Рынок программного обеспечения

На втором этапе необходим тщательный и исчерпывающий анализ рынка средств АП. Временные рамки данного этапа для различных видов АП могут составлять от нескольких месяцев до года. Наиболее широко рынок предлагает системы автоматизации чертежных работ. Так обзор московского рынка программных продуктов, проведенный в мае 2001 года, выявил наибольшее предложение AutoCAD R14/2000, разработка фирмы Autodesk. Хотя AutoCAD 2000 имеет возможности трехмерного моделирования, в основном его функции касаются двумерного моделирования. Для поддержки AutoCAD 2000 рынок предлагает значительное число приложений: проектирование электрооборудования; проектирование гидро- и пневмосетей; средства общения конструкторов в реальном времени проектирования с возможностью одновременной работы над одним чертежом и т.д.

Отдельные версии AutoCAD дополнены широким набором средств и функций по решению задач землеустройства, включая создание и пометку точек съемки, создание цифровых моделей местности и рельефа, программами высококачественной визуализации и светового дизайна. Это позволяет эффективно использовать AutoCAD архитекторам и дизайнерам.

Второе место по предложениям на московском рынке занимает отечественная система КОМПАС, разработка фирмы Аскон, С.Петербург. Здесь также предусмотрено трехмерное моделирование и ряд приложений: библиотека трубопроводной арматуры; пакет библиотек ''Элементы инженерных коммуникаций''; пакет библиотек ''Элементы химических производств''; библиотека элементов кинематических схем; библиотека элементов технологической оснастки; библиотека ''Сосуды и аппараты''; архитектурно-строительная библиотека; система автоматизации программирования оборудования с ЧПУ; электронный справочник по подшипникам качения и т.д. Следует отметить, что данная система существенно дешевле, чем AutoCAD. Кроме того, по отзывам проектировщиков, работать в системе КОМПАС проще, удобнее. Например, на АО АвтоВАЗ намечается отказ от повсеместно внедренной для двумерного проектирования системы AutoCAD и переход к системе КОМПАС. Аналогичная ситуация и на некоторых других предприятиях. Завод №16 Министерства обороны г. Самары также планирует внедрить КОМПАС вместо AutoCADа.

Блок трехмерного моделирования в КОМПАСе выглядит более внушительно, чем в AutoCADе. Для создания трехмерных параметрических моде­лей отдельных деталей и сборочных единиц, со­держащих как типичные, так и нестандартные, уникальные конструктивные элементы предназначена подсистема КОМПАС-3D. Парамет­ризация позволяет быстро получать модели типо­вых изделий на основе однажды спроектирован­ного прототипа.

Ключевой особенностью КОМПАС-ЗD явля­ется использование собственного математиче­ского ядра и параметрических технологий, разра­ботанных специалистами АСКОН.

Область применения КОМПАС-3D определя­ется основным набором задач, которые он при­зван решать:

- моделирование изделий с целью создания конструкторской и технологической доку­ментации, необходимой для их выпуска (сборочных чертежей, спецификаций, дета­лировок и т.д.),

- моделирование изделий с целью расчета их геометрических и массо-центровочных характеристик,

- моделирование изделий для передачи геометрии в расчетные пакеты,

- моделирование деталей для передачи гео­метрии в пакеты разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ,

- создание изометрических изображений изделий (например, для составления ка­талогов, создания иллюстраций к техни­ческой документации и т.д.).

Общепринятым порядком моделирования твердого тела яв­ляется последовательное выпол­нение булевых операций (сложе­ния и вычитания) над объемными примитивами (сферами, призма­ми, цилиндрами, конусами, пира­мидами и т.д.)

В КОМПАС-ЗD объемные примитивы образуются путем вы­полнения такого перемещения плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет фор­му примитива (например, пово­рот окружности вокруг оси обра­зует сферу, а смещение много­угольника - призму).

Проектирование детали начинается с соз­дания базового тела путем выполнения операции над эскизом (или несколькими эскизами). При этом доступны следующие типы операций:

- вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза,

- выдавливание эскиза в направлении, пер­пендикулярном плоскости эскиза,

- кинематическая операция - перемещение эскиза вдоль указанной направляющей,

- построение тела по нескольким сечениям-эскизам.

После создания базового тела производит­ся «приклеивание» или «вырезание» дополнитель­ных объемов. Каждый из них представляет собой тело, образованное при помощи перечисленных выше операций над новыми эскизами.

Отдельным типом документа системы КОМПАС является модель сборки.

Сборка состоит из отдельных деталей и подсборок (которые, в свою очередь, также могут со­стоять из деталей и подсборок). Проектирование сборки ведется «сверху вниз»; каждая новая деталь моделируется на основе уже имеющихся де­талей (обстановки) с использованием параметрических взаимосвязей.

Детали и подсборки могут создаваться не­посредственно в сборке или вставляться в нее из существующего файла. Кроме разработанных пользователем (уникальных) моделей, компонен­тами сборки могут быть стандартные изделия (крепеж, опоры валов и т.д.), библиотека которых входит в комплект поставки системы.

Взаимное положение компонентов сборки задается путем указания сопряжении между ними. В системе доступны разнообразные типы сопряже­нии: совпадение, параллельность или перпендику­лярность граней и ребер, расположение объектов на расстоянии или под углом друг к другу, концент­ричность, касание. Процесс формирования сборки как бы повторяет действия слесаря-сборщика. Ка­ждая деталь последовательными действиями «при­ставляется» к соседним деталям и подсборкам.

Компонент сборки можно свободно переме­щать и поворачивать мышью, если этому не препят­ствуют сопряжения, в которых участвует компонент (например, втулку, концентрично установленную в отверстие, можно вращать вокруг оси и переме­щать вдоль оси). Компонент можно также зафикси­ровать в текущем положении; вращение и перемещение зафиксированного компонента невозможно.

При работе с трехмерной моделью вся пос­ледовательность построения отображается в от­дельном окне в виде «дерева построения». В нем перечислены все существующие в модели вспо­могательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания.

Помимо дерева, отражающего историю созда­ния модели, КОМПАС-3D запоминает иерархию ее элементов (компонентов). В любой момент возможен просмотр иерархии в специальном диалоге. В нем отображаются все топологические отношения между элементами модели. Например, эскиз, построенный на грани какого-либо тела, располагается в иерархи­ческой ветви, соответствующей этому телу.

Существует два аспекта параметризации трехмерной модели в КОМПАС-3D.

Во-первых, каждый эскиз может быть пара­метрическим. На его объекты можно наложить различные параметрические связи и ограниче­ния (вертикальность и горизонтальность, параллельность и перпендикулярность, выравнивание, симметрия, касание). Возможно задание зависимостей между параметрами графических объек­тов эскиза. Таким образом, в эскизах реализова­на та же вариационная идеология параметриза­ции, что и в графических КОМПАС-документах.

Во-вторых, при создании модели система запоминает не только порядок ее формирования, но и отношения между элементами (например, принадлежность эскиза грани или указание реб­ра в качестве пути для кинематической опера­ции). Таким образом, реализована иерархиче­ская идеология параметризации объемных по­строений.

Наличие параметрических связей и ограни­чений в модели накладывает отпечаток на прин­ципы ее редактирования.

В КОМПАС-3D в любой момент возможно изменение параметров любого элемента (эскиза, операции, сопряжения) модели. После задания новых значений параметров модель перестраи­вается в соответствии с ними. При этом сохраня­ются все существующие в ней связи. Например, пользователь изменяет глубину операции выдав­ливания и ее эскиз; в результате другой эскиз, по­строенный на торце образованного этой опера­цией тела, все равно остается на этом торце (а не «повисает» в пространстве на своем прежнем месте).

Следует особо подчеркнуть, что после редактирования элемента, занимаю­щего любое место в иерархии по­строений, не требуется заново за­давать последовательность по­строения подчиненных элементов и их параметры. Вся эта информа­ция хранится в модели и не разру­шается при редактировании от­дельных ее частей.

Если произведено такое ре­дактирование модели, которое де­лает невозможным существова­ние каких-либо ее элементов с уче­том параметрических связей, КОМПАС-3D выдает соответствую­щее диагностическое сообщение. В нем указана конкретная причи­на конфликта или потери связи ме­жду элементами модели. Справоч­ная система содержит рекоменда­ции по возможным путям устране­ния ошибки.

Программное обеспечение для интегрированных систем САПР/АСТПП/АСНИ или т.н. «тяжелых» CAD/CAM систем предложено единичными дилерами. Хотя еще в 1991 году на рынке были представлены отечественные разработки, программные продукты для сквозного проектирования подготовки, например, сварочного производства (система АС ТПП): FIXTURE для конструирования сборочно-сварочных, сварочных, контрольных и пробивных приспособлений; WTOOL – конструирование сварочных клещей и машин и моделирование их работы относительно сварочного узла, помещенного в приспособление; ROBOMAX – разработка и off-line программирование РТК и автоматических линий на их базе для процессов контактной точечной и дуговой сварки.

Технологическая подготовка производства

АСКОН пред­лагает своим клиентам широкий спектр систем, автоматизирующих различные этапы технологи­ческой подготовки производства. Они ориентиро­ваны на использование технологами машино­строительных предприятий, конструкторами тех­нологической оснастки, специалистами, занима­ющимися проектированием программ обработки на станках с ЧПУ.

С 1989 на заводах машиностроительного профиля внедряется и эксплуатируется система КОМПАС-АВТОПРОЕКТ. В состав данного интегрированного программного комплекса вхо­дят подсистемы проектирования технологий: механообработки, штамповки, сборки, сварки, тер­мообработки, покрытий, нормирования трудоем­кости технологических операций, расчета норм расхода материалов, процедуры анализа техноло­гических процессов, позволяющие рассчитывать суммарную трудоемкость изготовления деталей и узлов, определять материалоемкость и себестои­мость изделия. Разработка технологических процессов (ТП) осуществляется в следующих режимах:

- Проектирование на основе техпроцесса-аналога - автоматический выбор соответ­ствующей технологии из архива с последу­ющей доработкой в диалоге.

- Формирование ТП из отдельных блоков, хранящихся в библиотеке типовых техноло­гических операций и переходов.

- Объединение отдельных операций архив­ных технологий.

- Автоматическая доработка типовой техно­логии на основе данных, переданных с параметризированного чертежа КОМПАС-ГРАФИК.

- Ввод информации о ТП в диалоговом режи­ме с помощью специальных процедур дос­тупа к справочным БД.

В системе реализована процедура, позво­ляющая проектировать сквозные технологии, включающие одновременно операции механообработки, штамповки, термообработки, покрытия, сборки, сварки.

В системе КОМПАС-АВТОПРОЕКТ существует два варианта формирования технологических карт. Первый - быстрый, упрощенный формат до­кументов. Второй - качественный, многошрифтовый формат, реализованный в среде МS Ехсеl 97. В образцы карт, разработанных в соответствии с ГОСТ, можно вносить изменения. Помимо чисто текстовых документов система позволяет автома­тически сформировать карты эскизов, включаю­щие графическую информацию, выполненную в системе КОМПАС-ГРАФИК.

Технологические процессы, разработанные в КОМПАС-АВТОПРОЕКТ, помещаются в архив сис­темы в сжатом виде (zip-формат). Упакованная технология средней сложности занимает 5 Кб. Ог­лавление такого архива доступно для ручного про­смотра и корректировки. Автоматический поиск ТП в архиве производится либо по коду геометри­ческой формы детали, либо по отдельным характе­ристикам: тип детали, принадлежность к изделию, вид заготовки, габаритные размеры и т.д. По заданным критериям поиска система подбирает несколько ТП, оставляя окончательный выбор за технологом.

Система КОМПАС-ЧПУ обеспечивает авто­матизированное проектирование управляющих программ для станков с ЧПУ различных классов. К ним относятся:

- станки сверлильно-фрезерно-расточной группы и обрабатывающие центры;

- электроэрозионные станки;

- токарное оборудование;

- станки для газовой, лазерной и плазмен­ной резки;

- гравировальные станки.

Основное программирование обработки вы­полняется в пределах 2,5 координат. Дополнитель­но имеется возможность выполнять 3D-обработку линейчатых и сплайновых поверхностей шаровой фрезой, а также прог- раммировать обработку для четырехкоординатных электроэрозионных станков.

В КОМПАС-ЧПУ не существует исходной программы в традиционном понимании, то есть в языковом виде. Программирование осуществ­ляется путем последовательного задания так на­зываемых технологических блоков. Каждый блок представляет собой типовой набор технологиче­ских действий - например, «сверление группы отверстий» или «фрезерование занижения». Об­работка в блоке может выполняться нескольки­ми инструментами - например, последователь­ное черновое и чистовое фрезерование поверх­ности различными фрезами.

КОМПАС-ЧПУ осуществляет автоматиче­ский расчет технологических режимов обработки с учетом характеристик инструмента и обрабаты­ваемого материала.

Режим графического контроля дает возмож­ность просматривать на экране реалистичное изо­бражение траектории движения инструмента при обработке. Такой просмотр может осуществляться как по отдельным блокам, так и для всей исходной программы в целом.

Из зарубежных «тяжелых» CAD/CAM систем можно выделить следующие: Unigraphics, разработка фирмы EDS Unigraphics; Solid Edge - Intergraph; Pro/Engineer - PTC (Parametric Technology Corp.); CATIA - Dassault Systemes; EUCLID - Matra Datavision; CADDS.5 - Computervision (ныне входит в PTC).

Например, в системе Рrо/Еngineer впервые была реализована концепция проектирования трехмерных конструкций посред­ством параметрического твердотельного моделирования, и в 1999 году впервые реализована концепция оптималь­ного проектирования, получившая название «поведенческое моделирование» (behavioral modeling) и которую эксперты сразу назвали новым направлением развития систем компь­ютерного проектирования на ближайшее десятилетие.

К числу других достоинств Рrо/Еngineer следует отнести следующие:

- проектирование с использованием интеллектуальных конструктивных элементов и операций;

- фичеры (features), способные адаптироваться к окружа­ющей их геометрии, что делает возможным осуществле­ние предсказуемых и быстрых модификаций, а также интеграцию уже готовых, ранее полученных конструктив­ных и технологических решений в новые разработки;

- использование действительно единой базы данных, обес­печивающей единое представление и полную ассоциатив­ность данных для всех приложений Рrо/Еngineer, что яв­ляется необходимым условием успешной реализации кон­цепции параллельной разработки, а также ключом к по­ниманию того, каким образом Рrо/Еngineer так быстро и полно осуществляет сквозные модификации конструкций;

- реализацию технологии Ассоциативной Топологичес­кой Шины, обеспечивающей двусторонний ассоциа­тивный обмен данными между САD/САМ/САЕ систе­мами, имеющими в своей основе различные ядра гео­метрического моделирования;

- интегрированный в процесс проектирования механизм прямой оптимизации конструкции с применением структурного, кинематического и теплового анализа.

Стоит отметить, что Рrо/Еngineer стал первой системой компьютерного проектирования:

- изначально написанной на языке программирования С;

- изначально ориентированной на использование на ра­бочих станциях,

а также первой среди систем проектирования верхнего уров­ня (high-end);

- работающей в среде Windows (еще с 1994 года) и име­ющей сертификацию Microsoft;

- единственной до сего времени, обеспечивающей пол­нофункциональное и масштабируемое решение в лю­бой из операционных систем смешанной среды Windows-Unix.

Как система компьютерного проектирования верхнего уров­ня, Рrо/Еngineer имеет развитую функциональность, обеспе­чивающую выполнение сквозной разработки изделий любой степени сложности. Это могут быть и многокомпонентные конструкции высокотехнологичных аэрокосмических изделий, и кузова современных автомобилей, имеющие сложные сти­левые поверхности, и разнообразные электронные и электротехнические устройства с любым количеством соединитель­ных кабелей и жгутов, и сложные системы трубопроводов, и технологическая оснастка (штампы, прессформы, литейные формы) и приспособления, и режущий инструмент, и про­граммы механобработки на разнообразных станках с ЧПУ, а также постпроцессоры для этих станков и многое другое.

Рrо/Еngineer это набор пакетов, сконфигури­рованных таким образом, чтобы обеспечить разработчика из­делия той или иной функциональностью в зависимости от характера задачи, решаемой этим разработчиком на его ра­бочем месте. Добавление или удаление пакетов позволяет лег­ко масштабировать возможности любого рабочего места, уча­ствующего в разработке, включая его стоимость.

Сегодня в основе любой конфигурации любого рабочего места Рrо/Еngineer лежит его базовый пакет Рrо/Еngineer-Foundation, являясь частью всей системы, сам по себе предоставляет разработчику весьма широкий спектр функциональных возможностей. Рrо/Еngineer-Foundation позволяет создавать и модифицировать трехмерные параметрические модели деталей и сборок, в том числе для изделий из металлолиста, учитывать при моделировании сварные соединения, создавать ассоциативные чер­тежи промышленного уровня, получать спецификации с ав­томатическим заполнением и обновлением позиций, полу­чать фотореалистические изображения созданных моделей, осуществлять вывод чертежей и другой заданной техничес­кой документации на бумагу или иной носитель, осуществ­лять публикации в Internet, поддерживать библиотечные струк­туры моделей в среде Рrо/Еngineer. Наконец, в Рrо/Еngineer-Foundation включены всевозможные интерфейсы обмена дан­ными: SТЕР, IGES, DXF, DWG, VDA, SET, САТIА и другие.

С точки зрения набора своих функциональных возможно­стей и своей цены Рrо/Еngineer -Foundation, установленный на отдельное рабочее место, можно отнести к числу систем компь­ютерного проектирования, обычно называемых системами сред­него уровня (mid-level), среди которых: SolidWorks, SolidEdge, Mechan, а также не­которые другие. Однако следует отметить следующие принципи­альные преимущества, которыми обладает Рго/Еngineer -Foundation по сравнению с обычной системой среднего уровня:

1. Рго/Еngineer-Foundation легко масштабируется во вре­менное или постоянное рабочее место верхнего уров­ня посредством простого добавления дополнительных специализированных пакетов Рго/ Еngineer.

2. Рабочие места, выполняющие функции рабочих мест среднего уровня (установлен только Рго/Еngineer-Foundation), легко интег­рируются в общей структуре разработки с рабочими местами Рго/ Еngineer верхнего уровня, поскольку на тех и на других установлен тот же самый Рго/ Еngineer в различных конфигурациях.

3. Структура разработки с единой системой Рго/ Еngineer для рабочих мест как верхнего уровня, так и среднего, в отличие от структуры с двумя различными система­ми на разных уровнях автоматически исключает лю­бого рода проблемы с передачей данных между уров­нями.

4. Снижаются затраты на подготовку и повышение квалификации персонала, растут взаимопонимание и воз­можности взаимозаменяемости разработчиков.