Система Автоматизированного Проектирования

3. ФУНКЦИИ, ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕРЫ

CAE/CAD/CAM-СИСТЕМ. 

     Функции CAD-систем в машиностроении подразделяют на функции двухмерного (2D) и трехмерного (3D) проектирования. К функциям 2D относятся черчение, оформление конструкторской документации; к функциям 3D — получение трехмерных моделей, метрические расчеты, реалистичная визуализация, взаимное преобразование 2D и 3D моделей.

     Среди CAD-систем различают “легкие” и  “тяжелые” системы. Первые из них ориентированы преимущественно на 2D графику, сравнительно дешевы и менее требовательны в отношении вычислительных ресурсов. Вторые ориентированы на геометрическое моделирование (3D), более универсальны, дороги, оформление чертежной документации в них обычно осуществляется с помощью предварительной разработки трехмерных геометрических моделей.

     Основные  функции CAM-систем: разработка технологических  процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ (NC — Numerical Control), расчет норм времени обработки.

     Наиболее  известны (к 1999 г.) следующие CAE/CAD/CAM-системы, предназначенные для машиностроения. “Тяжелые” системы (в скобках  указана фирма, разработавшая или  распространяющая продукт): Unigraphics (EDS Unigraphics); Solid Edge (Intergraph); Pro/Engineer (PTC — Parametric Technology Corp.), CATIA (Dassault Systemes), EUCLID (Matra Datavision), CADDS.5 (Computervision, ныне входит в PTC) и др.

     “Легкие” системы: AutoCAD (Autodesk); АДЕМ; bCAD (ПроПро Группа, Новосибирск); Caddy (Ziegler Informatics);

Компас (Аскон, С.Петербург); Спрут (Sprut Technology, Набережные Челны); Кредо (НИВЦ АСК, Москва).

     Системы, занимающие промежуточное положение (среднемасштабные): Cimatron, Microstation (Bentley), Euclid Prelude (Matra Datavision), T-FlexCAD (Топ Системы, Москва) и др. C ростом возможностей персональных ЭВМ грани между “тяжелыми” и “легкими” CAD/CAM-системами постепенно стираются.

     Функции CAЕ-систем довольно разнообразны, так  как связаны с проектными процедурами  анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. В состав машиностроительных CAE-систем прежде всего включают программы для следующих процедур:

     — моделирование полей физических величин, в том числе анализ прочности, который чаще всего выполняется в соответствии с МКЭ;

     — расчет состояний и переходных процессов на макроуровне;

     — имитационное моделирование сложных производственных систем на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.

     Примеры систем моделирования полей физических величин в соответствии с МКЭ: Nastrаn, Ansys, Cosmos, Nisa, Moldflow.

Примеры систем моделирования динамических процессов на макроуровне: Adams и Dyna —  в механических системах, Spice — в  электронных схемах, ПА9 — для  многоаспектного моделирования, т.е. для моделирования систем, принципы действия которых основаны на взаимовлиянии физических процессов различной природы.

     Для удобства адаптации САПР к нуждам конкретных приложений, для ее развития целесообразно иметь в составе  САПР инструментальные средства адаптации  и развития. Эти средства представлены той или иной CASE-технологией, включая языки расширения. В некоторых САПР применяют оригинальные инструментальные среды.

     Примерами могут служить объектно-ориентированная  интерактивная среда CAS.CADE в системе EUCLID, содержащая библиотеку компонентов, в САПР T-Flex CAD 3D предусмотрена разработка дополнений в средах Visual C++ и

Visual Basic.

     Важное  значение для обеспечения открытости САПР, ее интегрируемости с другими  автоматизированными системами (АС) имеют интерфейсы, представляемые реализованными в системе форматами межпрограммных обменов. Очевидно, что, в первую очередь, необходимо обеспечить связи между CAE, CAD и CAM-подсистемами.

     В качестве языков — форматов межпрограммных обменов — используются IGES, DXF, Express (стандарт ISO 10303-11, входит в совокупность стандартов STEP), SAT (формат ядра ACIS) и др.

     Наиболее  перспективными считаются диалекты языка Express, что объясняется общим  характером стандартов STEP, их направленностью  на различные приложения, а также  на использование в современных распределенных проектных и производственных системах. Действительно, такие форматы, как IGES или DXF, описывают только геометрию объектов, в то время как в обменах между различными САПР и их подсистемами фигурируют данные о различных свойствах и атрибутах изделий.

     Язык Express используется во многих системах интерфейса между CAD/CAM-системами. В  частности, в систему CAD++ STEP включена среда SDAI (Standard Data Access Interface), в которой возможно представление данных об объектах из разных систем CAD и приложений (но описанных по правилам языка Express). CAD++ STEP обеспечивает доступ к базам данных большинства известных САПР с представлением извлекаемых данных в виде STEP-файлов. Интерфейс программиста позволяет открывать и закрывать файлы проектов в базах данных, производить чтение и запись сущностей.

В качестве объектов могут использоваться точки, кривые, поверхности, текст, примеры  проектных решений, размеры, связи, типовые изображения, комплексы  данных и т.п. 

4. ПОНЯТИЕ О CALS-технологии 

     CALS-технология — это технология комплексной компьютеризации сфер промышленного производства, цель которой — унификация и стандартизация спецификаций промышленной продукции на всех этапах ее жизненного цикла. Основные спецификации представлены проектной, технологической, производственной, маркетинговой, эксплуатационной документацией. В CALS-системах предусмотрены хранение, обработка и передача информации в компьютерных средах, оперативный доступ к данным в нужное время и в нужном месте. Соответствующие системы автоматизации назвали автоматизированными логистическими системами или CALS (Computer Aided Logistic Systems). Поскольку под логистикой обычно понимают дисциплину, посвященную вопросам снабжения и управления запасами, а функции CALS намного шире и связаны со всеми этапами жизненного цикла промышленных изделий, применяют и более соответствующую предмету расшифровку аббревиатуры CALS — Continuous Acquisition and LifeCycle Support.

     Применение CALS позволяет существенно сократить  объемы проектных работ, так как  описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в базах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологии CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции различного рода системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т.п. Ожидается, что успех на рынке сложной технической продукции будет немыслим вне технологии CALS.

     Развитие CALS-технологии должно привести к появлению так называемых виртуальных производств, при которых процесс создания спецификаций с информацией для программно управляемого технологического оборудования, достаточной для изготовления изделия, может быть распределен во времени и пространстве между многими организационно автономными проектными студиями. Среди несомненных достижений CALS-технологии следует отметить легкость распространения передовых проектных решений, возможность многократного воспроизведения частей проекта в новых разработках 2 0 TD-0и др 
 

5. КОМПЛЕКСНЫЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ  СИСТЕМЫ 

     Известно, что частичная автоматизация  зачастую не дает ожидаемого повышения  эффективности функционирования предприятий. Поэтому предпочтительным является внедрение интегрированных САПР, автоматизирующих все основные этапы проектирования изделий. Дальнейшее повышение эффективности производства и повышение конкурентоспособности выпускаемой продукции возможно за счет интеграции систем проектирования, управления и документооборота.

     Такая интеграция лежит в основе создания комплексных систем автоматизирования, в которых помимо функций собственно САПР реализуются средства для автоматизации функций управления проектированием, документооборота, планирования производства, учета и т.п.

     Проблемы  интеграции лежат в основе технологии Юпитер, пропагандируемой фирмой Intergraph. Пример сращивания некоторых подсистем из САПР и АСУ — программный продукт TechnoDOCS (российская фирма Весть). Его функции:

     — интеграция программ документооборота с проектирующими пакетами (конкретно с AutoCAD, Microstation и другими программами, исполняемыми в Windows-средах и поддерживающими взаимодействие по технологиям DDE или OLE, разработанным фирмой Microsoft);

     — ведение архива технической документации;

     — маршрутизация работ и прохождение  документации, контроль исполнения;

     — управление параллельным проектированием, т.е. координацией проектных работ, выполняемых коллективно.

     Очевидно, что подобная интеграция является неотъемлемой чертой CALS-систем. В основу CALS-технологии положен ряд стандартов и прежде всего это стандарты STEP, а также Parts Library, Mandate, SGML (Standard Generalized Markup Language), EDIFACT (Electronic Data Interchange For Administration, Commerse, Transport) и др. Стандарт SGML устанавливает способы унифицированного оформления документов определенного назначения — отчетов, каталогов, бюллетеней и т.п., а стандарт EDIFACT — способы обмена подобными документами.

     Одна  из наиболее известных реализаций CALS-технологии разработана фирмой Computervision. Это  технология названа EPD (Electronic Product Definition) и ориентирована на поддержку процессов проектирования и эксплуатации изделий машиностроения.

     В CALS-системах на всех этапах жизненного цикла изделий используется документация, полученная на этапе проектирования. Поэтому естественно, что составы подсистем в CALS и комплексных САПР в значительной мере совпадают.

     Технологию EPD реализуют:

     — CAD — система автоматизированного  проектирования;

     — CAM — автоматизированная система  технологической подготовки производства (АСТПП);

     — CAE — система моделирования и расчетов;

     — CAPE (Concurrent Art-to-Product Environoment) — система поддержки параллельного проектирования (сoncurrent еngineering);

     — PDM — система управления проектными данными, представляющая собой специализированную СУБД ( DBMS

     — Data Base Management System);

     — 3D Viewer -система трехмерной визуализации;

     — CADD — система документирования;

     — CASE — система разработки и сопровождения  программного обеспечения;

     — методики обследования и анализа  функционирования предприятий.

     Основу EPD составляют системы CAD и PDM, в качестве которых используются CADDS5 и Optegra соответственно.

В значительной мере специфику EPD определяет система Optegra. В ней отображается иерархическая  структура изделий, включающая все сборочные узлы и детали. В Optegra можно получить информацию об атрибутах любого элемента структуры, а также ответы на типичные для баз данных вопросы типа “Укажите детали из материала P” или “В каких блоках используются детали изготовителя Y?” и т.п.

     Важной  для пользователей особенностью Optegra является работа вместе с многооконной системой визуализации 3D Viewer. Пользователь может одновременно следить за информацией в нескольких типовых окнах:

     — информационный браузер, в котором  высвечиваются данные, запрашиваемые  пользователем, например, из почтового ящика, Internet, корпоративных ресурсов, его персональной БД;

     — окно структуры изделия, представляемой в виде дерева. Можно получать ответы на запросы подсветкой деталей Dj (листьев дерева), удовлетворяющих условиям запроса;

     — 3D визуализатор, в этом окне высвечивается трехмерное изображение изделия, ответы на запросы даются и в этом окне цветовым выделением деталей Dj;

     — окно пользовательского процесса, в  котором в нужной последовательности в виде иконок отображается перечень задач, заданный пользователю для решения.

     В системе Optegra связи между объектами  задаются по протоколам стандартов STEP, внешний интерфейс осуществляется через базу данных SDAI. 

ГЛАВА III. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР. 

1. СТРУКТУРА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ САПР 

     Техническое обеспечение САПР включает в себя различные технические средства (hardware), используемые для выполнения автоматизированного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сетевое оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.