1 - 2007

Как получить эффект от автоматизированного проектирования

Лев Донковцев

Каждый знает известную истину, что лучше учиться на чужих ошибках.
Справедливо дополнить: используйте успешный опыт — результат работы над ошибками.

Сегодня я хочу раскрыть читателям профессиональные секреты автоматизации проектирования.

Как извлечь максимальную выгоду из автоматизированного проектирования? На этот знакомый каждому руководителю и конструктору вопрос зачастую дается множество неправильных и неточных ответов. Среди бесспорных преимуществ автоматизированного проектирования можно назвать следующие:

• высокое качество проекта — оно имеет первостепенное значение для производства и позволяет значительно сократить издержки;

• понятная компоновка— эта особенность 3D-систем проектирования выводит на новый уровень процессы согласования проектов, позволяет участвовать в разработке гораздо большему числу специалистов с меньшими временными затратами. Особенно заметную выгоду дает это преимущество в крупных сборках и сложных конструкциях, когда конструктору приходится немало времени тратить на осознание и построение в воображении того, что изображено на чертеже;

• удобный перебор вариантов — изменение параметров приводит к автоматическому перестроению моделей и позволяет быстро оценить результат. Метод «что, если…» — наиболее распространенный способ проектирования. Автоматизация этого процесса позволяет значительно сократить сроки проектирования;

• точный расчет размерных цепей — задача правильного расчета размеров, особенно в сложных конструкциях, отнимает много времени и требует аккуратного построения чертежа. В 3D-системе мы оперируем не столько значениями размеров, сколько самими деталями и их взаимодействием в конструкции, что гораздо понятнее и позволяет избежать многих ошибок;

• более глубокая проработка за счет наглядности — реальное представление деталей и сборок позволяет более точно оценивать геометрию конструкции и облегчает решение проблем взаимодействия.

Однако любая медаль имеет и оборотную сторону. Чем же за эти достоинства приходится платить? При автоматизации проектирования требуется:

• изучение программных инструментов для проектирования — конструктор должен освоить интерфейс программы. Благодаря стараниям виртуозов рекламы программных продуктов, выражение «интуитивно понятный» давно стало анекдотичным. Я предлагаю называть интерфейс стандартизованным или узнаваемым, но не интуитивным. Известно, что у каждого человека, особенно творческого, интуиция своя;

• настройка под конкретные задачи предприятия системы автоматизированного проектирования;

• утверждение стандартов создания и обмена документами, порождаемыми САПР, — в силу того, что файлы имеют сложную атрибутику и взаимосвязи стандартизация требует знаний и опыта. Ситуация осложняется отсутствием общих отраслевых стандартов обмена информацией, создаваемой в 3D-системах. Каждому предприятию приходится проходить этот путь самостоятельно;

• чертеж для производства — на этом этапе 80% преимуществ 3D-проектирования теряют свою ценность. Можно, конечно, оснастить компьютерами производственные цеха, и некоторые предприятия, для которых критичны сроки выпуска продукции, так и поступают. Но это требует больших затрат и создания новой схемы взаимодействия подразделений на предприятии, к чему большинство заводов в нашей стране не готово как административно, так и технически.

Данный анализ носит поверхностный характер и призван показать, что подход к автоматизации проектирования должен быть критическим. Я призываю каждое предприятие делать осмысленный выбор как инструмента автоматизации проектирования, так и связанных с ним методов работы и административных мероприятий. Надо понимать, что любое преимущество приводит к определенным проблемам, без решения которых невозможно ощутить выгоду автоматизации.

Эффективность выполнения конструкторских проектов во многом зависит от организации коллективной работы. И, как ни парадоксально, важнейшим рычагом в данном случае являются не системы PDM/PLM, а формат (на путайте с форматом файлов) или технология обмена инженерной информацией. Система автоматизации документооборота — это средство, прогрессивное, эффективное, но только средство.

Подумайте над тем, какой должна быть инженерная информация. Например:

• понятной — персонал, работающий с инженерной информацией, должен без особых усилий понимать содержание того или иного документа, будь то чертеж, модель или отчет;

• точной — количество ошибок в инженерной информации должно быть сведено к минимуму. Практически этого очень трудно достичь, но именно точность информации позволяет существенно снизить издержки производства;

• легко доступной для заинтересованных лиц — должна обеспечиваться возможность быстрого получения нужной информации.

Рассмотрим более подробно первый и второй пункты, которые решаются средствами САПР (третий пункт относится к сфере PDM/PLM-систем).

Первым и традиционным средством, облегчающим понимание технической информации, являются стандарты: ЕСКД, ЕСТД, ISO, DIN и пр. Они позволяют разным инженерам одинаково читать чертежи. Контрольным органом соблюдения стандартов в документации являются службы нормоконтроля, имеющиеся на большинстве заводов. Однако стандартов оформления с применением 3D-технологий, которые, бесспорно, дают более точную и наглядную картину, не существует. Для объемных виртуальных моделей стандартов оформления недостаточно — нужны также стандарты отображения, стандарты визуализации и доступные программные средства.

В процессе эксплуатации современных технологий остро встает вопрос качества 3D-геометрии. Если разобраться в конструкции, глядя на модель, довольно просто, то для оценки размеров и взаимодействия ее деталей нужны навыки работы с программными продуктами.

Для получения эффекта от применения 3D-технологий нужно, чтобы ими пользовалось как можно большее число инженеров на предприятии. Особенно важно, чтобы ведущие и главные конструкторы и технологи применяли модели для текущего контроля и руководства проектами. Тут мы снова возвращаемся к качеству моделирования.

Я не устаю напоминать читателям о важности контроля моделей, потому что без организации этой процедуры коллективное использование моделей будет значительно более трудоемким процессом, чем работа с плоскими чертежами. Соответственно ни о каком эффекте не может быть и речи, если преимущества 3D-моделирования смогут оценить лишь отдельные специалисты.

Большинство производителей программных продуктов обходят стороной проблемы эксплуатации виртуального объемного моделирования, расхваливая в рекламе его преимущества. Компания UGS, напротив, всегда помогает заказчикам в решении их проблем, благодаря чему имеет колоссальный опыт практической работы. От нас не ушел ни один клиент. Наши заказчики приобретают не столько навыки владения продуктами, сколько приемы эксплуатации и методы получения эффекта от использования 3D-технологий.

Прямое редактирование работает и в контексте сборки. При перемещении или повороте граней можно использовать геометрию сборки для указания осей вращения и точек для определения размеров.

Контроль моделей — задача намного более сложная, чем контроль чертежей. Она требует знания не только стандартов, но и систем проектирования. Конечно, контролера такой квалификации найти или воспитать очень сложно. А вот упростить процедуру контроля вполне возможно.

С помощью Solid Edge можно делать виды, разрезы, наносить размеры и обозначения согласно ЕСКД (ГОСТ 2.050, 51, 52, 53-2006) непосредственно на модели, не создавая чертежей. Модели, оформленные таким образом, проще и быстрее контролировать (рис. 1).

Рис. 1. Размеры и обозначения на 3D-модели

Рис. 1. Размеры и обозначения на 3D-модели

Сложнее обстоит дело с параметризацией. Как известно, параметрически строить модели и сборки значительно удобнее, но только если параметризация довольно простая или хорошо документирована. Кто серьезно работал с параметрическими 3D-системами, тот знает, как трудно разобраться в конструкции даже средней сложности, даже в той, которую сам спроектировал. Здесь не поможет ни дерево построения, ни описание схемы параметризации. Возьмите полностью параметризованную сборку хотя бы из 500 деталей и раздайте ее нескольким конструкторам — 90% из них не смогут разобраться в связях внутри конструкции, им легче будет перестроить эти связи. Соответственно и контролер не в состоянии будет даже поверхностно проверить такую модель. Но эта проблема поддается решению.

Если лишить модели параметризации, то проверить их довольно просто. Конечно, не все модели нужно подвергать такой экзекуции. Если изделие или деталь будет в процессе производства часто меняться, имеет смысл оставить их параметрическими. Только схемы параметризации обязательно должны быть самым подробным образом документированы, чтобы другие участники проекта могли в них быстро разобраться. Также в процессе конструирования до процедуры проверки следует строить параметрические детали и сборки для реализации удобной идеи вариантного проектирования. На практике 95% изделий после завершения разработки изменяются не чаще раза в год. Поэтому параметризация таким моделям после окончания процесса разработки не нужна.

То же самое касается и сборок.

Практический совет: не увлекайтесь параметризацией в сложных проектах — это непозволительно усложняет и замедляет работу. Руководствуйтесь чувством меры.

Однако я вовсе не предлагаю читателям ограничивать для себя преимущества параметрического редактирования. Дело в том, что для систем автоматизированного проектирования от компании UGS (NX и Solid Edge) непараметрическая модель (часто ее называют болванкой) остается параметрически редактируемой. Solid Edge вообще является единственной на данный момент системой среднего уровня, имеющей развитой инструментарий параметрического прямого редактирования моделей. При таком редактировании для системы не важно, есть у детали дерево построения или нет, — конструктор непосредственно задает расстояние между гранями, наклоны, радиусы скруглений и т.п. на имеющейся геометрии. Благодаря этому достигается открытость решений UGS. Для наших программных продуктов не важно, в какой системе создано изделие, — они позволяют просто и легко внести в него параметрические изменения. Я не случайно выделил предыдущую фразу, потому что это действительно так. Нужно передвинуть отверстие — укажите отверстие и переместите его на новое место, и в результате будут сохранены параметры (размеры) перемещения, которые можно в любой момент переопределить (рис. 2).

В итоге мы можем организовать контроль моделей, нанося на них размеры и обозначения и дозированно используя параметризацию. Тонкости этой технологии, конечно, невозможно описать в одной статье, но специалисты компании UGS всегда готовы помочь вам.

Если вы организовали контроль моделей и внедрили стандарты 3D-проектирования, то готовы к полноценной коллективной работе.

Эффективность проектирования любого предприятия на 60-80% определяется возможностью повторного использования разработок. Понятные и точные модели — это залог успеха при повторном применении проектов. Такие модели и связанные с ними технические решения сможет использовать любой конструктор, технолог или другой специалист через месяц, год и даже десятилетие. Кроме того, это еще и замечательное средство сохранения интеллектуальной собственности.

Как работает прямое редактирование в Solid Edge

Операции прямого редактирования выполняются независимо от дерева построения модели, поэтому его наличие не важно. Для наглядности продемонстрирую работу этого механизма на примерах.

Одна из самых часто применяемых функций прямого редактирования — это перемещение граней. Пользователь можете переместить любое количество граней (есть различные способы выбора, в том числе рамкой) в произвольном направлении. Направление можно задавать множеством способов: по нормали к поверхности, вдоль ребра (можно выбрать ребро другой детали, если вы работаете в контексте сборки), вдоль вектора (если надо задать направление точками) или в плоскости. Операция перемещения также работает для листовой детали. В этом случае Solid Edge сохраняет топологию листовой детали (рис. 2-4).

Рис. 3. Перемещение грани

Рис. 3. Перемещение грани

Рис. 4. Перемещение грани

Рис. 4. Перемещение грани

Рис. 5. Поворот грани

Рис. 5. Поворот грани

Рис. 6. Поворот грани

Рис. 6. Поворот грани

Не менее полезна функция поворота грани или набора граней. Здесь осью вращения может быть любое ребро, элемент эскиза детали или сборки. Эта команда в листовой детали, так же как и предыдущая, сохраняет ее топологию. Если деталь имеет скругления, то эта команда сохраняет их, корректно перестраивая (рис. 5-7).

Для редактирования скруглений предназначена отдельная команда, позволяющая редактировать произвольное количество скругления, даже если они имеют разные значения. В результате выполнения этой команды значение радиуса скругления становится параметром (рис. 8).

Рис. 7. Поворот грани

Рис. 7. Поворот грани

Рис. 8. Редактирование размера скругления

Рис. 8. Редактирование размера скругления

Рис. 9. Эквидистантное смещение грани

Рис. 9. Эквидистантное смещение грани

Рис. 10. Удаление грани

Рис. 10. Удаление грани

Специальная команда предусмотрена для редактирования цилиндрических отверстий. Если отверстие имеет резьбу, то ее параметры тоже изменяются в соответствии с диаметром отверстия.

Имеется инструмент эквидистантного перемещения граней. Он очень удобен не столько для редактирования, сколько для построения отливок, необходимых для разработки литейной оснастки. Такое перемещение может выполняться как для отдельной грани, так и для произвольного набора. Можно использовать точки на геометрии детали или сборки для указания размера эквидистантного смещения (рис. 9).

Если нужно отредактировать сложную геометрию, особенно содержащую ошибки, то приходится удалять часть геометрии и на этом месте строить новую. Для таких случаев предусмотрен отдельный набор команд. Самая простая из них — удалить грань. Она удаляет одну или несколько граней и применима как для поверхностей, так и для твердотельных моделей (рис. 10).

Значительно большей функциональностью обладает команда «Удалить область». Она удаляет замкнутый набор поверхностей. Можно одновременно удалить несколько областей, как показано на рис. 11.

Рис. 11. Удаление областей

Рис. 11. Удаление областей

Кроме того, имеются команды для удаления скруглений и отверстий. Очень полезной бывает команда замены граней, которая позволяет заменить набор граней одной (рис. 12).

Рис. 12. Замена граней

Рис. 12. Замена граней

Для прямого редактирования листовых деталей также предназначены специальные команды. Например, можно изменить радиус сгиба. Данная операция работает как с одним сгибом, так и с группой (рис. 13).

Рис. 13. Изменение радиуса сгиба

Рис. 13. Изменение радиуса сгиба

Считаю важным напомнить, что в результате любой операции прямого редактирования появляются параметры, которыми можно манипулировать. То есть если модель была создана в другой системе и не имела дерева построения, то в Solid Edge она может быть параметрически отредактирована.

Solid Edge — единственная система среднего уровня, в которой реализована технология редактирования моделей без дерева построения, что снимает ограничения на источник происхождения модели. Solid Edge работает с моделями из других систем не хуже, чем с собственными, устанавливая тем самым новые стандарты проектирования.

Еще одна специальная команда прямого редактирования листовых деталей изменяет угол сгиба (рис. 14).

Рис. 14. Редактирование угла сгиба

Рис. 14. Редактирование угла сгиба

Очень удобна команда, позволяющая подогнать фланец листовой детали к произвольной плоскости. Ее можно использовать не только для редактирования, но и для построения листовых деталей, так как она позволяет избежать множества вспомогательных операций (рис. 15).

Рис. 15. Подгонка фланца

Рис. 15. Подгонка фланца

Считаю нелишним добавить, что листовая деталь, не имеющая дерева построения, может быть развернута в Solid Edge. Пока нет ни одной системы среднего уровня, способной выполнить такую операцию без дерева построения. Это еще раз доказывает технологические преимущества Solid Edge (рис. 16).

Рис. 16. Развертка непараметрической листовой детали

Рис. 16. Развертка непараметрической листовой детали

Подведем итог настоящей статьи:

• компания UGS применяет уникальный подход к своим клиентам, который отличается высоким профессионализмом, направленным на достижение результатов;

• Solid Edge — не имеющий аналогов продукт среднего уровня, который устанавливает новый стандарт открытого проектирования, реализованный средствами прямого редактирования.

САПР и графика 1`2007