Новая CATIA

Евгений Лесников

Тот факт, что 5-я версия CATIA — это новый программный продукт класса high-end, в той или иной степени уже известен всем, кто интересуется различными САПР. А в чем, собственно, состоит новизна этой программы? Ответить на этот вопрос мы и попытаемся в данной статье.

После выхода новой версии CATIA прошло четыре года, а с тех пор, как CATIA V5 уверенно встала на ноги, минул почти год. Начиная с 7-го релиза система достигла высокой устойчивости и функциональности. На данный момент актуален 9-й релиз системы. Возможно, когда вы будете держать в руках этот номер журнала, в свет уже выйдет 10-й релиз системы. Подобные темпы развития — одна из особенностей новой версии CATIA.

На Западе сегодня понимание процесса автоматизации предприятия вышло на новый уровень — это следствие эволюционного развития систем автоматизации на предприятиях. Стало ясно, как важно интегрировать все элементы автоматизации на предприятии. В качестве основы или связующего звена используется программное обеспечение класса PDM (Product Design Management). Этот термин существует недавно, но уже появилась масса публикаций в русскоязычной прессе на данную тему. Наряду с этим понятием появилось еще одно — PLM (Product Lifecycle Management, управление жизненным циклом изделия), означающее, что вся автоматизация предприятия выстраивается вокруг жизненного цикла изделия. Такой подход позволяет отслеживать весь процесс создания изделия — от идеи до утилизации. Для того чтобы сделать это возможным, требуется собрать различную информацию об изделии и в кратчайшие сроки доставить ее в нужное время, в нужной форме и в нужное место. На решение этой задачи нацелены продукты класса PDM. Из всего вышесказанного следует, что PDM, в частности, должен иметь средства интеграции с САПР.

Идеология PLM зародилась в недрах IBM. Сейчас этот термин используют и наиболее сильные конкуренты IBM в области САПР и PDM. Причем можно заметить, что компании, придерживающиеся данного подхода к автоматизации, добиваются больших успехов в бизнесе. CATIA V5 — главная особенность системы PLM; она является частью интегрированного решения. У конкурентов тоже есть подобные решения, но они состоят из продуктов, в силу сложившихся обстоятельств не создававшихся как единое целое. В итоге приходится прилагать немалые усилия и тратить значительные ресурсы на интеграцию. Решение от IBM является более цельным. Так, рабочие станции от IBM имеют производительность при работе с CATIA V5 примерно на 30% выше, чем станции конкурентов. Это тоже результат комплексного подхода к автоматизации предприятия. Именно вкупе с продуктами класса PDM можно получить максимальную отдачу от использования САПР. V5 — это не просто номер новой версии CATIA, а номер версии целой группы продуктов, в том числе и PDM (SmarTeam, ENOVIA). Итак, цельное и интегрированное решение  — вот первый лозунг CATIA V5.

Другой особенностью системы является то, что CATIA V5 разделена на платформы Р1, Р2 и Р3, что обусловлено делением САПР на классы high-end (тяжелый САПР), middle-end (средний САПР), low-end (легкий САПР). Так, платформа P1 — это решение класса middle-end, Р2 и Р3 — решения класса high-end. Например, существуют модули твердотельного моделирования платформ Р1 и Р2. Разница между ними — в функциональности, цене и требованиях к возможностям компьютера. Платформа P3 имеет в своем составе модули, отсутствующие в других платформах. Кроме того, немного отличаются и интерфейсы платформ. Уникальность системы заключается в том, что это один продукт. В России распространен подход, при котором для автоматизации предлагается решение, состоящее из двух разных продуктов, например САПР класса high-end и САПР класса middle-end. Этот подход имеет ряд ограничений, которые обусловлены именно использованием двух разных продуктов. В противовес этому использование двух платформ позволяет максимально выгодным образом обмениваться данными. Миграция с P1 на P2 наиболее безболезненна и не требует переучивания специалистов. Деление на платформы — уникальная особенность CATIA V5. Но выгоды от разбиения системы на платформы заметны не только в этом случае. Наличие платформы Р1 позволяет CATIA V5 конкурировать с продуктами класса middle-end. Уже есть масса примеров использования CATIA V5 на небольших предприятиях. Например, немецкая компания ACAD, в которой работают всего 10 человек, использует два рабочих места CATIA V5 для проектирования оснастки.

Важной особенностью системы можно считать ее Windows-интерфейс. Современного пользователя персонального компьютера этим удивить сложно, так как, скорее всего, с другим интерфейсом ему работать не приходилось. Однако в мире САПР класса high-end это можно назвать событием. На сегодняшний день CATIA V5 — все еще единственная система данного класса, которая создавалась именно для Windows-платформы. Конечно же, уважаемый читатель знает о том, что на Windows-платформу были перенесены и некоторые другие САПР данного класса, но это вовсе не означает, что пользователь получает все преимущества, которые дает Windows-интерфейс. А преимущества эти довольно существенны. Иначе зачем производителям конкурирующих систем САПР постоянно изменять устоявшийся интерфейс и говорить об этом как о достижении? Такие функции, как undo/redo, drag-and-drop, настраиваемые меню, графические иконки, возможность получить отчет в формате EXCEL или HTML и т.д., облегчают работу. Проблема интерфейса гораздо глубже, чем кажется на первый взгляд. Представьте, что вы приобрели систему не с самым лучшим интерфейсом. Значит, вы будете вынуждены потратить больше денег и времени на обучение специалистов. Но на этом проблемы не заканчиваются. После того как специалист будет обучен, вы станете зависимы от него: у вас уже не будет времени и денег на обучение нового сотрудника в случае увольнения старого. Более того, через некоторое время обнаружится, что ваш квалифицированный специалист тратит массу времени на работу, которую специалист вашего конкурента выполняет в два раза быстрее. При этом на обучение своего специалиста ваш конкурент потратил меньше денег. В чем же дело? Ведь вы купили мощный компьютер для того, чтобы система работала быстро! Оказывается, источник этих проблем — интерфейс системы, которую вы используете. Ваш специалист вынужден тратить больше времени на общение с системой, и мощь компьютера здесь не поможет. Как известно, быстродействие любой технической системы определяется быстродействием ее самого медленного звена.

CATIA V5 имеет собственное ядро — CNEXT, которое уравнивает в правах геометрические данные и технологические процессы. Это свойство системы тоже уникально. В дереве построений (спецификации) хранится не только история создания геометрии, но и процессы и многое другое. Спецификация в CATIA V5 носит название PPR (Product Process Resource). Такая структура спецификации является следствием применения подхода PLM в САПР. Фактически PPR — это спецификация с тремя ответвлениями. Ответвление Product хранит информацию о геометрии изделия. Process — ответвление, которое содержит в себе информацию о процессах, происходящих с этой геометрией. Например, в этом разделе хранятся все программы ЧПУ. Ассоциативность с геометрией позволяет автоматически пересчитывать программы в случае изменения геометрии. Ответвление Resource хранит информацию об используемых ресурсах. В случае с программами ЧПУ в этом разделе будет находиться информация об используемом для изготовления изделия оборудовании и инструменте.

CATIA V5 — система с гибридным моделированием. Это значит, что в одной модели могут присутствовать как твердотельная, так и поверхностная геометрия. Твердое тело может быть обрезано поверхностью, сшито с ней или превращено в поверхность, а поверхность может быть превращена в тело. Поскольку CATIA V5 — параметрическая система, то вся история построения хранится у нее в дереве (спецификации). Параметризация в CATIA V5 не является обязательной. От нее можно отказаться в любой момент. Это важное свойство, так как параметризация не всегда полезна. При моделировании изделия, которое будет изменяться, важно правильно продумать стратегию геометрических построений (топологию объекта). Это возможно, когда мы знаем, какие параметры и каким образом могут измениться. Если мы не можем предсказать, где будут вноситься изменения, то в этом случае существующая топология может стать серьезной помехой при редактировании геометрии. Именно в этом случае важно иметь возможность отказаться от параметризации (разорвать топологические связи).

CATIA V5 богата функциональными возможностями, в числе которых имеются нововведения. В 9-м релизе CATIA V5 существует 129 функциональных модулей, каждый из которых решает свои задачи. Для удобства восприятия эти модули разбиты на группы. Воспользуемся этим для обзора функциональности системы.

Модули механического проектирования. В состав этой группы входят следующие модули:

• модуль твердотельного моделирования;
• модули для создания чертежей;
• модуль для создания вспомогательных конструкторских поверхностей;
• модуль для проектирования пресс-форм;
• модуль для подготовки геометрической модели для проектирования оснастки (позволяет отсортировать поверхности по пуансонам, матрицам, ползунам и т.п.);
• модуль для проектирования конструкций из различных профилей;
• модули для проектирования листовых деталей;
• специальный модуль для проектирования листовых деталей для авиационной промышленности;
• модуль создания сборок, модуль для проектирования сварных конструкций и сварных швов;
• модуль для исправления поверхностной геометрии (потребность в этом обычно возникает при работе с импортированной геометрией);
• модуль для создания трехмерных аннотаций и допусков.

Модули поверхностного моделирования. Поверхностное моделирование — это традиционно сильная сторона CATIA. В эту группу входят следующие модули:

• модули базового поверхностного моделирования;
• модули развитого поверхностного моделирования (создание поверхностей типа NURBS и поверхностей Безье);
• модули для работы с точками и облаками точек;
• вспомогательные дизайнерские модули;
• модули глобальных модификаций поверхностей;
• модули для работы с поверхностями класса А.

Модули для работы с точками позволяют отсортировать точки, создать по ним кривые и поверхности, восстановить поверхности по оцифровке. Модули для работы с поверхностями класса А дают возможность делать глобальные модификации. Поверхности класса А — это стандарт для многих автомобилестроителей; CATIA V5 предоставляет наиболее развитую функциональность для работы с ними.

Модули фотореалистического отображения являются обычным инструментом дизайнеров и художников. Они используются для создания сцен, источников освещения, текстур и т.д. Это набор инструментов, который хорошо подходит для дизайна как помещений, так и автомобиля.

Модули синтеза изделий можно разделить на три подгруппы. Первая подгруппа — это модули Knowledge (Знания). С их помощью можно создавать корпоративные базы знаний, макросы, сценарии, правила, проверки, формулы, делать оптимизацию целевой функции, описывать в виде схем любую функциональность, оптимизировать ее и искать возможные проблемы. Вторая подгруппа — это модули DMU (Digital Mock-Up, Цифровой макет). В этой подгруппе есть модули для моделирования кинематики, процесса сборки и разборки изделия, пространственного анализа, обзора макета, геометрического анализа, просмотра результатов инженерного анализа. Эта подгруппа модулей появилась у САПР довольно недавно и имеет новую функциональность, например возможность загрубленной визуализации изделия для коммерческих целей. Если вы не хотите раскрывать деталей проекта, но вам надо показать изделие, то поможет эта функция. Еще одна новая функция — модуль для просмотра результатов инженерного анализа  — предназначена для специалистов руководящего звена. В целом эта подгруппа модулей создана для того, чтобы получать максимум информации об изделии на стадии его проектирования в виде цифрового макета. Речь идет именно об изделии, а не просто о трехмерной геометрии. В самом этом подходе тоже присутствует элемент новизны. Третья подгруппа называется Human (Человек). В ее составе четыре модуля, выполняющие следующие задачи:

• моделирование антропологического манекена человека;
• редактирование эргономических параметров человека;
• моделирование бинокулярного и периферийного зрения;
• анализ поз манекена;
• анализ диапазонов активности человека и его взаимодействия с окружающей геометрией.

Это уникальный раздел CATIA V5 — аналоги заметно уступают ему по возможностям.

Оборудование и системы. Это большая группа модулей, которую условно можно разделить на три подгруппы. Первая подгруппа — электронное и электрическое проектирование. В ней есть модули для проектирования печатных плат, функционального проектирования электросистем, разработки принципиальных схем, проектирования проводки, физических жгутов, кабелей, волноводов в трехмерном контексте, создания диаграмм. Плоские диаграммы связаны с трехмерной геометрией. Следующая подгруппа — это модули для проектирования коммуникаций. В ней содержатся модули для проектирования трубопроводов, вентиляции, воздуховодов, труб, коммуникаций и создания принципиальных схем. К этой подгруппе можно отнести и модуль для трехмерного проектирования промышленных объектов, заводов, помещений. Последняя подгруппа предназначена для судостроителей. В нее входят модули для проектирования обводов и основных зон корабля, корпусных конструкций, отсеков, судового оборудования, структурного определения корабля.

Модули инженерного анализа. Эти модули позволяют делать следующие виды расчета:

• статический и динамический анализ деталей;
• тонкостенных деталей, сборок и гибридных сборок с учетом контакта между деталями;
• частотный анализ деталей сборок;
• анализ на устойчивость;
• анализ болтовых соединений.

Модули для создания программ ЧПУ дают возможность писать программы для 2,5-; 3-; 4-; 5-осевой фрезерной обработки и токарной обработки. Особенностями этих модулей являются хорошая визуализация процессов обработки, большой набор стратегий обработки, широкий спектр используемого инструмента, специальные возможности для проверки качества программ. В эту же группу входит модуль для подготовки геометрии к стереолитографии. Эти модули — одна из наиболее сильных сторон CATIA V5.

Есть еще группа обучающих модулей и группа модулей для программирования.

Внимательный читатель, возможно, обратил внимание на то, что в составе CATIA V5 есть модули для авиастроения, автомобилестроения и судостроения. Это три отрасли, в которых CATIA V5 занимает лидирующие позиции, хотя она содержит решения и для других отраслей.

Возможности CATIA V5 не ограничиваются только вышеописанной функциональностью. Дело в том, что существует еще так называемая партнерская программа. В рамках этой программы создано уже порядка 18 приложений, которые дополняют решения CATIA V5, интегрируясь с ней. Так, приложения для программирования электроэрозионных станков с ЧПУ, проектирования штамповой оснастки, инженерного анализа и т.д. уже готовы. Многие известные компании участвуют в этой программе и интегрируют свои решения с CATIA V5. Партнерская программа — еще одно важное преимущество CATIA V5.

На этом можно пока поставить точку, поскольку главные особенности CATIA V5 мы рассмотрели. Более подробно говорить о них, не углубляясь в функциональные возможности системы, невозможно. Все перечисленные особенности указывают на то, что CATIA V5 — это первый и пока единственный представитель нового поколения САПР.

«САПР и графика» 10'2002