CALS-технологии

      На  основе проведенного анализа структуры  экспертной системы, можно утверждать, что такая вычислительная среда  имеет прямое применение для инженерной деятельности как средство автоматизации проектных работ, если проектирование ведется от прототипа, по восходящей технологии или на высших иерархических уровнях той или иной системы проектирования. Однако, если объект проектирования можно формально описать, возникает потребность, с одной стороны, использовать приемы, характерные для инженерной деятельности, а с другой - привлечь знания математиков для использования формальных методов принятия решения. Кроме того, дальнейшее развитие САПР, по мнению многих разработчиков, должно идти по пути создания вычислительных систем, которые "лояльны" к пользователю, легко тиражируются и обладают свойством развития. В ближайшее время при построении САПР необходимо обеспечить решение следующих задач: обучение пользователя, которое сводится к обучению входным языкам, представлению справочной информации, адаптированной к характеру запроса, диагностике ошибок и сопровождению пользователя в процессе проектирования; обучение САПР, предполагающее настройку системы на конкретную предметную область или класс проектных процедур; организация диалога в процессе проектирования с целью описания объекта проектирования, технологического задания и заданий на выполнение проектных процедур; изготовление проектной и справочной документации, оформляющей проектные решения; контроль за функционированием системы и отображение статистических данных о количестве и качестве проектных решений.

      Одни  из наиболее мощных САПР – Unigraphics NX компании EDS, CATIA французской фирмы Dassault Systemes (которая продвигает ее вместе с IBM) и Pro/Engineer от РТС (Parametric Technology Corp.). Главная особенность таких мощных САПР — обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы — все это результат длительного развития.

      Важную  роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий.

      Программы "легкой" категории служат для  двумерного черчения, поэтому их обычно называют электронной чертежной доской. К настоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР.        
 Первая чертежная система Sketchpad была создана еще в начале 60-х годов, а затем появилось немало других продуктов такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением персональных компьютеров. Пионером в этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР для ПК под названием AutoCAD.

      Таким образом, развитие Систем автоматического  проектирования идет двумя путями —  эволюционным и революционным. В  свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволюционно: расширяются функциональные возможности продуктов, повышается производительность, упрощается использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция. Аналитики из Cambashi считают, что это произойдет, когда поставщики САПР начнут использовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т. д.) не файловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В результате инженерная информация станет структурированной, и управлять ею будет гораздо проще, чем теперь.

3.2. Реализация типовых  процессов разработки  изделий в системе  PRO/ENGINEER

      Одним из самых действенных способов повышения  эффективности процесса разработки и сокращения времени выхода продукции на рынок, является широкое внедрение методологии использования типовых процессов конструирования и технологической подготовки производства.

      Идеальным представляется тот случай, когда  на предприятии создается интегрированная среда разработки изделия, в которой, с одной стороны, аккумулированы знания об изделии, его структуре и составляющих элементах, а с другой стороны – заложены все типовые процессы разработки изделия, максимально использующие опыт и ноу-хау предыдущих разработок. Основополагающим принципом создания и дальнейшего использования типовых процессов является стандартизация как самих процессов, так и возможных конструкторских и технологических решений, относящихся к конкретным типам изделий или целым классам изделий. Лозунг "Всё, что может быть стандартизировано – должно быть стандартизировано!" является в промышленном проектировании как никогда актуальным.

      Рассмотрим  вопросов практической реализации ряда типовых конструкторских и технологических  процессов в разработанной компанией РТС системе Pro/ENGINEER. В качестве конкретной иллюстрации методологии взяты результаты совместной работы специалистов компаний PTC и Toyota Motor Corp., которые относятся к разработке типовых процессов проектирования и производства автомобильных двигателей.

      Будут рассмотрены следующие типовые  процессы:

• эскизное проектирование;
• рабочее проектирование.

            Эскизное  проектирование, задание  правил и критериев  проектирования

      Основными "строительными материалами", или базой знаний для стандартизированного эскизного проекта в Pro/ENGINEER могут являться следующие библиотеки:

• библиотека типовых двумерных компоновок;
• библиотека типовых трехмерных компоновок;
• библиотеки типовых эскизов, отдельных деталей, типовых конструктивных решений.

      На  рис. 3.1 представлена схема процесса эскизного проектирования, которая иллюстрирует процесс создания мастер-геометрии изделия с применением типовых шаблонов.

Рис. 3.1 Схема процесса эскизного  проектирования

 
Двумерная компоновка

      Самым простым способом задания облика проектируемого изделия в системе Pro/ENGINEER является создание его двумерной компоновки. Для этого существует специальный инструмент, который называется Layout (рис. 3.2).

Рис. 3.2 Layout для управления типовым  конструктивным решением “кривошипно-шатунный механизм”.

      Это специализированное хранилище параметров и соотношений, в котором можно  рисовать схемы, создавать таблицы  параметров с описаниями, прописывать  зависимости между ними и логику поведения, предупреждая о вводе  некорректных значений параметров. Любое число параметров, определяемых как глобальные, из любого набора деталей и сборок могут одновременно управляться из Layout.

      В двумерной компоновке, кроме возможности  задавать таблицы параметров с описаниями, есть возможность вставлять в  качестве вспомогательных иллюстраций типовые эскизы или растровые изображения из библиотеки. Комментарии и гиперссылки позволяют щелчком мыши на надписи открывать в навигаторе системы Pro/ENGINEER Wildfire присоединенные документы – например, техническую документацию.

      В результате создается удобная среда  управления процессом компоновки изделия. Также следует отметить, что на одно изделие можно задать целую  систему различных компоновок –  общую, на отдельные узлы и сборки. Все компоновки будут связаны  между собой, и параметры будут передаваться из одной компоновки в другую.

Трехмерная  компоновка

      Следующий и наиболее популярный инструмент эскизного проектирования – это трехмерная компоновка, или  мастер-геометрия (Skeleton). Трехмерная компоновка геометрически описывает структуру сборки, требования к размещению и стыковке узлов, а также прочие характеристики, которые затем могут использоваться для определения геометрии проектируемых узлов.

      Трехмерные  компоновки представляют собой либо обычные детали и сборки, либо Skeleton в сборке. Аннотирование трехмерной модели дает возможность отобразить гиперссылки, характерные размеры и комментарии непосредственно на трехмерной компоновке. В дереве модели-компоновки создаются конструктивные элементы, содержащие геометрию для последующей передачи в тот или иной проектируемый узел. Они называются Publish Geometry. Во вновь проектируемом узле разработчик извлекает те данные обстановки из трехмерной компоновки, которые адресованы именно ему, и делает ссылки на них. Всё, что относится к передаче различных элементов геометрии, находится в меню Shared Data. Следует обратить внимание на то, что если в мастер-геометрии применено многократное копирование элементов (например таблично-управляемый массив осей для размещения крепежа), то внешние ссылки автоматически его отрабатывают. Проектирование на основе внешних ссылок от мастер-геометрии дает возможность синхронных ассоциативных изменений в узлах, не принадлежащих пока общей сборке.

Стандартные элементы

      Третьим способом, применяемым на этапе эскизного проектирования, является использование стандартных элементов и типовых технических решений. Остановимся на этом подробнее. Есть несколько важных моментов, которые следует учитывать при создании типовых элементов и решений.

      Во-первых, есть смысл типизировать не только отдельные детали, но и конструкторские решения для отдельных элементов деталей и сборочных узлов. Для быстрого создания мастер-геометрии, все типовые присоединительные элементы также должны быть сохранены в библиотеке как эскизы.

      Во-вторых, можно существенно упростить работу, если достаточно продуманно и четко проработать параметрическое управление стандартными деталями и решениями.

      И третье – самое важное. Pro/ENGINEER позволяет хранить в описании модели не только информацию о геометрии, но и все данные о правилах поведения модели. Набор функций модуля Behavioral Modeler (BMX) позволяет просто и удобно формализовать требования к функциональному назначению детали или узла на ранней стадии эскизного проектирования. Или, говоря другими словами, задать правила поведения модели. Расчетная схема с расположением закреплений и нагрузок также может являться неотъемлемой частью истории модели. Behavioral Modeler позволяет задавать интегральные критерии оптимизации модели – с точки зрения особенностей её геометрии, массово-инерционных, прочностных и температурных характеристик, а также кинематического и динамического анализа.

      Говоря  об этапе эскизного проектирования и об инструментах создания компоновки и облика изделия, следует отметить, что именно на этом этапе можно найти оптимальные конструкторские решения – как элементов изделия, так и изделия в целом. Возможность оптимизации обеспечивается за счет наличия типовых процессов и библиотек типовых двумерных и трехмерных компоновок, библиотек типовых эскизов, деталей и конструкторских решений. Хорошая проработка конструкции на этапе эскизного проекта (до разработки рабочей документации и, тем более, до создания изделия в "железе") является предпосылкой значительного повышения качества конструкторских работ на последующих этапах, а также снижения трудоемкости технологической подготовки производства.  

В качестве иллюстрации  сказанного рассмотрим конкретные примеры.  
 Стандартное конструктивное решение для проектирования головки блока цилиндров имеет в своем составе геометрию камеры сгорания, расположение клапанов, свечей и инжекторов (рис. 3.3). В это решение заложен механизм реагирования на изменение входных параметров решения. Этот механизм базируется на так называемых аналитических элементах (Analysis Feature), задаваемых в Pro/ENGINEER. С их помощью описываются правила поведения для данного стандартного решения – например, контролируется минимальное расстояние между клапанами и отверстиями для свечей; так же введен и контроль степени сжатия, а для впускного и выпускного канала заложены правила оптимального соотношения входного и выходного сечений.

Рис. 3.3 В типовом конструктивном решении для головки  блока внесены  аналитические элементы, и заданы правила  их ограничения. 

Еще один пример относится к типовой подсистеме "секция коленчатого вала – шатун – поршень". При проектировании подсистемы были заданы критичные размеры и правила оптимального расположения центра масс. Более того, поскольку расчетный модуль Structural and Thermal Simulation является неотъемлемой частью системы Pro/E, в качестве правил можно заложить расчетные схемы для комбинированного прочностного и теплового анализа. Они также сохраняются как элементы истории построения каждой модели (рис. 3.4).

Рис. 3.4 Расчетная модель сохраняется как элемент истории построения, ассоциативный с геометрией

      Для описания поведения детали, узла, конструктивного  решения не требуется знания языков программирования или обширных познаний в области конечно-элементного  анализа. Средства описания правил просты и легки в освоении.