственным опытом, возможностями интеграции с другими приложениями и приложениями расширения, после чего выпускают продукт на рынок. Дистрибьютерами «Metaphase» являются, прежде всего, ее «родители» – «CDS»
и«SDRC», и также многие другие компании, список которых продолжает расширяться. За последнее время «Metaphase» установила партнерские связи с компаниями «Bull», «Siemens Nixdorf», «FORMTEK» и «Intergraph».
Компания «Adra Systems» образовала подразделение «Matrix» по разработке системы PDM в 1992 г. Продукт с тем же самым названием вызывает особый интерес на рынке, поскольку является первой реализацией PDM на основе исключительно объектно-ориенти- рованной СУБД. Отсюда вытекают как сильные, так и слабые сторо-
ны этой системы. Благодаря объектно-ориентированному стилю, а также очень удобному пользовательскому интерфейсу система Matrix хорошо настраивается на задачи конкретных пользователей, очень проста в использовании, может легко изменяться и модифицироваться в случае необходимости. Однако использование ООСУБД вызывает не только интерес, но и определенную настороженность со стороны компаний, привыкших работать с более традиционными базами данных. Кроме того, система Matrix – это не стандартное
69
PDM-приложение, а скорее, набор возможностей, которые могут использоваться для построения таких приложений. Это удобно для пользователей, нуждающихся в среде для экспериментов и испытания новых идей по управлению данными и процессами. Но такой продукт может быть негативно встречен организациями, требующими стандартных приложений для работы со своей информацией.
Германская компания «Eigner+Partner», основанная в 1985 г., является основным поставщиком продуктов PDM в Центральной Европе. Ее система CADIM/EDB – это стандартное PDM-приложение, которое легко настраивается на решение задач конкретных пользователей с помощью специальных таблиц, правил и т.д. Разработанная на языке четвертого поколения Dataview, CADIM/EDB является полностью открытым для пользователей продуктом, в который можно легко вносить изменения. «Eigner» уделяет особое внимание поддержке клиентских версий своей системы – разработана серия средств для анализа клиентских кодов, которые используются для поддержки но-
вых версий CADIM/EDB.
CADIM/EDB отражает обширный опыт «Eigner» в области механических CAD-систем. Особенно хорошо эта программа была принята в инженерной среде. Компания затратила много усилий на разработку возможностей интеграции с многочисленными CAD-системами, первоначально – преимущественно механическими, а затем и электронными. Особое значение этих возможностей не в их количестве, а в том, что «Eigner» разработала механизм их поддержки как коммерческих продуктов.
Фирма «EDS Unigraphics» (Мэриленд Хайтс, США http://www.ug.eds.com/) – дочернее предприятие корпорации «General Motors» – одна из ведущих компаний в области САПР в мире. В конце XX века «EDS Unigraphics» (UG) анонсировала новую версию своего продукта класса PDM – IMAN V3.2, представляющую собой комплексное решение по автоматизации документооборота корпорации. IMAN V3.2 содержит большое количество новых возможностей, особенно для конфигурирования и управления документами и прикладными программами. Для навигации по структуре продукта использу-
ется модуль – Advanced Product Structure Manager (PSM) c улучшен-
ным пользовательским интерфейсом, позволяющим осуществлять установку на разные платформы, как UNIX станции, так и ПК. Модуль системного администратора System Administration (SA) облегчает работы по генерации/откатке/восстановлению системы, конфигурации
70