Технология цифровых прототипов в действии, или Опыт внедрения Autodesk Inventor и Autodesk Vault: развертывание, проектирование, выгода

Александр Соколов, Роман Катаев

Не будет преувеличением сказать, что вопросы разработки и производства оборудования для внутритрубной дефектоскопии магистральных газо- и нефтепроводов имеют высокую и постоянную актуальность. Причем сказанное справедливо как для отечественных реалий, так и для зарубежного рынка, где также существует необходимость обслуживания магистральных трубопроводов.
Слишком велика цена ошибки при выявлении и устранении дефектов трубопроводов, транспортирующих нефть или газ, — последствия могут быть поистине катастрофическими.
Стоит ли говорить, что при создании современных комплексов для надежной дефектоскопии трубопроводов невозможно обойтись без адекватных средств автоматизации процесса проектирования, без организации и налаживания коллективной работы, без создания системы документооборота.

Александр Соколов — компания «АйДиТи», ведущий специалист по направлению «Машиностроение» и внедрению программного обеспечения, авторизованный инструктор Autodesk	Роман Катаев — НПО «Спектр» ЗАО НПО «Спецнефтегаз», специалист отдела информационных технологий

В настоящей публикации мы поделимся практическим опытом по внедрению Autodesk Inventor и Autodesk Vault в НПО «Спектр», проектном подразделении ЗАО НПО «Спецнефтегаз», при проектировании сложных изделий. Кроме того, мы покажем, что разумные инвестиции в информационные технологии не только с лихвой окупают себя, но и, более того, обеспечивают вполне реальную выгоду, способствуя повышению конкурентоспособности предприятия в целом.

Статья может представлять интерес для профильных специалистов (как в сфере информационных технологий, так и в сфере проектирования), а также для руководителей различного уровня. Первые могут почерпнуть информацию о том, как эффективнее и надежнее наладить коллективную работу, удобнее обновить существующую версию программного продукта, быстрее и проще установить и настроить ПО. Вторые могут на реальном примере убедиться в том, что инвестиции в САПР — это перспективное и объективно полезное дело.

НПО «Спектр» уже достаточно давно (без малого десяток лет) активно внедряет САПР для решения практических задач предприятия в проектировании высокоточных и сложных изделий. Понятно, что создание такого рода продукции сопровождается значительным объемом проектно­конструкторских работ, к качеству которых предъявляются высочайшие требования.

На рис. 1­3 представлены лишь некоторые из тех разработок, которые производит НПО «Спектр», но даже они дают представление о степени сложности геометрии проектируемых изделий. Например, на рис. 1 можно увидеть изображение изделия, состоящего из порядка 30 тыс. деталей, на рис. 2 представлена сборка, содержащая около 50 тыс. деталей, а рис. 3 демонстрирует крупный фрагмент одной из сборок.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Успешная реализация этих и других проектов в НПО «Спектр» во многом зиждется на продуманной политике руководства предприятия в области внедрения программного обеспечения, в частности решений САПР, а также на высоком профессионализме и опыте сотрудников отдела информационных технологий.

Структура и организация работы

Электронные макеты изделий проектируются на предприятии в Autodesk Inventor, а все файлы хранятся в системе документо­оборота Autodesk Vault. На рис. 4 представлен прототип структуры одного из основных сегментов информационной сети предприятия.

Как видно из схемы, на предприятии работает конструкторский отдел, а также производство с отдельным участком ЧПУ. Эти подразделения должны взаимодействовать с файловым сервером, на котором хранятся все разработки, и принт­сервером, к которому подключены все принтеры и плоттеры. В скобках заметим, что если разработки хранятся на рабочих станциях пользователей, то о таких разработках, как правило, знают только сами пользователи.

Рис. 4

Рис. 5

Конструкторский отдел предприятия в своей работе использует Autodesk Inventor Professional, в котором проектируются изделия, выполняются прочностные расчеты и выпускаются чертежи. В качестве системы для хранения и обмена данными служит Autodesk Vault.

Именно к его хранилищу обращаются специалисты участка станков ЧПУ, ведь CAM­система и, в итоге, сами станки ЧПУ используют электронные макеты, выполненные в Autodesk Inventor на основе технологии цифровых прототипов. Кроме того, в подразделении в определенных ситуациях используется и Autodesk Inventor LT. Почему именно LT? Да просто иногда электронные макеты изделий, поступающие на участок ЧПУ, являются излишне сложными для CAM­системы — например в тех случаях, когда на криволинейных поверхностях располагаются отверстия либо в изделии имеются фаски, которые изготавливаются на других участках предприятия. Реальный опыт работы свидетельствует о том, что в используемой CAM­системе переделать геомет­рию изделия достаточно сложно и решение этой задачи требует приобретения дополнительных дорогостоящих модулей, что, конечно, нерентабельно. А вот Autodesk Inventor LT, который ощутимо дешевле полнофункциональной версии, позволяет открыть и отредактировать деталь в объеме, вполне достаточном для подготовки программы изготовления детали на станке с ЧПУ.

Производство и смежники в своей работе также обращаются к Autodesk Vault, в котором они просматривают детали, чертежи и спецификации, а также используют ERP­систему, в которой формируются заказы на закупку и производство, осуществляется управленческий учет и контроль этих процессов.

Анализ программных продуктов, применяемых в различных подразделениях предприятия, позволяет разработать функциональную структуру информационной сети, учитывая специфику проектирования и производства:

• для конструкторов необходимы рабочие станции с Autodesk Inventor Professional и Autodesk Vault;
• для участка ЧПУ — рабочие станции с Autodesk Inventor LT, Autodesk Vault и CAM­системой;
• для производства, управления и главного конструктора — рабочие станции с Autodesk Vault.

Как уже было сказано, на вершине пирамиды информационной сети, о которой идет речь, находятся серверы: сервер для хранения данных Autodesk Vault, файловый сервер, сервер печати и отдельный сервер приложений Remote APP (рис. 5).

По роду своей деятельности многие специалисты в своей работе нуждаются в использовании Autodesk Vault. Для того чтобы не сталкиваться с проблемами и сложностями установки продукта на рабочие станции «смежников», в НПО «Спектр» пошли по варианту использования удаленных приложений. В этом случае клиентская часть (Vault Explorer) устанавливается на сервере, а пользователи применяют ее как программу в терминальном режиме. Это позволяет значительно упростить процедуру обновления ПО, а также гарантирует работу пользователя только с актуальной версией продукта, причем с любого компьютера в сети предприятия, даже при подключении извне. При этом клиентские машины не обязательно должны работать с операционными системами Microsoft, это могут быть и компьютеры под управлением, например, Linux.

Установка, настройка, оборудование

Необходимые сведения по установке и настройке серверной части Autodesk Vault изложены в замечательной инструкции «Advanced Configuration Guide for Autodesk Vault Server», которую можно скачать с сайта Autodesk. Поэтому здесь мы позволим себе лишь вкратце поделиться собственным опытом.

Autodesk Vault Server можно устанавливать как на серверные ОС, так и на клиентскую операционную систему. Дисковое пространство определяется объемом имеющихся данных и количеством уже сделанных моделей.

В НПО «Спектр» под Autodesk Vault Server выделен виртуальный сервер с 4 Гбайт оперативной памяти, операционной системой Windows Server 2008 R2 и системой управления базами данных Microsoft SQL 2008 R2 Express, которая поддерживает базы данных размером до 10 Гбайт, являясь при этом бесплатной системой. Количество файлов в хранилище — более 230 тыс. (наработки за несколько лет эксплуатации системы). Среднее количество версий файлов, созданных Autodesk Vault, — 2,58. На данный момент максимальная версия файла в хранилище — 150. Объем базы данных составляет 7 Гбайт при размере файлового хранилища 150 Гбайт.

При необходимости обновления сервера предварительно следует выполнить резервное копирование хранилища баз данных. Поскольку при установке новой версии продукта пользователю будут предложены и новые библиотеки стандартных компонентов, в большинстве случаев имеет смысл выполнять бэкап лишь тех библиотек, в которых создавались новые компоненты.

Выбор способа установки Autodesk Inventor зависит от количества рабочих мест. Если их мало, то ПО устанавливается непосредственно на каждом компьютере. Однако при наличии десятков или сотен машин разумнее использовать механизм развертывания с общего сетевого файлового ресурса. Объем папки развертывания пакета Autodesk Product Design Suite, включающего Autodesk Inventor Professional, AutoCAD Mechanical и Autodesk Vault Basic, занимает немногим более 20 Гбайт.

Перед установкой новой версии важно правильно удалить предыдущую. Обязательно нужно интегрировать в развертывание все доступные на данный момент обновления (сервис паки), чтобы потом не тратить время на их дополнительную установку. Рекомендуется объединить эти обновления в файле административного образа. В этом случае продукт будет установлен сразу со всеми обновлениями. Следует определиться и с порядком дальнейших обновлений ПО: будет ли пользователь сам выполнять обновления, или эта задача станет прерогативой одного из ИТ­специалистов.

Если предполагается использовать обе версии разрядности приложения (32 и 64), то нужно создавать и два разных развертывания. Устанавливать программы следует в недиалоговом режиме, чтобы после запуска развертывания программа установки не беспокоила пользователя никакими запросами.

При использовании одновременно на разных компьютерах сетевых и локальных лицензий для них необходимо создавать отдельные развертывания, что не является обязательным для разных серийных номеров (существует возможность смены или объединения серийных номеров).

Если пользователям нужны одинаковые или специфические настройки, то их необходимо выполнить заранее, а затем при создании развертывания импортировать их в процессе установки.

Библиотеки компонентов размещаются на сервере хранилища Autodesk (а не локально на каждом рабочем месте), что очень удобно с точки зрения эффективности использования и управления ресурсами, поскольку все установленные Autodesk Inventor будут обращаться к единой библиотеке.

Необходимо также определить, нужен ли пользователю доступ к интерактивным ресурсам, отправке отчетов об ошибках (с участием пользователя или без) и включению в эти отчеты имени компьютера.

При возникновении проблем с интер­нет­трафиком либо вообще с наличием Интернета следует скачать с сайта Autodesk и установить справочную систему продуктов Autodesk для работы с ней в автономном режиме.

Необходимо также подготовить ряд общих сетевых ресурсов для следующих стандартных папок: Design Data — библиотеки стилей и другие проектные данные, Templates — папка с шаблонами, Content Center — папка для хранения стандартных изделий.

При установке ПО важно обратить внимание на выполнение ряда простых действий, которые в дальнейшем обеспечат более производительную и комфортную работу с большими сборками:

• отключить те включенные по умолчанию настройки, которыми вы наверняка пользоваться не будете;
• избавиться от неиспользуемых стилей, особенно при работе с файлами из предыдущих версий;
• настроить время смены вида и частоту кадров — от них зависит, как будет вести себя сборка при вращении: двигаться быстро, но рывками, либо красиво отрисовываться, но вращаться медленно;
• выключить ряд параметров на вкладке «Сборка», а именно: «Обновить вручную», «Включить анализ избыточных взаимосвязей» и «Включить анализ сбоев связанных взаимозависимостей»;
• использовать режим «экспресс», в котором сборки с количеством деталей выше заданного будут открываться гораздо быстрее (когда потребуется сборка целиком, можно подгрузить все компоненты полностью);
• при переходе к новой версии конвертировать файлы в текущую посредством планировщика заданий;
• создавать подстановки, когда сборка заменяется деталью, а также упрощенные детали в случаях сложных сборок, состоящих из большого количества мелких компонентов (лучше разорвать связь с исходной сборкой, несмотря на то, что при изменении сборки деталь не поменяется).

Конфигурация рабочей станции также самым непосредственным образом влияет на качество и удобство работы в программном продукте, особенно в случае с большими сборками. Выделим самые ресурсоемкие операции: открытие сборок и чертежей, работа со сборками, добавление различных массивов, просто браузинг (перемещение, вращение и т.д.) по сборке.

На основе специально проведенного собственного тестирования в НПО «Спектр» пришли к выводу, что сегодня комфортную работу с Autodesk Inventor обеспечивает компьютер с установленной Windows 7 64­bit. Именно 64­разрядная версия позволяет не испытывать проблем с поддержкой оперативной памяти более 3 Гбайт.

Как правило, даже при работе с большими сборками и выпуске чертежей по ним хватает двухъядер­ного процессора. Использование четырехъядерных процессоров оправдывает себя при работе с чертежами больших сборок с размещением большого количества видов и с частым их открытием — в этом случае желателен топовый процессор с максимальной тактовой частотой.

Скорость чтения и записи на жесткий диск не являются критическим параметром в плане производительности. Мы проводили эксперименты как с обычными, так и сверхбыстрыми SSD, но разницы не обнаружили (кроме быстрой загрузки системы и программы).

При работе со средними сборками вполне достаточно от 8 до 16 Гбайт оперативной памяти, а 32 Гбайт понадобятся только при работе с действительно большими сборками. Хорошо, если частота оперативной памяти будет высокая, а кроме того, лучше использовать 2­ или 3­канальную память.

Профессиональные видеокарты, рекомендуемые Autodesk, являются хорошим выбором, в первую очередь благодаря своей стабильности. Но их ресурсов зачастую недостаточно для больших сборок или чертежей, особенно при работе в новых версиях Autodesk Inventor. Альтернатива заключается в использовании топовых игровых карт, которые менее стабильны, но демонстрируют лучшую производительность.

Проектирование

Конструкторский отдел ЗАО НПО «Спектр» является проектным подразделением ЗАО НПО «Спецнефте­газ». Когда лет десять назад возникла задача выбора программного обеспечения, рассматривались различные продукты и решения.

Многие конструкторы предприятия уже имели опыт работы с САПР, в том числе и с AutoCAD. Однако предельно высокий уровень сложности изделий, разрабатываемых предприятием, требовал создания 3D­модели изделия для минимизации количества ошибок, а в идеале и полного их исключения.

В итоге были приняты следующие критерии выбора САПР:

• умеренные требования к аппаратному обеспечению;
• стоимость лицензии;
• возможность сетевого лицензирования;
• возможность работы с форматом DWG;
• проектирование 3D­моделей изделия как «снизу вверх», так и «сверху вниз»;
• автоматическое создание чертежей по 3D­моделям;
• возможность трассировки проводов;
• выполнение расчетов по методу конечных элементов;
• собственная система документо­оборота.

По результатам сравнения ПО различных вендоров было принято решение остановиться на программном комплексе компании Autodesk — Autodesk Inventor Professional Suite (сейчас — Product Design Suite Ultimate). Очень порадовало соотношение «цена/качество» продукта, поскольку за разумные деньги приобретается целый комплекс программ, в том числе и классический AutoCAD, а также бесплатная возможность организации документо­оборота посредством Autodesk Vault Basic. Оставалось только внедрить продукт в рабочий цикл предприятия.

Рис. 6

Рис. 7

Несмотря на то что большинство конструкторов (а особенно ведущих) имели опыт работы только с двухмерными САПР, обучение и работа с новым продуктом не заняли много времени — Inventor пошел в массы. Начинали, как водится, с простых деталей, а затем постепенно перешли к созданию сборок (рис. 6), оперативно получая все необходимые чертежи (рис. 7).

Дальнейшим шагом было внед­рение документооборота. Специалисты инициативной группы тестировали входящий в состав программного комплекса Autodesk Vault Basic, учились работать с ним. Этот процесс также занял не очень продолжительное время, после чего вся конструкторская служба предприятия перешла к работе с новым продуктом. Теперь весь архив документации расположен на сервере предприятия (рис. 8).

Рис. 8

Рис. 9

Кроме того, конструкторы стали активно использовать в работе прочностные расчеты (рис. 9), а также, при необходимости, трассировать провода внутри разрабатываемых изделий (поскольку мехатроника достаточно часто находит применение при создании изделий, выпускаемых предприятием).

Особо следует отметить, что после внедрения САМ­системы на участке ЧПУ появилась возможность непосредственно использовать 3D­модели в производстве — конечно, как подчеркивалось выше, при необходимости предварительно упростив их в среде Inventor LT.

Архив конструкторской документации регулярно пополняется новыми моделями и чертежами, и, возможно, уже не за горами тот момент, когда предприятию потребуется переход на новый уровень системы документооборота, а именно использование Autodesk Vault Professional. Но это будет уже другая история…

Выгода

Надо ли говорить, что выполнение проектно­конструкторских работ такой сложности и в таких объемах просто немыслимо без применения адекватных решений САПР. Системы автоматизации не только обеспечивают более комфортную работу специалистов. Все же главная польза от их внедрения находится в сфере экономической. Безусловно, приобретение и внедрение современного программного обеспечения для проектирования и конструирования, а также последующее регулярное обновление и развитие ПО требуют вложения финансовых средств. Но практика показывает, что инвестиции в информационные технологии очень быстро возвращаются и начинают приносить реальную выгоду.

В этом можно убедиться на примере ЗАО НПО «Спецнефтегаз»:

• сроки работ над проектами сократились в 1,5 раза;
• трудозатраты уменьшились на 30%;
• минимизированы ошибки в практической работе;
• гораздо быстрее и точнее стали приниматься управленческие и производственные решения.

Все это вместе взятое дало предприятию возможность существенно ускорить выпуск качественной продукции, а значит — повысить свою конкурентоспособность на современном рынке, снизив зависимость от его изменений.

САПР и графика 5`2015