4 - 2000

T-FLEX CAD — современные тенденции в проектировании

Сергей Бикулов, Виталий Талдыкин

Интеграция проектирования, расчетов, технологии и изготовления

Переход от 2D к 3D

Повышение эффективности

Организация работы коллектива

Сегодня происходит серьезное переосмысление подходов к организации промышленного производства. Требования заказчиков постоянно повышаются, их квалификация и осведомленность о тех или иных товарах на рынке также значительно возросли, и поэтому практически во всех отраслях приходится искать новые методы борьбы за этих заказчиков. Главным фактором успеха сегодня становится повышение качества и скорости проектирования с максимально быстрым доведением продукта до рынка.

На крупных предприятиях на передний план выходят вопросы организации взаимодействия проектировщиков и обеспечения интегрированного процесса, охватывающего все стадии — конструирование изделия, анализ, технологическое проектирование, получение программы для станка с ЧПУ. Небольшие организации переходят к модели проектировщика-универсала, который сочетает в себе квалификацию и конструктора, и технолога, и разработчика программы для станка ЧПУ одновременно.

Очевидно, что самым важным элементом этих новых подходов являются инструменты проектирования — конструкторские и технологические САПР, программы анализа и системы подготовки производства.

Российская фирма «Топ Системы» (www.topsystems.ru) предлагает полный набор программных средств, обеспечивающих высокие темпы и качество проектных решений как для крупных предприятий, так и для небольших организаций и отдельных пользователей. Эти программы используют новейшие идеи в области САПР и, что особенно важно, обеспечивают комплексную автоматизацию, в отличие от гораздо менее эффективной частичной автоматизации отдельных элементов проектирования.

Интеграция проектирования, расчетов, технологии и изготовления

Компьютерное проектирование, анализ и изготовление принесли моментальный эффект сразу же с момента своего появления в 70-х годах. С тех пор так называемые системы CAD (проектирование и подготовка чертежей), CAE (анализ и расчеты) и CAM (подготовка программ для станков с ЧПУ) были существенно улучшены. Возросли их эффективность, функциональность и точность результатов. Однако с точки зрения основного подхода их внедрения, а именно использования в качестве автоматизации отдельных элементов процесса проектирования, мало что изменилось.

Конструктор работает отдельно от специалиста по анализу, а тот, в свою очередь, слабо связан с технологами или инженерами программ для станков с ЧПУ. Сегодня эта схема выглядит следующим образом. По завершении проектирования конструктор передает данные на анализ, например на прочностной или температурный. Аналитик проводит определенные расчеты и по их результатам дает конструктору рекомендации по изменению изделия. После согласования данные передаются технологу или специалисту по ЧПУ. В конце концов информация в виде технологического процесса или программы ЧПУ достигает производства. Изделие изготавливается. Схема выглядит логичной и стройной, однако на практике все обычно происходит не так гладко.

Различные программы, которые используются на каждой стадии, могут быть несовместимы между собой, а это влечет за собой появление проблем переноса данных от одной программы к другой. Это может привести к потере точности, а иногда и к повторному заданию одних и тех же данных. Расчетчик или технолог может дать рекомендации по повышению прочности или технологичности, что для конструктора, который работает отдельно от каждого из них, может быть не всегда понятно, а с чем-то он может и не согласиться. После изменений в конструкции необходимо еще раз пройти все стадии. При этом снова необходимо будет решать проблемы передачи уже откорректированных данных от одной программы к другой. Если какая-то информация была добавлена дополнительно на одном из промежуточных этапов, ее необходимо будет ввести заново, поскольку она должна уже быть настроена на новые данные. В результате возрастают общие издержки. Для выпуска изделия требуется больше времени, снижается его качество.

Сегодня с этими проблемами столкнулись уже многие предприятия. И в качестве одного из способов ее решения используют так называемое командное проектирование. Вместо отдельных технологических, конструкторских, расчетных и прочих отделов создается единая команда, отвечающая за изделие. В нее входят конструкторы, технологи, расчетчики и другие специалисты, вплоть до экономистов и менеджеров по маркетингу. В небольших организациях это могут быть один-два человека, способных выполнить весь комплекс работ.

Стоит, однако, отметить, что если в плане организации такая схема выглядит более эффективной, то для того, чтобы решать технические проблемы, связанные с программами и передачей данных, требуется другое — а именно поддержка интеграции непосредственно на уровне программ. Одним из способов обеспечения интеграции является использование стандартных форматов файлов для обмена данными. Используя для передачи графической информации форматы DXF, IGES или STEP, пользователи могут в определенной степени реализовать связь между программами. Однако эти форматы являются низкоуровневыми и не могут обеспечить передачу всего набора данных, которые существуют в современных программах. Кроме того, функции чтения/записи этих форматов в различных программах реализованы по-разному, что часто приводит к несовместимости. Также необходимо учесть, что, хотя эти стандартные форматы постоянно улучшаются, они не могут идти в ногу с расширением функциональности современных программ. В этом случае гораздо более продуктивным является использование программ, базирующихся на едином геометрическом ядре, например ACIS или Parasolid. Хотя обмен по-прежнему будет идти на низком уровне, вы, по крайней мере, будете уверены в том, что данные будут переданы корректно и не потеряют точность.

Другим, гораздо более эффективным способом реализации интеграции является использование программных комплексов, базирующихся на каком-то основном программном продукте — как правило, системе проектирования, черчения и моделирования. Разработчики таких комплексов предлагают набор программ, которые либо работают в рамках единой программной среды, либо имеют хорошо отлаженное взаимодействие между собой. Так, например, работает российская фирма «Топ Системы», поставляя комплекс программ проектирования и подготовки производства под общей маркой T-FLEX. Этот комплекс основан на САПР двухмерного черчения и трехмерного моделирования T-FLEX CAD, которая хорошо зарекомендовала себя и в России, и за рубежом. Помимо T-FLEX CAD в комплекс входят системы подготовки программ для станков с ЧПУ, технологического проектирования, расчета, проектирования оснастки и т.д.

Однако даже этот, казалось бы, оптимальный способ интеграции нельзя назвать идеальным. Во-первых, в комплексе могут отсутствовать программы из каких-либо областей проектирования, которые необходимы предприятию. Во-вторых, всегда лучше иметь широкий выбор прикладных программ различных разработчиков. То, что решает все задачи для одного предприятия, может не подойти другому. Кроме того, бывает, что предприятию требуется разрабатывать свои специализированные приложения, и, естественно, желательна их интеграция со всем комплексом. Для ответа на эти пожелания некоторые ведущие разработчики, включая разработчиков T-FLEX CAD, предлагают следующее решение. Они разрабатывают специальные механизмы доступа к внутренним функциям своих программ. Это позволяет создавать встроенные интегрированные решения для любых сторонних разработчиков, включая пользователей этих программ. Используя связь на уровне внутреннего обмена данными и функциональными возможностями, можно обеспечить любую степень интеграции. Например, программа T-FLEX CAM, встроенная таким образом в T-FLEX CAD, сохраняет все специализированные настройки на обработку конкретных поверхностей при модификации исходной модели. Или, например, программа расчета, использующая геометрические данные о детали, полученные из T-FLEX CAD, сможет самостоятельно модифицировать исходную модель. Естественно, что использование единой информационной основы полностью исключает проблемы передачи данных или потерю точности.

Этот подход отлично сочетается с методом командного проектирования и приводит к реальному сокращению издержек и ускорению выхода изделия на рынок.

В начало В начало

Переход от 2D к 3D

Без сомнения, одной из основных тенденций сегодняшнего дня в области проектирования становится переход от двухмерного проектирования и черчения к трехмерному моделированию. Такой переход очень важен. Все вышеизложенные соображения об интеграции справедливы лишь при использовании трехмерных моделей. Конечно-элементный расчет или разработка программы для станка с ЧПУ требует трехмерных данных, и здесь не поможет никакой, даже самый детальный, чертеж.

По статистике, лишь 15% пользователей САПР используют сегодня 3D-моделирование. Однако в последнее время произошел существенный перелом в этом вопросе, и связан он, прежде всего, с появлением ряда сильных программ моделирования для персональных компьютеров. Кроме того, существенно возросла производительность современных ПК. Сегодня уже нет необходимости тратить многие десятки тысяч долларов для оснащения всего лишь одного рабочего места для трехмерного моделирования.

Однако это не значит, что переход от двухмерного проектирования к трехмерному так уж прост и не потребует дополнительных усилий и финансовых трат. Тем не менее во многих случаях такой переход оправдан и окупится сторицей. Многие заказчики фирмы «Топ Системы» уже используют преимущества трехмерной версии системы T-FLEX CAD, хотя начинали они как пользователи двухмерного варианта. То, что в T-FLEX CAD реализованы на высоком уровне и двухмерные, и трехмерные возможности, безусловно, облегчает такой переход, однако в любом случае он должен быть тщательно спланирован. Рассмотрим основные шаги такого перехода.

Прежде всего, необходимо осознать суть и преимущества трехмерной твердотельной модели. В мире 2D результирующими данными проектирования являются чертежи, с которыми идет постоянная работа на протяжении всего жизненного цикла изделия. В 3D ключевым элементом является твердотельная модель. Чертежи являются лишь одним из видов представления модели. Модель непосредственно может быть обработана программой анализа. Можно быстро рассчитать ее масс-инерционные характеристики. По модели гораздо проще представить себе изделие еще до того, как оно будет физически изготовлено.

Для того чтобы переход к 3D прошел в едином ключе для всех проектировщиков, необходимо специфицировать общие требования к созданию моделей на данном предприятии, подготовить библиотеки, согласовать способы хранения и именования файлов. Стандартизация повысит эффективность и обеспечит повторное использование уже созданных моделей, а также упростит модификацию. В принципе, этот подход важен для любого типа проектирования, однако в 3D он наиболее полезен. Нужно постараться сделать так, чтобы любой проектировщик смог легко разобраться в структуре модели, созданной другим конструктором, и ввести необходимые изменения.

Трехмерное моделирование требует больших аппаратных ресурсов, чем двухмерное. Причем наиболее важным является не столько быстродействие процессора, хотя и это весьма существенный параметр, сколько объем оперативной памяти.

Чем сложнее ваша трехмерная модель, тем больше памяти для нее требуется. К счастью, сегодня цены на память вполне доступны. Неплохо было бы также оснастить свой компьютер хорошей графической платой. Это позволит ускорить манипулирование 3D-моделью. Однако перед покупкой нужно убедиться, что предлагаемое вам изделие действительно ускорит работу с программой. Для этого нужно проконсультироваться с разработчиками программы.

Ранее уже говорилось о важности интеграции в проектировании. Переход к 3D потребует от вас создания новой схемы использования всего набора программ проектирования, с которыми вы работаете в настоящий момент. Поэтому необходимо составить общую структуру функционирования всего комплекса и провести предварительное тестирование согласованной работы всех компонентов.

Обучение является одним из наиболее важных (если не самым важным) моментов перехода к 3D-проектированию. Хотя это потребует определенных временных и финансовых затрат, выигрыш в перспективе будет значительным. Как показала практика, недостаточное обучение или, тем более, его отсутствие приводит к существенным проблемам в производительности проектирования, что обходится намного дороже.

Важным моментом является техническая поддержка. Фирма «Топ Системы» обеспечивает пользователей своих программ прямой бесплатной технической поддержкой, что гораздо эффективнее опосредованных консультаций со стороны дилеров.

Существенным моментом перехода является использование уже имеющихся чертежей для построения 3D-моделей. T-FLEX CAD позволяет эффективно создавать 3D-модели на основе данных чертежей любого вида, в том числе и созданных без учета проекционных связей. Если вы уже использовали какую-либо систему 3D-моделирования, то для перехода к другой, на ваш взгляд, более подходящей, нужно будет перевести данные из формата старой системы в новую. Не всегда этот процесс проходит гладко, особенно если старая система использует какое-либо свое нестандартное уникальное трехмерное ядро. В принципе, при выборе программы 3D-моделирования старайтесь ориентироваться на системы, использующие известные трехмерные ядра, например ACIS или Parasolid. Это не только гарантирует вам определенный уровень функциональности и надежности, но и обеспечит прямую интеграцию со многими прикладными программами, а также сохранение наработанных данных в случае перехода на другую систему.

В начало В начало

Повышение эффективности

Главным критерием при выборе САПР среди похожих систем становится скорость достижения хорошего результата. Практически все разработчики стараются придумать нечто такое, что позволило бы им опередить конкурентов в скорости. Поскольку, как правило, ведущие программы используют одни и те же базовые инструменты (выше уже говорилось о трехмерных ядрах ACIS и Parasolid), нововведения касаются прежде всего пользовательского интерфейса, общей организации структуры данных, механизмов решения конкретных задач моделирования, например создания сборочных моделей или получения двухмерных чертежей по 3D-моделям.

И хотя во многих случаях заявленные преимущества являются не более чем рекламным ходом, стоит все же обратить внимание на ряд моментов.

  1. Интерфейс пользователя и набор команд. Большее количество команд отнюдь не всегда свидетельствует о более широкой функциональности. Более того, системы со слишком большим количеством команд часто дезориентируют пользователя и усложняют поиск необходимого решения. Разработчики системы T-FLEX CAD с самого начала разработки программы старались свести набор команд к минимуму. Так, например, для создания всех типов окружностей и дуг существует лишь одна команда. В ее рамках диалог построен на интуитивном интерфейсе. Точно так же одна команда существует для создания всех типов размеров и так далее. Вторым немаловажным критерием является следование стандартным общепринятым правилам пользовательского интерфейса, в частности интерфейса операционной системы Windows. Пользователь должен знать, что, нажав правую кнопку мыши над элементом чертежа или модели, он сможет изменить его параметры. Если у пользователя есть мышка с колесом, то он сможет быстро перемещаться по чертежу с помощью обычных манипуляций. В любой момент в T-FLEX CAD можно настроить структуру окон и панелей. Существует также бесчисленное множество других моментов, которые делают работу с программой понятной, удобной и эффективной.
  2. Эффективность пересчета и параметризация. То, как организован механизм внутренних данных и пересчета моделей, является чрезвычайно важным фактором. И хотя эта область не лежит на поверхности, вы быстро почувствуете разницу при использовании вроде бы схожих программ. Можно сколько угодно минимизировать количество нажатий на кнопку мыши при построении модели, но если пересчет модели не оптимизирован, вы потеряете на порядок больше времени в ожидании пересчета при малейшем изменении какого-либо элемента модели. Особенно это касается сложных моделей и сборочных конструкций. К сожалению, быстродействие современных компьютеров еще недостаточно для того, чтобы 3D-моделирование было таким же быстрым, как работа с чертежами, и порой пользователю приходится терять значительную часть рабочего времени в ожидании, когда программа завершит ту или иную операцию. Для того чтобы сократить это ожидание, в руках пользователя существуют разные способы. Однако их реализация является весьма непростым делом и может быть осуществлена с разной степенью успеха. Поэтому при сравнении САПР лучше всего провести хронометраж схожих операций. Прежде всего это касается загрузки и регенерации моделей (особенно сложных и сборочных), а также получения чертежей как проекций 3D-моделей.

    Система T-FLEX CAD по своей базовой идеологии является параметрической, как в 2D, так и в 3D, и разработчикам, используя эту основу, удалось реализовать оптимальный пересчет чертежей и 3D-моделей. Причем, если в 3D-моделировании параметризация в том или ином виде существует в большинстве современных систем, то 2D-параметризация в T-FLEX CAD является уникальной. Ни одна из существующих систем не позволяет создавать параметрические чертежи столь высокой степени сложности.

    Благодаря своим параметрическим возможностям T-FLEX CAD экономит время и усилия при модификации чертежей и моделей, а также позволяет создавать целые проектные комплексы.

  3. Количество действий для достижения результата. Практически все разработчики стремятся сократить количество действий, которые необходимо осуществить пользователю для достижения того или иного результата. Во многих случаях это дает определенный эффект, однако разработчикам программ необходимо соблюсти некоторые правила. Очень важно сохранить интуитивность, логичность и единообразие операций. В противном случае пользователь потеряет время, которое он якобы выиграл на лишнем нажатии, на то, чтобы понять, как же все-таки ему осуществить то или иное действие. Тем не менее такие возможности, как объектная привязка, подсветка выбираемых элементов, «прозрачное» манипулирование 3D-моделью, оптимизация часто используемых действий, безусловно, дают эффект.
  4. Специальные механизмы. Часто для того, чтобы ускорить те или иные операции, на которые обычно уходит немало времени, разработчики программ САПР реализуют различные вспомогательные приемы. Например, в T-FLEX CAD при моделировании сложного 3D-объекта можно «подавить» некоторые долго рассчитывающиеся операции, что ускоряет пересчет. При работе с большими сборками можно заменить отдельные детали на их более простые прототипы. Чем больше таких специальных возможностей, тем выше вероятность того, что при каких-либо проблемах со скоростью вы сможете найти решение. К сожалению, не всегда можно сразу оценить действенность таких механизмов. Однако в любом случае постарайтесь получить их список, чтобы иметь представление при сравнении систем. Таким образом, эффективность работы САПР является крайне важным критерием, и при выборе вам необходимо уделить ему самое серьезное внимание.
В начало В начало

Организация работы коллектива

В последнее время наблюдается существенный рост внимания к системам PDM (документооборота и ведения проектов). Это отнюдь не случайно. Успешное внедрение таких систем на предприятии решает массу организационных проблем, повышая производительность проектирования. Порой количество чертежей, моделей, текстовых и других документов достигает десятков и сотен тысяч. Эти документы создаются и редактируются в различных программах. Параллельно может вестись целый ряд различных проектов. В коллективе проектировщиков, насчитывающем порой десятки и сотни человек, могут существовать различные рабочие группы. Доступ к информации может быть разграничен. В такой ситуации использование системы PDM не просто оправданно, а жизненно необходимо. Особенно это актуально для нашей страны, где автоматизация проектирования и подготовка производства реально началась не так уж давно. Систему PDM можно рекомендовать любым коллективам. В принципе, даже одиночный пользователь может выиграть от ее использования за счет структурированной организации хранения документов. На рынке сейчас существует довольно большой выбор систем. Практически каждый разработчик САПР сегодня предлагает свою систему PDM. Некоторые разработчики даже смещают акценты своей маркетинговой политики в сторону таких систем. И здесь очень важно не ошибиться, поскольку, во-первых, возможности систем существенно различаются, а во-вторых, желательно использовать систему, хорошо интегрированную с тем набором программ, с которым вы работаете. Например, если вы работаете с системой T-FLEX CAD, то лучше всего установить на своем компьютере систему документооборота и ведения проектов T-FLEX DOCs, которая не только может напрямую встраиваться в T-FLEX CAD в качестве механизма работы с чертежами, но и обеспечивает поддержку актуализации структуры проекта при параметрических пересчетах. В принципе, T-FLEX CAD может работать и с другими системами PDM, однако при этом будет утрачена весьма интересная функциональность. Как уже было сказано ранее, фирма «Топ Системы» предлагает интегрированный комплекс программных средств проектирования и подготовки производства, и системе T-FLEX DOCs отводится в нем важная роль. Сегодня ключевые программы комплекса — T-FLEX CAD, T-FLEX CAМ, T-FLEX/ТехноПро (технологическое проектирование) — работают с единым хранилищем документов. При этом обеспечивается единое управление всем объемом разнородных данных, как постоянных (общие базы данных, например материалов), так и динамически изменяющихся. Это означает, что и у пользователей T-FLEX DOCs есть возможность организации единой комплексной системы управления проектирования и подготовки производства, отвечающей всем современным требованиям. При этом все программы полностью русифицированы и соответствуют современным стандартам. Важно отметить также и то, что стоимость программных средств T-FLEX выгодно отличается от цены зарубежных аналогов.

Помимо организации хранения данных и решения задач ведения проектов, T-FLEX DOCs обеспечивает также функции управления и координации деятельности предприятия посредством механизмов внутренней почтовой связи.

В начало В начало

***

Рынок средств автоматизации проектирования и подготовки производства находится в постоянном развитии. Для того чтобы выдерживать сильнейшую конкуренцию, фирмы-разработчики обязаны следовать новейшим тенденциям. Пользователи программ, в свою очередь, должны хорошо ориентироваться в возможностях современных средств автоматизации. Это позволит им выбрать наиболее подходящее и эффективное решение.

«САПР и графика» 4'2000