Направления разработки проектной составляющей САПР

Направления разработки проектной составляющей САПР должны соответствовать ключевым направлениям развития проектируемых технических систем: прежде всего разрабатываются те САПР, внедрение которых в наибольшей степени повысит эффективность проектируемой системы. Особенности конкретной САПР определяются особенностями этапа проектирования, который она призвана автоматизировать: целями и задачами, которые необходимо решить на определенном этапе проектирования, особенностями процесса проектирования на этом этапе, возможными изменениями в технологии проектирования при внедрении САПР, этапностью разработки и внедрения САПР.

Очевидно, что в наибольшей степени влияет на эффективность создаваемой системы начальный этап проектирования – этап формирования концепции системы: от концепции и выбранного облика больше всего зависит эффективность системы и ошибки в формировании облика системы трудно исправимы на последующих этапах.

Автоматизация начального этапа проектирования (внешнего проектирования) – этапа формирования облика системы – наиболее важное направление разработки САПР. Несмотря на то, что стоимость этого этапа мала, здесь большую роль играет цена возможной ошибки, которую нельзя исправить на последующих этапах, и которая влияет на эффективность системы.

Важность автоматизации работ начального, концептуалльного этапа проектирования демонстрирует статистика оценки цены одной ошибки на различных этапах производства: $1 – на этапе концептуального проектирования, $10 - конструкторской проработки, $100 - изготовления макета изделия, $1000 - проектирования технологической оснастки, $10 000 - изготовления оснастки, $100 000 - выпуска установочной серии, $1000 000 – серийного производства.

Особенности этого этапа проектирования: большое количество разнообразных альтернативных вариантов, большой объем расчетных работ, разнообразие задач и математических моделей.

Автоматизация чертежных работ, инженерных расчетов, внедрение методов вычислительной математики существенно усовершенствовали проектные процедуры (задачи анализа), свели к минимуму возможные ошибки расчетов, но до сих пор не решена главная задача этапа внешнего проектирования – автоматизация синтеза – формирования облика системы.

Даже в Японии на начальной стадии проектов "все еще по большей части полагаются на неформальный подход - карандаш и бумагу".

Отсюда задачи автоматизации проектирования – выполнение рутинной работы, информационное обеспечение проектирования. Эти системы должны включать в себя развитые средства накопления и использования знаний, возможности параллельного ведения проектов, разделения по стадиям, подсистемам и т.д. Они должны обеспечивать хранение и доступ к информации; поддерживать логические связи; обеспечивать многофункциональную среду проектирования, предполагающую быстрый, легкий и надежный обмен проектными данными.

Создание единой САПР формирования облика системы в отличие от более поздних этапов проектирования практически невозможно – речь может идти об информационном обеспечении и автоматизации отдельных проектных процедур с учетом возможности их адаптации к будущим изменениям при проектировании других подобных объектов.

Как нет единой теории проектирования, так и не может быть создана единая САПР для проектирования любых объектов, – на основе общих системных подходов для каждого типа объектов строятся отдельные подсистемы САПР, ориентированные на определенные задачи конкретного этапа проектирования. Разработка единой САПР даже для одного вида объекта для начального этапа проектирования практически невозможна, да и нецелесообразна в силу большой размерности задачи.

При этом особую важность приобретает выбор направлений разработки САПР и совокупности решаемых с использованием САПР задач.

Необходима разработка отдельных, слабо взаимосвязанных подсистем с максимальным использованием опыта разработки аналогичных подсистем САПР, созданных для проектирования объектов предыдущих поколений. Практически это может быть осуществлено, если каждая подсистема САПР будет разрабатываться с учетом возможного ее будущего использования для проектирования родственных объектов или объектов следующего поколения. Причем, каждая подсистема дорабатывается с учетом новых особенностей проектируемого объекта (построена по открытой схеме). Принципы построения каждой вновь вводимой подсистемы должны разрабатываться на основе общих принципов построения САПР с максимальным выделением инвариантных компонент в каждом из обеспечений САПР. Информационное, техническое, организационное обеспечения САПР могут быть полностью инвариантными при разработке каждой новой подсистемы они, при необходимости, могут расширяться и дорабатываться под новые требования.

Понимание важности анализа информации при изготовлении высокотехнологичных изделий приводит к пониманию необходимости перехода к новым, информационным технологиям проектирования и производства.

Именно это формирует объективные предпосылки целесообразных направлений развития САПР в широком смысле этого понятия.

Инженерный труд, как традиционно не связанный с торговыми операциями, оплачивается низко, сейчас тем более - вкладывание средств в автоматизацию инженерного труда (освобождения от тяжелой рутинной работы, улучшения качества проекта и уменьшение стоимости проектных работ, быстрое получение более дешевых чертежей) не эффективно.

Но современное проектирование сложных объектов может быть выполнено только при:

полном представлении всей сложности объекта во всех деталях,

предоставлении разным исполнителям различной, но взаимоувязанной информации (в связи с разделением труда),

предоставлении возможности анализа функционирования объекта в различных условиях применения.

САПР сложного объекта, вообще не может быть создана в виде программы, только обрабатывающей данные: необходимо электронное моделирование объекта и условий его функционирования с механизмом обмена информацией – необходим глобальный переход от бумажного описания объекта к структурированной электронной информации.

Таким образом, автоматизация инженерного труда может стать целью создания САПР на современном этапе только лишь как промежуточный этап – подготовка предпосылок для перехода к повсеместной электронной информации, которая в будущем станет основой производства (как сейчас бумажные носители информации).

Именно эта комплексная цель и является стратегической основой развития современных САПР. Выбирать можно лишь между тактическими моментами при решении вопросов, связанных с автоматизацией инженерного труда. Стратегически выбора нет - так же как когда-то не было выбора при переходе в проектировании от словесного описания (от отца к сыну) на бумажные носители.

Современное развитие САПР – это только тактические решения, которые принципиально не ведут к прорывным технологиям.

Разновидности САПР

Современные САПР предоставляют широкий спектр интегрированных и изолированных программных продуктов, которые могут решать различные задачи при автоматизации проектирования, подготовке производства, управления:

- создание трехмерной модели изделия;

- создание конструкторской документации на изделие;

- создание технологической документации на изделие;

- анализ изделия (прочностной, динамический анализ и т.д.);

- управление проектами и техническим документооборотом;

- создание технологической оснастки для изготовления изделия;

- изготовление изделия.

Прежде всего появились (70-е годы) и успешно в некоторых случаях применяются до сих пор автономные чертежно-ориентированные системы двумерного моделирования, затем возможности таких систем расширились - создание трехмерной электронной модели объекта, что дает возможность решения задач моделирования вплоть до момента изготовления.

Это CAD-системы (Computer Aided Design — компьютерная поддержка проектирования), предназначенные для решения конструкторских задач и оформления конструкторской документации. Эти системы не изменяют самой технологии проектирования объекта и подготовки производства, представляющие собой, по сути дела, электронный кульман (двухмерное моделирование).

Требование сокращения сроков проектирования, подготовки производства новых видов изделий и разработки таких технологических процессов, которые в условиях конкретного производства позволяют при минимальных затратах получить продукцию с заданными свойствами, вызвало к жизни разработку соответствующих автоматизированных систем.

В современные CAD-системы входят модули моделирования трехмерной конструкции и оформления чертежей и текстовой конструкторской документации (спецификаций, ведомостей и т. д.). Такие недорогие системы индивидуального пользования (100—3000 долл.) широко распространены. Имеется много версий таких систем (AutoCAD, Autodesk, DataCAD, IntelliCAD, SurfCAM), только AutoCAD к 2003 году продано свыше 4 млн. копий.

Расширение систем - все технологические процессы переводятся в электронный вид. Типовая система технологического проектирования основывается на взаимосвязанных базах данных: изделий и спецификаций, технологических процессов, параметров оборудования, оснастки, материалов, применяемых на предприятии. Автоматизация подготовки технологического процесса дает возможность избежать ошибок и ускорить процесс подготовки производства – появились CAM-системы.

CAM-системы (Computer Aided Manufacturing - компьютерная поддержка изготовления) - системы технологической подготовки производства, предназначены для проектирования обработки изделий на станках с числовым программным управлением и выдачи программ для этих станков. В настоящее время они широко применяются для изготовления сложнопрофильных деталей и сокращения цикла подготовки их производства. В CAM-системах используется трехмерная модель детали, созданная в CAD-системе.

САЕ-системы (Computer Aided Engineering — поддержка инженерных расчетов) – проблемно-ориентированные системы для решения расчетных задач при проектировании (расчеты на прочность, анализ и моделирование тепловых процессов, расчеты гидравлических систем и машин, расчеты процессов литья). В CAЕ-системах также используется трехмерная модель изделия, созданная в CAD-системе. Особенно развиты эти системы при автоматизации производства с применением пресс-форм и штампов – на них приходится более половины продаж CAM.

На начальном этапе пользователи CAD/CAM/CAE-систем работали на графических терминалах с разделением системных ресурсов центрального процессора. В начале 80-х гг. стоимость одной лицензии CAD-системы доходила до $ 90 тыс. К концу 80-х гг. CAD-системы были переведены на персональные компьютеры, и их стоимость снизилась до $ 20 тыс. Сейчас - несколько тыс. долл.

Сейчас CAD/CAM/CAE-системы представляют собой интегрированные программные комплексы, обеспечивающие единую поддержку всего цикла разработки от эскизного проектирования до технологической подготовки производства, испытаний и сопровождений. Современные CAD/CAM/CAE-системы дают возможность сократить срок внедрения новых изделий, повысить качество и надежность выпускаемой продукции, уменьшить стоимость отработки (например, заменяя физическое моделирование на основе прототипа математическим).

Традиционно существует деление CAD/CAM/CAE-систем на системы легкого, среднего и тяжелого классов (в соответствии с функциональными возможностями). Это деление достаточно условно, грани между ними стираются, но системы различаются и по функциональным возможностям и по цене. Имеются также САПР, которые не относятся ни к каким классам - это системы, обеспечивающие различные специализированные решения.

Системы легкого класса - совокупность программ, ориентированных на оформление конструкторской и технологической документации. Эти программы, как правило, не связаны единой структурой данных; их функциональные возможности ограничены плоским (или приближенным трехмерным) представлением машиностроительного объекта. Тем не менее, программы этого класса существенно повышают темпы и качество выпускаемой бумажной документации. Локальная автоматизация проектно-конструкторских и технологических рабочих мест на основе таких систем может быть применена, если: разработки отдельных специалистов относительно независимы, документирование ведется в основном на бумажных носителях, предприятие (подразделение) использует традиционную схему документооборота и внесения изменений, уровень сложности выпускаемой продукции невысок. Системы легкого класса предназначены для автоматизации выпуска конструкторской и технологической документации, подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ “по электронному чертежу”. Это позволяет сократить время разработки проектов и выпуска документации, но не гарантируют проектировщиков от ошибок даже при полном соответствии документации стандартам - такие системы эффективны только в случае использования их квалифицированными конструкторами и технологами, имеющими навыки работы с САПР.

Системы среднего класса - функционально-независимые системы, работающие на основе единой структуры данных. Системы позволяют в полной мере осуществлять трехмерное моделирование и создавать электронные математические модели, имеют средства параметрического моделирования. К системам этого класса относятся и специализированные расчетные, аналитические системы, системы подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Пользователь получает все преимущества трехмерного проектирования: топологическую точность, возможность анализа трехмерных моделей и использования в подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ. По объемной модели изделия имеется возможность контроля взаимного расположения деталей, определять инерционно-массовые, прочностные и прочие характеристики, моделировать все виды ЧПУ-обработки, отрабатывать внешний вид по фотореалистичным изображениям и выпускать документацию. Обеспечивается управление проектами на базе электронного документооборота.

Использование совокупности проблемно-ориентированных конструкторских и технологических подсистем среднего уровня целесообразно для предприятия, ориентированного на выпуск высокотехнологичной продукции. Экономический эффект состоит в сокращении затрат на доводку опытных образцов изделий в результате исключения ошибок при проектировании. Эти системы неприхотливы к технической платформе, позволяют совмещать функциональность систем верхнего уровня с простотой систем нижнего уровня.

Системы тяжелого класса - многофункциональные интегрированные системы с единой структурой данных и набором проблемно-ориентированных приложений, а также узкоспециализированные системы. Системы обеспечивают две возможности: автоматизацию всего цикла создания изделия от концептуальной идеи до реализации без дополнительного использования внешних приложений и создание единой цифровой модели, с которой все участники проекта могут работать одновременно. Такие системы позволяют изменять сложные структуры в больших сборках, строить сложные ассоциативные связи, а также обладают определенной гибкостью, так как изделие в процессе проектирования постоянно изменяется.

Эти системы дают возможность: конструировать детали с учетом особенностей материалов и технологичности, моделировать работу механизмов, проводить динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструментов, проектировать оснастку с моделированием процессов изготовления (штамповки, литья, гибки), что исключает брак в оснастке и изготовление натурных макетов, то есть значительно уменьшает затраты и время на подготовку производства изделия.

Стоимость таких систем вдвое больше систем среднего класса - свыше 10 тыс. долл. на одно рабочее место, на них приходится львиная доля объема рынка в денежном выражении. Применяются такие системы для сложных производств машиностроения, двигателестроения, авиационных и аэрокосмических. Внедрение такой интегрированной автоматизированной системы оправдано для высокоорганизованных предприятий, имеющих достаточные финансовые средства, современное оборудование и высококвалифицированных высокооплачиваемых сотрудников.

Минимальная стоимость комплекса САПР, автоматизирующего все этапы подготовки производства на предприятии, достигается применением систем всех трех классов (уровней функциональных возможностей).

Возможность подробного моделирования как конструкции изделий и их функциональных характеристик, так и процессов их изготовления с помощью САПР тяжелого класса вызвала к середине 90-х годов появление нового типа организации работы промышленного предприятия, названной Concurrent Engineering, позволяющая параллельно поагрегатно разрабатывать и изготовлять изделия. В результате начинать изготавливать изделие можно до выпуска полного комплекта документации, что сокращает время и затраты на проектирование при повышении качества изделий.

Одной из задач управления проектированием является управление потоком работ, состоящих из отдельных шагов различных типов. Шаги маршрута работ могут представлять собой выполнение проектных процедур и операций, пересылку документов и файлов другим пользователям, изменение статуса объекта, просмотр, контроль, утверждение проектов и внесение в них изменений и т.п. Между шагами перемещается пакет документов, документы проекта обрабатываются, видоизменяются, оцениваются, пакет автоматически пополняется. Может осуществляться одновременное управление различными проектами.

Функции координации работ CAD/CAM/CAE-систем, управления проектными данными и проектированием в целом возложены на системы управления проектными данными PDM (Product Data Management) - управление проектированием и его информационным обеспечением. Основным компонентом систем PDM является хранилище данных DW (Data Warehouse), образованное базами данных и системой управления данными.

В системах PDM разнообразие типов проектных данных и документов поддерживается их классификацией, выделением структурных элементов и их описаний в соответствии с атрибутами и связями. Имеется система поиска нужных данных по различным критериям. Например, элементы дерева, представляющего структуру объекта, могут соответствовать сборочным узлам, агрегатам, блокам, отдельным деталям. Навигация по дереву позволяет просматривать относящиеся к структурным единицам документы, геометрические модели, чертежи и другие атрибуты. Редактор позволяет устанавливать связи в виде ссылок между компонентами (например, между изображениями на чертежах и элементами спецификаций).

При внесении изменений в проектные данные обеспечивается целостность проекта – каждый разработчик работает со своей версией проекта (доступ к нему ограничен), имеются средства ведения многих версий проекта, имеются средства учета влияния и автоматического распространения вносимых изменений на другие части проектной документации. Для подготовки, хранения и сопровождения необходимых документов имеются специализированные системы управления документами и документооборотом.

Основные функции систем PDM:

1. Хранение проектных данных (поиск, редактирование, аннотирование чертежей и документов), поддержка классификаторов и справочников, автоматизированное составление спецификаций.

2. Управление конфигурацией объекта, ведение версий проекта, контроль изменений, классификация и формирование обозначений (кодификация), визуализация структуры объекта в виде дерева, в том числе многооконное представление трехмерных изображений.

3. Управление документооборотом, электронным архивом (атрибутирование, поиск по атрибутам, контроль исполнения, маршрутизация и визуализация), ведение распределенных архивов документов.

4. Защита информации и управление правами доступа к данным.

5. Поддержка типовых форматов, генерация отчетов (спецификаций, ведомостей).

Информационная поддержка этапа производства осуществляется автоматизированной системой управления предприятием (АСУП) и автоматизированной системой управления технологическими процессами (АСУТП).

К АСУП относятся следующие системы.

ERP (Enterprise Resource Planning) – система планирования и управления предприятием выполняет бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т.п.

SCM (Supply Chain Management) – система управления цепочками поставок, управляет поставками материалов и комплектующих.

MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning) – система планирования производства и требований к материалам. Система ориентирована на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством.

MES (Manufacturing Execution Systems) – производственная исполнительная система, ориентированная на решение оперативных задач управления проектированием, производством, маркетингом.

CRM (Customer Requirement Management) – система управления взаимоотношениями с заказчиками и покупателями, анализ рыночной ситуации, перспективы спроса на планируемые изделия.

S&SM (Sales and Service Management) – маркетинговые функции, обслуживание изделий.

На этапе эксплуатации применяются также специализированные компьютерные системы, ориентированные на ремонт, контроль, диагностику эксплуатируемых систем.

E-Commerce – системы электронного бизнеса. Ориентированы на организацию на сайтах Интернет витрин товаров и услуг, объединяют в едином информационном пространстве запросы заказчиков и данные о возможностях организаций, специализирующихся на проектировании, изготовлении и поставках продукции.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 355; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!