Исследование систем автоматизированного пректирования

Упомянутые компании - лидеры в области САПР, а их продукты занимают львиную долю рынка в денежном выражении. Главная особенность «тяжелых» САПР - обширные функциональные возможности, высокая производительность и стабильность работы - все это результат длительного развития. Однако, эти системы немолоды - CATIA появилась в 1981 г., Pro/Engineer - в 1988 г., а Unigraphics NX, хотя и вышла в 2002 г., является результатом слияния двух весьма почтенных по возрасту систем - Unigraphics и I-Deas, полученных фирмой EDS в результате приобретения компаний Unigraphics и SDRC. Все названные программы включают средства трехмерного твердотельного и поверхностного моделирования, а также модули структурного анализа и подготовки к производству, т. е. являются интегрированными пакетами CAD/CAM/CAE. Кроме того, все три поставщика предлагают для своих САПР системы управления инженерными данными (PDM), позволяющие управлять всей конструкторско-технологической документацией и предоставлять дополнительные данные, экспортированные из других корпоративных систем, из справочников и нормативных источников.

Несмотря на то, что тяжелые системы стоят значительно дороже своих более «легких» собратьев (десятки тысяч долларов за одно рабочее место), затраты на их приобретение окупаются, особенно когда речь идет о сложном производстве, например машиностроении, двигателестроении, авиационной и аэрокосмической промышленности. Однако крупных клиентов, способных платить за САПР миллионы долларов не так много. По мнению аналитиков, этот сегмент рынка уже практически насыщен и поделен между «китами» индустрии. Сейчас производители средств автоматизации проектирования возлагают надежды на предприятия среднего и малого бизнеса, которых гораздо больше, чем промышленных гигантов. Для них предназначены системы среднего и легкого классов.

 

Система  Unigraphics.

Система Unigraphics в своем сегодняшнем виде — система достаточно молодая. Она имеет совершенную внутреннюю архитектуру. С 1993 года Unigraphics строится на ядре Рarasolid, которое в значительной степени определило сегодняшний отрыв системы от основных конкурентов. Это ядро реализует совершенно новые принципы геометрического моделирования, структуры сборок, обеспечивая гибкую параметризацию и полную ассоциативность. Ядро Parasolid уже приобрели многие компании для разработок собственных систем, и в настоящее время число инсталляций ядра Parasolid в разных системах составляет в мире 550000. Постепенно Parasolid фактически становится стандартом CAD/CAE/CAM-систем.

В 2002 году UGS PLM Solutions (EDS) выпустила систему, получившей название Unigraphics NX, которая получила самую высокую оценку аналитиков, как решение, которое в наибольшей степени отражает все наиболее современные и перспективные подходы к построению MCAD систем.

В настоящее время, система Unigraphics является универсальной интегрированной системой автоматизации проектирования и производства и, фактически, служит стандартом для САПР аэрокосмической, автомобильной, машиностроительной, медицинской и многих других отраслей промышленности, производящих высокотехнологичную и наукоемкую продукцию.

Unigraphics имеет единую внутреннюю базу данных для всех приложений системы, которая построена на принципе мастер-модели, обеспечивающей надежный систематизированный подход к созданию и проверке геометрии изделия и связанных с ней процессов. Это позволяет легко манипулировать большими сборками в среде параллельного инжиниринга. Внутри системы существует единая среда хранения данных, и нет абсолютно никаких конверторов, поэтому все данные ассоциативны через все приложения системы. Unigraphics имеет твердотельный моделлер с встроенной гибкой параметризацией и глубокой ассоциативностью - самый совершенный среди всех систем. Все модели, создаваемые в UG, являются автоматически параметризованными и в любой момент доступными для различного вида модификаций.

Причем параметризация - нежестко привязанная к порядку построения геометрии (как, например в системе Pro/Engineer), а гибкая, не заставляющая конструктора много раз переделывать геометрию в процессе моделирования и модификации, позволяющая в любой момент времени переопределять и перепривязывать связи, изменять порядок создания элементов в уже построенной модели. При этом средства создания жестко параметризованной геометрии в системе также присутствуют в полной мере, и в некоторых случаях это целесообразно. В системе не существует каких-либо внутрисистемных ограничений для конструктора. Например, внутри системы нет различий между объемным и листовым телом, поэтому с гранью твердого тела можно делать то же самое, что с поверхностью, а над листовыми телами (поверхностями) можно производить булевы операции, так что различие обусловливается только физическим смыслом.

Unigraphics — хорошо сбалансированная система. Она содержит все средства инженерного анализа, присущие универсальным системам:

Рисунок 3.

 

Программное обеспечение UG в области программирования станков с ЧПУ обеспечивает функциональность на таком уровне, который недоступен для других систем. Позиции UG/CAM оцениваются в качестве мирового стандарта для всех других производителей NC-программ. Система содержит специализированные технологические приложения, функционирующие в единой базе данных Unigraphics, а значит, поддерживающие ассоциативность и целостность данных.

Немаловажным преимуществом системы является то, что она является единственной CAD/CAM/CAE системой верхнего уровня на рынке, которая имеет русский интерфейс и документацию на русском языке.

Одним из отличий Unigraphics от других продуктов на рынке САПР-систем является возможность использования на предприятии технологии KDA (Knowledge Driven Automation - автоматизация с использованием базы знаний). Предлагаемое решение позволяет объединить в единой системе процессы проектирования и знания, накопленные специалистами предприятия.

Использование мастер-процессов, специфичных для конкретных областей инженерной деятельности, дает огромный эффект за счет аккумулирования знаний о процессах в виде логической последовательности действий с определенными параметрами. Яркими примерами реализации мастер-процессов в Unigraphics являются модули UG/Mold Wizard и UG/Die Engineering позволяющие сократить время проектирования сложных литьевых форм и штампов в несколько раз.

Система Unigraphics имеет модульную структуру. Различное сочетание модулей позволяет выбрать конфигурацию, наиболее полно отвечающую требованиям конкретного предприятия.

Однако главным преимуществом системы Unigraphics является возможность в наибольшей степени, по сравнению с любой другой системой, создать полное цифровое представление сложных многокомпонентных изделий и организовать параллельное проектирование. Поскольку в процессе проектирования постоянно приходится проводить изменения, необходимо, чтобы система позволяла осуществлять изменения на всем дереве создаваемой цифровой модели многокомпонентного изделия. Эта задача очень сложна, и здесь недостаточно только наличия параметризации. Для этого в Unigraphics существует инженерная технология WAVE (What if Alternative Value Engineering), предназначенная для целевого управления глобальными модификациями, проводимыми в больших сборках сложных изделий. WAVE позволяет создавать любые ассоциативные структуры, осуществлять анализ ассоциативных связей и управлять их статусом, проводить оптимизации на концептуальной упрощенной электронной модели изделия и проводить управляемую трансляцию изменений в результате оптимизации на детальную электронную модель сколь угодно сложного изделия. Сочетание в системе UG гибкой параметризации, структуры организации сборок и технологии WAVE действительно позволяет реализовать даже на уровне CAD/CAE/CAM-системы процесс проектирования в параллельном режиме, c созданием единой виртуальной цифровой модели. Используя создаваемую с помощью WAVE ассоциативную структуру в Unigraphics, возможно даже реализовать процесс утверждения, после которого утвержденная модель попадает в виртуальную цифровую модель общего доступа. Это - уникальное качество системы. Поэтому взаимодействие Unigraphics с PDM-системой строится на более высоком уровне.

Особенно глубокая интеграция системы UG реализована с PDM-системой iMAN, (также продукт компании Unigraphics Solutions). iMAN - полнофункциональная и легко настраиваемая система PDM, позволяющая управлять всеми знаниями об изделии и процедурами как на стадии проектирования и производства, так и на стадии эксплуатации и утилизации. Графические интерфейсы в iMAN используют современные решения Web-технологий, что дает оптимальное использование Internet- и Intranet-технологий. iMAN является системой PDM, реально работающей на российских предприятиях.

Еще одно ценное качество системы Unigraphics — интеграция с системой среднего уровня Solid Edge. В настоящее время обе системы имеют одинаковый интерфейс (Microsoft). Solid Edge сама имеет мощный моделинг, включающий твердотельное и поверхностное моделирование, очень хорошие средства проектирования листовых деталей, проектирования трубопроводов, возможность создания сборок с ассоциативными связями геометрии одного компонента с геометрией другого. С системой Solid Edge поставляются библиотеки стандартных элементов. Система позволяет создавать чертежи в соответствии с ЕСКД, имеет полную русскую локализацию, описание на русском языке, а также совершенную обучающую программу на русском языке. При этом система Solid Edge обладает уникальной интеграцией с системой высшего уровня Unigraphics. В UG можно открыть файл Solid Edge и наоборот. Детали и сборки, созданные в Solid Edge, могут входить в сборку Unigraphics c сохранением ассоциативности, а элементы, созданные в UG, могут входить в сборку Solid Edge также с сохранением ассоциативности. Таким образом, кроме решения самостоятельных задач, Solid Edge можно использовать для расширения фронта моделирования сложных изделий, проектируемых в Unigraphics, или в Solid Edge можно оформлять чертеж на изделие, созданное в UG. При изменении этого изделия в Unigraphics чертеж в Solid Edge обновится автоматически. На основе такого двухуровневого комплекса полностью обеспечивается концепция единой среды разработки изделия.

 

2. Средний класс САПР

В мире САПР средний класс возник позднее двух остальных — в начале 90-х. До этого средствами трехмерного твердотельного моделирования обладали лишь дорогие тяжелые системы, а легкие программы служили для двумерного черчения. Средние САПР заняли промежуточное положение между тяжелым и легким классами, унаследовав от первых трехмерные параметрические возможности, а от вторых — невысокую цену и ориентацию на платформу Windows. Они произвели революционный переворот в мире САПР, открыв небольшим конструкторским организациям путь для перехода от двумерного к трехмерному проектированию (рисунок 4):

Рисунок 4. Тенденции развития мирового рынка САПР

 

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. В настоящее время Parasolid принадлежит фирме EDS, а ACIS - компании Dassault, которые продают лицензии на их использование всем желающим. Таких желающих немало — эти ядра составляют основу более сотни САПР, а число проданных лицензий перевалило за миллион. Успех понятен - ведь использование готового ядра избавляет разработчиков системы от решения трудоемких задач твердотельного моделирования и позволяет сосредоточиться на пользовательском интерфейсе и других функциях.       Впрочем, это не значит, что все САПР среднего класса построены на базе этих механизмов. Многие компании ценят независимость и предпочитают разрабатывать собственные «движки».

К среднему классу аналитики относят системы стоимостью порядка 5-6 тыс. долл. за рабочее место (цены в США). Для сравнения: у тяжелых САПР рабочее место обходится примерно в 20 тыс. долл., но в последнее время поставщики выпустили облегченные версии продуктов, которые стоят дешевле.

По прогнозу аналитической компании Daratech рост среднего класса будет продолжаться, и предполагается, что до 2008-го рынок будет увеличиваться на 11% в год. Причина такой положительной динамики состоит в активном притоке новых пользователей из обоих смежных лагерей - тяжелых и легких систем. Так, по мнению аналитиков, сейчас становится все больше производителей, недовольных слабой окупаемостью своих инвестиций в дорогие продукты и ищущих более дешевые варианты. С другой стороны, глобализация, нарастание конкуренции и спад мировой экономики заставляют малые и средние предприятия переходить c двумерных САПР на трехмерные, чтобы ускорить выпуск новых изделий в продажу и повысить их качество. Процесс перехода подстегивает улучшение совместимости между 2D- и 3D-системами и увеличение преимуществ САПР среднего класса для повышения производительности труда.  

 

Рисунок 5. Возможности ведущих САПР среднего класса

 

У средних САПР сейчас существует обширный круг потенциальных потребителей, и они вольно или под давлением рынка будут вынуждены рано или поздно их внедрить. На руку “середнякам” играет и расширение функциональных возможностей этих продуктов. В результате у предприятий, которые хотят получить надежный инструмент для трехмерного моделирования, но могут обойтись без высокоразвитых средств тяжелых САПР, появились дополнительные варианты для выбора ПО. Ведь раньше поставщики утверждали, что средние САПР обладают 80% функций тяжелых продуктов, а их цена составляет всего 20% от стоимости дорогих систем. Теперь, считают аналитики из Daratech, по возможностям “середняки” приближаются к 90%, а по стоимости — к 50%.  Безусловно, даже этот 10%-ный разрыв нельзя сбрасывать со счетов. Например, предприятиям автомобильной и авиакосмической промышленности крайне необходим передовой функционал, присущий только “тяжеловесам”. Поэтому различие между этими двумя классами существует и сохранится в течение обозримого будущего, так как разработчики и тех и других систем не сидят сложа руки, а будут и впредь совершенствовать свои продукты.

Пионером в области средних САПР стала компания SolidWorks. В 1993 г. она представила одноименный продукт, обладающий трехмерным геометрическим ядром, который, по утверждению создателей, по возможностям приближался к механизмам твердотельного моделирования тяжелых систем, но стоил гораздо дешевле. Вскоре примеру первопроходца последовала фирма Solid Edge, выпустившая одноименную САПР, а затем и Autodesk. Она сначала разработала трехмерную программу Mechanical Desktop на базе двумерной AutoCAD, а затем создала новое ПО Inventor. Помимо этих систем на рынке есть немало других САПР среднего класса, например think3, Cadkey, Alibre. Есть среди них и российские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему КОМПАС на базе собственного геометрического ядра, а фирма “Топ Системы” — программу  T-Flex на основе ядра Parasolid, принадлежащего UGS. Они также прошли длительный путь развития и обзавелись встроенными средствами поверхностного моделирования, управления документами (PDM), технологической подготовки производства (CAM) и т. д., но при этом стоят существенно дешевле зарубежных аналогов и изначально ориентированы на отечественные стандарты и приемы проектирования.