Технические характеристики существующих САПР

Теперь о технических характеристиках.

Из источников, заслуживающих доверия, можно сделать вывод, что CAD -подсистема лучше всего реализована в системе CATIA. Речь идет именно о моделировании объектов, а не о сборке изделий и проектировании чертежей.

Подсистема САМ (имеются в виду ЧПУ-шные задачи) предпочтительней у UNIGRAPHICS и Pro/Engineer. Pro/Engineer также обладает наиболее органичными функциями параметризации изделия в САD подсистеме.

Наиболее полная подсистема CAE- во французких системах CATIA и EUCLID.

Наилучшая подсистема управления информацией и наибольшая “интегрированность”- у мирового лидера N 1, системы CADDS5.

Наилучший показатель “производительность/цена” - у CIMATRON-а. У него же, видимо, ввиду известной демографической “близости”, наилучшая документация на русском языке.

Этот анализ можно продолжить, но, думается, -”не стоит”. Главное, о чем следует помнить - это то, что при выборе системы необходимо аналитически мыслить и, опять же, понимать диалектику. Кажется очевидным, что если нам нужна система для проектирования управляющих программ для 5-ти координатного фрезерного станка, то следует искать CAM - систему, наилучшую по этому показателю. Однако, это делать надо не всегда. Например, плохой постпроцессор может все испортить.

Перейдем теперь к рассмотрению отечественных разработок. Как мы уже отмечали, национальные системы работают, в основном, “на платформе” MS DOS. МS WINDOWS версии систем представляют собой, чаще всего, адаптацию под новую ОС только «головной» части системы, а ядро остается без изменений.

Из наиболее распространенных разработок, имеющих, по крайней мере, несколько сот инсталляций в различных отраслях промышленности, следует назвать системы “КОМПАС” АО “АСКОН” (г. Санкт-Петербург) и “СПРУТ” АО “СПРУТ-Технологии” (г. Набережные Челны). В последнее время в Уральском регионе стала продаваться “московско-ижевская” система ADEM. Ее распространителем является екатеринбургское представительство фирмы BEE PITRON, то самое, которое продает и CAD/CAM/CAE систему CIMATRON.

Каковы особенности отечественных CAD/CAM/CAE систем?

Прежде всего, следует отметить историю создания этих и других САПР. Она характеризуется двумя основными моментами:

1) желанием создать “родную”CAD-cистему, альтернативную “чужому” AUTOCAD-у;

2) попыткой интегрировать давно используемые на машиностроительных предприятиях отечественные средства автоматизации подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ в новую графическую среду, возникающую в результате разработки новой CAD-системы.

Именно поэтому разработчики CAD-подсистем для систем КОМПАС и АDEM, при разработке CAM-овской части просто использовали технологические модули других разработчиков. Так, например, “московский” графический редактор CherryCAD системы ADEM был дополнен старой “ижевской” системой КАТРАН. А графический редактор КОМПАС-ГРАФИК системы КОМПАС используется в качестве средства описания геометрии деталей для разных технологических подсистем, собранных, кажется, со всей страны. Среди них широко известная в России система автоматизации программирования объемной обработки для фрезерных станков с ЧПУ ГЕММА-3D. Эта система первоначально была разработана в одном московском НИИ, специализирующемся на проектировании вертолетов. Есть в системе КОМПАС и родной ЧПУ-модуль, который называется КОМПАС-ЧПУ, но сами разработчики рекомендуют его только для обработки деталей несложной формы. Даже CAD-подсистема, с которой и начинался КОМПАС, и развивающаяся сейчас в направлении приложений, связанных не с моделированием, а с автоматизацией подготовки конструкторской документации (подсистемы КОМПАС-КД, СПЕЦИФИКАЦИЯ и т.д.), обычно дополняется “неродной” системой трехмерного твердотельного моделирования КИТЕЖ.

Что касается САЕ-подсистем, то в КОМПАСЕ имеется ряд пакетов программ для конструкторских расчетов, например, подсистема прочностных расчетов методом конечных элементов ЗЕНИТ. Мы не располагаем достоверной информацией о разработчиках ЗЕНИТа, но убеждены, что они также никакого отношения к разработке КОМПАСа не имели и просто продают свою систему через АО “АСКОН”.

Эта тенденция вообще характерна для всех интегрированных отечественных САПР. Как правило, они представляют собой “солянку” из различных подсистем, написанных разными разработчиками в разное время, связанных между собой наспех созданным интерфейсом (обычно, файловым).

Несколько отличается подход к созданию интегрированных “сквозных” САПР у разработчиков системы СПРУТ. Они предлагают не готовую CAD/CAM - систему, а набор инструментальных средств (включая специализированные языки), для разработки ваших собственных конструкторско-технологических САПР. Поставляют они и готовые АРМы (Автоматизированные Рабочие Места) разработчика программ с ЧПУ или пакет программ для инженерных расчетов холодной листовой штамповки, но предпочитают, чтобы свою систему вы разрабатывали сами. Такой подход заранее предполагает, что программистский уровень пользователей системы достаточно высок, однако, это бывает не всегда, особенно, на небольших предприятиях.

Резюмируя этот короткий обзор, можно сказать, что отечественные САПР относятся к классу “легких” или “средних” CAD/CAM/CAE- систем и уступают западным аналогам по возможностям и в комплексности решения конструкторско-технологических задач, несмотря на то, что отдельные элементы автоматизации проектирования в отечественных подсистемах реализованы лучше. Примером может служить система геометрического трехмерного моделирования GM+, разработанная в свое время преподавателем кафедры “Прикладная геометрия и автоматизация проектирования” УГТУ Е.И.Кацем при участии группы других преподавателей кафедры под руководством проф. Р.А.Вайсбурда. Многие вопросы моделирования в ней решены значительно эффективнее, чем в том же EUCLID-e или CIMATRON-e. В то же время, система до сих пор практически нигде по-настоящему так и не внедрена. Попытки “вставить” ее в западные коммерческие версии 3-х мерных CAD систем, насколько нам известно, ни к чему не привели. Причин здесь много, причем самой главной, на наш взгляд, является та, что Запад не хочет покупать наши САПР-овские разработки и всегда находит множество “объективных” поводов объяснить невозможность использования российского программного продукта в западных CAD/CAM/CAE- системах. Конечно, проблемы с “русским софтвэром” существуют на самом деле. Здесь и неопределенность правовых взаимоотношений между разработчиком и западным дилером, и проблемы коммуникаций, и, наконец, вполне обоснованное сомнение западных партнеров в способности российских разработчиков выполнить свои договорные обязательства в случае обнаружения каких-либо ошибок в программах.

Пожалуй, менее существенной является причина, которую многие наши разработчики по наивности считают главной. Речь идет о несоответствии оформления пользовательской документации и результатах проектирования международным стандартам. Существует иллюзия, что обеспечив в программах соответствие западным “ГОСТам” и переведя “Руководство пользователя” на английский язык, а затем вставив его в цветную картонную “коробку”, как у всех “приличных” западных систем, мы можем добиться больших успехов в продаже наших разработок на западном рынке. Это не так. Гордость разработчиков системы ADEM (фирма Omega Technologies Ltd, г.Москва) за то, что им удалось сделать, как они говорят, “единственный в России САПР-овский программный продукт, удовлетворяющий международным стандартам”, вполне понятна, но их рассказы о том, как хорошо и эффективно используется их CAD/CAM- система на американских или канадских предприятиях содержат много лукавства. Сценарий всех продаж российских САПР на Запад совершенно одинаков (речь идет не только о системе ADEM, но и, например, о CAD-системе T-FLEX CAD) и заключается в следующем. Кто-то из разработчиков или из людей, связанных с разработчиками, уезжает, скажем, в США, “на постоянное место жительства” и устраивается на работу в некую фирму. Как специалиста в области программирования и САПР его привлекают к автоматизации решения каких-либо проектных задач. Он уговаривает руководство фирмы использовать для этих целей знакомый программный продукт. Так в США появляется фирма, использующая российский САПР. Как только наш российский специалист или группа специалистов перестает работать на этой фирме, победное шествие российских разработок по “северо-американским штатам” останавливается. Никому из западных фирм никогда не придет в голову “просто так” предпочесть, к примеру, ADEM AUTOCAD-у. И можно твердо сказать, что в ближайшее время это “статус-кво” кардинально не изменится.

В заключении этого подраздела еще несколько слов о выборе САПР.

На большинстве машиностроительных предприятий России на этапе технической подготовки производства реального моделирования новых объектов не происходит. Задача конструкторов и технологов заключается, как правило, в привязке уже существующего проекта, разработанного каким-нибудь институтом, к технологическим особенностям своего предприятия. Поэтому основная часть проектных решений представляет собой рабочие чертежи, необходимые для изготовления отдельных деталей, сборочные чертежи, различного рода конструкторские спецификации, маршрутные и операционные технологические карты и пр. Средства автоматизации чертежных работ при таком подходе к подготовке производства обычно представляют собой простой двухмерный графический редактор типа AUTOCAD-а, а текстовые конструкторские и технологические документы готовятся даже без применения графических средств с помощью специализированных систем типа тех, которые, например, разрабатывает Региональный Инженерный Центр “ИСЕТЬ” при УГТУ. Они представляют собой некоторые специализированные СУБД, написанные на языках типа FoxPro.

Для изготовления обычных машиностроительных деталей на станках с ЧПУ также бывает достаточно 2-х и 2,5 координатной обработки. Трехмерная обработка необходима, в основном, для изготовления различных пресс-форм. Именно поэтому зарубежные СAD/CAM- системы закупаются крупными предприятиями, в основном, для отделов Главного Технолога, а CAD- подсистема используется в этом случае только для описания геометрии трехмерного объекта с целью его последующего изготовления на станке с ЧПУ. Ни о каком “сквозном” САПР, в данном случае, говорить не приходится.

Таким образом, если речь не идет о изготовлении особо сложных изделий типа новой модели “Жигулей” или нового аэробуса, то в рамках существующих подходов к технической подготовке производства на машиностроительных предприятиях совершенно нет необходимости ориентироваться на дорогие зарубежные CAD/CAM/CAE- системы, о которых мы столько говорили. Другое дело, если вы решили заняться серьезным реинжинирингом вашего предприятия. Тогда вам придется серьезно пересматривать роль и место САПР (да и всех информационных технологий) в проектировании и изготовлении изделий.

/Л.3, Л.4/

Контрольные вопросы

1. Классификация САПР

2. Технические характеристики существующих САПР.

ЛЕКЦИЯ 5. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ САПР С ДРУГИМИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМИ СИСТЕМАМИ.

СALS-ТЕХНОЛОГИИ.

1. Взаимодействие САПР с другими автоматизированными системами

2. Electronic Product Definion - концептуальная основа CALS-технологий

Снижение стоимости продукции, уменьшение времени ее выхода на рынок и повышение ее качества одновременно с качеством обслуживания являются конкурентно-определяющими факторами промышленности сейчас и в обозримом будущем. С учетом этих факторов, особенно если продукцией является технически сложное изделие, успешная деятельность предприятия на рынке зависит от реинжиниринга проектно-технологических и производственных процессов. Наиболее радикальным средством решения задач реинжиниринга является внедрение интегрированных информационных технологий с использованием современных средств вычислительной техники и сетевых решений как на отдельных предприятиях, так и в рамках «расширенного предприятия», объединяющего всех поставщиков, соисполнителей и участников процессов проектирования, производства и эксплуатации (обслуживания) изделия.

Направление развития информационных технологий, полностью покрывающих запросы современной промышленности, получило название CALS^* (Continious Acquisition Lifecycle Support), под которым понимается обеспечение непрерывной информационной поддержки изделия в течение всего его жизненного цикла.

*Термином CALS в середине 80-ых годов была названа программа Министерства обороны США по созданию автоматизированной системы закупок и материально-технического обеспечения военной техники и вооружений на всех этапах их жизненного цикла. Первоначальная расшифровка аббревиатуры CALS - Computer-aided Logistic Support (Компьютерная поддержка логистических систем) претерпела изменения и применяется теперь в нижеуказанном значении.

Ключевым моментом CALS-технологий является безбумажное, т.е. формализованное на основе международных стандартов электронное представление информационной модели изделия, включающей все данные о нем. Возникнув в сфере военной промышленности западных стран, в первую очередь США, CALS-технологии получили свое дальнейшее развитие и послужили основой создания новейших наукоемких технологий и в других отраслях. Наиболее значительные успехи при внедрении указанных технологий достигнуты в автомобилестроении, авиастроении и судостроении, т.е. в отраслях, где сроки эксплуатации и затраты на обслуживание изделий особенно велики.

Эффективность CALS-технологий базируется на их комплексном применении. Грамотный реинжиниринг, повышающий эффективность реализации CALS-технологий, приводит к успеху изделия у конечного пользователя, для которого стоимость эксплуатации важна не менее стоимости самого изделия.

Таким образом, CALS-технологии, обеспечивая снижение стоимости изделия и затрат на его эксплуатацию при одновременном повышении качества его обслуживания, дают преимущество расширенному предприятию в конкурентной борьбе.

В российской экономике говорить о “расширенном предприятии” в полном смысле этого слова еще рано, но попытки создания интегрированных систем автоматизации управления и производства внутри одного предприятия уже есть.

К сожалению, на большинстве предприятий даже сам САПР не является интегрированным. CAD-cистемы, как мы уже отмечали раньше, используются, в основном, для автоматизации чертежных работ в конструкторских подразделениях предприятия. В этих же подразделениях применяют и САЕ-системы, но самое интересное то, что геометрическая модель объекта при этом строится заново, а не берется, как это казалось бы естественным, из САD-системы. САМ-системы преимущественно используются в двух направлениях:

- автоматизация подготовки управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ;

- автоматизация подготовки бумажной технологической документации (маршрутные, операционные карты и т.п.).

Исходные данные для этих подсистем (в том числе и геометрические) также вводятся вновь средствами CAM.

Таким образом, “сквозные” САПР все еще остаются большой редкостью и реально работают, как правило, на очень небольшом количестве заводов и проектных организаций.

Вместе с тем, следует отметить, что процесс интеграции САПР с другими автоматизированными системами, работающими внутри предприятия, в настоящее время активно развивается на многих предприятиях. В основном, следует говорить об активизации связи САПР с системами АСУП, откуда САПР получает информацию планового характера, касающуюся состава изделий(заказов) и графика технической подготовки для их производства. Полученные в результате работы проектные решения используются подсистемами АСУП для формирования экономических показателей производства и дальнейших управленческих решений. Например, полученная в CAM-подсистеме управляющая программа для изготовления детали, скажем, на фрезерном станке, обычно содержит всю необходимую информацию о трудоемкости ее изготовления, что является исходным данным для формирования решений и документов типа сменного задания, нарядов и др. АСУП-овской информации.

Связь САПР с подсистемами АСНИ (автоматизированными системами научных исследований) носит сегодня больше теоретический характер. Даже в научно-исследовательских институтах АСНИ и САПР обычно функционируют независимо.

Естественно, что в идеале все автоматизированные системы на предприятиях должны функционировать согласованно и обеспечивать передачу информации друг другу также автоматизированным способом. Рассмотрим некоторые особенности современного понимания интегрированных информационных технологий и, в частности, CALS-технологии.

2. Electronic Product Definion - концептуальная основа CALS-технологий

Одной из новых концепций в области современных информационных технологий, лежащих в русле направления CALS и определяющих долгосрочную перспективу развития автоматизации проектно-производственной сферы предприятий, является разработанная фирмой Computervision технология Electronic Product Definition (EPD) – «полное электронное определение изделия». Эта технология позволяет связать в единую систему все службы предприятия, участвующие в проектировании нового изделия, технологической подготовке и его производстве, а также службы, обеспечивающие снабжение, сбыт готовой продукции и сервис. Преимущества от внедрения EPD на конкретном предприятии можно проиллюстрировать на примере западных предприятий, впервые применивших указанную технологию. В частности, на фирмах Rolls-Royce Aerospace Group и Rover Group были достигнуты следующие показатели:

- сокращение сроков проектирования и технологической подготовки производства в 2 раза;

- многократное повышение качества проектно-конструкторских работ и технологической подготовки производства.

Технология EPD предполагает, что использование информационной модели изделия осуществляется в течение всех этапов его жизненного цикла, включающего в себя разработку предэскизных, эскизного, технического и рабочего проектов, технологическую подготовку производства, изготовление, эксплуатацию (обслуживание), ремонт, переоборудование и утилизацию.

Конечно, не нужно думать, что ЕРD- изобретение только фирмы CV и другие разработчики “тяжелых” САПР ничего подобного не имеют. Вместе с тем, эта технология впервые была внедрена в промышленном масштабе в рамках проектов фирмы CV. Поэтому в разделе 2.3 в дальнейшем мы будем ссылаться, в основном, на программные продукты ComputerVision.

3. Жизненный цикл изделия

При традиционных технологиях выполнения сложных проектов объемы выпускаемых бумажных документов настолько велики, что только поиск необходимой информации для выполнения требуемой процедуры становится проблемой, на решение которой может уходить время, сопоставимое с временем выполнения самой процедуры.

С учетом этого стоимость бумажной документации и затраты на работу с ней составляют существенную часть стоимости как самого изделия, так и его эксплуатации. Кроме того, всегда существует проблема актуальности обрабатываемой информации, которая заключается в том, что пользователи работают с уже устаревшими или измененными данными, не имея возможности определить их текущий статус.

Как следствие этих проблем, перед предприятием встает задача иметь в наличии полную модель изделия в электронном виде, которая содержала бы всю информацию, необходимую для процессов его проектирования, производства или эксплуатации.

Рис.1. Жизненный цикл изделия.

Электронная модель должна интегрировать в себе информацию об изделии во всех его аспектах, при этом важным моментом является доступность определенных частей информации, содержащейся в модели, всем подразделениям и службам предприятия через интерфейсы к их специальным системам.

Сложность и объем хранимой в модели информации и продолжительность жизненного цикла можно проиллюстрировать следующим примером. В рамках внедрения CALS-технологий на кораблестроительных верфях Vickers Shipbuilding and Engineering Ltd (Великобретания) создается и будет использоваться для каждой атомной подводной лодки, выпускаемой верфью, ее Полное Электронное Определение, включающее информацию обо всех отдельных деталях и комплектующих общим числом около одного миллиона единиц. Это требует внесения в информационную модель около шестидесяти миллионов различных атрибутов и их поддержки для использования в течение жизненного цикла атомной подлодки, который складывается из 15-летнего цикла разработки и 30-летнего периода эксплуатации. EPD позволит оперативно получать по любой конкретной лодке информацию о характеристиках любой системы, узла или отдельной детали. Например, для планирования профилактических и ремонтных работ можно формировать спецификации оборудования, подлежащей плановой замене в связи с истечением срока эксплуатации и отражать эти изменения в информационной модели, или моделировать на компьютере нештатные ситуации, связанные с нарушениями конструкций корпуса, систем жизнеобеспечения, трубопроводов, электрических сетей и т.д. и определять действия персонала, необходимые в таких ситуациях.

Таким образом, являясь концептуальной основой CALS-технологий, EPD обеспечивает конечного пользователя новыми возможностями по организации обслуживания, ремонта и утилизации сложных изделий.

4.Основные компоненты CALS-технологий

К числу основных компонентов, относящихся к CALS-технологиям относятся следующие системы и средства:

· CAD / CAM/ CAE - системы;

· средства реализации технологии параллельного проектирования в режиме группового использования данных (Concurrent Engineering);

· средства управления проектными и инженерными данными (EDM - Enterprise Data Management) (В настоящее время часто используется и другой термин для обозначения такого рода средств – PDM (Product Data Management);

· системы визуализации и разработки документации;

· средства обмена данными и стандартные интерфейсы к специализированным системам;

· средства разработки прикладного программного обеспечения;

· методики анализа процессов предприятия в проектно-технологической, производственной и управленческой сферах для реинжиниринга этих процессов.

/Л.3, Л.4/

Контрольные вопросы

1. Взаимодействие САПР с другими автоматизированными системами

2. Electronic Product Definion - концептуальная основа CALS-технологий

3. Жизненный цикл изделия

4. Основные компоненты CALS-технологий