Тенденции развития современных интегрированных систем проектирования

Современные компьютерные технологии могут автоматизировать традиционно существующие технологические звенья, а также принципиально изменять саму технологию проектирования и производства изделий. Только в этом случае можно ожидать существенного сокращения сроков создания изделий, снижения затрат на весь жизненный цикл изделия, повышения качества изделий.

Прежде всего, применительно к созданию сложных изделий машиностроения, в основе организации компьютерной технологии лежит создание полного электронного макета изделия, так как именно создание трехмерных электронных моделей, адекватных реально проектируемому изделию, открывает колоссальные возможности для создания более качественной продукции (особенно сложной, наукоемкой продукции) и в более сжатые сроки.

Для реализации именно компьютерной технологии проектирования и производства должны применяться системы автоматизированного проектирования инженерного анализа и технологической подготовки производства (CAD/CAE/CAM), а также системы управления проектом (PDM — Product Data Management).

В САПР задачи оптимизации могут решаться на всех этапах процесса проектирования. Так, на этапе эскизной проработки задача оптимального проектирования может состоять в определении рациональных значений необходимого числа основных параметров проекта, определяющих будущий облик технического объекта. На этапах технического и рабочего проектирования задачи оптимизации могут носить более глубокий характер, охватывающий вопросы определения оптимальных значений основных параметров как объекта в целом, так и отдельных узлов и деталей [1].

К интегрированным системам можно отнести программы комплексного трехмерного твердотельного и поверхностного параметрического моделирования с широким набором специализированных модулей, библиотеками, средствами анализа, управления проектом, разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, возможностью оформления чертежей, обмен данными, и т. д. — CAD/CAM/CAE/PDM [2].

Системы автоматизированного проектирования в машиностроении можно классифицировать по уровню возможностей, предоставляемых системой (таблица 1) [3].

Таблица 1

Типичные системы CAD/CAM/CAE

К интегрированным системам проектирования относятся программные комплексы, которые, во-первых, обеспечивают весь цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации, а во-вторых (и это самое главное), создают проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия с единой виртуальной электронной моделью этого изделия.

На Западе эта организационная философия обозначается аббревиатурой CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment), что можно перевести как «Единая среда создания изделия от идеи до реализации». По существу, именно то, в какой степени система реализует указанную философию, и определяет уровень системы. Руководствуясь такой концепцией, можно резко сократить цикл создания изделия, повысить технический уровень проектов, избежать нестыковок и ошибок в изготовлении оснастки и самого изделия благодаря тому, что в подобном случае все данные взаимосвязаны и контролируемы.

В настоящее время на рынке осталось лишь три САПР верхнего ценового класса —NX (ранее Unigraphics) компании Siemens PLM Software, CATIA фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Раньше мощных систем было больше, но после череды слияний и поглощений компаний, число пакетов сократилось.

Интегрированный программный комплекс CATIA, разработан французской компанией Dassault Systemes. CATIA V5 — CAD/CAM/CAE — система для описания изделия и его моделирования на разных этапах жизненного цикла. Появилась эта система в 1998 г. на основе нового ядра CNEXT, содержащего средства, как для описания геометрии изделия, так и для описания процессов его создания, с возможностью сохранять и накапливать используемые при этом приемы и методы в виде корпоративных знаний. Идеи PLM заложены в самой основе системы, что позволяет исключительно быстро развивать и наращивать ее функциональность в желаемом направлении. В этом ее основное отличие от программных продуктов других компаний-разработчиков.

Pro/Engineer — это полнофункциональная САПР для разработки изделий любой сложности. Благодаря мощным возможностям автоматизации всех машиностроительных дисциплин, Pro/Engineer является общепризнанным 3D решением для моделирования и разработки конкурентоспособных коммерческих изделий. Интегрированные CAD/CAM/CAE решения Pro/Engineer позволяют проектировать быстрее, чем когда-либо, максимально способствуя появлению новых идей и повышению качества, что в конечном итоге приводит к созданию выдающихся изделий.

NX (ранее Unigraphics) CAD/CAE/CAM — это система высокого уровня, предназначенная для решения всего комплекса задач, стоящих перед инженерами на всех этапах создания сложных технических изделий (предварительное проектирование, этап инженерного анализа и оптимизации конструкции, изготовление) [4].

Упомянутые компании — лидеры в области САПР, а их продукты занимают львиную долю рынка в денежном выражении. Главная особенность «тяжелых» САПР — обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы — все это результат длительного развития. Однако, эти системы немолоды — CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer — в 1988 г., а NX, хотя и вышла в 2008 г., является результатом слияния двух весьма почтенных по возрасту систем — Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в результате приобретения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного анализа и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Кроме того, все три поставщика предлагают для своих САПР системы управления инженерными данными (PDM), позволяющие управлять всей конструкторско-технологической документацией и предоставлять дополнительные данные, экспортированные из других корпоративных систем, из справочников и нормативных источников.

NX от Siemens — интегрированное решение для конструкторско-технологической подготовки производства, обеспечивающее более быстрое и эффективное создание высококачественных изделий.

В NX объединены ключевые функции для быстрой, эффективной и гибкой разработки изделий:

-         современные решения в области эскизного проектирования, 3D-моделирования и создания документации;

-         средства численного моделирования: расчетов прочности, кинематики, теплопередачи, газогидродинамики и междисциплинарного анализа физических явлений;

-         полнофункциональные решения для технологической подготовки производства деталей оснастки, проектирования процессов механической обработки и контроля качества.

Решения NX помогают предприятиям быстрее проектировать, рассчитывать и изготавливать высококачественные изделия благодаря поддержке принятия умных решений и наличию интегрированной среды разработки изделий [5].

Несмотря на то, что «тяжелые» системы стоят значительно дороже своих более «легких» собратьев (десятки тысяч долларов за одно рабочее место), затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако крупных клиентов, способных платить за САПР миллионы долларов не так много. По мнению аналитиков, этот сегмент рынка уже практически насыщен и поделен между «китами» индустрии. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов. Для них предназначены системы «среднего» и «легкого» классов.

В мире существует достаточное количество комплексов «среднего» класса связанных с проектированием, которые успешно развиваются. Есть достойные программы и среди русских производителей, например T-Flex. Не смотря на это, крупные высокотехнологичные предприятия предпочитают выбирать продукты «тяжёлого» класса САПР, обеспечивающие решение широкого диапазона задач управления жизненным циклом изделия.

Литература:

1.                  Дятлов, М. Н. Оптимизация времени проектирования с использованием современных машиностроительных САПР / Дятлов М. Н., Федотов М. Ю., Федотова Н. В. // Молодой учёный. — 2013. — № 10 (ч. 1). — C. 138–140.

2.                  Ханов, Г. В. Твердотельное геометрическое моделирование в ходе подготовки магистров/ Г. В. Ханов, Е. Н. Асеева, М. Н. Дятлов //Изв. ВолгГТУ. Серия «Новые образовательные системы и технологии обучения в вузе». Вып. 7: межвуз. cб. науч. cт./ВолгГТУ.- Волгоград, 2010.-№ 8.-С.199–203.

3.                  Ханов, Г. В. Автоматизация проектирования несущих конструкций специальных машин на начальном этапе проектирования / Ханов Г. В., Тодорев А. Н., Дятлов М. Н. // Известия ВолгГТУ. Серия «Прогрессивные технологии в машиностроении». Вып. 10: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2013. — № 20 (123). — C. 71–73.

4.                  Щербаков, В. С. Автоматизация проектирования устройств управления положением платформы строительной машины: монография / В. С. Щербаков, М. С. Корытов, М. Г. Григорьев. — Омск: СибАДИ, 2011. — 119 с.

5.                  Официальный сайт компании Siemens PLM Software (http://www.plm.automation.siemens.com).