Нет предела совершенству

Андрей Мазурин

Несколько слов о разработке

Новая версия системы

Пользователи

Партнеры

Перспективы развития

С14 по 16 мая в офисе Научно-технического центра «Автоматизированное проектирование машин» (НТЦ АПМ), что в подмосковном городе Королеве, состоялся второй ежегодный семинар для пользователей «Современные компьютерные технологии проектирования механического оборудования и конструкций в среде APM WinMachine». Специалисты НТЦ АПМ рассказали пользователям CAE-системы APM WinMachine об изменениях и дополнениях, внесенных в их разработку за период, прошедший со дня первого семинара пользователей, который состоялся ровно год назад (см. «Система компьютерного анализа для российских пользователей», «САПР и графика» № 6’2000). Также были заслушаны доклады представителей различных промышленных и научно-исследовательских предприятий об опыте использования APM WinMachine при решении конкретных производственных задач.

Стремительное развитие компьютерных технологий в России нашло отклик и за рубежом. Все больше отечественных разработок находят своих поклонников не только у себя на родине, но и далеко за ее пределами. И этот успех российских разработчиков не может не радовать. Развитие конкурентоспособного по стоимостным, а главное, по функциональным возможностям программного обеспечения вносит существенный вклад в развитие всей экономики государства в целом и способствует укреплению имиджа России как страны с высоким научно-техническим потенциалом.

Одним из наиболее заметных российских лидеров в области разработки наукоемких информационных технологий является известная фирма НТЦ АПМ — разработчик CAE-системы APM WinMachine, возглавляемая автором программного решения, доктором технических наук, профессором Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана Владимиром Васильевичем Шелофастом.

Несколько слов о разработке

APM WinMachine — компьютерная система автоматизированного расчета и проектирования в машиностроении и строительстве, предназначенная для решения инженерных задач в области конструирования новых и модернизации существующих машин, оборудования и инженерных сооружений. При ее создании был использован уникальный научно-производственный опыт, наработанный за несколько десятилетий в многочисленных исследовательских институтах и на промышленных предприятиях бывшего СССР. В системе APM WinMachine этот опыт был обобщен, осмыслен, дополнен собственными оригинальными решениями и реализован в виде комплекса компьютерных программ, которые составляют инструментальную основу проектирования. Разработчики системы в течение последних 15 лет собирали и разрабатывали методы инженерного расчета и проектирования механического оборудования и строительных конструкций, в результате чего пользователи получили уникальный CAE-инструмент, который по большинству параметров не имеет мировых аналогов.

В настоящее время программный комплекс насчитывает 15 модулей.

APM WinJoint — расчет и проектирование резьбовых, сварных, заклепочных соединений, цилиндрических и конических соединений с натягом, шлицевых и шпоночных соединений, штифтовых радиальных и осевых соединений, соединений коническими кольцами, клеммовых и профильных соединений различных модификаций.

APM WinShaft — расчет и проектирование валов и осей. В модуле можно рассчитать и построить реакции в опорах валов, эпюры моментов изгиба и углов изгиба, эпюры моментов кручения и углов закручивания, деформированное состояние вала, напряженное состояние при статическом нагружении, коэффициент запаса по усталостной прочности, эпюры распределения поперечных сил, собственные частоты и собственные формы вала.

APM WinBear — расчет и проектирование неидеальных подшипников качения. Подшипник считается неидеальным, если погрешностями его изготовления нельзя пренебречь в контексте решаемой задачи. По заложенным в программу уникальным методикам расчета определяются перемещения (жесткость), наибольшие контактные напряжения, силы, действующие на тела качения, долговечность, потери мощности, момент трения и тепловыделение. В модуле могут быть рассчитаны подшипники восьми наиболее распространенных типов: шариковые радиальные, шариковые сферические, шариковые радиально-упорные, шариковые упорные, роликовые радиальные, роликовые сферические, роликовые радиально-упорные и роликовые упорные.

APM WinPlain — расчет подшипников скольжения. Для таких подшипников скольжения, как радиальные, которые работают в режиме жидкостного или полужидкостного трения, и упорные (подпятники), которые работают в условиях жидкостного трения, могут быть определены распределенные радиальные и осевые зазоры, оптимальные значения зазоров, параметры системы смазки (толщина смазочной пленки, максимальная и средняя температура масла, расход масла), действительный коэффициент трения и потери на трение и конструкционные параметры.

APM WinScrew — расчет неидеальных винтовых передач (скольжения, шарико- и планетарно-винтовых). В результате комплексного анализа можно получить такие величины, как перемещения (жесткость), долговечность, момент трения, наибольшие контактные напряжения, потери мощности, тепловыделение, силы, действующие на тела качения, коэффициент полезного действия и ошибки позиционирования.

APM WinTrans — расчет и проектирование цилиндрических передач с прямым зубом как внешнего, так и внутреннего зацепления, цилиндрических передач с косым зубом внешнего зацепления, шевронных передач, конических с прямым и круговым зубом, червячных, ременных и цепных передач.

APM WinSpring — расчет и проектирование упругих элементов машин (таких как цилиндрические пружины растяжения, сжатия и кручения круглого и прямоугольного поперечного сечения, тарельчатые пружины сжатия, плоские прямоугольные пружины и торсионы), работающих в условиях как постоянной, так и переменной во времени нагрузок.

APM WinCam — расчет и проектирование кулачковых механизмов. Модуль позволяет рассчитать профиль кулачка и представить его в декартовых и полярных координатах, определить закон изменения углов давления по углу поворота кулачка, представить профиль кулачка и смоделировать его работу, построить рабочий чертеж.

APM WinSlider — расчет и проектирование рычажных механизмов. Комплексный анализ плоских рычажных механизмов произвольной структуры включает расчет траектории движения скорости и ускорения произвольной точки исследуемого механизма, расчет реакции в шарнирных соединениях звеньев, расчет динамической нагрузки, полученной в результате этого движения, а также проверку на наличие проворачиваемости в механизме.

APM WinFEM2D — конечно-элементный анализ плоских деталей. Модуль позволяет выполнять расчет напряженного состояния плоских деталей в условиях плоского и нормального нагружений, расчет деформированного состояния плоских деталей при произвольном нагружении, решение задачи кручения стержня, нагруженного изгибающим моментом и системой поперечных сил, расчет температурного поля в условиях стационарной теплопроводности.

APM WinBeam — расчет и проектирование балочных конструкций. Позволяет получить следующие параметры балки: реакции в опорах, распределение моментов и углов изгиба по длине балки, распределение моментов и углов поворота при кручении, распределение поперечных и продольных деформаций, распределение эквивалентных напряжений, распределение поперечных сил, карты напряжений в любом произвольном сечении по длине балки и частоты собственных колебаний.

APM WinTruss — расчет ферменных конструкций с возможностью получения в конечном итоге равнопрочной конструкции.

APM WinFrame3D — расчет напряженно-деформированного состояния трехмерных рамных конструкций произвольного вида при произвольном характере нагружения и любом заданном закреплении. При этом возможно выполнять расчет напряженного состояния для любой точки рамы, расчет деформированного состояния, определение силовых факторов в узловых точках, расчет устойчивости, определение собственных форм и собственных частот свободных колебаний рам, расчет вынужденных колебаний при произвольном по форме внешнем нагружении.

APM WinStructure3D — расчет напряженно-деформированного состояния стержневых, пластинчатых и оболочечных конструкций и их произвольных комбинаций. В настоящее время в конечно-элементном модуле анализируются так называемые протяженные конструкции, один из геометрических параметров которых намного меньше двух других.

APM Graph — чертежно-графический редактор, предназначенный для проектирования изделий и подготовки конструкторской документации. Модуль эффективно используется при подготовке исходных данных для работы других модулей программного комплекса.

Новая версия системы

Прошедший год для разработчиков системы APM WinMachine выдался особенно напряженным. Напомним, что на первом семинаре пользователей было объявлено о начале работ по разработке собственной полнофункциональной трехмерной CAD-системы, полноценного конечно-элементного пакета для прочностного анализа, системы управления данными проекта и технологического документооборота. Коммерческий успех последних лет позволил руководству компании привлечь к работе над проектом большое число квалифицированных специалистов и программистов. С некоторыми решениями многие пользователи уже успели ознакомиться и попробовать их в реальных производственных условиях. Но самым главным итогом развития APM WinMachine за прошедший год разработчики считают выход полнофункциональной 32-разрядной Windows-версии системы.

«Мы начинали наш проект в 1992 году, и все представления чисел в разрабатываемой программе были 16-разрядными, — говорит Владимир Васильевич Шелофаст. — Поэтому первые наши программы относились как раз к этому типу представления объектов. Перейдя к решению более серьезных задач с использованием методов конечных элементов, мы сразу же столкнулись с тем, что 16-разрядное представление моделей ущербно и не позволяет решать значительные конечно-элементные задачи, а также работать с большими массивами данных. Это было основной проблемой, и все последующие модули системы разрабатывались как 32-разрядные, что, в свою очередь, при наличии 16-разрядных модулей, нарушало однородность системы.

В прошлом году большая часть работ была связана с приведением старых модулей к 32-разрядному виду с частичной или полной их переработкой, улучшением интерфейса и расширением функциональных возможностей. Сейчас мы предлагаем нашим пользователям 32-разрядную версию, с единой базой данных, которая построена на основе Microsoft Access, используемой для формирования и управления данными».

Что касается новых решений и дополнительных возможностей модулей системы APM WinMachine, то в первую очередь внимания требует графический редактор APM Graph. Отметим, что одной из главных причин разработки собственной CAD-системы являлась несоразмерно высокая цена на универсальные CAD, в частности AutoCAD (по отношению к инженерному расчетному комплексу APM WinMachine), поставляемые пользователям в комплекте. Кроме того, появление собственного графического редактора должно было качественно улучшить подготовку расчетных моделей. Уже первая версия APM Graph подтвердила правильность исходных предпосылок. Собственный параметрический 2D-редактор позволил существенно упростить процесс подготовки и передачи графических данных в расчетные модули системы. С использованием APM Graph в базу данных практически полностью (включая методики расчетов) переведена вся информация трехтомного справочника В.И.Анурьева. Помимо этого разработаны библиотеки для строительных объектов, гидравлики, электротехники. Их активное применение при формировании графической модели в APM Graph значительно ускоряет процесс проектирования в целом.

APM Graph пока не может читать графические данные из других CAD-систем, исключая DXF-формат (работы по экспорту и импорту данных еще не ведутся), поэтому модель следует выполнять в среде WinMachine. В то же время модель, созданная в графическом модуле APM Graph, без дополнительных доработок передается в любой из расчетных модулей системы, в котором пользователь задает требуемые граничные условия и при необходимости строит конечно-элементную сетку для выполнения заданного анализа изделия. По результатам расчетов графическая модель может быть легко модифицирована конструктором или, по согласованию с конструктором, — непосредственно инженером, выполняющим анализ изделия.

Параллельно с развитием двухмерной версии APM Graph ведутся работы по разработке 3D CAD, на которую разработчики возлагают большие надежды, связанные с дальнейшим развитием расчетных модулей напряженно-деформированного анализа трехмерных моделей и разработкой нового технологического модуля в рамках концепции создания системы сквозного проектирования. В связи с этим разработка полнофункциональной трехмерной графической системы на сегодняшний день является приоритетным направлением.

Существенным изменениям подвергся конечно-элементный модуль WinStructure3D. Прежде всего заметно возросла скорость выполнения расчетов. Кроме того, в расчет введены треугольные пластинчатые конечные элементы, упругие опоры элементов конструкции, улучшена равномерная разбивка поперечного сечения на конечные элементы, реализована возможность управления сеткой разбивки поперечного сечения стержней и повышена точность расчета, а также добавлены расчет реакции в опорах с проверкой условия равновесия конструкции и расчет эйлеровой и местной устойчивости и частот собственных колебаний конструкции.

В большей или меньшей степени подверглись качественному улучшению и расширению функциональных возможностей и остальные модули системы.

Что касается развития TDM/PDM-модулей, то в этом направлении работы активно не ведутся, однако они по-прежнему стоят в плане и по мере завершения основных работы над APM Graph будут форсированы.

Пользователи

Подводя итоги работ по продвижению системы APM WinMachine на рынке САПР за истекший год, руководство компании оценивает их как успешные. Появилось около 90 новых пользователей системы, среди которых немало технических вузов. Всего в России насчитывается около 400 технических вузов, и на более чем 120 из них сегодня используется система APM WinMachine. Такая популярность среди технических вузов во многом объясняется удобством и простотой освоения и использования пакета программ не только как инструмента для проектирования и выполнения компьютерного анализа сложных механизмов и конструкций, но и как великолепного средства обучения методам расчета и применению их на практике.

Российская CAE-система снискала заслуженное признание и уважение таких известных компаний, как ВНИИПТМАШ (Москва), ВНИИКОМЖ (Москва), Московский монетный двор «ГОЗНАК», «Коломенский завод» (Московская обл.), Канонерский судоремонтный завод (Санкт-Петербург), Сыктывкарский ЛПК, Находкинский судоремонтный завод (Приморский край), Славнефть-Мегионнефтегаз (Тюменская обл.), Тюменьэнергоремонт (Тюменская обл.), Уральский электрохимический комбинат (Свердловская обл.), Демиховский машиностроительный завод (Московская обл.), компания сотовой связи «Би Лайн», фирма «КРОСНА» (Москва), Альметьевский насосный завод (Татарстан), Волжский трубный завод (Волгоградская обл.), Лебединский ГОК (Белгородская обл.), Производственное мебельное объединение «Шатура» (Московская обл.), Сыктывкарский ЛПК (Республика Коми), кондитерская фабрика «Ударница» (Москва), Нижегородский машиностроительный завод, Заволжский моторный завод (Нижегородская обл.), Комбинат «МАГНЕЗИТ» (Челябинская обл.), Тяжмаш (Самарская обл.), ИркутскГипродорНИИ, Ангарский завод полимеров (Иркутская обл.), Скопинский автоагрегатный завод (Рязанская обл.), Николаевский глиноземный завод (Украина), НПК «Фотоприбор» (Украина), фирма HUECK (Германия), и у многих других научно-исследовательских центров и производственных предприятий. Многие из этих пользователей используют технологии НТЦ АПМ уже не первый десяток лет, другие сравнительно недавно, но все они имеют возможность ежегодно собираться вместе в офисе компании-разработчика и делиться накопленным опытом. А послушать и посмотреть действительно есть что.

Например, пользователи Демиховского машиностроительного завода занимаются выпуском скоростных электропоездов, которые сегодня курсируют между Москвой и ближайшим Подмосковьем. Примечательно, что этот поезд был целиком проанализирован на прочность с использованием APM WinMachine. Проведенные испытания подвижного состава полностью совпали с расчетными. В частности, при испытании вагона на продольное сжатие величина прогиба платформы (одновременной нагрузке подвергались более тысячи деталей самой разной степени сложности) составила 36 мм, в то время как по результатам расчета было получено значение 38 мм! Для сравнения специалисты завода провели аналогичные расчеты с использованием CAE-системы ANSYS и получили абсолютно те же результаты. Но по сравнению с ANSYS подготовка исходных данных в APM WinMachine была проведена в 3 раза быстрее, да и по времени выполнения расчета ANSYS несколько уступил APM WinMachine.

Жители Москвы наверняка обратили внимание на пешеходные мосты на Московской окружной дороге — многие из них спроектированы в APM WinMachine.

Широко используется разработка НТЦ АПМ при сооружении различных мансардовых крыш, витражей, зимних садов, крытых бассейнов, о чем также рассказывали пользователи системы.

Партнеры

Анализируя работу партнеров компании по продвижению системы APM WinMachine на рынке САПР, коммерческий директор НТЦ АПМ Елена Геннадьевна Стайнова особо отметила южнокорейскую компанию DesignMecha: «Наш южнокорейский партнер за полтора года работы продал около 300 копий системы APM WinMachine и запросил еще 200, — говорит Елена Геннадьевна. — Дело в том, что фирма DesignMecha получила деньги от южнокорейского правительства на внедрение системы APM WinMachine в южнокорейскую промышленность. С этой целью начались активные работы по привлечению продвинутых российских пользователей нашей программы для работы в Южной Корее».

Напомню, что работы с компанией DesignMecha начались с января прошлого года. Согласно достигнутой договоренности DesignMecha получила право продажи технологий НТЦ АПМ на рынках Юго-Восточной Азии и Америки. При этом все продажи за рубежом осуществляются под родной торговой маркой программного продукта фирмы НТЦ АПМ!

В настоящее время система APM WinMachine переведена на английский, немецкий и японский языки.

Перспективы развития

На втором семинаре пользователей системы APM WinMachine были намечены перспективы ее развития на ближайший год:

• завершение цикла работ по моделированию трехмерных поверхностей и оболочек и по созданию трехмерного математического ядра;
• создание полноценного модуля твердотельного моделирования и прочностного анализа;
• развитие базы данных, которая согласно плану должна включать как графическую, так и числовую информацию по российским стандартам и стандартам ведущих промышленно развитых стран мира;
• начало активной разработки системы управления данными проекта и технического документооборота;
• усовершенствование информационной базы и ряда существующих расчетных модулей.

Полагаем, что на третьем семинаре пользователей APM WinMachine, который традиционно пройдет в середине мая 2002 года, мы сможем ознакомиться не только с новыми решениями компании, но и с практическим опытом их успешного применения.

«САПР и графика» 6'2001