7 - 2005

Аппаратная сторона САПР

АСКОН работает с производителями аппаратного обеспечения

Олег Зыков

Как создается код

Все компьютеры одинаковые?

Сколько у конструктора рук?

Итоги

Повышение эффективности конструкторского труда — основная задача любого разработчика CAD-системы. Для ее решения появляются все новые функциональные возможности, библиотеки и приложения, перерабатывается интерфейс и многое другое. Однако не стоит забывать, что рабочее место конструктора — это не только программное обеспечение, но и аппаратная часть. И две эти составляющие САПР неотделимы друг от друга, когда находятся на рабочем месте конструктора.

Как создается код

В любом современном ПО высокая сложность сочетается с большими возможностями. Создание такого ПО требует значительного мастерства, высокой квалификации и терпения. АСКОН занимается разработкой собственных программных продуктов с 1989 года, а в 2000 году коллектив компании представил новый продукт — систему трехмерного твердотельного моделирования КОМПАС-3D. Со времени основания компании до наших дней собственные геометрическое ядро и параметрические технологии программного продукта полностью разрабатываются коломенским подразделением разработки АСКОН. И этот подход уже доказал свое право на существование — сегодня систему КОМПАС-3D используют более 900 предприятий-заказчиков.

Коломенское подразделение разработки КОМПАС-3D Коломенское подразделение разработки КОМПАС-3D

Коломенское подразделение разработки КОМПАС-3D

В последний год АСКОН неоднократно сообщал об ускорении работы системы. Но что стоит за этими улучшениями? Как специалистам компании удалось достичь таких высот? Слово — директору по разработкам компании Владимиру Захарову: «При работе над системой плоского проектирования мы не уделяли особого внимания оценке влияния используемого аппаратного обеспечения на эффективность работы в КОМПАС-График, ведь 2D-проектирование не слишком ресурсоемко. Появление и бурное развитие системы 3D-моделирования в корне изменило ситуацию. КОМПАС-3D потребовались значительные ресурсы, и настала пора задуматься не только о наращивании функциональных возможностей программы, но и о повышении скорости ее работы».

В тот же период корпорация Intel, активно реализующая всемирную программу по профессиональной поддержке разработчиков, акцентировала свое внимание на российском рынке САПР. Программа поддержки включает доступ к необходимой разработчикам информации через Интернет, техническую поддержку, предоставление средств разработки, оптимизации и тестирования ПО. Intel и АСКОН провели консультации и наметили возможные направления совместных работ, целью которых является повышение производительности труда конструкторов через использование ИТ.

Впервые технологии Intel в компании АСКОН начали применять при подготовке версии V7. В настоящее время АСКОН использует в разработке КОМПАС-3D компиляторы Intel для C++ и анализатор производительности Intel VTune. Рассмотрим возможности этих продуктов подробнее.

Компилятор Intel для языка программирования C++ обеспечивает существенный выигрыш по производительности приложений. Специалистами АСКОН уже задействованы оптимизирующие функции компилятора, включающие поддержку расширений Streaming SIMD Extensions 2 (SSE2) процессора Intel Pentium 4 и межпроцедурную оптимизацию Intel Procedural Optimization (IPO). В планах компании — использование других возможностей компилятора, например разработки многопоточного кода за счет средств автоматической организации параллельных вычислений.

О результатах проведенной компиляции рассказывает Олег Волков, руководитель отдела разработки КОМПАС-3D: «Мы провели сравнение рабочих задач до и после компиляции на машинах с разной производительностью и разными операционными системами. Первые же тесты показали, что рабочая задача, собранная с помощью компилятора Intel, функционирует быстрее обычной. Значительный прирост производительности наблюдался при перестроении 3D-моделей. На других операциях прирост производительности тоже есть, хотя из-за быстротечности процессов он менее заметен, чем при перестроении деталей и сборок. Надежность работы системы одинаково высокая».

Таблица 1. Скорость перестроения модели вала-шестерни

Таблица 1. Скорость перестроения модели вала-шестерни

В табл. 1 приведены результаты тестирования. Цифры в таблице вполне конкретны и относятся только к одной из деталей, на которых проводились испытания (модель вала-шестерни). На некоторых других моделях, содержащих такие ресурсоемкие операции, как массивы, выигрыш в скорости перестроения достигал 300%! Существенный выигрыш по производительности КОМПАС-3D достигается на компьютерах независимо от их возраста, но максимальный прирост производительности наблюдается на современных компьютерах, основанных на технологии Intel Pentium 4. При переходе с Intel Pentium 2, исполняющего неоптимизированную версию КОМПАС, на Intel Pentium 4 с оптимизированной версией выигрыш в производительности может достигать 16-кратного значения! «В таких показателях нет ничего удивительного, — добавляет Олег Волков, — ведь никто не знает процессоров Intel лучше их разработчиков».

Intel и САПР

Корпорация Intel — это больше чем компания, разрабатывающая микропроцессоры, — ведь она давно уже занимается внедрением архитектурных инноваций, распространяемых на разнообразные программные приложения и способствующих повышению их качества. Президент Intel в России Стив Чейз отмечает: «Новейшие технологии Intel становятся доступными пользователям только благодаря разработчикам, которые доносят эти технологии в своих решениях до конечных потребителей. Я рад, что один из ведущих российских производителей систем САПР АСКОН и поставщик аппаратных комплексов для САПР Arbyte активно сотрудничают с корпорацией, предлагая российским производителям эффективное и производительное решение. Новые технологии обеспечивают сокращение времени проектирования, повышение качества и конкурентоспособности продукции. С ростом сложности выпускаемых изделий проектировщикам требуются новые вычислительные мощности. Самые современные настольные платформы Intel включают такие ключевые для САПР возможности, как 64-битная адресация, позволяющая работать с большими моделями, и два ядра на одном кристалле, обеспечивающие параллельное выполнение нескольких задач».

Второе используемое приложение — анализатор производительности Intel VTune — позволяет идентифицировать и локализовать узкие места, ограничивающие скорость выполнения программного кода. VTune собирает и отображает данные о процессе (характеристиках, скорости выполнения), причем разработчики могут получить информацию как в масштабе системы в целом, так и об отдельных функциях, модулях и строках программного кода. АСКОН использует Intel Vtune как основной инструмент для анализа производительности КОМПАС-3D.

Олег Волков рассказывает: «Благодаря VTune нам удалось выявить и устранить несколько факторов, влиявших на производительность работы КОМПАС-3D, особенно в части работы с большими сборками. Пользователи уже оценили возросшую скорость работы версий V7 и V7 Plus, не меньшие изменения ждут их и в 8-й версии».

Анализатор производительности Intel VTune

Анализатор производительности Intel VTune

«Ускорение работы имеет очень важное значение для наших пользователей, — подводит итог Владимир Захаров, — ведь сегодня проектные работы ведутся в условиях жесткой конкурентной борьбы, когда срок выполнения заказа может стать решающим критерием. КОМПАС-3D отвечает самым высоким требованиям предприятий».

Итак, программисты свое дело сделали, остается открытым другой вопрос: какой компьютер купить для оснащения рабочего места? Ведь даже между системными блоками с одинаковыми процессорами может быть колоссальная разница в производительности.

В начало В начало

Все компьютеры одинаковые?

Программно-аппаратный комплекс — не просто компьютер с установленным ПО, это всесторонне протестированное решение, которое может быть получено лишь в результате совместной работы разработчиков программного обеспечения и производителей аппаратных решений. АСКОН ведет такую работу вместе с компанией Arbyte. Сотрудничество началось в 2003 году: к этому времени Arbyte начал специализироваться в области автоматизированного проектирования и инженерных расчетов и создал Центр высокопроизводительных вычислений (HPC-центр), целью которого стала разработка оптимизированных программно-аппаратных комплексов.

Графическая рабочая станция Arbyte CADStation изнутри

Графическая рабочая станция Arbyte CADStation изнутри

Слово руководителю центра Алексею Билану: «С подписанием партнерского соглашения компании активизировали совместную работу по системному проектированию, разработке, внедрению и продвижению решений в области САПР и управления инженерными данными. Новые версии КОМПАС-3D и новинки аппаратного обеспечения (свежие поколения процессоров, графических адаптеров и др.) всесторонне тестируются специалистами компаний, что позволяет создать оптимизированный под задачи заказчика программно-аппаратный комплекс».

Благодаря сотрудничеству с АСКОН в HPC-центре Arbyte заказчики имеют возможность получить консультации технических специалистов, провести настройку программно-аппаратного комплекса, подобрать оптимальное по цене и производительности решение. Кроме того, специалистами компаний проводятся другие исследования, такие как оценка и сравнение производительности графических станций и обычных компьютеров, а также оценка производительности программно-аппаратных комплексов на базе новых компонентов, что помогает заказчикам принимать правильное решение о покупке.

Подробно об оценке эффективности использования графических рабочих станций для САПР наш журнал уже писал (№ 11'2004, стр. 36-39), поэтому здесь мы просто приведем выводы из этих исследований. Известно, что более 50% времени, затраченного инженером-конструктором на проектирование изделия, составляет позиционирование 3D-модели в пространстве. Графические рабочие станции Arbyte, оснащенные профессиональными видеоускорителями и оптимизированные под КОМПАС-3D, дают выигрыш в скорости позиционирования от 25 до 85% по отношению к обычным компьютерам, оснащенным стандартными игровыми видеокартами. Причем разница в стоимости систем составляет всего около 2,5% (табл. 2).

Таблица 2. Результаты замеров скорости позиционирования

Таблица 2. Результаты замеров скорости позиционирования

Таблица 3. Производительность при работе с 3D-манипулятором

Таблица 3. Производительность при работе с 3D-манипулятором

«Совместные исследования в тесном сотрудничестве с компанией АСКОН показали, что эффективность проектно-конструкторских работ во многом зависит от совместимости и сбалансированности ПО и аппаратной части, — отмечает управляющий директор группы компаний Arbyte Олег Кукушкин. — Использование профессиональной техники для систем САПР позволяет заказчикам максимально полно раскрыть возможности КОМПАС-3D».

Немаловажным является и уровень комфорта работы конструктора. Рабочие станции Arbyte CADStation имеют самый низкий в отрасли уровень излучаемого шума и вибраций — менее 35 дБа, труднодостижимый даже для обычного маломощного настольного ПК.

Итак, то, что скрыто под корпусом системного блока, действительно серьезно влияет на производительность труда, и в этом направлении ведется интенсивная работа. Но в руках конструктора по-прежнему все те же клавиатура и мышь, принципиально не меняющиеся со своего рождения… или не только они?

В начало В начало

Сколько у конструктора рук?

Для работы с двумерными САПР возможностей мыши и клавиатуры хватало. Но вот появились и стали массовыми трехмерные CAD-системы: к двум плоскостным осям прибавилась третья, а кроме того, стало возможным вращение вокруг каждой из осей. Итого — шесть степеней свободы, с управлением которыми стандартный манипулятор мышь не справляется.

Выход был найден — на рынке появились устройства под названием 3D-манипуляторы. Эти «зверьки» не являются заменой традиционной мыши, они лишь дополняют ее. Что делает левая (для правшей) рука в процессе моделирования? Скорее всего, иногда участвует в процессе ввода параметров с клавиатуры.

Окна настройки манипулятора: клавиши, чувствительность, фильтры

Окна настройки манипулятора: клавиши, чувствительность, фильтры

Окна настройки манипулятора: клавиши, чувствительность, фильтры

3D-манипулятор предполагает другой стиль работы. Работая в 3D-CAD, пользователь кладет одну руку на 3D-манипулятор, а другую — на мышь. С помощью манипулятора он позиционирует объект на экране — вращает, приближает, а мышь использует для работы с командами. При этом проектирование происходит плавно и непрерывно и не требует перехода от управления ориентацией объекта к вводу команд и обратно. Это ведет к существенному уменьшению пробега мышиного курсора и, как следствие, к сокращению времени проектирования (табл. 3).

АСКОН, конечно же, не мог пройти мимо такого мощного ресурса повышения эффективности работы. Специалистами группы разработки КОМПАС-3D была проведена интеграция системы с манипулятором Cadman компании 3Dconnexion (подразделение Logitech). Теперь пользователи могут управлять ориентацией трехмерных моделей в окне системы.

Cadman не только удобный, но и красивый инструмент

Cadman не только удобный, но и красивый инструмент

Основные аспекты работы с Cadman поддаются настройке: можно определить соответствие движения рабочей части устройства и движения модели, чувствительность, а также назначение клавиш манипулятора.

В начало В начало

Итоги

В статье мы рассмотрели три важных источника повышения эффективности конструкторской работы. Они уже выявлены и реализованы. А что нас ждет в будущем? Главное, что ни одна и з компаний, упомянутых в статье, не собирается останавливаться на достигнутом. Intel готовит к выходу новые двухъядерные процессоры, АСКОН выпускает очередную, восьмую версию КОМПАС-3D, Arbyte заканчивает проектирование систем инженерной стереовизуализации… Приобретая САПР, заказчик подбирает себе не просто программное обеспечение, а целостный программно-аппаратный комплекс. Так что к теме взаимодействия создателей программных и аппаратных средств нам предстоит вернуться, причем совсем скоро.

В начало В начало

САПР и графика 7'2005