2 - 2014

Важность повторного использования проектных решений

Ян Ларссон (Jan Larsson)

Введение

Колесо часто называют одним из наиболее фундаментальных конструкторских достижений в истории человечества, что нашло свое отражение в ряде поговорок, касающихся изобретения колеса или велосипеда. Однако без новых конструкций инновационные процессы остановятся, поэтому разработчикам необходимо искать баланс между старыми и новыми проектными решениями.

В настоящее время слишком много машиностроительных предприятий впустую растрачивают ценные ресурсы из­за незнания того, что актуальная для них техническая проблема давно решена и они могут сократить сроки и затраты на проектирование, применив в своих новых изделиях уже существующие детали и узлы.

Инструменты синхронного моделирования значительно повышают гибкость при работе с 3D-моделями и позволяют оценить большее число вариантов конструкции за меньшее время — причем независимо от того, средствами какой системы были спроектированы детали. Кроме того, обеспечиваются непревзойденные возможности повторного использования геометрии

Инструменты синхронного моделирования значительно повышают гибкость при работе с 3D-моделями и позволяют оценить большее число вариантов конструкции за меньшее время — причем независимо от того, средствами какой системы были спроектированы детали. Кроме того, обеспечиваются непревзойденные возможности повторного использования геометрии

Два разных приводных рычага в показанной конструкции закрылка созданы на основе одного и того же шаблона. Рычаги имеют разную длину, и их можно изменять независимо от других деталей, основанных на том же шаблоне, что помогает сократить число различных деталей

Два разных приводных рычага в показанной конструкции закрылка созданы на основе одного и того же шаблона. Рычаги имеют разную длину, и их можно изменять независимо от других деталей, основанных на том же шаблоне, что помогает сократить число различных деталей

В целом концепция повторного использования проектных решений (ПР) очень похожа на знакомую всем концепцию утилизации и повторного использования отходов. Преимущества такого подхода в отношении отходов широко известны. На переработку вторсырья затрачивается меньше энергии, чем на получение первичного сырья, хотя дело здесь не только в экономии на стоимости материалов.

В отношении проектирования изделий этот термин обозначает стратегию, обеспечивающую повторное использование проектных эскизов, требований к изделию, деталей и сборок. Такой подход позволяет более оперативно внедрять инновации, сокращать сроки подготовки производства, улучшать качество изделий, а также повышать эффективность последующих этапов жизненного цикла, например инженерного анализа, проектирования технологической оснастки и программирования обработки.

Применение конструктором стратегии повторного использования имеющихся наработок сопровождается рядом значительных сложностей. Однако несмотря на это, во многих проектных организациях за счет разумной и эффективной реализации данной стратегии удалось достичь немалых успехов.

Ян Ларссон — старший директор по маркетингу продуктов NX для автоматизированной разработки изделий в странах Европы, Ближнего Востока и Африки компании Siemens PLM Software.

До прихода в компанию UGS г­н Ларссон пять с половиной лет проработал в компании 3Dconnexion — подразделении Logitech, занимающемся разработкой и изготовлением профессиональных 3D­манипуляторов в основном для рынка CAD/CAM/CAE­систем, и сначала курировал развитие бизнеса, продаж и маркетинга в странах Европы, Ближнего Востока и Африки, а затем — и по всему миру, действуя в тесном сотрудничестве с крупнейшими поставщиками CAD/CAM/CAE­систем. До прихода в 3Dconnexion Ян Ларссон занимал различные должности в штаб­квартире компании MicroCADCAM Ltd регионов Европы, Ближнего Востока и Африки, развивая бизнес в Южной и Северной Европе, а также отвечал за выход компании на скандинавский рынок. До начала работы с MicroCADCAM Ltd в 1997 году, когда г­н Ларссон переехал из Швеции в Великобританию, он работал у скандинавского реселлера CAD/CAM­решений, занимаясь вопросами продаж и маркетинга собственной линейки продуктов. Ян Ларссон работал в автомобилестроении (поставки комплектующих) и занимался вопросами интеграции CAD/CAM­решений у европейских поставщиков и субподрядчиков. Он также имеет опыт работы инженером — создавал и вводил в строй технологические линии по выпуску новых автомобильных деталей и узлов.

Преимущества повторного использования ПР

Повторное использование имеющихся наработок дает массу преимуществ тем организациям, которые могут эффективно внедрить эту стратегию. Главными преимуществами являются снижение затрат и сокращение сроков проектирования, но, в принципе, возможности повторного использования деталей и информации гораздо шире.

Например, многие предприятия вынуждены поддерживать раздутые каталоги конструкторской документации, появляющиеся в результате неуемного стремления к внесению изменений в изделия исключительно ради самого процесса. Правильное применение концепции повторного использования может привести к существенному сокращению объема каталогов, а также к получению скидок на оптовые закупки, поскольку очень много одних и тех же покупных деталей и узлов будет входить в большое число изделий.

Кроме того, появляются преимущества в плане гарантийных обязательств, технического обслуживания и обеспечения качества, потому что в конструкцию включаются проверенные и испытанные детали, для которых известны предельные значения рабочих параметров.

Исследование Aberdeen Group

Машиностроительные предприятия сталкиваются с трудностями, которые вызваны следующими причинами:

  • внесение изменений в 3D­модель требует глубоких знаний CAD­системы (57%);
  • CAD­модели являются негибкими, и после внесения изменений в них возникают ошибки (48%);
  • успешно модифицировать 3D­модель способен только тот конструктор, который ее построил (40%).

Эти данные подтверждают тот факт, что создание 3D­модели методом поэлементного построения препятствует повторному использованию геометрии. Однако указанные проблемы можно успешно решить. Несмотря на трудности, самые передовые предприятия принимают ряд мер по расширению повторного использования проектных решений.

В опубликованном в 2007 году отчете Aberdeen Group «Оценка степени повторного использования проектных решений» выявлено, что передовые компании в среднем достигают заданных технических характеристик изделий в 76 и более процентах случаев. У тех же, кто отстает в вопросах повторного использования ПР, этот показатель составляет 26 и менее процентов.

Сталкиваясь с проблемами, связанными с повторным использованием ПР, ведущие предприятия внедряют процессы конструирования с учетом последующего внесения изменений в модель (64%), обеспечивают централизацию хранения конструкторской информации (43%) и вводят в модель дополнительные атрибуты (43%).

В отчете Aberdeen Group даются следующие рекомендации:

  • на этапе конструирования выделять ресурсы на подготовку и проверку проектных решений, предназначенных для повторного использования;
  • внедрить технологию геометрического поиска проектных решений;
  • внедрить средства автоматизированной проверки готовности проектного решения к повторному использованию;
  • для внесения изменений в существующие проекты с целью получения новой геометрии применять методы прямого моделирования;
  • изучать опыт других организаций по улучшению процессов повторного использования проектных решений.

Еще одно преимущество данной концепции заключается в том, что разработка ведется на основе уже выполненного проекта или набора утвержденных узлов, а не с нуля. Это дает конструкторам надежную базу, а также обеспечивает значительную экономию.

Фактически, согласно результатам опроса, проведенного фирмой Aberdeen Group, 46% компаний стараются оптимизировать процессы создания, фиксации и повторного использования знаний об изделиях с целью повышения прибыли и снижения себестоимости. Компании, внедряющие указанный подход, осознали серьезные экономические и конкурентные преимущества на глобальных рынках, возникающие благодаря повышению качества, сокращению сроков разработки и снижению затрат.

Преимущества повторного использования ПР многочисленны и очевидны, но внедрение этого подхода, к сожалению, зачастую оказывается непростым делом. Конструкторские CAD­модели с сотнями взаимозависимых элементов очень трудно изменять, и может оказаться, что другому конструктору понадобится больше времени на исправление модели, чем на создание ее заново.

Еще одной проблемой, мешающей эффективному повторному использованию существующих проектных решений, является сложность поиска. Кроме того, серьезным препятствием может стать невозможность создания пригодных для повторного использования деталей и шаблонов, а также трудности при адаптации конструкций для эффективного и «бесшовного» применения на последующих этапах подготовки производства.

Несмотря на всю сложность как технических, так и организационных проблем, пути их решения найдены.

Потребительская электроника

Изготовители потребительской электроники, которые вынуждены решать задачи сокращения сроков подготовки производства инновационных изделий одновременно с необходимостью поддержания высокого качества и низкой себестоимости, обращаются к средствам автоматизированного проектирования, обеспечивающим сокращение сроков разработки на целых 30%.

Фотореалистичный рендеринг и виртуальная реальность позволяют ускорить проектирование и контролировать расходы. При этом изготавливается на 30% меньше опытных образцов, а система управления библиотекой механических деталей позволяет инженерам находить и повторно использовать существующие детали, что резко ускоряет процесс конструирования. Различные варианты конструкции можно испытывать виртуально, выявляя и устраняя многие ошибки еще на ранних этапах процесса проектирования. Это наполовину сокращает число ошибок, обнаруживаемых при выпуске опытной партии изделий.

Внедрение эффективных методов повторного использования наработок

Эффективность повторного использования ПР по большей части зависит от подходов и методов работы самих инженеров, но имеется и ряд технологий, помогающих упростить данный процесс.

Хотя большинство предприятий уже реализует те или иные инициативы по повторному использованию ПР, между ними пока еще наблюдается значительный разрыв по достигнутой производительности. Исследование Aberdeen Group выявило, что многие организации всё еще испытывают трудности при переводе существующих проектных решений в новые. Корни этой проблемы лежат в принципах работы современного поколения систем автоматизированного проектирования.

Решение задачи поиска подходящих проектных решений сводится к созданию эффективной структурированной базы данных и средств для поиска в ней. Обычные методы поиска в большинстве баз данных основаны на сравнении метаданных или атрибутов. Для успешного поиска требуется разработать соглашения о наименованиях объектов поиска и строго следовать им. К сожалению, подобный подход редко применим в реальной жизни, поскольку он предполагает, что множество людей тщательно соблюдают один и тот же набор правил.

Единственная общая характеристика похожих деталей, не зависящая от их наименования или классификации, — это форма. Введя геометрическую форму в качестве критерия поиска, можно значительно упростить способ повторного использования деталей, облегчить удаление ненужной информации и поиск во множестве разных хранилищ данных. Мощный инструмент геометрического поиска позволяет предприятиям более точно выявлять избыточные данные и определять возможность повторного использования; при этом размеры каталогов деталей удается сократить на целых 52%.

После того как задача поиска подходящих деталей решена, нужно заниматься следующей проблемой, которая заключается в том, что каждая конкретная конструкция состоит из многих взаимозависимых конструктивных элементов. CAD­системы, основанные на принципах поэлементного моделирования, позволяют создавать последовательность отдельных геометрических элементов, которые вместе образуют окончательную форму изделия. Очень часто между элементами бывают заданы зависимости, которые могут оказаться как очень мощным средством для внесения масштабных изменений в ходе разработки, так и препятствием в работе. Изменение конструктивного элемента, стоящего в начале последовательности, может привести к искажению геометрии одного из последующих элементов. Исследование Aberdeen показало, что 48% компаний постоянно сталкиваются с негибкостью моделей, порождающей ошибки при внесении изменений.

Одним из способов преодоления указанной трудности является обучение пользователей [правильным методикам построения моделей] и углубление их навыков работы с CAD­системой, но это очень дорогостоящий процесс, уводящий в сторону от вопросов создания новых и инновационных конструкций. Именно здесь важнейшим аспектом становится гибкость CAD­системы, ее способность работать и с собственной, и с импортированной геометрией. Такая система дает конструктору возможность редактировать геометрию независимо от того, каким способом ее изначально создавали. Замысел конструктора фиксируется и сохраняется, а синхронизация правил, конструктивных элементов и геометрии обеспечивает предсказуемость результатов изменений.

Автомобилестроение

Для достижения высоких показателей продаж в современных экономических условиях ограниченного капитала автопроизводители должны повысить эффективность проектирования и улучшить совместную работу инженеров. Однако повторное использование проектных решений в данной отрасли, как правило, затруднено тем фактом, что заказчики применяют другое программное обеспечение. Системы NX и Teamcenter решают данную проблему благодаря наличию общей платформы взаимодействия, что приводит к сокращению сроков разработки и более быстрой выдаче коммерческого предложения.

Специализированные рабочие процессы повышают производительность конструкторского труда и сокращают расходы на разработку. Обмен знаниями между географически удаленными сотрудниками улучшается за счет применения непрерывно действующей технологии совместной работы. 

Следующая часть головоломки затрагивает процесс проектирования пригодных для повторного использования деталей и шаблонов. Хотя зачастую бывает сложно предсказать, как именно будет меняться CAD­модель в дальнейшем, однако в целом возможности ее повторного использования планировать необходимо. Внедрение библиотеки повторно используемых проектных решений позволяет создать общую основу для быстрого поиска в широком диапазоне подобных объектов — в том числе среди системных шаблонов, библиотек деталей, шаблонов изделий и пр.

Наконец, стратегия повторного использования имеющихся наработок должна распространяться не только на конструкторские решения. Для получения всех возможных преимуществ необходимо охватить и последующие этапы разработки изделия и подготовки производства. Компаниям следует распространить свои инициативы по повторному использованию ПР на процессы инженерного анализа и разработки управляющих программ для станков с ЧПУ. В любом случае, планирование построения 3D­модели с учетом последующей ее модификации для разных целей и наличие средств прямого редактирования геометрии дают возможность легко подготовить модель как для технологических задач, так и для проведения инженерных расчетов, позволяя расчетчику быстро вносить изменения и анализировать несколько вариантов конструкции.

Возможности фиксации знаний и занесения их в среду автоматизированной разработки изделий критически важны для раскрытия огромного потенциала концепции повторного использования знаний

Возможности фиксации знаний и занесения их в среду автоматизированной разработки изделий критически важны для раскрытия огромного потенциала концепции повторного использования знаний

Система Geolus сокращает расходы на разработку изделий, предоставляя конструкторам возможность непосредственно в интерфейсе NX запустить поиск уже существующих моделей, чтобы не создавать их «с нуля»

Система Geolus сокращает расходы на разработку изделий, предоставляя конструкторам возможность непосредственно в интерфейсе NX запустить поиск уже существующих моделей, чтобы не создавать их «с нуля»

Заключение

Смысл послания ясен: внедрение систематического, основанного на подходящих технологиях подхода к повторному использованию информации, а также применение реализующих такой подход средств поиска, создания и редактирования геометрии позволяет предприятиям повысить производительность и сократить расходы на разработку изделий.

Проектные организации, не внедряющие эффективные методики повторного использования ПР, с каждым днем отстают всё больше и больше. Наличие возможностей поиска подходящих данных и внесения в них произвольных изменений, разработки пригодных для повторного использования CAD­моделей деталей и шаблонов, а также возможностей адаптации и редактирования геометрии для эффективного «бесшовного» ее применения на последующих этапах подготовки производства — всё это служит для того, чтобы конструкторы имели полную свободу для создания инноваций, а не занимались «изобретением велосипеда».

Понимание рассмотренных в настоящей статье реальных проблем критически важно для компаний — разработчиков программных инструментов для решения таких задач. К примеру, в Siemens PLM Software обеспечение повторного использования проектных решений является частью процесса разработки программных продуктов на основе пожеланий пользователей. Так, CAD/CAM/CAE­решение NX с синхронной технологией позволяет конструкторам работать с геометрией, поступающей из разных источников, а технология геометрического поиска Geolus быстро выдает похожие по форме CAD­модели. Благодаря тесной интеграции данной технологии с системой автоматизированного управления жизненным циклом изделия Teamcenter, предприятия могут получить значительный суммарный прирост доли повторного использования ПР, а также соответствующее снижение затрат на разработку новых изделий. Более того, коллаборативная природа Teamcenter обеспечивает возможность географически удаленным группам инженеров работать над проектом как одной команде, в реальном времени, что еще больше повышает эффективность использования ресурсов.

Внедрение автоматизированных технологий повторного использования проектных решений в коллаборативной среде позволяет компаниям принимать более обоснованные проектные решения, что сокращает сроки разработки и повышает качество изделий. 

САПР и графика 2`2014