Комплекс программных продуктов T-FLEX как средство управления знаниями о проектируемых изделиях
Параметризация — основа современных PLM-систем
Комплекс T-FLEX — концентрация параметрических технологий
Инженерные расчеты (CAE) и прикладные системы
Одной из современных тенденций развития PLM-систем (Product Lifecycle Management) является предоставление специалистам возможности использования ранее накопленного производственного опыта при проектировании новых изделий. Данный подход позволяет проектировать изделия в минимально короткие сроки и с наименьшим количеством ошибок. В различных системах эта технология именуется по-разному, но можно выделить наиболее распространенное название — проектирование на основе баз знаний.
Если говорить о позиционировании данной технологии в общей концепции развития известных зарубежных САПР, то сегодня она отражает наиболее высокий уровень проектирования. Проектирование на основе базы знаний позволяет находить и повторно использовать существующие наработки на каждом этапе создания изделия.
Такие решения находят широкое применение в судостроении, автомобильной и авиационной промышленности, то есть там, где системы автоматизированного проектирования используются уже достаточно давно и где имеется большое количество информации в электронном виде обо всех этапах проектирования. При этом продукция данных отраслей представляет собой, как правило, последовательное развитие уже существовавших моделей, а ряд изделий, например автомобили, во многом зависят от моды и поэтому должны соответствовать определенным вкусам покупателей (впрочем, и вкусы тоже формируются на основе уже существующих изделий).
Таким образом, сегодня актуально использование «разумных заготовок» проектов, отражающих опыт и знания проектировщиков. На чем же базируется технология проектирования на основе баз знаний?
Параметризация — основа современных PLM-систем
Совершенно очевидно, что создание баз знаний (конструкторских, технологических и любых других) невозможно без средств задания переменных частей конструкций деталей, узлов и технологии их изготовления, а также без переменной информации об изделии, хранящейся в PDM-системе (Product Data Management). Нельзя создать типовое конструкторско-технологическое решение как элемент базы знаний без использования развитых средств параметрического проектирования. И здесь нужно остановиться на некоторых важных аспектах, влияющих на работоспособность таких решений.
В процессе проектирования изделия используются различные автоматизированные системы: конструкторские, технологические, расчетные и др. Поэтому первым критерием использования определенных САПР в качестве инструментов создания баз знаний является наличие параметрических решателей в каждом из модулей CAD/CAM/CAE/CAPP. Отсутствие возможности управления параметрами хотя бы в одном из модулей ограничивает работоспособность решения в целом.
Вторым важным моментом является то, что все указанные системы проектирования должны работать в едином информационном пространстве под управлением PDM-системы. Это означает, что для полноценной работы с базами знаний требуются параметрические связи между всеми модулями и поддержка управления этими связями через PDM-систему.
В настоящее время указанные технические аспекты присутствуют в функциональности известных западных систем высокого уровня. Первый называется собственно параметризацией, а второй имеет разные названия, в том числе альтернативный инжиниринг. Использование такого комплекса параметрических технологий позволяет реализовывать параллельный процесс проектирования, проводить быструю оценку вариантов, получать типовые решения, осуществлять контролируемые изменения в изделии.
Можно привести несколько примеров применения этих технологий за рубежом. Так, в крупных автомобильных корпорациях обычным является проектирование автомобилей на основе баз знаний, то есть, используя сложные параметрические типовые решения, затрагивающие все аспекты проектирования (кузова, интерьера, шасси, электрической части), производители получают унифицированные (а значит, дешевые и качественные) проекты в короткий срок. В судостроении посредством аналогичных технологий реализуются изменения наружных обводов судна с автоматическим изменением других элементов проекта.
Таким образом, проектирование на основе баз знаний является логическим развитием параметрических технологий, заложенных в САПР.
 |
|
Комплекс T-FLEX — концентрация параметрических технологий
Зарубежные примеры проектирования на основе баз знаний показывают важность развития параметрических технологий. Однако хотелось бы сказать и об отечественном опыте использования подобных решений.
Компания «Топ Системы», разработчик российского программного комплекса T-FLEX, предлагает системы для параметрического проектирования с 1992 года. Являясь пионером среди отечественных разработчиков САПР в использовании баз знаний, компания накопила огромный опыт в данной области. В настоящее время пользователями программных продуктов T-FLEX являются более 1500 предприятий в России, странах СНГ и за рубежом (США, Германия, Китай, Италия, Польша и др.). Статьи о практике применения продуктов T-FLEX регулярно публикуются на страницах журнала, поэтому в данной статье речь пойдет об обобщении этого опыта и некоторых теоретических и практических аспектах данного вопроса.
|
|
PDM-система T-FLEX DOCs
Основой любого комплекса PLM является система управления данными о проектируемых изделиях — PDM. В комплексе T-FLEX — это система T-FLEX DOCs, которая предназначена для организации единого информационного пространства для проектировщиков (конструкторов, технологов и других технических специалистов предприятия).
В настоящее время T-FLEX DOCs 8 имеет весь набор общепринятой функциональности для PDM-системы — от создания структуры проекта до выпуска документации и проведения изменений (интересующиеся читатели могут обратиться к соответствующим профильным статьям). Но сейчас мы рассмотрим ту часть функциональности PDM, которая предназначена для создания и управления базами знаний, то есть сложными параметрическими объектами, выполненными в разных системах: конструкторских, технологических и пр.
При формировании структуры изделия в T-FLEX DOCs 8 используются специальные механизмы интеграции с конструкторской системой T-FLEX CAD. Работая в среде системы проектирования, конструктор автоматически создает структуру изделия в PDM-системе. С помощью знакомых операций создания параметрических сборок в T-FLEX CAD из отдельных деталей (фрагментов) или создания деталей в контексте сборки конструктор периодически отвечает на вопросы T-FLEX DOCs о правилах формирования структуры будущего изделия в базе PDM.
Как правило, структура деталей в сборке CAD-системы не полностью отражает структуру проекта реального изделия. Так, сама сборка может иметь разные варианты представления (сборочный чертеж, монтажный чертеж, компоновочный чертеж и др.) и при этом являться трехмерной моделью. Детали могут создаваться как в определенном месте структуры проекта, так и в других проектах и затем вставляться в сборку по ссылкам. Есть и другие специфические моменты, но во всех случаях, будь то проектирование изделия с нуля или использование базы знаний, PDM-система должна обеспечивать автоматическое создание правильной логической структуры проекта на основе структуры объектов в CAD-системе, а затем поддерживать соответствие обеих структур на всех этапах жизненного цикла проекта. T-FLEX DOCs 8 успешно справляется с решением указанных задач.
По созданной структуре проекта T-FLEX DOCs автоматически формирует все необходимые сопутствующие документы по ЕСКД: спецификации, ведомости и т.п. Управление всеми документами и элементами проекта происходит за счет использования механизмов маршрутизации, поиска, классов и категорий (представлений) отображаемых объектов. Кроме того, знания предприятия находятся под надежной защитой, так как T-FLEX DOCs решает и задачи, связанные с разграничением доступа к информации, а информационная система, построенная на базе комплекса T-FLEX, имеет несколько ступеней программной и аппаратной защиты.
Важными моментами в плане использования базы знаний являются возможности T-FLEX DOCs 8 по сравнению проектов (с определением постоянной и переменных частей по разным критериям), а также различное интерфейсное представление проекта разным участникам процесса проектирования (по группам разработчиков — конструкторы, технологи и т.д., по задачам разработчиков — начальник, подчиненный и др.).
|
|
CAD-система T-FLEX CAD
Проектирование нового изделия начинается в конструкторских подразделениях, поэтому от того, насколько полно конструкторская САПР позволяет использовать параметры изделия в его моделях и чертежах, зависит возможность последующего применения проектного решения в качестве типового, а также возможность легкого и быстрого внесения изменений на всех этапах проектирования.
Конструкторская система T-FLEX CAD широко известна в России и за рубежом именно благодаря развитым параметрическим возможностям. Сегодня это одна из наиболее распространенных в России и СНГ отечественных систем проектирования. Хотя детальное рассмотрение ее функциональности выходит за рамки данной статьи, но на некоторых возможностях все-таки необходимо остановиться.
Структура проекта в T-FLEX DOCs
T-FLEX CAD 8 — современная многофункциональная система трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, двумерного параметрического проектирования и черчения. Система имеет несколько модулей (для 3D- и 2D-проектирования), позволяющих оптимально (по критерию «цена/функциональность») подойти к функциональному формированию состава рабочих мест в конструкторских подразделениях.
В настоящее время управление знаниями об изделии и параметрическое проектирование связывают в первую очередь с трехмерным моделированием, однако подобные технологии существуют в комплексе T-FLEX как для 3D-, так и для 2D-проектирования. Это позволяет российским предприятиям, только начинающим осваивать компьютерное проектирование и выбравшим его двумерный вариант, сразу начать практическое использование современных методов работы с базами знаний.
Функциональность T-FLEX CAD 3D 8 позволяет получать сложные поверхностные модели формообразующих элементов изделия. С помощью команд твердотельного моделирования создаются сложные детали и сборки. Комбинация методов поверхностного и твердотельного моделирования в одной модели и с использованием единого интерфейса позволяет конструкторам гибко, в зависимости от решаемой задачи, работать со всем арсеналом методов трехмерного моделирования. Использование ядра Parasolid в T-FLEX CAD 3D гарантирует отличное качество и обеспечивает высокую сложность трехмерной геометрии, а также предоставляет обмен информацией без потери данных с другими известными конструкторскими САПР.
По полученным трехмерным моделям создается комплект конструкторских документов в соответствии с ЕСКД. Кроме того, за счет развитой функциональности системы двумерного проектирования T-FLEX CAD 2D пользователи могут создавать конструкторскую документацию без посредства трехмерного моделирования.
Использование конструкторской САПР в качестве элемента комплекса по проектированию на основе базы знаний возможно в случае, если она соответствует ряду специфических требований.
Во-первых, система должна обеспечивать проектирование деталей (как в 2D, так и в 3D) с максимально большим использованием параметров. При изменении параметров детали ее геометрия всегда должна соответствовать служебному назначению, заданному как с помощью функциональных ограничений, так и без таковых (путем геометрических построений).
Во-вторых, система должна обеспечивать создание параметрических сборочных объектов, при изменении параметров которых должны соответственно меняться не только геометрические параметры, но и состав сборок. Этот момент является наиболее важным на современном уровне конструкторского проектирования. Использование параметрических сборок позволяет существенно упростить работу конструктора по внесению изменений, а также избежать многих ошибок, то есть повысить качество проектирования. Изменение же состава изделия в соответствии с определенными правилами и в комбинации с изменением геометрии отдельных деталей — это и есть конструкторское проектирование на основе базы знаний. В данном случае в качестве элемента базы знаний выступает параметрическая сборка с хранящимися внутри или вне ее (в базе данных) взаимосвязями между элементами, а также различные расчеты, аккумулирующие опыт предприятия.
Пример сборки в T-FLEX CAD 3D
Следовательно, для решения указанных задач система должна иметь дружественный пользовательский интерфейс, так как эти задачи — одни из самых сложных в проектировании (об этом свидетельствует тот факт, что для их решения в ряде конструкторских систем приходится использовать средства прикладного программирования).
Система T-FLEX CAD полностью удовлетворяет данным требованиям. Кроме того, она позволяет пользователю задавать любое количество параметров и функциональных ограничений, причем не только на геометрические характеристики деталей и состав сборок, но и на элементы оформления документации (линии, размеры, тексты и т.д.). В состав T-FLEX CAD входит модуль по решению оптимизационных задач, которые могут встретиться при вариантном проектировании, а это тоже один из методов использования базы знаний.
Как было отмечено выше, при проектировании на основе баз знаний PDM-система должна обеспечивать соответствие параметрических изменений объектов конструкторской системы параметрическим изменениям структуры проекта. Система T-FLEX DOCs автоматически изменяет все параметры деталей и сборок в проекте при соответствующих изменениях в конструкторской системе T-FLEX CAD. Аналогичные изменения происходят и в обратную сторону — от проекта в PDM-системе к конструкторскому документу. Параметрические ядро системы T-FLEX CAD и система T-FLEX DOCs поддерживают автоматическое двунаправленное изменение наименований, обозначений и других реквизитов документов при изменении параметров конструкции, а также изменение состава сборок (добавление и удаление элементов) и интерактивное создание исполнений.
Таким образом, создание объекта базы знаний предприятия начинается с совместного использования PDM- и CAD-систем. В комплексе T-FLEX на этом этапе достигается так называемая полная прозрачность процесса проектирования (то есть все процессы происходят незаметно для пользователей) и поддерживаются самые сложные взаимосвязи.
Двумерное проектирование в T-FLEX CAD
|
|
CAМ-система T-FLEX ЧПУ
Следующим этапом в формировании базы знаний является технологическая подготовка производства. В зависимости от решаемых задач все используемые системы можно разделить на модули создания управляющих программ для станков с ЧПУ (CAM-системы) и модули формирования маршрутных и операционных технологий по ЕСТД (CAPP-системы). И здесь невозможно обойтись без параметрических возможностей. Нельзя говорить о полноценном проектировании изделия на основе базы знаний, если использовать эти знания (заимствовать и изменять в соответствии с новыми условиями) можно только в конструкторском проектировании.
Имитация обработки для 5-координатного фрезерования
Входящие в комплекс T-FLEX системы подготовки программ для станков с ЧПУ — системы T-FLEX ЧПУ 2D и T-FLEX ЧПУ 3D — позволяют создавать управляющие программы практически для всех существующих сегодня видов обработки: электроэрозионной, лазерной, токарной, сверлильной, фрезерной (от 2- до 5-координатной) и гравировки. Архитектурно эти системы встроены в конструкторскую систему T-FLEX CAD, то есть имеют общий интерфейс моделирования и общее параметрическое ядро. Это позволяет создавать программы ЧПУ, ассоциативно связанные с конструкторской геометрией 2D- и 3D-моделей. При изменении геометрии деталей по определенным параметрам происходит автоматизированное изменение и управляющих программ для их обработки.
Поскольку управляющие программы, как, впрочем, и другие технологические документы, являются равноправными объектами хранения структуры изделия в T-FLEX DOCs, управление знаниями о технологии изготовления осуществляется аналогично управлению конструкторскими параметрами. Используя ассоциативно связанные модели деталей и программ ЧПУ, технические специалисты могут использовать на предприятиях типовые решения путем заимствования проектов в базе знаний T-FLEX DOCs с последующим изменением параметров в T-FLEX CAD и с получением новых управляющих программ в T-FLEX ЧПУ.
Созданные управляющие программы сохраняются в T-FLEX DOCs, где для их просмотра (имитации обработки с учетом съема материала) может использоваться ряд модулей, входящих в блок CAM-систем комплекса T-FLEX — T-FLEX NC Tracer. Имитация осуществляется для фрезерной (от 2- до 5-координатной), токарной и сверлильной обработок.
|
|
CAPP-система «ТехноПро»
Для отечественных предприятий важным моментом является формирование технологических документов по ЕСТД. В комплексе T-FLEX для решения этих задач используется система «ТехноПро», также отличающаяся развитыми возможностями параметрического проектирования, но в данном случае не конструкторского, а технологического.
При создании технологических процессов на изготовление деталей и сборок специалисты предприятия закладывают в технологические карты определенный производственный опыт, который тоже является элементом базы знаний. Система технологического проектирования должна аккумулировать этот опыт, позволять обобщать его и использовать в других проектах, и «ТехноПро» успешно решает эти задачи.
Технологические документы по ЕСТД
При создании маршрута обработки или сборки технологи не просто формируют технологические карты, но заполняют определенные диалоговые формы, которые связаны с общей базой данных предприятия, хранящейся в PDM-системе. Вся информация об этапах изготовления о применяемых оснастке и инструментах, о расчетах норм времени и о подборе оснащения накапливается в общей базе данных. При создании из конкретной технологии элемента базы знаний вместо определенных параметров операций и переходов записываются переменные и дополнительные расчетные условия. Таким образом, создается параметрический технологический процесс, соответствующий параметрическому изделию в конструкторской системе.
Технологические процессы хранятся в PDM-системе, а технологи, как и остальные участники процесса проектирования, работают в единой информационной среде, поэтому управление знаниями о технологических процессах также осуществляется через T-FLEX DOCs. Для этого существуют специальные настройки интерфейса, позволяющие по-разному представить проект создаваемого изделия для технологов и конструкторов, а значит, упростить процесс управления. В T-FLEX DOCs реализован особый механизм для отображения дерева технологического процесса без использования технологической системы, а также имеются специальные средства поиска и создания отчетов по различным технологическим параметрам. Посредством технологии использования объекта базы знаний в новом изделии автоматическое изменение конструкции деталей приводит к автоматическому же изменению технологического процесса на их изготовление (включая все дополнительные расчеты). С помощью нового дерева технологических операций и переходов формируется новый комплект технологических документов по ЕСТД, который в виде объектов T-FLEX DOCs сохраняется в базе PDM-системы.
|
|
Инженерные расчеты (CAE) и прикладные системы
В комплекс T-FLEX входит ряд дополнительных модулей, помогающих конструкторам и технологам осуществлять проектирование.
В первую очередь сюда следует отнести модули по инженерным расчетам (CAE-системы), работа которых основана на связи с параметрическими 2D- и 3D-моделями конструкторской системы T-FLEX CAD. Это позволяет, по аналогии с CAM-системами, использовать всю полноту функциональности параметрического моделирования T-FLEX, а также упростить сохранение и обновление расчетной информации.
Системы по конечно-элементному анализу (T-FLEX Анализ) и по динамическому анализу механических систем (T-FLEX/ЭЙЛЕР) применяются на этапе конструкторского проектирования вместе с T-FLEX CAD. С их помощью проводятся прочностные расчеты для деталей и сборок. Имея ассоциативные связи с геометрией трехмерных моделей, система конечно-элементного анализа позволяет задавать и сохранять граничные условия (нагружения, закрепления, материал и др.) для параметрических деталей. При последующем использовании этих деталей в новых изделиях, а также при внесении изменений в существующие изделия результаты проверочных расчетов обновляются в полуавтоматическом режиме.
Результаты расчетов на прочность (конечно-элементный анализ)
Системы по проектированию зубчатых передач (T-FLEX Расчеты/Зубчатые передачи), пружин (T-FLEX/Пружины) и других элементов машиностроения на основе готовых методик позволяют создавать модели этих деталей в T-FLEX CAD. В частности, проектируя зубчатые передачи, конструктор использует определенные стандартизованные методики, но на некоторых предприятиях имеются особые методики (знания) о расчете данных деталей. В связи с этим система T-FLEX Расчеты позволяет изменить существующие методики по проектировочным и проверочным расчетам зубчатых передач и добавить неограниченное количество новых пользовательских расчетов. Расчеты сохраняются в базе данных, а значит, могут использоваться повторно при применении рассчитываемых деталей в новых изделиях. По результатам расчетов получаются новые значения параметров деталей, которые затем передаются в сборки T-FLEX CAD, а для проведения расчетов можно считывать значения параметров из существующих деталей и сборок. Такой комплекс позволят наиболее полно использовать конструкторские элементы состава изделия в новом проекте — вместе с используемыми при их проектировании расчетами.
Процесс проектирования изделия не заканчивается созданием технологического процесса. Как правило, требуется спроектировать и изготовить оснастку, специальный инструмент, приспособления и прочие изделия, без которых серийный выпуск основного изделия невозможен, причем нужно решить все задачи качественно и в короткий срок. Поэтому использование технологии работы с базами знаний в инструментальном производстве также очень востребовано пользователями.
Пример проектирования пресс-формы
Входящие в комплекс T-FLEX системы по проектированию штампов листовой штамповки (T-FLEX/Штампы), пресс-форм для литья термопластов под давлением (T-FLEX/Пресс-формы) и библиотеки по проектированию инструмента и приспособлений (которые создаются по заказам отдельных предприятий) позволяют автоматизировать решение и этих задач. Первоначально созданные как системы работы с базами знаний, эти программные продукты функционируют так же, как было описано выше. Результатом их работы являются двумерные и трехмерные модели деталей и сборок проектируемой оснастки и инструмента, которые тоже могут быть сохранены в PDM-систему T-FLEX DOCs.
|
|
Стоимость решения
Рассмотрев общие подходы к технологии проектирования изделий на основе базы знаний и представленные компанией «Топ Системы» российские программные продукты T-FLEX, предлагаемые для реализации этой технологии на отечественных предприятиях, следует остановиться еще на одном немаловажном вопросе — стоимости такого решения.
Под стоимостью любого проекта по автоматизации нужно понимать не только цены лицензий на программное обеспечение, но и стоимость обучения специалистов предприятия и услуг по внедрению (консалтингу). Конечно, в рамках обзорной журнальной статьи нельзя рассказать обо всех подробностях, связанных со стоимостью услуг по внедрению (обычно это сильно зависит от конкретных условий каждого предприятия), — можно лишь с полной ответственностью утверждать, что если предприятие решается воспользоваться услугами сторонней организации для проведения внедрения (как самого поставщика ПО, так и субподрядчика), то стоимость этих услуг может быть сопоставима с ценами лицензий и даже превышать их. Можно также провести сравнительный анализ по стоимости лицензий и обучению персонала (как правило, все известные поставщики приводят в своих прайс-листах базовую стоимость этих услуг). А вот здесь наблюдается довольно интересная картина.
В начале статьи, говоря о проектировании на основе базы знаний и параметризации, мы писали, что данная технология предлагается в известных зарубежных САПР. Если же посмотреть на рынок отечественных САПР, то можно увидеть, что реально работающих систем с масштабным использованием параметризации очень немного. И комплекс T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM является явным лидером в использовании данной технологии. Таким образом, если проводить сравнение по ценам, то при выборе системы для параметрического проектирования комплекс T-FLEX следует сравнивать с известными западными системами.
Стоимость решения компании «Топ Системы», использующего технологию проектирования на основе базы знаний, будет составлять для конструктора — 1-3 тыс. долл., для технолога — 1-2 тыс. долл., для технолога по ЧПУ — 2-5 тыс. долл., для расчетчика — 1,5-8 тыс. долл. В эту цену будет включена вся описываемая в данной статье функциональность (и, конечно, многое другое), а также годовая техническая поддержка. Читатели могут сравнить указанные цифры с прайс-листами западных разработчиков САПР и убедиться, что они являются самыми низкими. Аналогичная картина прослеживается и с ценами на обучение.
Специалистам отечественных предприятий, выбирающим САПР, следует помнить, что системы внедряются для решения вполне конкретных производственных задач. Можно сказать, что отечественные системы лучше адаптированы к российским условиям и имеют невысокую стоимость. И выбор решения на базе отечественного комплекса программ, поддерживающего современные технологии проектирования и соответствующего конкретным задачам предприятия, за относительно небольшие деньги — это оптимальное вложение средств в развитие производства.
Компания «Топ Системы», как разработчик основных программ комплекса T-FLEX CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM, оказывает услуги по внедрению систем технической подготовки производства. При этом предприятия получают интегрированное решение, связывающее в единое информационное пространство различные технические подразделения. Посредством специализированных настроек, а в ряде случаев и доработок программного обеспечения специалисты по внедрению могут адаптировать системы к нуждам конкретных производств.
|
|
Заключение
В заключение нужно сказать, что уже многие годы отечественные пользователи продуктов T-FLEX используют элементы технологии проектирования на основе базы знаний. Мощные параметрические возможности в сочетании со специализированными приложениями комплекса позволяли создавать на российских предприятиях целые автоматизированные системы по управлению знаниями об изделиях еще в середине 90-х годов. Конечно, тогда речь шла о двумерном проектировании, но все элементы современных технологий там уже присутствовали. В настоящее же время они в полном объеме реализуются и при трехмерном моделировании.
Как видите, развитие современных PLM-систем идет в направлении, уже знакомом ряду отечественных предприятий, использующих параметрические возможности продуктов T-FLEX. Выходя на качественно новый уровень, системы проектирования получают новые возможности для решения более масштабных задач. Компания «Топ Системы» обладая огромным опытом по созданию систем для работы с базами знаний, предлагает подобные инструменты уже сегодня.
Виталий Талдыкин Директор по маркетингу АО «Топ Системы», канд. техн. наук. |
|
|
«САПР и графика» 9'2004
