Просто о сложном в PLM

Компания «Топ Системы» в рамках популяризации темы о PLM-решениях и инженерном ПО в различных аудиториях запустила на своих каналах серию интервью с экспертами, во время которых обсуждаются тренды в области PLM- и CAD-систем и вопросы развития самого комплекса T-FLEX PLM в соответствии с этими трендами и с учетом текущей ситуации в отечественной промышленности. В ходе интервью рассматриваются текущие и будущие отраслевые потребности, технологические тенденции, требования, выдвигаемые к системам управления жизненным циклом изделия и системам конструкторского 2D- и 3D-моделирования, а также описываются преимущества продуктов комплекса T-FLEX PLM от компании «Топ Системы». Предлагаем вниманию читателей первый цикл интервью, в котором эксперты из «Топ Системы» рассказали просто о сложном: индустриально-ориентированном подходе к развитию PLM-систем, применении принципов системной инженерии в комплексе T-FLEX PLM и параметризации в моделировании.

Наблюдать за развитием проекта можно на страницах журнала «САПР и графика» и ресурсах компании «Топ Системы».

Индустриальный подход к развитию PLM-систем

Богдан Ключников, заместитель генерального директора по работе с ключевыми клиентами ЗАО «Топ Системы», знакомит с индустриальным подходом к развитию PLM-решений, который оптимизирует производство и расширяет ассортимент и скорость выпуска отечественных изделий.

Богдан Ключников представляет индустриальные решения T-FLEX PLM

— Богдан, скажите, пожалуйста, какие, на Ваш взгляд, ключевые вызовы сейчас стоят перед промышленностью? 

Богдан Ключников: Мы в компании «Топ Системы» внимательно следим за тем, что происходит в российской экономике и промышленности в частности. Кроме того, мы наблюдаем за тенденциями на российском и мировом рынках, перспективными методологиями и подходами к выпуску продукции и организации производственных процессов, активно собираем информацию о приоритетных задачах, стоящих перед промышленностью, и обратную связь с предприятий. Исходя из проектного опыта внедрения наших решений у заказчиков из различных отраслей промышленности, таких как авиастроение, автомобилестроение, судостроение, ракетостроение (космическая отрасль), разработка железнодорожной техники, проектирование газораспределительных систем и других машиностроительных изделий, я бы отметил следующие вызовы, стоящие перед нашей промышленностью:

• быстро растущий спрос на замещение огромного ассортимента импортируемой продукции;
• обеспечение стратегической безопасности и технологического суверенитета путем разработки и производства отечественной продукции на российских предприятиях и на базе российских компонентов;
• существенное ускорение процессов разработки и вывода новых изделий на рынок;
• внедрение отечественных PLM-систем корпоративного класса на фоне более 10-летнего периода санкционных ограничений, в которых находится наша промышленность, а также опережающего спроса и роста обрабатывающей промышленности;
• потребность в бизнес-трансформации предприятий — цифровизации процессов разработки, изделия и проектных данных;
• уход от архаичных подходов к разработке изделий;
• острый дефицит корпоративных PLM-решений при отсутствии отечественных аналогов;
• сложившаяся нехватка инженерных кадров и руководителей, в том числе ИТ-специалистов для обеспечения производственных задач.

Любое изделие, даже в конкретной отрасли с ее устоявшимися практиками, можно выпустить, используя множество разных способов, но очень важно при этом — насколько этот способ хорош и какой будет получен результат. Большинство промышленных предприятий опираются на собственный опыт, который зачастую отличается от опыта других предприятий внутри одной и той же отрасли. Сегодня для нашей промышленности краеугольным камнем является задача увеличения ассортимента изделий на замену импортных, которую необходимо выполнить «вчера» и «очень хорошо». Вот тут на первый план выходит вопрос: как это сделать оптимально, то есть создать изделие, которое будет востребованным с точки зрения потребительских качеств, в срок и в рамках выделенных ресурсов. 

Схема комплекса T-FLEX PLM

— И чем поможет в решении этих задач индустриальный подход компании «Топ Системы», который Вы анонсировали на вашем ежегодном мероприятии «Созвездие САПР»? 

Б.К.: Максимальную оптимизацию способа, как создать изделие с учетом имеющихся требований и ресурсов, возможно произвести, когда видишь всю картину в целом — все процессы, их взаимосвязь и согласованность между собой. Комплексный подход позволяет анализировать и находить возможности оптимизации производственных и бизнес-процессов. Наша формула получения изделия должного качества, выполненного в срок и с учетом имеющихся ресурсов, заключается в применении характерного набора индустриальных процессов для конкретной отрасли, совместно с организацией их взаимодействия. Это мы называем отраслевыми картами процессов для управления программой разработки нового изделия. Оптимизация в рамках такой отраслевой карты заключается в применении мирового опыта и собственных наработанных проектных практик. Другими словами, в отраслевых картах процессов учитывается специфика конкретной отрасли, промышленные стандарты, типовые процессы, потребности заказчиков в обеспечении непрерывности и развития необходимых производственных процессов. Кроме того, применяются зарекомендовавшие себя индустриальные мировые практики, а также наш собственный опыт, полученный в рамках выполнения компанией «Топ Системы» проектов внедрения решений T-FLEX PLM у заказчиков из этой отрасли. Мы также принимаем во внимание структуру предприятия, уровень зрелости компании и ИТ-ландшафт. Всё вышеперечисленное позволяет оптимально выстраивать процессы для решения текущих и новых задач.

Как я упоминал ранее, сбор обратной связи — важный процесс получения информации для компании «Топ Системы», чтобы совершенствовать свои решения. Это позволяет получить более глубокое понимание потребностей производства, выявлять пути развития и формировать актуальные требования к программным продуктам. Именно индустриальные практики, выраженные на уровне методологии и процессов, лежат в основе решений комплекса T-FLEX PLM.

— Что потребуется для реализации индустриального подхода и использования отраслевых практик? 

Б.К.: Важно отметить, что предприятия обладают разным уровнем зрелости и ИТ-ландшафтом, и это надо принимать во внимание. Для адаптации индустриальных практик прежде всего потребуется оптимизация процессов компании, а решения для проведения таких изменений должны приниматься на уровне высшего руководства компании. Но этого недостаточно, так как данные решения нужно провести в жизнь, а для этого нужны собственные эксперты по процессам и PLM-решениям. У заказчика должны быть специалисты с соответствующей квалификацией для внедрения изменений в процессы компании. Это, в свою очередь, предъявляет определенные требования к HR-политике: выстроенная система мотивации, внутренние программы развития квалификации у сотрудников для вертикального и горизонтального роста, четко прописанные должностные инструкции с обозначенными показателями эффективности, выделенные полномочия ответственным специалистам для управления изменениями и выстраивания бизнес-процессов. Также очень важно, чтобы существовало доверие к экспертам, чтобы им не мешали, а наоборот, оказывали поддержку для выполнения их работы и поставленных измеряемых задач. Внедрение новых процессов и изменений требует поддержки сверху и принятия их снизу. Здесь важна роль коммуникаций как внутри всего предприятия, так и на всех горизонтальных и вертикальных уровнях. Требуется разъяснительная работа с персоналом со стороны как высшего руководства, так и линейных руководителей: для чего внедряются процессы, как они будут внедряться, как процессы повлияют на работу специалистов на определенных ролях, какие изменения повлекут за собой внедряемые процессы, как будет организована сама работа по внедрению и после внедрения, кто несет ответственность за конкретный процесс, что требуется на входе и на выходе процесса, где можно найти информацию по процессу, к кому обращаться в случае возникновения вопросов и т.д. Необходимо, чтобы все сотрудники были в едином информационном пространстве, надо сокращать разрыв в коммуникациях между отделами и сотрудниками на различных ролях.

В то же время применение отраслевых практик и оптимизация процессов должны быть поддержаны и технологическими решениями. PLM-система должна соответствовать требованиям принятых бизнес-решений. В мире и в России появляется множество инноваций: используются научные достижения в области разработки новых материалов, способов производства, применения новых источников энергии, повсеместное использование микропроцессоров, контроллеров и датчиков, широкая автоматизация систем управления производством. Все эти факторы влияют на требования к процессу проектирования изделия, а это, в свою очередь, влияет на требования к процессам предприятий и, соответственно, к технологическим системам класса PLM, которые должны поддерживать эти процессы. Мы учитываем данные требования при развитии комплекса T-FLEX PLM и закладываем в наши продукты возможности поддержать новаторские подходы и организацию процессов, например принципы системной инженерии на основе использования моделирования (MBSE), проектного управления командами разработчиков, постоянный контроль требований на всем протяжении жизненного цикла изделия и на всех уровнях, широкое использование средств виртуального инженерного анализа с помощью собственных продуктов и инструментов или путем интеграции с решениями наших технологических партнеров.

— Каковы основные стратегические цели компании «Топ Системы»?

Б.К.: В качестве стратегических целей мы в компании выделяем следующие:

• обеспечить отрасли обрабатывающей промышленности подходами и инструментами для совместной разработки и сопровождения высококачественных продуктов любой сложности на основе отечественных технологий моделирования, анализа и управления;
• ускорить разработку и обеспечить опережающее развитие PLM-решений корпоративного уровня в кооперации с ведущими предприятиями России с учетом современных вызовов;
• выстроить долгосрочные партнерские отношения с ключевыми заказчиками для реализации масштабных программ по внедрению современных PLM-решений;
• развить партнерскую экосистему и нарастить компетенции компаний-партнеров;
• вести просветительскую и учебно-методическую работу по подготовке будущих кадров, востребованных на производстве.

В соответствии с этими целями строится работа компании, внедряется индустриально-ориентированный подход как в развитии бизнеса, так и в технологическом развитии продуктов комплекса T-FLEX PLM, разрабатываются маркетинговая и коммуникационная стратегии. Всё должно иметь комплексный и системный подход. Это то, к чему мы стремимся и доносим до наших заказчиков. Как театр начинается с вешалки, так и успешный выпуск изделия начинается с реализации индустриального подхода.

Что дает системный инжиниринг промышленности при разработке изделий

Игорь Кочан, заместитель генерального директора по развитию PLM-технологий компании «Топ Системы» рассказал о подходе к проектированию PLM-систем корпоративного уровня и интеграции принципов системного инжиниринга в решения T-FLEX PLM.

Игорь Кочан представляет системный инжиниринг

— Игорь, в ходе мероприятия «Созвездие САПР» говорилось о том, что в основе развития комплекса T-FLEX PLM заложены принципы системного инжиниринга. Расскажите, пожалуйста, что такое системный инжиниринг в Вашем понимании. 

Игорь Кочан: Прежде всего, давайте разберемся с предпосылками появления системной инженерии, а уж потом и с самим понятием. Происходит развитие инноваций и научных достижений — появление новых материалов, технологических процессов производства, использование предиктивной аналитики и больших данных для разработки и выпуска продукции, цифровых двойников и других технических достижений. Но инновации и технологическое развитие не появляются сами по себе, а диктуются рыночными условиями: сокращением сроков разработки и создания изделий и вывода продукции на рынок (time-to-market), необходимость организации серийного производства в соответствии с требованиями к качеству, срокам и затрачиваемым ресурсам. Также необходимо учитывать вопрос экономики изделий и выпускаемой продукции. Оперативный выпуск необходимого количества новой качественной продукции невозможен без высокотехнологичного серийного производства, удовлетворяющего запросам рынка. Это требует использования передовых технологий и подходов к проектированию изделий и управлению жизненным циклом изделия, а далее по цепочке: усложняется проектируемое изделие, процессы проектирования и производства. Здесь на помощь приходит системный инжиниринг — комплексный подход к созданию изделия и процессам его производства, охватывающий все инженерные дисциплины, позволяющий осуществлять контроль над разработками сложных изделий и систем, связанных между собой для совместного функционирования. Системный инжиниринг позволяет обеспечить эффективную совместную работу разнородных систем, разрабатываемых специалистами различных дисциплин или разными коллективами. Сегодняшнее развитие вычислительных средств позволяет использовать в системном инжиниринге имитационные модели изделия — такой подход получил определение «Системный инжиниринг, основанный на модели» (MBSE). Именно принципы MBSE и заложены на уровне ядра продуктов платформы T-FLEX PLM третьего поколения. Системная инженерия закладывается на уровне базовых возможностей и модели данных платформы и использует компонентный подход управления данными при разработке сложных изделий. Так как принцип системной инженерии уже зашит в комплекс T-FLEX PLM, то предприятие заказчика может сразу начинать проектировать свое изделие, независимо от его сложности, по-новому.

Проектирование на базе единой модели изделия (MBSE) на платформе T-FLEX PLM 2023

— В чем заключается основной принцип MBSE и как он применяется на практике?

И.К.: MBSE (Model Based Systems Engineering) позволяет обнаружить нестыковки и внести необходимые изменения в изделие уже на ранних этапах разработки, когда стоимость изменения минимальна. Это достигается за счет проектирования, основанного на трассировке требований, и разработки изделий на базе единой информационной модели, использования виртуальной среды для моделирования на всех фазах разработки — эскизного, технического и рабочего проектирования. Такой подход позволяет существенно снизить риски возникновения ошибочных решений и конструкций, что очень важно при проектировании сложных изделий при участии большого количества представителей различных инженерных дисциплин, которые при этом еще и работают параллельно.

Единая объектная (информационная) модель для всех компонентов изделия позволяет представлять различные объекты в любом графическом виде и детализации: точные или габаритные, или сеточные 3D-модели, чертеж и прочее; указывать расположение и ориентацию объекта в координатах изделия; предоставлять математические модели объекта; описывать функциональные и физические свойства компонента с учетом режима его использования и другие данные. Кроме того, единая информационная модель обеспечивает возможность рафинировать знания о принятых инженерных решениях и получать существенную экономию трудозатрат при заимствовании компонентов и узлов или при их эволюционировании.

Виртуальная среда позволяет уже на этапе проектирования, без издержек на материалы и производство, создать множество прототипов изделия для изучения и оценки его качеств и возможностей, выявить большинство ошибок и нестыковок, рассмотреть различные варианты конструкции и определить наиболее оптимальные. У инженеров есть возможность вносить необходимые изменения в конструкцию еще на этапе разработки и учитывать окружение использующих ее субъектов и других систем, стадии жизненного цикла изделия и сценарии работы системы с учетом их взаимодействия с внешним миром, логическую архитектуру системы и логику работы и взаимодействия компонентов системы в рамках отдельных стадий жизненного цикла изделия.

Мы в компании «Топ Системы» опросили наших ключевых и потенциальных заказчиков, согласны ли они с тем, что системная инженерия должна быть ключевым объединяющим компонентом PLM-платформ. По результатам опроса 53% согласились с этим утверждением, а 37% попросили предоставить больше информации для ответа. Данные опроса подтверждают правильность выбранного нами направления развития комплекса T-FLEX PLM с применением принципов системного инжиниринга, а еще показывают, что надо вести просветительскую деятельность в области системного инжиниринга, так как эта область еще недостаточно популяризирована.

Нашей целью при разработке решений T-FLEX PLM следующего поколения является создание платформы PLM корпоративного уровня, возможность разработки изделия с использованием методов системной инженерии на базе моделей (MBSE), совместное применение компонентного и структурного подхода при управлении данными об изделии, поддержка распределенной многосерверной ИТ-архитектуры комплекса. 

— Какие преимущества дает системный инжиниринг для промышленных предприятий?

И.К.: Сегодня очень высока потребность в поддержании экономики страны за счет современных методов проектирования и производства. Преимуществами системного инжиниринга является то, что он позволяет избежать нестыковок в конструкции, которые могут появляться на поздних этапах разработки и испытаний. Это, в свою очередь, позволяет сократить время разработки и выпуска продукции, а также стоимость изделия — в противном случае придется вносить поздние изменения, что существенно повышает издержки, так как стоимость изменений на поздних этапах проектирования значительно выше стоимости доработок на ранних этапах и требует гораздо больше времени на внесение исправлений. Это отражается не только на сроках выхода на рынок конечной продукции, но и на экономике самого проекта, в том числе и на репутации. Системный инжиниринг позволяет выпускать востребованную продукцию, сокращать время вывода изделий на рынок и оптимизировать стоимость конечного продукта, а это всё обеспечивает повышение конкурентоспособности как товара, так и самого предприятия.

Параметризация в моделировании: что это означает и каковы преимущества для производства

Сергей Козлов, директор по разработке компании «Топ Системы», подробно рассказал о возможностях параметризации российской САПР T-FLEX CAD.

Сергей Козлов о параметризации в T-FLEX CAD

— Сергей, компания «Топ Системы» практически всегда во время описания и презентаций своих продуктов делает фокус на параметризацию. Что такое параметризация в моделировании и какие преимущества она дает? 

Сергей Козлов: Прежде чем говорить о параметризации в 3D-моделировании, вспомним, что такое параметризация. Параметризация — процесс определения параметров (воздействующих факторов), их описание и диапазоны допустимых значений этих параметров для решения конкретной задачи. Например, при выполнении эскиза или рабочего чертежа это будет определение оптимального количества размеров, необходимого для изготовления детали. Параметрическое моделирование — это подход к созданию чертежей и трехмерных моделей, основанный на управлении их параметрами. Принцип параметризации прост. Везде, где пользователь может ввести численное или текстовое значение параметра, он может использовать переменную или выражение, зависящее от переменных. Это позволяет связывать значения между собой, рассчитывать их по формулам в зависимости от входных параметров модели, изменять их извне (считывая из файла параметров, задавая программно и т.д.). Переменные позволяют при помощи специальных функций получать значения требуемых параметров у любых элементов модели (измерять их), передавать нужные значения компонентам сборки, связывать параметры одних элементов модели с другими и т.д. Основной принцип параметрического моделирования заключается в создании связей между различными элементами модели.

Какие это дает преимущества? Они очевидны. Использование параметризации при проектировании позволяет: 

• быстрее разрабатывать модели изделий с учетом технологических, функциональных требований и конструкторских задач, а значит быстрее выводить продукцию на рынок, то есть сократить time-to-market;
• повысить гибкость и качество проектирования, а вместе с тем и качество конечной продукции;
• снизить стоимость разработки и повысить производительность инженера-проектировщика;
• автоматизировать процессы проектирования и производства, так как параметрические модели могут быть использованы для документации, спецификаций и автоматического управления оборудованием на производстве;
• сократить время/цикл разработки модели изделий и конечной продукции.

— А за счет чего достигаются указанные Вами преимущества: упрощение, гибкость и ускорение процесса разработки, экономия времени, ресурсов и повышения качества продукции?

С.К.: Это достигается за счет автоматизации процесса моделирования и сборки конструкций. Один и тот же тип изделия, но с разными входными характеристиками, можно спроектировать путем задания параметрических данных, и модель изделия будет автоматически спроектирована в программе, без ручного моделирования по новым параметрам. Вместо того чтобы создавать каждую деталь отдельно, параметрическое моделирование позволяет задавать значения для различных параметров, которые определяют геометрию модели, а сама модель автоматически обновляется в соответствии с заданными значениями. Применение параметризации позволяет выявлять наиболее оптимальный вариант модели, так как есть возможность протестировать множество изделий и конструкций еще на этапе проектирования путем проверки различных комбинаций параметров и определения их работоспособности и совместимости в различных сценариях использования. Этот процесс можно назвать оптимизацией конструкции. И наиболее эффективной она является в случае применения в цикле оптимизации методов инженерного анализа. Это делается в цифровой среде, без затрат на реальные материалы и физическое производство изделия. Кроме того, параметрическое моделирование позволяет формировать базу знаний об объектах и создавать библиотеки изделий, что также повышает гибкость и скорость проектирования.

Окно переменных в T-FLEX CAD 17

— О параметризации как конкурентном преимуществе говорит не только компания «Топ Системы». А чем же все-таки параметризация в T-FLEX CAD отличается от параметризации в других решениях САПР? 

С.К.: T-FLEX CAD создавалась изначально как параметрическая система. В системе используется единая объектная параметрическая модель, что позволяет единообразно управлять любыми параметрами любых объектов. Параметрическая модель T-FLEX CAD основана на «прямом» методе расчета модели — чаще всего без решения уравнений и итерационных схем, что позволяет сделать пересчет модели очень эффективным по времени расчета и точности результата. По сути, размерность параметрической модели не имеет ограничений по количеству участвующих элементов. В модели могут существовать сотни тысяч и даже миллионы элементов, связанных между собой различными зависимостями. Хотя нужно заметить, в последних версиях системы появилась возможность эффективного использования и вариационных методов параметризации, что является удобным при решении ряда задач, при которых прямой метод параметризации не позволяет решить поставленную задачу.

Диалог управления параметрического ковша

В то же время наличие параметрической модели в T-FLEX CAD почти не мешает тем пользователям, кому параметризация в принципе не нужна. Чертеж или 3D-модель может создаваться по методике, привычной для пользователей других систем. Модель, содержащаяся в одном файле, имеет один набор переменных и отношений между ними. Переменные модели могут быть использованы в любой части модели — на любой из чертежных страниц многостраничного документа, в любом эскизе, 3D-операции, расчетной задаче и т.д.

Параметрический библиотечный элемент

Заложенные параметрические возможности в программный продукт T-FLEX CAD позволяют: 

• увеличить скорость в плоском построении контуров и 3D-моделировании (это делает проектирование молниеносным);
• визуально и в режиме реального времени отслеживать изменения/перестроения модели через прямое управление мышью;
• обеспечить автоматизацию обмена данными от фрагмента к сборке и наоборот;
• создавать свои базы данных, взаимодействующие с чертежами, моделью, сборкой (табличная зависимость);
• напрямую работать с внешними базами данных форматов Excel (табличная зависимость);
• строить разного уровня объекты с помощью графической зависимости;
• обеспечить контроль и оптимизацию ключевых конструктивных особенностей изделия;
• многоуровневое управление информацией при разных методах проектирования;
• единообразно интерпретировать условия параметризации всеми модулями T-FLEX CAD;
• отследить коллизии на ранних этапах проектирования;
• вывести информацию через встроенное средство «диалог управления» удобным для пользователя образом.

Еще одной особенностью T-FLEX CAD является возможность управления моделью через интерфейсные инструменты, управляющие параметрами модели. К ним относятся, например, графические манипуляторы, за которые может «тянуть» пользователь. К таким средствам также можно отнести диалоговые формы, которые может создать пользователь самостоятельно без какого-либо программирования, используя их для последующего визуального управления моделью. Параметрические модели вместе с графическими манипуляторами и диалоговыми формами по сути дают возможность пользователю разрабатывать мини-САПР без программирования, то есть по схеме модной в настоящее время «low-code».

Пример параметризации в T-FLEX CAD

Основными нашими отличительными особенностями являются: 

• качество и точность параметризации;
• вариативность исполнений изделий;
• спектр инструментов для формирования своих 2D- и 3D-библиотечных файлов;
• широкие возможности по индивидуализации как формирования документации конкретного предприятия, так и исполнения КД по ЕСКД и другим общепринятым стандартам.

Любой объект (2D или 3D), созданный в T-FLEX CAD, сразу становится ассоциативным и/или параметрическим. Сразу подчеркну, что в T-FLEX CAD нет разницы между 2D-чертежом и 3D-моделью. Любое 2D-изображение может использоваться как 3D-эскиз.

Следите за успехами компании «Топ Системы» в новом, 2024 году!