Современные системы автоматизации, проектирования и технологической подготовки производства

Системы проектирования в масштабах предприятия за рубежом принято определять, как CAD/CAM/CAE системы.

Большинство российских предприятий встали или встают на путь полного переоснащения производственной базы, включая и CAD/CAM/CAE технологии. Эти системы являются инструментальной базой по отношению ко всем остальным системам автоматизации производственной и хозяйственной деятельности. Имеющиеся в настоящее время на рынке CAD/CAM/CAE системы для машиностроения можно разделить на универсальные и специализированные, последние могут использоваться, как самостоятельно, так и в составе универсальных. Все универсальные системы содержат три обязательные подсистемы:

1. Пакеты программ графического ядра системы. В основе графических систем лежат трехмерные геометрические моделировщики, а также сервис, соответствующий функциональному назначению. Ядром такого ПО являются графические редакторы, реализующие модели и методы трехмерного (3D) геометрического моделирования и плоского (2D) черчения. Известны четыре программы для графического ядра системы ACIS (Spatial Technology), Concept Modeller (Wisdom), ParaSolid - США и Design Base - Япония, реализующие твердотельную вариационную геометрию при создании геометрических моделей. На них базируются все известные CAD системы.

2. Пакеты для анализа и оценки функциональных и эксплуатационных свойств технических объектов с использованием различных методов математического моделирования (снижение натурных экспериментов за счет математических экспериментов, расчеты на прочность на основе М.К.Э.). Эти пакеты также могут быть универсальными и специализированными. К числу самых известных относятся:

NASTRAN, NISA II, PATRAN, ANSYS, FLUENT.

Специализированные - SIMTEC, MAGMA soft (моделирование процессов отвердевания металлических отливок), MOLD FLOW (литье пластмасс), OPTRIS (деформация при листовой штамповке), POLIGON-отечественная система и ряд других.

3. Системы для подготовки управляющих программ станков и технологического оборудования с ЧПУ. Эти системы могут иметь свой графический редактор. Например, это Smart CAM, CIMCAP, Cimplex, Euclid Peps, Duct и др.

В зависимости от функциональных возможностей, набора модулей и структурной организации эти системы можно условно разделить на три группы: "легкие", "тяжелые" и "полномасштабные" системы.

Системы легкие:

-ограниченный набор модулей;

-2D редактор (основной);

-графический моделлер с 3D поверхностной графикой, иногда с 3D твердотельной;

-модуль визуализации 3-х мерных тел;

-модуль генерации программ для оборудования с ЧПУ.

Ограничены возможности параметрических и ассоциативных связей, отсутствуют модули управления данными проекта, функционального анализа и управления процессами механосборки. Обычно базовые модули поставляются разработчиками. Модули расширения на CAD/CAM/CAE ,обычно, разрабатываются и поставляются 3 фирмами. Это недорогие системы: AUTOCAD, CADDY, Bravo 3, ICEM, Series, отечественные ADEM (старые версии), Top CAD, Компас-график (старые версии), Альфа, Спрут и др.

Система Альфа разработана в Уфе (УГАТУ). На ее основе в ряде ОКБ были развернуты работы по созданию лопаток, в том числе композиционных, с использованием CAD/CAM-систем.

Система Bravo 3 распространяется фирмой Арр1iсоn, обладающей правами собственности на нее. В странах СНГ система Bravo3 использовалась рядом оборонных предприятий на ЭВМ семейства VAX. Сильными сторонами системы всегда были приложения по генерации управляющих программ для станков с ЧПУ, средства разработки прикладных программ и сопровождение. Однако уровень твердотельного моделирования и горизонтальная интеграция модулей не отвечают современным требованиям. Версия MacBravo для ПЭВМ Macintosh - слабая и распространяется с трудом. В целом система находится на достаточно хорошем уровне, но существенно уступает лидерам в области CAD/САМ/САЕ, и по алгоритмической базе значительно отстала от среднепромышленного уровня.

Система ICEM разработана и распространяется известной в прошлом фирмой Control Data Systems. В связи с ошибками руководства корпорацией она понесла большие финансовые потери и находится практически в критическом положении. ICEM содержит полный набор модулей, характерный для САD/САМ/САЕ систем, и распространяется совместно с такими продуктами других фирм, как DUCT (фирмы Delcam) и Pro/Engineer (фирмы РТС). На Западе IСЕМ достаточно распространена в автомобильной и авиационной промышленности, менее известна она в России. Слабой стороной системы является объединение модулей, отвечающих современным требованиям и устаревших, а также полная реализация системы на рабочих станциях типа Cyber 910, имеющих слабое распространение. Будущее системы неопределенно в связи с тяжелым положением фирмы.

Система Series. Эта же система под названием CAEDS распространяется фирмой IBM.

Тенденции - стремятся к тяжелым.

Системы тяжелые и полномасштабные имеют более широкий набор модулей, разрабатываемых фирмой-собственником пакета. Они обеспечивают увеличение функциональности при проектировании, используют геометрические моделлеры с возможностями параметрического моделирования и ассоциативности. Некоторые системы включают наборы модулей управления проектными данными и механическими сборками. Технической базой- PC c OC UNIX или ПК уровня графических PC. Cimatron, KONSYS 2000, Projunior, Mikrostation, AUTOCAD, ADEM и Компас-график последних версий и др.. Они стремятся к системам полномасштабным.

Наиболее распространенными из них являются CADDS-5 (Computervisions), CATIA (IBM), Cimatron, Euclid, I-DEAS, INTERGRAPH, MicroStation, Pro/ENGINEER (PTC -фирма), Unigraphics (EDS) и некоторые другие.

Это сложные многофункциональные системы, увеличивающие набор модулей до (40-70) различного функционального назначения.

Типовые:

-графическое ядро для создания геометрической модели, отдельных деталей, узлов и изделия в целом.

-модуль создания и оперирования процессами механосборки.

-модуль для инженерного анализа с использованием М.К.Э., моделирования, кинематики и динамики механизмов.

-модули конструирования систем управления гидравлических, пневматических, электрических и др. систем жизнеобеспечения.

-набор модулей для технологической подготовки производства.

-модули обмена данными в различных форматах IGES, STEP, DXF, DWG, VDA-FS и др.

-модули управления данными проектов.

-собственная или коммерческая СУБД.

-модули подготовки и выпуска проектной и конструкторской документации по геометрическим модулям.

Базовые наборы модулей могут дополняться ADAMS, MOLD FLOW, NASTRAN и т.д.

Система CADDS5 была разработана фирмой Computervisions, а в настоящее время распространяется фирмой Parametric Technology Corporation. Она является довольно распространенной системой с большим числом инсталляций. К достоинствам этой системы можно отнести следующие:

• полный набор функциональных модулей;

• полная двунаправленная ассоциативность между большинством функциональных модулей;

• хорошее управление данными, есть связь с коммерческими СУБД, модуль PDM продается как самостоятельный продукт;

• поддерживает видеоконференции;

• современный графический интерфейс пользователя (OSF Motif);

• графический интерфейс – единый для большинства модулей;

• хорошие возможности расширения системы (CV-DORS);

• быстро устраняются недостатки, и наращивается число модулей;

• система имеет поддержку на ПЭВМ, совместимых с IВМ РС и РS/2, включающую пакеты Personal Machinist, Personal Designer, Design View, Design Post.

К недостаткам системы относятся:

• высокая сложность системы для освоения, использования и управления;

• сложный и громоздкий интерфейс пользователя;

• проблемы в системной интеграции. Часть модулей, разработанных третьими фирмами, не поддерживает все функции системы;

• имеются модули с одинаковым назначением;

• имеются проблемы в стыковке пакетов на ПЭВМ с CADDS5.

Фирма большое внимание уделяет развитию системы, в последнее время предложена новейшая технология разработки и адаптации средств CAD/САЕ/САМ под названием PELORUS. Однако информация о ней ограничена и не позволяет оценить ее возможности. Тем не менее PELORUS принята как базовая технология такой всемирно известной фирмой, как Mersеdes Benz и консорциумом Airbus Industrie. Финансовое положение фирмы в последнее время существенно улучшилось в результате структурной реорганизации и заключения ряда крупных контрактов.

Система CATIA разработана и распространяется Dassault Systems, но правами собственности обладает IВМ, также распространяющая эту систему. Система широко известна и получила распространение благодаря авторитету и финансовым возможностям IBM. CATIA широко распространена в авиакосмической и автомобильной промышленности.

Достоинства системы:

• полный набор функциональных модулей, включая Piping, Cabling и HVAS;

• распространенная система с большим числом инсталляций;

• современный графический интерфейс пользователя с использованием пиктограмм;

• прекрасные возможности в моделировании поверхностей;

• хорошо зарекомендовавшая себя технологическая часть;

• имеются средства управления роботами;

• на CATIA выполнен ряд сложных проектов: Boeings 777 и серия LH автомобилей фирмы Chrysler.

Недостатки системы:

• недостаточный уровень графического интерфейса пользователя;

• в геометрических моделях недостаточный уровень ассоциативности - устаревшее графическое ядро;

• основные проекты выполнены в предыдущих версиях CATIA на больших ЭВМ, а не на рабочих станциях под AIX;

• недостаточный уровень средств анализа;

• слабая поддержка в проблемных приложениях;

• нет поддержки на ПЭВМ с процессорами Intel;

• нет средств концептуального проектирования сложных изделий;

• реализована только на технических средствах IВМ.

Система в описываемом виде по ряду аспектов морально устарела и уступает современным лидерам в области CAD/САМ/САЕ, но в последующие годы, насколько нам известно, большинство из этих недостатков было устранено, и ее последние версии уже не уступают лидерам. В России она больше используется в автомобилестроении.

Система Cimatron разработана фирмой Cimatron (Израиль), а распространяется в странах СНГ фирмой Capital Technology. С ее помощью организуется CAD/CAM лопаток, в том числе достаточно сложных - композиционных, а также других деталей двигателя. Это быстро развивающаяся система Она предпочтительна с учетом того, что не имеет больших отличий между реализациями для персональных компьютеров и рабочих станций. Она несет в себе все новые подходы в программировании и оптимальна по соотношению эффективность/стоимость. В России используют систему Cimatron такие ОКБ, как АО “Люлька-Сатурн”, ГНПП “Мотор”, ЛНПО им. Климова.

Система EUCLID разработана и продается фирмой Matra Datavision (Франция), входящей в состав Matra Group. EUCLID-IS – широко известная система, отличающаяся высоким уровнем твердотельного моделирования, хорошим управлением данными проекта и производственными приложениями. Последние версии отличаются улучшенной вариационной геометрией, фотореалистичной визуализацией объектов и новым графическим интерфейсом пользователя (на OSF Motif).

Система объединяет большой набор специализированных модулей, ориентированных на решение различных задач в цикле проектирования. Особый интерес представляет модуль моделирования для процессов листовой штамповки, отсутствующий в других системах. Matra Datavision развивает создание интегрированных программных модулей, специализированных на различных видах механообработки и реализующих все требуемые функции: Surfmaster и Foldmaster. В последнее время фирма стала распространять инструментальную среду для разработки приложений CAS/CADE, что усилило позиции системы особенно на рынке СНГ.

К слабым сторонам системы можно отнести:

• недостаточную горизонтальную интеграцию модулей;

• недостаточный уровень управления данными и механическими сборками;

• недостаточный уровень поддержки коллективной работы и работы с ПЭВМ.

Система I-DEAS разработана и распространяется фирмой Structural Dynamics Research Corp. (SDRC). В настоящее время распространяется версия системы под названием Master. Традиционно I-DEAS известна в России как пакет для моделирования с использованием МКЭ, однако, в настоящий момент это мощная CAD/САМ/САЕ система, включающая обширный набор модулей для организации различных вариантов рабочих мест.

К недостаткам системы можно отнести:

• недостаточный уровень управления данными;

• недостаточный уровень управления механическими сборками;

• недостаточная поддержка коллективной работы;

• возможность поддержки на ПЭВМ только на уровне AutoCAD.

В целом система перспективна и может быть рекомендована для использования.

Система I/EMS разработана и распространяется фирмой Intergraph Corp., которая, в отличие от всех рассматриваемых фирм, является крупным производителем рабочих станций и периферии (однако рабочие станции создаются на базе процессоров Intel и имеют высокую стоимость). Благодаря этому фирма предлагает потребителям "интегрированные решения" в области CAD/САМ/САЕ систем для различных применений. I/ЕМS по своим возможностям является одним из лидеров среди CAD/САМ/САЕ систем. В СНГ системы фирмы практически не известны, что в значительной мере объясняется тем, что фирма вышла на российский рынок сравнительно недавно. I/EMS – современная CAD/САМ/САЕ система, отвечающая самым высоким требованиям в этой области и включающая более 40 различных модулей, ориентированных на решение широкого круга задач.

К слабым сторонам системы можно отнести:

• недостаточный уровень работы с параметризованными сборочными единицами.

В последнее время Intergraph, как и Computervision, уделяет большое внимание развитию инструментальных средств (фирмой предложена объектно-ориентированная технология Jupiter, поддерживающая технологию ОLЕ-2 для Windows приложений) и созданию объектно-ориентированных графических систем.

Система Pro/ENGINEER разработана и распространяется фирмой Parametric Technology Corporation (РТС). Фирма очень динамична и очень быстро растет. РТС - один из лидеров на рынке СНГ в секторе полномасштабных САD/САМ/САЕ систем. Систему отличает высокий уровень параметрического твердотельного моделирования с поддержкой ассоциативности на уровне сборок, деталей, свойств и параметров. Достаточно высок уровень технологических модулей в системе и удобен пользовательский интерфейс. Сильной стороной системы является наличие версий практически для всех вариантов технических средств от IBM PC до НР9000system 700. Рейтинг системы достаточно высок и она развивается очень быстро.

К слабым сторонам системы можно отнести:

• недостаточный уровень управления данными;

• недостаточный уровень приложений в различных проблемных областях.

Система UNIGRAPHICS - распространяется компанией EDS, принадлежащей General Motors. Этой же компании фирма McDonnel Douglas уступила права на эту систему и коллектив разработчиков. UNIGRAPHICS – широко известная система, использующаяся в автомобильной и авиационной промышленности. Система содержит обширный набор различных модулей, традиционно сильна в технологических приложениях. К слабым сторонам системы можно отнести недостаточный уровень управления данными и механическими сборками.

Рейтинг системы достаточно высок, в СНГ она приобретена несколькими машиностроительными заводами.

Наиболее интересная на сегодня система ADEM версий 7.1 и 8.2

Система объединяет в едином конструкторском пространстве все известные методы геометрического проектирования:

• плоское двумерное моделирование,

• черчение и оформление конструкторской документации,

• твердотельное пространственное моделирование,

• поверхностное моделирование,

• подготовка геометрической модели для механообработки, включая автоматический пересчет размеров на середину ширины поля допуска

• Плоское моделирование с использованием комплексных объектов, булевых операций, аппликативности

• Динамическая модификация модели с сохранением ее геометрической целостности

• Два типа параметризации

• Разработка растрово-векторной модели на базе сканированного изображения

• Импорт и экспорт плоской геометрии через форматы DXF, IGES, SAT

• Создание библиотек фрагментов

• Единые методы работы с твердыми телами, поверхностями и открытыми оболочками

• Создание объемных сборок

• Автоматическая генерация чертежных видов на базе пространственной модели

• Твердотельное моделирование с использованием как булевых, так и базовых операций

• Импорт объемной геометрии через форматы SAT, IGES, STL, STEP

• Осуществление взаимодействия между твердыми телами и поверхностями (например, обрезка твердого тела поверхностью или поверхности твердым телом)

• Построение сопряжений заданным радиусом (постоянным или переменным), а также фасок (равносторонних или разносторонних) на ребрах твердых тел и открытых оболочек

• Поддержка стандартов:

• ЕСКД

• ЕСТД

• ANSI

• ISO 9000

В настоящее время наиболее распространенной программой для автоматизации проектирования является система AutoCAD, которая с 1982 года получила широкое распространение.

Последняя версия этой системы AutoCAD-2009 построена на приведенных выше современных принципах программного, математического, лингвистического обеспечения САПР.