3 - 2001

Еще раз о выборе системы

Сергей Курочкин

Летом прошлого года конструкторское бюро приборостроения (ГУП, г. Тула) предложило «Департаменту САПР» компании «ЛАНИТ» выполнить ряд работ в рамках осуществляемого КБП выбора системы САПР. Необходимо было произвести моделирование и кинематический анализ механизма затвора, состоявшего из 30 деталей (рис. 1). В задание были включены технологические аспекты — требовалось подготовить управляющие программы для станка с ЧПУ и разработать пресс-форму для литья одной из деталей механизма. Большое внимание было уделено управлению данными. Изначально специалистами «ЛАНИТ» было предложено использовать для реализации проекта исключительно программные средства Unigraphics Solutions: Unigraphics (в качестве системы высшего уровня), Solid Edge (среднего) и систему управления данными проекта (PDM) iMAN. И надо сказать, эта идея полностью себя оправдала. В частности, кинематический анализ, который в данном случае предполагал решение как чисто кинематических, так и динамических и контактных задач был полностью выполнен при помощи модуля Unigraphics UG/Scenario for Motion+.

Вы можете спросить, чем же таким интересным отличалось это задание? Работа над ним выявила ряд проблем, которые, как оказалось впоследствии, являются типичными и, к сожалению, неизбежными. Некоторыми соображениями на эту тему нам и хотелось бы поделиться.

Сразу отметим: задание было выполнено в срок, по ходу были выявлены некоторые неточности в исходных данных, согласованы методы их устранения и произведены соответствующие доработки. Но рассказать нам хочется о том, что осталось за кадром. Мы понимали, что на основе одних только результатов выполнения задания очень сложно составить достаточно полное представление о ходе его реализации. Создание моделей по чертежам не является в полном смысле слова проектированием, да и сам факт создания подобных моделей не дает представления о возможностях и удобстве проектирования. Воссоздать модель общемашиностроительной детали по проработанным чертежам может практически любая система, а вот обеспечить проектирование... К сожалению, такой метод выдачи задания практически неизбежен. Специалисты поставщиков САПР не настолько владеют методиками проектирования изделий предприятия, чтобы проектировать «с нуля», в то время как сотрудники предприятия не обладают необходимыми навыками работы с соответствующими средствами проектирования. Кроме того, имеет место «режимная» составляющая — со всеми вытекающими отсюда последствиями.

За кадром воплощенного в жизнь задания остается такая методологическая составляющая, как использование современных CAD/CAM/CAE/PDM-систем для автоматизации конструкторских и технологических работ.

В первую очередь хочется отметить возможности работы с концептуальной моделью будущего изделия. Концептуальная модель позволяет проводить глобальные модификации изделия как в ходе проектирования, так и для создания новых изделий впоследствии. К сожалению, такую концептуальную модель невозможно реализовать, не зная специфики предметной области. Этот инструмент позволяет создать абстрактный, первичный по отношению к построению каких-либо тел комплекс структуры, ассоциативных связей и параметров будущего изделия, основываясь на методике и опыте проектирования изделий подобного класса. На последующих этапах проектирования изделия на элементы концептуальной модели устанавливаются ссылки из моделей компонентов. Концептуальная модель может иметь внутреннюю иерархическую структуру и, в свою очередь, может корректироваться по мере проектирования изделия. Это своеобразный аккумулятор опыта предприятия и в то же время — средство «верхнего» уровня, предназначенное в первую очередь для главных и ведущих конструкторов — идеологов изделия.

Всем понятно, что разграничение доступа и определение персональной ответственности за конкретный элемент изделия являются необходимыми условиями организации работы даже небольшого коллектива, в противном случае стабильной работы не получится. Наряду с этим коллективная работа должна поддерживаться и соответствующей организацией ассоциативных связей. Изменения, проведенные одним сотрудником в пределах своего компонента, ни в коем случае не должны приводить к автоматическому изменению «чужих» компонентов. Другими словами, распространение изменений по ассоциативным связям должно быть управляемым. Это относится не только собственно к конструкции изделия, но и к моделям, используемым для прочностных, тепловых и других расчетов, а также к различной оснастке для производства изделия. В противном случае ни о какой персональной и даже подразделенческой ответственности говорить не приходится.

На рис. 2 приведена укрупненная схема организации проектирования, где используется концептуальная модель изделия и наличествуют управляемые ассоциативные связи. Обратите внимание: в общем потоке автоматизированных работ свое место отводится не только конструкторам-проектировщикам, но и идеологам изделия. В качестве узлов и систем могут выступать как элементы изделия, так и оснастка для его изготовления. Ассоциативные связи могут быть установлены между любыми объектами, а не только между компонентами одной сборки. Такая методология дает значительный выигрыш в эффективности проектирования и подготовки производства, обеспечивая точное управление разработкой и поддерживая возможность параллельной работы больших коллективов, но при этом ее внедрение требует определенных организационных усилий. Данный вариант организации работ поддерживается только Unigraphics при помощи технологии WAVE.

Другой вариант предполагает неуправляемое распространение изменений, при котором любое изменение распространяется по всем моделям изделия без каких-либо согласований. Естественно, конструктор (или технолог) не имеет возможности адекватно реагировать на изменения, происходящие в компонентах (деталях и сборках), проектируемых коллегами. Адекватность реакции предполагает изменение собственного компонента в соответствии с окружающей обстановкой и общей функцией этого компонента. Общая функция при определенных изменениях параметров может либо сохраняться, либо нет; для сохранения общей функции компонента потребуется выполнить изменения, которые не описываются существующей схемой параметризации, то есть переработать схему параметризации.

Хочется подробнее рассказать о технологии моделирования. Здесь тоже существуют два подхода. Первый, реализуемый системами высшего уровня, предлагает полную свободу действий — вы можете создавать модели так, как вам удобно. При этом количество вспомогательных построений в виде профилей, кривых, поверхностей и твердых тел не лимитировано. Никак не ограничивается и использование ссылок на геометрию компонентов из других файлов. Наибольшую свободу моделирования предоставляет Unigraphics. На рис. 3 приведен этап построения модели одной из деталей затвора при помощи другой детали сборки.

Второй подход предполагает возможность выполнения только определенного, ограниченного контекстом компонента набора стандартных операций; на промежуточные построения накладываются серьезные ограничения. Фактически второй подход, реализованный в системах среднего уровня, является усеченным вариантом первого.

Нельзя не остановиться на еще одном важном разделе автоматизации создания изделия. Речь идет о специализированных инженерных приложениях, таких как прочностной и кинематический анализ, анализ размерных цепей, проектирование жгутов и трубопроводов, проектирование различного рода специализированной технологической оснастки (штампов, литьевых форм и т.п.), и, конечно, о создании управляющих программ для станков с ЧПУ. И здесь имеется два подхода. Подход систем высшего уровня, в частности Unigraphics, основан на том, что все эти приложения являются модулями одной системы. В этом случае даже если используется решатель ADAMS, NASTRAN или MOLDFLOW — для конструктора это абсолютно прозрачно, он работает в той же единой среде.

Еще одна неотъемлемая составляющая CAD/CAM/CAE — это проектирование обработки на станках с ЧПУ — собственно CAM. Системы высшего уровня, в том числе Unigraphics, предлагают собственные полнофункциональные решения в этой области. Называть их интегрированными неправильно — они являются составной частью систем. На рис. 4 показан фрагмент визуализации 5-осевой обработки одной из деталей затвора встроенными средствами Unigraphics. Системы среднего уровня предлагают другой подход, при котором все эти приложения являются внешними самостоятельными продуктами третьих фирм. В лучшем случае они могут читать исходный файл модели, а в худшем — передача данных происходит через IGES или DXF, со всеми вытекающими последствиями (непонятно только, при чем здесь интеграция). В любом случае остаются проблемы согласованности версий, поддержки и изучения нескольких систем и самое главное — распространения изменений.

Именно совокупность возможностей управления ассоциативностью, моделлера и специализированных (как собственных, так и интегрированных) приложений определяет разделение систем CAD/CAM/CAE на высший и средний уровни; стоимость здесь вторична и точно отражает их возможности. Более того, при одинаковой функциональности (например, ЧПУ) стоимость комплекта систем среднего уровня выше, чем у Unigraphics.

Однозначно определить, какой подход оптимален, нельзя. Для проектирования простых типовых изделий, когда можно создать единую схему параметризации, системы среднего уровня обеспечивают достаточную функциональность при меньших затратах ресурса. В то же время для сложных изделий либо при наличии большого количества специализированной оснастки они неприменимы.

Также следует остановиться на некоторых моментах, связанных с системой управления данными изделия (PDM). Прежде всего это роль PDM в процессе проектирования изделия. Назначение системы PDM — в упорядочении процесса проектирования, но никоим образом не в улучшении возможностей моделлера. Например, если моделлер не поддерживает работу с несколькими отдельными телами в одной рабочей части, то PDM ничего не сможет здесь изменить. При этом PDM должен помочь корректно отрабатывать операции со связными компонентами независимо от вида связи (как вхождение в сборку, так и ссылка на геометрию или параметры). С этой целью PDM должен быть достаточно тесно интегрирован с системой проектирования. В противном случае соответствующие связи придется отслеживать вручную, что неизбежно приведет к ошибкам.

Теперь об идеологических основах конкретной системы PDM. Здесь есть некоторое противоречие в требованиях к системе. Отечественные системы управления конструкторско-технологической документацией реализованы в соответствии с ЕСКД, но не имеют многих функций, свойственных системам PDM высшего уровня, в частности iMAN. В свою очередь, решения, предлагаемые поставщиками систем проектирования, требуют некоторых усилий при реализации требований ЕСКД. Причина этого кроется в самой ЕСКД, которая создавалась для «бумажной» технологии проектирования и соответствующего документооборота, вследствие чего некоторые ее аспекты (но далеко не все!) сложно реализовать при автоматизированном проектировании изделия.

Подытоживая все вышесказанное, хотелось бы заострить внимание на основном вопросе современного этапа автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства. В действительности происходит выбор не конкретной системы проектирования, комплекса (или комплекта?) систем, а идеологии автоматизированного проектирования и подготовки производства. Первым шагом в этом направлении должна стать взвешенная, разносторонняя с точки зрения как изделий, так и привлекаемых коллективов оценка задач, которые предполагается автоматизировать. Такая оценка поможет определить оптимальную для предприятия идеологию и значительно упростит следующий шаг — выбор конкретной системы проектирования.

«САПР и графика» 3'2001