Концепция создания иерархической интегрированной САПР предприятия в едином информационном пространстве корпорации

Михаил Егоров

Введение

Создание интегрированной САПР предприятия (ИСАПР)

Создание иерархического ИСАПР предприятия в едином информационном пространстве корпорации (группы предприятий)

В статье рассмотрена концепция создания иерархической интегрированной САПР CAD/CAM/CAE/PDM предприятия на базе программных продуктов T-FLEX в едином информационном пространстве корпорации (группы предприятий) с элементами CALS-технологии на геометрическом твердотельном ядре Parasolid.

Введение

Опыт эксплуатации средств вычислительной техники и программно-аппаратных средств автоматизации проектирования и изготовления изделий показал, что рано или поздно каждое предприятие приобретает отдельные программы, подсистемы и системы, позволяющие автоматизировать научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы, изготовление и контроль изделий в производстве. Предназначенные для решения одной или нескольких конкретных задач программные продукты до определенного времени позволяют улучшать условия труда и автоматизировать отдельные операции проектирования, изготовления и контроля. Обычно результат работы одной программы (системы) нельзя в чистом виде использовать в качестве входных данных для другой программы или системы, поэтому особое внимание при создании САПР предприятия уделяется интеграции программ и систем, включаемых в ее состав.

За последние годы передовые фирмы западных стран разработали и успешно применяют в различных отраслях промышленности новые компьютерные технологии электронного сопровождения разработки, производства и эксплуатации сложной наукоемкой продукции — так называемые технологии CALS (Continues Acquisition and Life cycle Support). CALS-технологии позволяют решать задачи электронного информационного взаимодействия сотен фирм, занятых производством сложной наукоемкой продукции, какие бы программные и технические средства там ни применялись. Решения, основанные на базе стандарта ISO серии 10303 (STEP), предполагают применение «нейтрального» формата данных независимо от типа используемых CAD/CAM/CAE/PDM-систем, где:

• Computer Aided Design (CAD) — системы автоматизированного конструирования;
• Computer Aided Manufacturing (CAM) — программы для подготовки производства;
• Computer Aided Engineering (CAE) — модули для решения прикладных задач;
• Product Data Management (PDM) — системы управления проектами.

В настоящее время большинство отечественных разработок в области безбумажных (электронных) технологий не только не соответствуют требованиям CALS-стандартов, но зачастую не могут быть состыкованы между предприятиями, а нередко и внутри предприятий из-за несовместимости электронных технологий, применяемых при конструировании, материально-техническом снабжении, организации и управлении производством и т.д. Подобная ситуация характерна также в случае кооперации российских предприятий с западными фирмами.

Наибольшее развитие и распространение на современных предприятиях получили CAD/CAM/CAE/PDM-системы, созданные на геометрическом твердотельном ядре Parasolid, основным звеном которых являются такие известные программные продукты фирмы EDS (Unigraphics Solutions), как Unigraphics, Solid Edge, iMAN (PDM). Один из перспективных проектов по созданию корпоративной интегрированной системы CAD/CAM/CAE/PDM на базе CALS-технологий с использованием программных продуктов фирмы EDS (Unigraphics Solutions) может быть представлен в виде трехуровневой системы:

• первый (высший) уровень — подсистема Unigraphics;
• второй (средний) уровень — подсистема SolidEdge;
• третий уровень (управление) — подсистема PDM (iMAN).

Подсистема первого (высшего) уровня — Unigraphics охватывает все стадии проектирования (CAD), инженерного анализа (CAE), подготовки производства и изготовления (CAM) изделий.

Первый уровень обеспечивает проектирование конструкций любой сложности с единой цифровой моделью изделия, используемой на всех этапах проектирования, включая функции детального твердотельного моделирования, исследования сборок и отдельных деталей с возможностью их анализа на воздействие температуры и вибрации, а также прочностные и другие виды расчетов. Принцип ассоциативности позволяет одновременно вести проектные работы несколькими разработчиками на любой стадии проектирования без потери информации между модулями подсистемы Unigraphics и принимать взаимоисключающие решения различными разработчиками.

В состав CAD-подсистемы первого уровня входят следующие модули:

• моделирование твердого тела;
• моделирование сложных поверхностей;
• моделирование сложных сборок;
• черчение;
• типовые элементы и формы;
• трансляторы.

Состав модулей первого уровня может дополняться, в том числе модулями CAE (расчетные программы), а также CAM Unigraphics/Shop, «ТехноПро» и другими, предназначенными для разработки управляющих программ для оборудования с ЧПУ, создания маршрутных карт и техпроцессов, визуализации процессов обработки.

Подсистема второго (среднего) уровня — Solid Edge так же, как и подсистема первого уровня, предназначена для ведения проектных работ с конструкциями высокой сложности, но уступает по своим возможностям подсистеме Unigraphics. Подсистема Solid Edge рассматривается как средство для расширения количества рабочих мест CAD. Она обладает высокими пользовательскими характеристиками, и стоимость ее гораздо ниже, чем подсистемы Unigraphics. С учетом того, что 80-90% конструкторских работ не связаны с созданием сложных объемов и поверхностей, подсистема Solid Edge в основном решает задачу автоматизации проектирования применительно к тематике корпорации.

Подсистема третьего уровня (управление) — подсистема PDM (iMAN) обеспечивает управление всеми данными проекта и контроль над всеми процессами, используемыми в разработке, изготовлении, послепродажном обслуживании и утилизации изделий. При больших объемах данных, наработанных в процессе выполнения проекта, возникает ряд основных проблем:

• безопасность хранения данных;
• аудит;
• процедурный контроль;
• захват данных;
• структуризация продукта;
• качество данных;
• достоверность данных;
• видимость данных.

Интегрирующим элементом, посредством которого осуществляется взаимодействие всех составляющих, участвующих в обеспечении жизненного цикла изделия, является CALS-технология (подсистема STEP). На этапе проектирования и эксплуатации изделия в соответствии с требованиями стандартов CALS информационная поддержка должна осуществляться путем создания и использования интерактивных технических руководств, являющихся комплексом баз данных, предоставляемым заказчику в электронной форме на мобильном носителе информации либо через Internet.

Однако в настоящее время актуальной проблемой является создание русскоязычной надежной, недорогой, удобной в эксплуатации и развитии CAD/CAM/CAE/PDM-системы, позволяющей производить обмен электронной информацией в едином информационном пространстве внутри предприятия и между предприятиями корпорации. В связи с этим машиностроительные предприятия России ориентируются на отечественные программные продукты. Анализу российского рынка программных средств, интегрированных в единую систему CAD/CAM/CAE/PDM на базе CALS-технологий, и посвящена настоящая статья.

Создание интегрированной САПР предприятия (ИСАПР)

Анализ российского рынка программных продуктов CAD/CAM/CAE/PDM-систем был выполнен с целью решения следующих проблем:

• создание САПР предприятия по проектированию и изготовлению электромеханических изделий средней сложности и блоков электроники;
• обеспечение максимальной загрузки парка станков с ЧПУ для изготовления спроектированных механических деталей, узлов и изделий;
• обеспечение максимальной автоматизации конструкторско-технологических работ и подготовки производства;
• создание электронного архива предприятия и системы управления проектами и производством;
• создание ИСАПР предприятия с возможностью обмена проектами, электронными архивами, конструкторско-технологической и иной документацией на уровне файлов между САПР группы предприятий (корпорации), созданных на базе геометрического твердотельного ядра Parasolid.

Исходя из вышеперечисленных пяти критериев рассматривались такие общеизвестные CAD/CAM/PDM-системы, как Unigraphics, Solid Edge, ADEM, T-FLEX, AutoCAD и КОМПАС. Сравнительный анализ был проведен по 16 критериям.

В результате анализа вышеуказанных систем в части обеспечения необходимой сложности разрабатываемых изделий, сравнения цен на программные продукты и заложенных в них возможностей интеграции было сделано заключение, что из вышеперечисленного набора программных продуктов средней сложности для нашего предприятия по 15 из 16 критериев подходит семейство интегрированных программных продуктов T-FLEX фирмы AO «Топ Системы». По единственному не удовлетворяющему требованиям ТЗ критерию «Редактирование и векторизация сканированного чертежа» положительное решение найдено только фирмой Consistent Software. Программный продукт Spotlight Pro фирмы Consistent Software «Система гибридного редактирования и векторизации сканированных чертежей» может быть интегрирован в систему T-FLEX на уровне обмена DXF-файлами.

В июле 2000 года фирма EDS (Unigraphics Solutions) начала поставку новой версии одного из ключевых продуктов — геометрического ядра трехмерного параметрического моделирования Parasolid V-12.

В сентябре того же года российская фирма AO «Топ Системы» успешно перевела программные продукты системы T-FLEX с ядра ACIS на ядро Parasolid V-12 и начала их продажу, чем обеспечила надежную интеграцию и совместимость с программными продуктами фирмы EDS (Unigraphics Solutions).

Фирма AO «Топ Системы» является единственной на сегодняшний день российской компанией, имеющей лицензию на использование геометрического ядра трехмерного параметрического моделирования Parasolid V-12 в своих программных продуктах. Важно отметить, что при высоком уровне функциональности для профессионального проектирования T-FLEX CAD 3D v.7.0 стоимость системы существенно ниже зарубежных аналогичных программных продуктов (в 2-5 раз).

На базе программных продуктов фирмы AO «Топ Системы» нами начато создание ИСАПР предприятия. В настоящее время (после бесплатной опытной эксплуатации) предприятие приобрело и успешно внедрило в процесс проектирования механических деталей, узлов и изделий следующие программные продукты:

• T-FLEX CAD 2D v.7.0 — 4 рабочих места;
• T-FLEX CAD 3D v.7.0 — 2 рабочих места;
• T-FLEX ЧПУ 2D v.7.0 — 3 рабочих места;
• T-FLEX ЧПУ 3D v.7.0 — 1 рабочее место.

Кроме того, в опытной эксплуатации в настоящее время находятся предоставленные фирмой «Топ Системы» следующие программные продукты:

• T-FLEX CAD 3D v.7.0 — 5 рабочих мест;
• T-FLEX ЧПУ 2D/3D v.7.0 — 1 рабочее место;
• T-FLEX/ТехноПро — 1 рабочее место;
• T-FLEX NC Tracer 3D — 1 рабочее место;
• T-FLEX DOCs — сетевая версия.

После завершения опытной эксплуатации эти продукты будут закуплены с обновлением.

Создание иерархического ИСАПР предприятия в едином информационном пространстве корпорации (группы предприятий)

С учетом ориентации нашего предприятия на программные продукты T-FLEX фирмы AO «Топ Системы» и внедрения CALS-технологий в рамках создания единого информационного пространства корпорации с использованием программных продуктов фирмы EDS (Unigraphics Solutions), при участии автора этой статьи разработана структурная схема взаимодействия предприятий корпорации, которая показана на рисунке.

В основу создания единого информационного пространства корпорации заложены принципы CALS-технологии, в состав которой входят системы автоматизированного проектирования, управления и автоматизации изготовления продукции — CAD/CAM/CAE/PDM.

Вышеперечисленные системы интегрируются в единую систему, обеспечивающую сквозное проектирование, автоматизированное изготовление продукции и управление предприятиями корпорации и их подразделениями.

Создание единого информационного пространства в корпорации преследует следующие цели:

• унификация процессов проектирования, технологической подготовки производства и технологических процессов изготовления продукции на программно-управляемом оборудовании;
• стандартизация документооборота между предприятиями корпорации;
• создание единой системы управления проектами, охватывающей все задействованные подразделения и службы;
• достижение наивысшего качества конечного продукта в рамках обеспечения требований ISO 9000.

Интегрированная корпоративная система CAD/CAM/CAE/PDM строится по трехуровневому иерархическому принципу с единым ядром твердотельного моделирования Parasolid, обеспечивающим взаимодействие программ как внутри системы, так и с другими системами по стандартам STEP, IGES, DXF и через прямые трансляторы (см. рис. 1).

Интегрированная САПР предприятия включает в себя два уровня:

• второй (средний) уровень — подсистема T-FLEX CAD 3D;
• третий уровень (управление) — подсистема T-FLEX DOCs.

Подсистема второго (среднего) уровня — T-FLEX, так же как и подсистема первого уровня, предназначена для ведения проектных работ с конструкциями высокой сложности, но уступает по своим возможностям подсистеме Unigraphics. Подсистема T-FLEX рассматривается как средство для расширения количества рабочих мест CAD и обладает высокими пользовательскими характеристиками и гораздо более низкой стоимостью, чем подсистема Unigraphics и корпоративная подсистема второго уровня — Solid Edge. С учетом того, что 80-90% конструкторских работ не связаны с созданием сложных объемов и поверхностей, подсистема T-FLEX в основном решает задачу автоматизации проектирования применительно к тематике корпорации.

Подсистема третьего уровня (управление) — T-FLEX DOCs обеспечивает управление всеми данными проекта и контроль над всеми процедурами, используемыми в разработке, изготовлении, послепродажном обслуживании и утилизации изделия, а также гарантирует надежный обмен информацией и данными с корпоративной подсистемой PDM.

Интегрирующим элементом, посредством которого осуществляется взаимодействие всех составляющих, участвующих в обеспечении жизненного цикла изделия, является CALS-технология (подсистема STEP).

***

Представленная концепция создания иерархической ИСАПР предприятия в едином информационном пространстве корпорации (группы предприятий), которая удовлетворяет требованиям обеспечения жизненного цикла предприятия и корпорации, может быть использована в качестве проекта по созданию единой информационной системы конструкторско-технологической подготовки производства на машиностроительных предприятиях.

Автор благодарит доктора технических наук, профессора МАИ А.В.Назарова и кандидата технических наук докторанта НГТУ Н.П.Ямпурина за их замечания, способствовавшие улучшению содержания данной статьи.

«САПР и графика» 11'2001