12 - 2000

Использование технологий MATRA Datavision для разработки САПР на постсоветском пространстве

Андрей Мазурин

MATRA Datavision в России

NC Formatter — универсальный генератор постпроцессоров

Контроль отклонения формы

«Океан-CAD» информационной системы «Океан»

Объектно-ориентированная среда программирования CAS.CADE

В мартовском номере журнала «САПР и графика» за 2000 год была опубликована статья «Маленькая революция с большими последствиями», в которой рассказывалось о беспрецедентной акции известного производителя CAD/CAM/CAE- и PDM-систем французской фирмы MATRA Datavision, предоставившей разработчикам программного обеспечения в бесплатное пользование свои технологии быстрой разработки современных САПР.

Речь идет об Open CAS.CADE — среде разработки наукоемких прикладных и универсальных программ автоматизации инженерной деятельности на производствах и в исследовательских отделах. Open CAS.CADE представляет собой несколько «урезанную» версию CAS.CADE, главное преимущество которой, как отмечалось выше, возможность бесплатного использования мощных библиотек, в которых заложены бесценные знания и опыт сотни специалистов различных областей мировой науки и техники. Выбирая Open CAS.CADE, пользователи, помимо скомпилированных библиотек, в полное распоряжение получают все исходные коды — поэтому, собственно, среда и является открытой. Любой желающий может скачать все необходимые файлы на свой компьютер через глобальную сеть Internet с Web-сайта http://www.opencascade.org/ для операционных систем Linux, Windows NT и Sun Solaris.

Доступность Open CAS.CADE для всеобщего применения стала возможной с января 2000 года, но уже в конце лета в России и СНГ появились первые программы, разработанные на Open CAS.CADE и успешно используемые на промышленных производствах постсоветского пространства.

О некоторых из этих разработок я расскажу в данной публикации, но прежде несколько слов о представительстве Datavision International в России — филиале фирмы MATRA Datavision по работе со странами СНГ.

MATRA Datavision в России

2000 год в России для фирмы MATRA Datavision ознаменовался продуктивным сотрудничеством с различными фирмами — разработчиками программного обеспечения в СНГ. В основном это компании из Нижнего Новгорода, Минска, Харькова и Москвы. Ими проделана серьезная работа по созданию прикладных программных решений на базе Open CAS.CADE. Мы уже неоднократно упоминали на страницах нашего журнала о разработках в Нижнем Новгороде, где группа программистов и специалистов в различных научно-технических областях ведет разработки непосредственно Open CAS.CADE и специализированных приложений на его основе под заказ. Правда, пока речь идет только об иностранных заказчиках. В основном это крупные промышленные предприятия, вкладывающие немалые деньги в развитие собственной информационной системы, максимально отвечающей внутренним потребностям. Одной из таких компаний является известная бельгийская фирма SAMTECH, которая, в частности, ведет собственные программные разработки по прочностному расчету на базе Open CAS.CADE. Часть специфических задач для этой системы и решается в настоящее время в Нижнем Новгороде.

К сожалению, сегодня нет возможности рассказать обо всех этих совместных с западными компаниями проектах, так как пока данная информация закрыта. Важно, что работы активно ведутся, и это еще раз подтверждает, что в России есть специалисты, способные разрабатывать конкурентоспособное программное обеспечение, отвечающее мировому уровню.

По мнению главы представительства Datavision International в России г-на Пьера Лафонта, единственной серьезной проблемой для российских разработчиков являлось и в большинстве случаев, к сожалению, пока остается неумение доводить свои разработки до промышленного применения, составлять на них соответствующую мировым требованиям документацию, осуществлять техническую поддержку. Мало написать хорошую программу, важно организовать все необходимые услуги вокруг нее! Грамотное продвижение того или иного программного продукта — целая наука, без освоения которой дальнейший успех разработки невозможен. И эту науку необходимо осваивать как можно скорее. Рынок программного обеспечения не стоит на месте. Рано или поздно российские потребители больше внимания станут уделять качеству программы и технической поддержке, а не низкой цене самого продукта.

Компания MATRA Datavision присутствует на рынке СНГ, в том числе и российском, уже десятый год (в сентябре 2001 года она будет отмечать свой десятилетний юбилей), и все эти годы она тесно сотрудничает с местными фирмами-разработчиками, передавая им свой богатый опыт по развитию и продвижению программного обеспечения.

Сегодня в московском представительстве компании ведутся ряд проектов по поставке заказчикам комплекса программ, включающего, наряду с собственными разработками MATRA Datavision, разработки российских партнеров. Г-н Лафонт объясняет это тем, что российские программы не только ни в чем не уступают западным аналогам по своим функциональным возможностям, но и отличаются существенно меньшей стоимостью. А сегодня одной из главных проблем предприятий стран СНГ является денежный вопрос. «Наша задача — поставлять заказчикам такое программное обеспечение, которое будет позволять наиболее эффективно решать их конкретные задачи, — говорит г-н Лафонт. — А что это будут за разработки, западные или российские, зависит только от сложившихся на производстве условий».

Г-н Лафонт уверен, что сейчас недостаточно поставлять на российские предприятия только тяжелые универсальные САПР — как для поставщиков решений, так и для их потребителей. Возникают проблемы не только с ограниченным финансированием проектов и недостаточно высоким уровнем подготовки специалистов для эффективного использования таких решений. При проведении всестороннего инженерного анализа на производстве неизбежно обнаруживается ряд специфичных задач, не охватываемых системой и требующих привлечения дополнительных программных решений. И наоборот, колоссальный объем ресурсов системы оказывается незадействованным в силу отсутствия потребности в их использовании. А платить приходится за весь продукт, а не за отдельные его функции.

В текущем году многие проекты по поставке программного обеспечения были связаны с разработкой дополнительных программных модулей на базе универсальных САПР. Дополнительно к поставляемому базовому программному обеспечению разрабатывались специальные приложения либо с привлечением встроенных средств создания прикладных программ системы, либо на Open CAS.CADE. Так, одним из партнеров MATRA Datavision — фирмой ВОК (Москва), разработчиком и изготовителем штампов и пресс-форм, был разработан модуль NC Formatter, решение которого оказалось настолько удачным, что сегодня программа работает на 15 различных предприятиях СНГ, среди которых широко известные предприятия — Красногорский механический завод, «Красная звезда» (Кировоград) и «Мотор Сич» (Запорожье), где NC Formatter был внедрен в комплекте с универсальной САПР для решения задач, связанных с ЧПУ. NC Formatter не заменяет модули ЧПУ-обработки, имеющиеся в базовых интегрированных системах, а дает ряд дополнительных возможностей.

В начало

В начало

NC Formatter — универсальный генератор постпроцессоров

Первоначально программа NC Formatter задумывалась для использования в виде отдельного специализированного приложения для перекодировки файлов ЧПУ, что особенно необходимо на предприятиях с большим количеством «разношерстного» оборудования с ЧПУ. При необходимости NC Formatter может перекодировать уже готовые файлы с управляющими программами (УП) для 2,5-5-осевой обработки, включая формат HEIDENHAIN.

Кроме того, использование NC Formatter необходимо там, где требуется визуализация процесса ЧПУ-обработки. При этом NC Formatter проверяет не внутренний код, уже разработанный в какой-либо CAM-системе УП, а информацию, выдаваемую на управляющую стойку станка. Выявленные ошибки и неточности сразу же могут быть исправлены пользователем NC Formatter. Таким образом, оператор станка получает возможность проконтролировать и скорректировать весь процесс обработки до начала непосредственного изготовления детали.

Другим примером эффективного использования NC Formatter может служить нередко возникающая на производстве ситуация, когда УП разработана, но заготовка на станок установлена с разворотом на 90°. Разумеется, заготовку никто разворачивать не станет. С помощью NC Formatter в имеющуюся УП за одну минуту вводятся необходимые корректировки, после чего можно приступать к изготовлению деталей. Кстати, на новых стойках ЧПУ имеется встроенная возможность «разворачивать» УП, но на практике это зачастую сопряжено с возникновением многочисленных дополнительных ошибок.

В настоящее время к промышленному использованию готовится новая версия программы NC Formatter. В новом исполнении в генераторе постпроцессоров добавлена функция написания макрокоманд, в модуле визуализации упрощена процедура редактирования траектории перемещения инструмента, введены дополнительные функции проверки файлов с УП на корректность, введены функция простановки прижимов и анализ на столкновение инструмента с ними. Кроме того, предполагается добавить базу данных инструмента, ведение журнала программ и модуль контроля точности получения обрабатываемых поверхностей.

Отличительной особенностью программы визуализации является просмотр конечного результата за минимальное время с возможностью вращения полученного объекта и дальнейшего наложения обработки (рис. 1, 2, 3, 4).

Любопытно, что когда г-н Лафонт продемонстрировал программу специалистам на Западе, то в ответ получил заключение, что NC Formatter содержит слишком широкий набор функций, которые на их производствах зачастую не требуются. Это объясняется специфическим подходом к CAM-программам западных пользователей, которые стремятся к тому, чтобы для получения детали достаточно было нажать одну кнопку. Ни о каком преобразовании формата данных с УП, предварительном просмотре ее работы или внесении изменений и речи быть не должно. Однако российские пользователи, наоборот, высказывают все новые и новые пожелания, направленные на расширение возможностей NC Formatter, в том числе связанных с имитацией обработки и контролем получаемых поверхностей. Поэтому приложение в этом направлении будет развиваться.

В начало

В начало

Контроль отклонения формы

Впервые возможности разработки специализированных модулей на Open CAS.CADE мне были продемонстрированы еще в апреле этого года. Тогда же Андрей Самцов, сотрудник фирмы ВОК и разработчик NC Formatter, продемонстрировал первые результаты работы программного модуля, разработанного на базе Open CAS.CADE и предназначенного для контроля точности изготовления поверхностей изделия путем сопоставления сканированных данных с исходной математической моделью.

В качестве исходных данных выступали математическая модель изделия, в нашем случае — корпусной детали, представленной на рис. 5, и данные оцифровки, снятые с обработанной детали.

Для выполнения операции сравнения данных пользователь должен был при необходимости выполнить совмещение модели с оцифровкой по опорным точкам, в диалоговом режиме задать способ получения измерений (возможно механическое или оптическое измерение), ожидаемое максимальное отклонение и точность, с которой программа должна выполнить расчет. По результатам расчета (рис. 6) программа формировала файл отчета, в котором записывались координаты тестируемых точек и величины верхнего и нижнего отклонений. Пользователь при этом имел возможность исключать из анализа те точки, которые не должны были фигурировать в отчете. При необходимости результаты отчета импортировались в формат Microsoft Excel.

Помимо этого в модуле были выполнены функции редактирования математической модели, переданной из внешней CAD-системы. При передаче данных из одного формата в другой нередки случаи частичной потери данных. Особенно много проблем с этой точки зрения с IGES-форматом. Поэтому возможность корректировки математической модели до начала выполнения расчета является весьма актуальной при работе с программой контроля точности изготовления поверхностей.

Все эти функциональные возможности при разработке программы на Open CAS.CADE оказались легко реализуемы. Поэтому трудно было предположить, что программа находится только в начальной стадии разработки. Вопросы стали появляться на этапе обсуждения дополнительных сервисных возможностей программы, и только тут неожиданно для меня выяснилось, что на разработку всего того, что я успел увидеть, ушло не более четырнадцати человеко-часов! То есть на то, чтобы разработать программу для считывания трехмерной модели из файла (формат хранения данных при этом мог быть IGES, STEP, SAT, DXF, BREP), редактирования и восстановления потерянных графических данных, совмещения по опорным точкам математической модели с данными оцифровки, выполнения сравнения исходной математической модели с результатами оцифровки и формирования результирующего отчета потребовалось менее двух рабочих дней одного квалифицированного программиста.

Безусловно, здесь не учтено время, необходимое на изучение документации по Open CAS.CADE. Кроме того, доведение подобного рода продукта до промышленной эксплуатации потребует еще не одного месяца. И тем не менее потенциал Open CAS.CADE как базы для разработки прикладных решений ошеломляет.

На сегодняшний день на ВОК ведутся работы по наращиванию функциональных возможностей компьютерной программы для контроля точности механической обработки деталей, которую предполагается включить в состав поставки NC Formatter уже к началу 2001 года, что, безусловно, придаст больший вес всему комплексу программ. Кстати, стоимость такой программы будет в среднем в пять раз ниже западных аналогов.

В начало

В начало

«Океан-CAD» информационной системы «Океан»

Другой интересной разработкой на Open CAD.CADE является графический модуль «Океан-CAD», вошедший в состав информационной системы «Океан», разработанной украинским партнером фирмы MATRA Datavision — НПФ «АВИаМотоР» (Харьков).

Использование мощной математической базы Open CAS.CADE позволило менее чем за год разработать полнофункциональную CAD-систему, предназначенную для трехмерного моделирования деталей, сборок и создания чертежей (рис. 7, 8, 9).

«Океан-CAD» интегрирован в информационную систему «Океан». Ограничение прав доступа на уровне информационной системы «Океан» позволяет отслеживать изменения, вносимые не только в геометрию детали, но и во всю информационную систему: документы, техпроцессы, спецификации. Собственно, необходимость увязки всех данных об изделии, включая способы его получения, и побудило украинских разработчиков создать собственную CAD-систему. По мнению директора НПФ «АВИаМотоР» Игоря Бычкова, графическая модель детали содержит всю необходимую информацию для ее изготовления. Конструктор еще на стадии проектирования изделия полностью представляет технологию его изготовления применительно к имеющемуся станочному парку производства. Но в процессе передачи конструкторской документации на проектирование технологии вся эта информация как бы утрачивается. Технолог с нуля начинает мысленно формировать как образ изделия, проходя по всем лабиринтам конструкторской документации, так и технологию изготовления, теряя драгоценное время на изучение всех тонкостей, отображенных в чертежах. Отсюда столь естественное желание закрепить технологические знания конструктора о проектируемом им изделии для их дальнейшего использования технологом. В настоящее время уже ведется разработка модуля, который по модели детали, с использованием истории ее формирования, будет проектировать технологический процесс ее изготовления.

«Океан-CAD» является не только универсальной CAD-системой, но и основой для разработки специализированных программ. Его модульная структура позволяет по желанию заказчика добавлять специфические функции, в том числе разработанные на заказ, или убирать из состава поставки неиспользуемые. Это дает возможность поставлять предприятиям недорогие решения, максимально отвечающие их потребностям, с полным использованием всех функций.

При этом предусматривается поставка функций, а не отдельных модулей! Если пользователю сегодня нужны функции по построению 2D-чертежей, он может приобрести только те функции, которые обслуживают эту задачу. Если завтра ему понадобится функция для ЧПУ-обработки на вырезном электроэрозионном станке или для выполнения каких-либо проверочных расчетов, значит, появятся соответствующие дополнительные функции из уже имеющихся или разработанных на заказ с учетом специфики предприятия. Такие решения с использованием, в частности, Open CAS.CADE не обязательно обходятся дороже тиражируемых универсальных систем, но определенно в несколько раз эффективнее.

По мнению специалистов MATRA Datavision и ее партнеров, именно такой путь постепенной автоматизации инженерной деятельности наиболее приемлем и эффективен с экономической точки зрения для российских, да и не только российских, предприятий любого масштаба и типа производства. Никакая универсальная САПР не сможет полностью учесть специфику производства, под которой понимаются не только выпускаемая продукция, поставляемые комплектующие, станочный парк и уровень подготовки специалистов всех производственных звеньев, но и сложившиеся на предприятии традиции, культура производства, территориальное расположение и масса других факторов.

***

Таким образом, новые технологии фирмы MATRA Datavision нашли отклик и получили дальнейшее развитие среди разработчиков России и СНГ. Говорить о широкомасштабном использовании Open CAS.CADE на постсоветском пространстве сегодня еще рано. Но появились компании, уже известные на внутреннем рынке своими оригинальными программными решениями, которые полностью разделяют подход MATRA Datavision к автоматизации инженерной деятельности промышленных предприятий и научно-исследовательских производств, готовых использовать в своих проектах CAS.CADE и Open CAS.CADE. Это, в свою очередь, послужит дополнительным импульсом к интеграции российских разработок с западными, от чего выиграют и потребители современных информационных технологий, и сами разработчики.

«САПР и графика» 12'2000