ПИТ / Лекция 2

могут входить инструментальные средства разработки и сопровождения ПО, интеллектуальные средства поддержки принятия проектных и управленческих решений. Прикладное ПО представлено программно-методическими комплексами и пакетами программ для выполнения проектных процедур.

В настоящее время выбор среди ОС происходит преимущественно между двумя основными – Windows NT или UNIX.

2.4.1. Основные функции и проектные процедуры, реализуемые в прикладном ПО САПР

В состав развитых машиностроительных САПР входят в качестве составляющих системы CAD, САМ и САЕ.

Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного и трехмерного проектирования. К функциям 2D относят черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D – получение трехмерных геометрических моделей, метрические расчеты, реалистичную визуализацию, взаимное преобразование 2D- и 3D- моделей.

Основные функции САМ-систем: разработка технологических процессов, моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки. CAM-системы еще называют системами технологической подготовки производства. В настоящее время они являются практически единственным способом для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

Функции САЕ-систем довольно разнообразны, начиная от расчетов на прочность, анализа и моделирования тепловых процессов до расчетов гидравлических систем и машин, расчетов процессов литья. В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы еще называют системами инженерного анализа.

11

2.4.2. Общая классификация CAD/CAM/CAE-систем

За почти 30-летний период существования CAD/CAM/CAE-систем сложилась их общепринятая международная классификация:

чертежно-ориентированные системы, которые появились первыми в 70-е гг. (и успешно применяются 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 инжиниринга объекта (рис. 2.3). Это технология, которая обеспечивает разработку

иподдержку электронной информационной модели на протяжении всего жизненного цикла изделия, включая маркетинг, концептуальное

ирабочее проектирование, технологическую подготовку, производство, эксплуатацию, ремонт и утилизацию. При применении инжиниринг-концепции предполагается замещение последовательного проектирования сложного изделия на процесс, выполняемый проектно-производственными командами, работающими коллективно. Вследствие разработки этой концепции и появились основания для превращения автономных CAD-, CAM- и CAE-систем в интегрированные CAD/CAM/CAE-системы.

Рис. 2.3. Этапы жизненного цикла изделия

12

Традиционно существует также деление CAD/CAM/CAE-систем на системы верхнего, среднего и нижнего уровней (табл. 2.1).

Таблица 2.1

Классификация CAD/CAM/CAE-систем

К нижнему уровню относятся программы, реализующие 2D модели в виде чертежей и эскизов. На среднем уровне располагаются программные комплексы, которые позволяют создавать трехмерную геометрическую модель методом твердотельного моделирования. Наиболее мощные программные системы сквозного проектирования и производства расположены на верхнем уровне. Системы включают несколько десятков программ – программы конструкторского проектирования механических объектов, промышленного дизайна, функционального моделирования, технологического проектирования, инженерного анализа, обмена данными.

Следует отметить, что это деление является достаточно условным, т. к. сейчас наблюдается тенденция приближения систем среднего уровня (по различным параметрам, в частности по возможностям CAD-систем) к системам верхнего уровня, а системы нижнего уровня все чаще перестают быть просто двухмерными чертежноориентированными и становятся трехмерными.

13

Верхний уровень. В настоящее время системы верхнего уровня являются лидерами в области САПР: Unigraphics NX компании EDS (США), CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которую продает, устанавливает и поддерживает вместе с компанией IBM) и

Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp., США). Их главная особенность состоит в том, что их обширные функциональные возможности, высокая производительность достигнуты в результате длительного развития. Все они далеко не молоды: CATIA появилась в

1981 г., Pro/Engineer – в 1988 г., а Unigraphics NX, хотя и вышла в

2002 г., является результатом слияния двух весьма известных систем

– Unigraphics и I-DEAS, приобретенных вместе с компаниями

Unigraphics и SDRC.

Средний уровень. Средний класс появился относительно недавно – в середине 90-х. До этого существовало только два разделения – первое – мощные системы, работающие на UNIX, и второе – простые программы двухмерного черчения для персональных компьютеров (ПК). Системы автоматизированного проектирования среднего класса унаследовали возможности трехмерного твердотельного моделирования от первых, а от вторых – невысокую цену и ориентацию на платформу Windows. Они произвели настоящий переворот в мире САПР, позволив многим конструкторским и проектным организациям перейти с двухмерного на трехмерное моделирование. Популярность среднего класса среди пользователей постоянно растет, и благодаря этому данная область очень динамично развивается.

Лидерами среднего класса являются системы Solid Edge (разработанная фирмой Intergraph, a теперь принадлежащая EDS), SolidWorks одноименной компании (в настоящее время – подразделение Dassault Systemes), а также Inventor и Mechanical Desktop корпорации Autodesk. Это далеко не полный перечень средних САПР. Среди САПР среднего уровня, наряду с продуктами зарубежных фирм, неплохо зарекомендовали себя системы отечественных разработчиков – это прежде всего системы КОМПАС

14

(компания "Аскон", Санкт-Петербург), T-Flex (компания "Toп Системы", Москва) и АРМ WinMachine (НТЦ АПМ, Москва).

Нижний уровень. Программы нижнего уровня служат для простого двухмерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. И хотя к настоящему времени они обрели некоторые трехмерные возможности, у них нет средств параметрического моделирования, имеющихся в более мощных системах.

Первые системы двухмерного моделирования появились еще в 70- х годах, когда были разработаны средства для изображения линий, окружностей и кривых на экране монитора с помощью макрокоманд и интерфейсов прикладного программирования.

Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-х появлением ПК. В 1982 г. была основана компания Autodesk, которая занялась разработкой САПР для ПК под названием AutoCAD. Сейчас существует множество разнообразных "легких" САПР, включая DataCAD одноименной компании, IntelliCAD фирмы CADopia, и др. Эти продукты проще в использовании и дешевле систем верхних уровней. На сегодняшний день "легкие" системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования.

С каждой новой версией функциональные возможности продуктов всех уровней расширяются, производительность увеличивается, а использование упрощается. Растет внимание к PDM-системам, позволяющим ускорить проектно-конструкторские работы и реализовать популярную концепцию полного инжиниринга изделия за счет внедрения технического документооборота и управления проектами, а в связи с распространением Internet появляются средства для взаимодействия проектировщиков через Всемирную сеть и онлайновые библиотеки типовых деталей.

В САПР крупных предприятий обычно используют программы разных уровней. Связано это с тем, что более 80% всех процедур конструирования можно выполнить на CAD-системах нижнего и среднего уровней, кроме того, системы верхнего уровня дороги.

15

Поэтому предприятие приобретает лишь ограниченное число экземпляров (лицензий) программы верхнего уровня, а большинство клиентских рабочих мест обеспечивается экземплярами программ нижнего или среднего уровней. При этом возникает проблема обмена информацией между разнотипными CAD-системами. Она решается путем использования языков и форматов, принятых в CALSтехнологиях, хотя для неискаженной передачи геометрических данных приходится преодолевать определенные трудности.

2.4.3. Системные среды автоматизированных систем

Системы автоматизированного проектирования относят к числу наиболее сложных и наукоемких АС. Наряду с выполнением собственно проектных процедур необходимо автоматизировать также управление проектированием, поскольку процесс проектирования становится все более сложным и зачастую приобретает распределенный характер. Для управления столь сложными интегрированными системами в их составе имеется специальное ПО – системная среда САПР, называемая в настоящее время системой управления проектными данными или системой управления ЖЦ изделий, – PDM.

История систем управления проектными данными непосредственно связана с развитием САПР. Появление системных сред в САПР ознаменовало переход от использования отдельных не связанных друг с другом программ, решающих частные проектные задачи, к применению интегрированной совокупности таких программ.

Первые системы PDM появились в конце 80-х – начале 90-х годов. Разработкой PDM первого поколения наиболее плодотворно занимались производители САПР верхнего уровня, решая вопросы взаимной увязки конструкторских данных, надежного хранения наработанного каждым из участников проекта, обеспечения нужного уровня доступа ко всей проектной информации, структурированной в соответствии с конструктивным членением изделия. При таком

16

подходе исходными, "базовыми", данными для работы PDM становились, во-первых, структура изделия, во-вторых, структура отношений между участниками проекта, в-третьих, дополнительная производственная информация, относящаяся к проекту в целом.

Областью применения систем PDM первого поколения были группы проектировщиков. Основное препятствие, которое устранялось за счет систем PDM – это несогласованность автоматизированной работы группы проектировщиков. Упорядочение, рационализация и координация движения проектной информации внутри группы конструкторов-проектировщиков и достигалось за счет применения систем PDM первого поколения.

К середине 90-х встал вопрос о расширении рамок применимости систем PDM за границы проектных групп и интеграции систем PDM в общий производственный процесс. Характерной задачей PDM второго поколения стало обеспечение управления всеми проектными данными в соответствии с правилами, устанавливаемыми для участников на каждом этапе работ над изделием – задача управления жизненным циклом изделия. В качестве "параллельной" решалась также задача "сотрудничества" с модулями материально-ресурсного планирования производства.

Второе поколение систем PDM позволило расширить информационный обмен, включив в его сферу все подразделения предприятия, автоматизировать некоторые функции принятия решений при продвижении информации об изделии по этапам жизненного цикла, сократить потери на организацию доступа к общему банку данных предприятия для каждого из клиентов системы PDM. Как результат – применение такого рода систем PDM должно было сократить непроизводственные потери, особенно при выполнении работ над образцами новой техники.

В это же время началось активное продвижение идеи полного электронного определения изделия – идею тотального охвата всех информационных потоков, касающихся изделия, независимо от того, где, кем и для чего они были произведены.

17

Стремление к тотальному охвату информационных потоков потребовало также со стороны систем PDM более тесной интеграции с ERP-системами (системы планирования и управления предприятием

ERP – Enterprise Resource Planning).

Для первых систем PDM третьего поколения характерны следующие особенности: полная реализация идеологии клиентсервер, СУБД, наличие интерфейса с ERP-системами. Базовыми функциональными возможностями систем третьего поколения считаются: контроль структуры изделия, контроль жизненного цикла изделия. Дополнительно решалась задача контроля потока работ каждого конкретного исполнителя. Как результат, применение систем PDM третьего поколения должно было существенно сократить непроизводственные потери не только при выполнении работ над образцами новой техники, но и при организации работ по серийному

имелкосерийному выпуску продукции.

Кконцу 90-х на рынке систем PDM возникли новые задачи, которые нельзя было решить в системах третьего поколения. Речь идет об Internet-технологиях и все более углубляющейся глобализации промышленного производства. В системах PDM четвертого поколения чистая, "классическая", клиент-серверная модель уже перестает работать, необходимо было ориентироваться на широкое использование принципов организации среды Web, особенностей применения HTML и XML для формирования страниц взаимодействия с пользователями системы и т.д. Совокупность всех этих требований приводит к появлению принципиально нового поколения Web-ориентированных систем PDM.

Все функции современной системы PDM можно четко разделить на несколько групп:

управление хранением данных и документов. Все данные 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. При этом

18

документы, хранящиеся в системе, являются электронными документами, т.е., например, обладают электронной подписью;

управление процессами. PDM-система выступает в качестве рабочей среды пользователей и отслеживает все их действия, следит за версиями создаваемых ими данных, в том числе и в географических распределенных подразделениях. Кроме того, PDMсистема 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 повторно использования или для автоматизации присваивания обозначений компонентов изделия;

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 взаимодействие PDM-системы с другими программными средствами, с пользователями, также взаимодействие пользователей друг с другом.

Основным преимуществом использования PDM-системы является сокращение времени разработки и улучшения качества изделия. В результате повышается эффективность процесса проектирования, характеризуемая четырьмя аспектами:

19

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

идругими 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 перехода на электронный документооборот и управление потоком работ в проекте;

увеличение доли заимствованных или слегка измененных компонентов в изделии (до 80%) за счет упрощения процедуры поиска детали с необходимыми характеристиками.

Примеры систем PDM: iMAN (EDS), Windchill (PTC), WorkCenter (Autodesk) и др., среди российских разработчиков – T-FLEX DOCS (Топ Системы), ЛОЦМАН:PLM (Аскон).

У любой РDМ-системы есть свои достоинства и недостатки. Нужно также учитывать, что их внедрение представляет собой непростую задачу и требует адаптации к нуждам предприятия.

Существует много задач, которые можно решить за счет применения PDM-технологии, среди которых можно выделить наиболее распространенные:

создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ изделия;

автоматизация управления конфигурацией изделия;

построение системы качества продукции согласно международным стандартам качества серии ISO 9000 (здесь PDMтехнология играет роль вспомогательного средства);

создание электронного архива чертежей и прочей технической документации (наиболее простой способ применения PDMтехнологии).

20