В последнее время в зарубежной прессе, освещающей CAD/CAM-проблемы, все чаще появляется идея о том, что мировое промышленное производство меняет свой характер. Во-первых, оно становится все более кооперативным и интернациональным. Кооперация расширяется как по агрегатному, так и по технологическому признаку. Во-вторых, работа компаний — разработчиков изделий машиностроения становится все более привязанной к конкретной производственной теме: не изделие формируется под существующие ресурсы, а ресурсы создаются под определенное изделие. Это относится не только к производственной базе, но и к программно-техническому комплексу, кадрам и базе знаний.

В-третьих, на баланс бюджета разработки современных изделий в новой форме кооперации становятся не только материальные ресурсы, но и время:

время использования лицензии на программное обеспечение;
время пользования средствами коммуникации;
контрактное время специалистов — участников разработки;
консалтинг.

В-четвертых, заказчик продукции машиностроения уже почти не выбирает из готовой продукции, все реже выступает в роли постановщика задач и все чаще — в роли наблюдателя (инспектора) хода выполнения работ и даже становится участником процесса разработки изделия. Поэтому он все глубже вовлекается в работу программно-технических средств, используемых при разработке конечного продукта. И последним важным фактором является то, что развивается отношение к объекту разработки. Понятие проекта изделия расширяется и детализируется за счет новых дисциплин. В состав его определения, например, «втягивается» производственное оборудование и оснастка, производственные процессы и многое другое. Проект изделия в системе будущего — это не статическое его описание, пусть даже и очень подробное. Проект «оживает» и становится динамически меняющимся во времени. В него на равных правах с геометрией включается его поведение — в реальной жизни, при производстве, при обслуживании. В него также могут входить и последствия жизненного цикла продукта — от начала разработки до утилизации.

Соответственно этим тенденциям и развивается CATIA версии 5. Этот продукт открывает принципиально новое направление в семействе программных продуктов CATIA, удовлетворяющее самым последним требованиям промышленных производителей и учитывающее прогнозы на начало следующего тысячелетия. В нем реализована концепция независимости от аппаратного обеспечения — система работает как в среде UNIX, так и в среде Windows. Формат и структура производимых данных при этом не имеют различий. Новая архитектура программных продуктов опирается на современные стандарты STEP, JAVA, CORBA и OLE.

В настоящее время CATIA пятой версии поставляется в двух вариантах — платформы P1 и P2. Платформа P1 по функциональности есть часть функций платформы P2. Это позволяет системе CATIA успешно конкурировать с системами среднего уровня по критерию «цена/производительность».

Платформа P1

CATIA P1 обеспечивает базовые инструменты моделирования для мелких и средних промышленных предприятий, планирующих развитие своего спектра деятельности до внедрения концепции электронного цифрового макета (Digital Mock-Up). Платформа P1 работает в Windows 95/98/NT, а также в UNIX. Интерфейс, эргономика и поведение системы для всех платформ одинаковы и просты для понимания и освоения конечными пользователями.

Рассмотрим основные модули, входящие в состав P1.

CATIA — Assembly Design 1 — моделирование сборок

Модуль сборки Assembly Design 1 обеспечивает легкость создания и управления структурой сборки двумя путями. Компонент может быть вставлен в определенное место в структуре сборки и наделен механическими связями с другими компонентами либо создан «по месту», опираясь на окружающую его конструктивную обстановку. Структура сборки может иметь неограниченное количество уровней.

В CATIA V5R2 обеспечено параллельное проектирование несколькими пользователями благодаря тому, что каждый компонент сборки имеет свою собственную спецификацию, но может быть применен в различных местах сборки несколько раз, без дублирования данных. Когда модули трехмерного проектирования и сборки используются вместе, любой элемент, вовлеченный в сборку, может быть изменен как индивидуально, так и в контексте сборки.

Конструктор может позиционировать компонент в пространстве относительно других компонентов несколькими способами: буксировкой курсором мыши, трансформацией типа переноса и вращения и совмещением по граням и кромкам. Одновременно к компоненту могут быть приложены механические связи с другими компонентами (соосность, компланарность, эквидистанта, угловая константа и др.). Они являются полноправными элементами описания изделия и входят в его спецификацию.

Компоненты сборки можно модифицировать (изменять геометрические параметры), «растаскивать» в пространстве произвольным образом, при этом не разрушая присвоенные им механические связи, а затем автоматически приводить всю конструкцию в собранное состояние.

CATIA — Part Design 1 — ядро геометрического моделирования

CATIA — Part Design разработан в целях решения задач трехмерного проектирования и конструирования деталей для всех отраслей машиностроения и обеспечения их использования для инженерного анализа, технологической подготовки производства, графического документирования и других задач машиностроительного предприятия.

Важнейшими критериями для разработчика этого модуля были требования заказчиков по обеспечению высокой производительности, единого представления всей системы данных о разрабатываемом изделии во всех его аспектах, интеграции всех дисциплин, вовлеченных в процесс разработки и обеспечения их параллельной согласованной работы.

Модуль CATIA — Part Design имеет возможность выполнять обновление (рекалькуляцию) измененной геометрии как на каждом шаге модификации, так и по требованию пользователя. Это также относится к его совместному использованию с другими программными продуктами CATIA (черчение, прочность, кинематика, сборка и др.).

CATIA — Wireframe and Surface 1 — трехмерное каркасное моделирование и поверхности

Дополняет CATIA — Part Design инструментами создания базовой каркасной геометрией (точками, прямыми, кривыми, сплайнами, плоскостями и граничными условиями) и построением поверхностей. В соответствии с общей стратегией CATIA V5R2, эти геометрические элементы имеют редактируемую историю построения (систему свойств и параметров). Продукт существенно расширяет сферу применения CATIA за счет поддержки дисциплин, связанных со сложными способами формоопределения. Как и система в целом, модуль обладает высокоэргономичным пользовательским интерфейсом и контекстной поддержкой диалога.

CATIA — Sheetmetal Design 1 — проектирование листовых деталей

Модуль посвящен созданию деталей из листового материала. Реализован подход методом конструктивных элементов — типовых схем построения, наделенных редактируемыми параметрами и свойствами. Позволяет вести параллельное проектирование как конечной детали, так и ее плоской развертки. Моделирование может быть начато как с типовой схемы построения, так и с набора предварительно заданных параметров.

Продукт полностью интегрирован с остальными продуктами CATIA пятой версии (проектирование на основе твердых тел (солидов) и поверхностей, выпуск чертежей, создание сборок, инженерный анализ и др.), поскольку выполнен с единым по структуре объектно-ориентированным подходом. Предусмотрены меры по обеспечению взаимодействия с предприятиями-смежниками.

CATIA — GENERATIVE DRAFTING 1 — производство чертежей на основе трехмерных моделей

Модуль предназначен для автоматизированного создания чертежной графики на основе трехмерных моделей. Для этой цели специально разработан «Ассистент чертежника», упрощающий действия пользователя по созданию видов, сечений и разрезов до простейших манипуляций мышью. Создав базовую графику, пользователь вносит в оформление чертежа необходимые тексты и размеры. Чертежные размеры могут быть автоматически перенесены из параметризованной 3D-геометрии на поле чертежа. Чертежная графика сохраняет свою связь с трехмерной моделью и может обновляться как автоматически, так и по команде пользователя. Конструктор может одновременно работать над созданием трехмерной геометрии и ее чертежа. Для обмена данными с другими чертежными приложениями предусмотрен интерфейс, поддерживающий форматы DXF и DWG.

CATIA — Interactive Drafting 1 — интерактивное черчение

Модуль представляет собой инструмент высокопроизводительного производства чертежей деталей, независимо от того, были ли они созданы в трехмерном режиме. Продукт разработан таким образом, чтобы его освоение пользователями устаревших систем или людьми, незнакомыми с компьютерами, было делом одного-двух дней. Низкий уровень требований к подготовке пользователей, простота диалога и эргономичность — это те отличительные качества модуля, которые создают условия для массового вовлечения специалистов второго уровня в компьютеризированный цикл разработки изделия. Интерактивный модуль черчения имеет два функциональных раздела — двухмерный геометрический моделлер и средства оформления чертежа (штриховки, аннотации, размеры, поддержка стандартов).

CADAM Drafting for V5 — чертежный пакет CADAM

Предназначен для адаптации пользователей приложения CADAM к новой технологии CATIA V5R2 и переноса чертежных данных из CADAM в CATIA V5R2. Содержит функцию восстановления сканированной чертежной графики в векторном формате.

CATIA — DMU Space Analysis 1 — анализ геометрических конфликтов на уровне Электронного Цифрового Макета

Содержит высокопроизводительные алгоритмы измерения, вычисления и представления результатов анализа зазоров, контактов и пересечений компонентов изделия, независимо от их количества, сложности и расположения. В результате применения модуля пользователь получает список «конфликтующих» компонентов и подробное описание каждого конфликта (характер столкновения, абсолютный минимальный зазор, минимальный зазор вдоль данного направления, величина зазора, глубина пересечения, объем области пересечения и направление кратчайшего разнесения элементов для ликвидации конфликта). Для большей наглядности результатов анализа в системе имеется средство динамической визуализации сечения объектов.

Для просмотра и изучения результатов анализа пользователь может выделять конфликтующие элементы цветом и автоматически позиционировать их по центру экрана. Одновременно эти элементы можно видеть выделенными на древовидной структуре сборки. К элементам сборки можно добавлять текстовые аннотации для упрощения выполнения исправлений в конструкции. Результат и условия выполнения сеанса контроля сборки на геометрические конфликты может быть легко документирован в специальном файле, хранящем условия выполнения анализа, аннотации и результаты расчета. Его можно применять для повторного или контрольного анализа и использовать как протокол сертификации создаваемого изделия.

DMU Space Analysis применим не только к объемным объектам, но и к точкам, линиям, кривым, плоскостям и поверхностям.

Конструктор может несколькими разными путями определить одно, два или несколько множеств объектов, подлежащих анализу, используя любые наборы свойств и признаков — тип, имя, цвет и т.д.

CATIA — DMU Navigator 1 — навигатор Электронного Цифрового Макета

Навигатор является превосходным средством визуального контроля больших и сложных конструкций без привлечения специальных дорогих аппаратных средств. Пользователь может имитировать свое движение («полет» или «прохождение») внутри сборки. Объекты изделия, которые видит и анализирует инспектор, имеют то же происхождение, что и конструкторские модели, в соответствии с объектно-ориентированной идеологией CATIA пятой версии. Важное преимущество состоит в том, что система не перегружает себя информацией, не относящейся к задаче навигации сборки, до тех пор, пока пользователь сам не переходит от режима навигации к режиму проектирования.

Модуль позволяет создавать текстовые аннотации непосредственно на объектах сборки и присваивать им URL-связи с любыми другими документами, вовлекая тем самым специалистов разных областей знаний со всего предприятия в разработку изделия на основе электронного цифрового макета.

DMU Navigator — удобное средство для проведения рабочих совещаний, конференций, защиты и презентации проекта.

CATIA — Generative Part Structural Analysis 1 — приложение для анализа на прочность

Предназначен для выполнения быстрого предварительного анализа конструкции на прочность. Модуль адресован специалистам, не имеющим специальных знаний в области расчетов методом конечных элементов. Схема его использования сведена к простейшим процедурам:

присвоения марки материала;
указания мест и условий закрепления;
указания мест и условий нагружения.

После автоматической генерации сетки конечных элементов, выбора оптимального расчетного метода и собственно расчета, модуль представляет результаты в наглядной и легко понимаемой форме. На основании этих результатов конструктор может легко сделать вывод о том, как нужно изменить деталь, чтобы оптимизировать ее механические характеристики.

CATIA — Real Time Rendering 1 — фотореалистическая визуализация

CATIA позволяет присвоить детали материал, наделенный не только маркой, удельным весом, модулем упругости и пределом прочности, но и оптическими характеристиками — текстурой. Модуль Real Time Rendering создает фотореалистические изображения объектов на основе присвоенных им текстур, а также позволяет создавать и модифицировать сами текстуры. Как и механические свойства материалов, текстуры записываются в специальную библиотеку.

Все аппаратно-графические функции CATIA (масштабирование, вращение) работают в условиях примененной текстуры в реальном масштабе времени.

CATIA — Team PDM 1 — система управления данными для команды пользователей CATIA

CATIA — Team PDM 1 обеспечивает решение базовой группы задач управления проектом. Он определяет режимы хранения и использования данных проекта и поддерживает всю необходимую «внешнюю» сопроводительную информацию об инженерных данных.

Продукт легко инсталлируется, осваивается пользователями всех уровней квалификации. Он прост в практическом применении, а также не требует больших инвестиций в поддержку внедрения. Продукт эффективен для мелких и средних промышленных предприятий и для поставщиков комплектующих для других производителей.

CATIA — Team PDM 1 интегрирует CATIA пятой версии с программным продуктом SmarTeam компании Smart Solutions Ltd.

CATIA — Cadam Interface 1 — интерфейс обмена данными STEP AP203

Данный модуль обеспечивает существующих пользователей системы CADAM возможностью работать в едином системном пространстве с пользователями CATIA и в едином формате чертежных данных. Для этого предусмотрена миграция чертежных стандартов из CADAM в CATIA.

CATIA — Step AP203 Interface 1 — интерфейс обмена данными STEP AP203

Обеспечивает пользователю интерактивное чтение и запись его данных в формате STEP AP203. CATIA обеспечивает единый пользовательский интерфейс для всех существующих форматов обмена, поддерживает все стандарты управления файлами (Открыть, Закрыть, Копировать, Переименовать, Сохранить, Сохранить как...) и имеет автоматическое распознавание типа файла по его расширению (.dxf, .igs, .stl, .wrl и .stp).

CATIA — IGES Interface 1 — интерфейс обмена данными IGES

Обеспечивает пользователю интерактивное чтение и запись его данных в формате IGES. CATIA обеспечивает единый пользовательский интерфейс для всех существующих форматов обмена, поддерживает все стандарты управления файлами (Открыть, Закрыть, Копировать, Переименовать, Сохранить, Сохранить как...) и имеет автоматическое распознавание типа файла по его расширению (.dxf, .igs, .stl, .wrl и .stp). Последняя поддерживаемая версия IGES — 5.3.

CATIA — Object Manager 1 — базовый модуль управления объектами CATIA

Является ядром всех продуктов и конфигураций CATIA пятой версии, определяющим единый пользовательский интерфейс, единую систему управления объектами, базовые системные и аппаратные функции и интеграцию всех приложений. Базовые функции включают создание иллюстраций, вывод на печать, поддержку стандартных форматов STL, VRML 3D documents, TIFF, CGM, JPEG и BMP. К ним относятся также поддержка OLE (для Windows), журналирование и применение макрокоманд Visual Basic (для Windows).

Платформа P2

CATIA P2 обеспечивает предприятиям особые условия для моделирования изделий, связанных с ними технологических процессов и планирования производственных ресурсов, тем самым реализуя современную концепцию электронной модели предприятия. Платформа P2 предлагает расширенный набор программных средств, основанных на использовании базы знаний предприятия (Knowledge Based Design) и технологии гибридного моделирования. CATIA P2 располагает средствами интерактивного программирования, связывающими параметры разрабатываемого продукта с функциями на основе математических выражений (формул) и логических зависимостей. Этот инструмент создан для практической реализации в среде проектирования знаний и опыта предприятия, которые до сих пор могли существовать и применяться только как справочники, технические условия, методические инструкции или прототипы. Этот модуль доступен для аппаратных платформ Windows NT и UNIX.

CATIA — Wireframe and Surface 2 — каркасное моделирование и поверхности

CATIA — Wireframe and Surface 2 дополняет модуль CATIA — Part Design 2 средствами создания трехмерного каркаса и поверхностей. Объектно-ориентированный подход в системе CATIA позволяет использовать точки, линии, сплайны, плоскости и поверхности как аргументы построения объемной геометрии деталей. Древовидная структура компонента изделия позволяет включать в себя эти виды элементов в качестве ссылочных (reference geometry), относительно которых могут задаваться параметры (размеры) и которые участвуют в операциях ограничения форм. Пользователь может имплантировать, удалять, изменять параметры и заменять любой из этих элементов в процессе проектирования, с последующим автоматическим обновлением результирующей геометрии.

CATIA — Generative Shape Design 2 — проектирование сложных поверхностей

Модуль Generative Shape Design является дальнейшим развитием продукта 5626-GSM Generative Shape Modeling в CATIA версии 4.2. В его основе лежит идея определения сложных геометрических форм через их спецификацию, представленную в виде сетевой структуры. В отличие от иерархической структуры (в виде дерева), сетевая структура позволяет одному элементу несколько раз участвовать в булевых операциях и занимать несколько позиций в спецификации объекта (истории построения) без дублирования. Такая возможность позволяет достичь полной управляемости геометрии по ее параметрам, тем самым существенно повысив производительность. Модуль незаменим при проектировании сложных изделий, где требуются частые и кардинальные модификации.

Модуль полностью интегрирован с объектно-ориентированным ядром CATIA пятой версии и обладает общими с ним преимуществами: интуитивным пользовательским интерфейсом, эргономичностью, средствами поддержки диалога и непосредственным доступом к параметрам и свойствам объекта.

еометрия, построенная с использованием этого модуля, благодаря средствам редактирования ее истории построения может повторно использоваться как образец или стандарт. Схема построения прототипа может быть скопирована в другой проект или часть проекта и применена с новыми параметрами. Таким образом, продукт Generative Shape

Design может использоваться как средство поддержки стандартов компании и накопления опыта проектирования.

CATIA — Circuit Board Design 2 — проектирование электросистем

Предоставляет пользователю двухсторонний интерфейс обмена данными с внешними системами проектирования электросистем. Конструктор, создающий пространственную компоновку и деталировку с участием агрегатов электрооборудования в CATIA, может экспортировать результат своей работы в ECAD для расчета электрических цепей и других специальных задач. И наоборот, электросхема, разработанная в ECAD, может быть импортирована в систему для ее пространственной компоновки. Предусмотрена возможность обмена данными со многими ECAD-системами.

CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 — анализ сборок на прочность

Расширяет возможности модуля Generative Part Structural Analysis 2 от анализа одной детали до анализа целой сборки, обеспечивая качественный расчет статической прочности и вибраций. Соединения конечных элементов для расчетной схемы сборки выполняются так, чтобы учесть реальную картину механических связей между компонентами, с учетом их деформаций. Расчетная схема сохраняет ассоциативную связь с геометрией, на основании которой она была сделана. Благодаря этому после модификации геометрии требуется не полное переопределение расчетной схемы, а только ее повторная калькуляция.

Модуль CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 заметно повышает уровень технологии проектирования, благодаря высокой интеграции инженерно-аналитических задач с конструкторскими и объектно-ориентированной идеологии CATIA.

CATIA — Knowledge Advisor 2 — инструмент использования в проектировании базы знаний предприятия

Этот программный продукт открывает новое направление развития компьютерных средств проектирования, конструирования, инженерного анализа и технологической подготовки производства. До сих пор CAD/CAM служил инструментом для воплощения в реальность того, что являлось плодом творчества исключительного самого конструктора, аналитика или технолога — обладателя квалификации и опыта в определенной области знаний.

С выходом пятой версии системы открылась возможность непосредственно контролировать характеристики разрабатываемого объекта по результатам логических и алгебраических вычислений, заложенных в базу знаний предприятия. База знаний — это система функций, законов и правил, которая работает на основе характеристик разрабатываемого объекта, выполняет вычисления по заданным формулам и логическим операциям, производит новые параметры или свойства и присваивает их изделию. Пользователь может проверить свою гипотезу методом «что, если...», прежде чем принимать какое-либо ответственное решение.

Благодаря тому что в CATIA реализован классический объектно-ориентированный подход, входными параметрами (аргументами) для вычислений могут служить любые геометрические или негеометрические характеристики объекта, с которыми инженер считает нужным работать, — масса, объем, координаты центра тяжести, площадь омываемой поверхности, момент инерции, марка материала и другие.

Таким образом, арсенал инженера пополнился инструментом, способным хранить и использовать его профессиональные знания. Для создания базы знаний предприятия не требуется квалификации программиста. Модуль Knowledge Advisor содержит средства интерактивного программирования и отладки содержимого базы знаний.

Вместо выводов

Обе платформы, CATIA P1 и CATIA P2, построены на общей архитектуре CATIA пятой версии, дающей пользователю большую свободу роста его CAD/CAM/CAE-оснащения как количественно, так и качественно. Многоуровневый и многоплатформный подход к позиционированию системы CATIA позволяет охватить различные отрасли машиностроения — автомобилестроение, авиастроение, общее и транспортное машиностроение, включая железнодорожный транспорт, станкостроение, производство технологического оборудования и оснастки, а также производство товаров народного потребления.

«САПР и графика» 4'2000

моделирование сборка ядро геометрическое моделирование трехмерное каркасное поверхность проектирование листовая деталь чертеж производство модель интерактивное черчение пакет анализ геометрический конфликт Электронный Цифровой Макет навигатор анализа прочность визуализация система управление данные

CATIA: орудие производителя XXI века