А. И. Краснухин, главный специалист по PLM/PDM, компания “Би Питрон”
Процесс совершенствования конструкторского инструментария, предназначенного для автоматизированного проектирования сложных изделий привел к появлению в качестве наиболее прогрессивного на настоящий момент способа информационной поддержки создания изделия идеи полного цифрового описания изделия, включая цифровой макет и цифровую модель изделия. Ведущий мировой вендор индустрии САПР компания Dassault Systemes реализует данную идеологию в своей системе CATIA начиная с версии V4.
Однако методы и механизмы реализации идеи цифрового описания изделия в V4, так же как и в других системах предыдущего поколения, недостаточны для достижения этой цели. Главным препятствием является необходимость выполнения, как минимум, двух противоречащих друг другу требований:
1. Насыщение моделей все большим количеством элементов различного вида, таких как расчетные схемы, правила, проверки, конфигурационные, межмодельные, внутримодельные и другие связи, виртуальные объекты (топливо, воздух и пр.), знания и многое другое. В результате модели, и без того “тяжелые” по своему составу, становятся еще “тяжелее”. 2. Поддержание полной информационной целостности и ассоциативности цифровой модели изделия.
Одновременное выполнение хотя бы только этих двух требований потребовало бы от автоматизированных систем проектирования предыдущего поколения таких вычислительных мощностей, которые не представляется возможным обеспечить ни сейчас, ни в обозримом будущем.
Система CATIA V5 предложила новую парадигму проектирования, имеющую принципиальные отличия от традиционного подхода.
Традиционный подход: работа с отдельными файлами, содержащими всю геометрическую информацию, определяющую модель (3D, 2D и др.); отсутствие структурных компонентов для определения сборки; для системы управления данными было достаточно распознавать отношения между CAD-моделями.
Новый подход (V5): работа в контексте всей сборки, но без необходимости полной загрузки сборки; ассоциативность и знания распространяются по всем стадиям проектирования, но на каждой стадии модель содержит только информацию, необходимую на данной стадии. Полная ассоциативность всей модели реализуется с помощью специальных ссылок; для управления данными необходимы отношения как между геометрическими опциями, так и между данными приложений CATIA, в частности, требуется поддержка всего многообразия связей системы V5.
Кроме того, от современной системы автоматизированного проектирования требуется возможность реализации, по крайней мере, следующих двух основополагающих принципов.
1. Проект любого изделия или его части должен быть востребован не только на этапах проектирования, конструирования и технологической подготовки производства, но и на всех остальных этапах жизненного цикла. Благодаря реализации данного требования CATIA имеет самую развитую среди PLM-систем информационную модель изделия. Кроме результирующей геометрии с историей и управляющими параметрами в CATIA в состав электронного проекта включены следующие категории информационных ресурсов, относящихся к изделию: теоретические основы изделия (расчетные схемы с формулами, уравнениями, законами, сценариями инженерных процессов и др.), исполняемые (вычисляемые) по команде или по требованию; инженерные и административные правила и автоматические процедуры контроля их исполнения; автоматически выполняемые задания на исполнение замеров, анализов, отчетов и других задач, необходимых для принятия решений как со стороны программы, так и со стороны пользователя; специализированные формы представления проекта, адаптированные для определенных потребителей (производственного исполнителя, проверяющей организации и т. д.); развитая атрибутивная информация об изделии и каждом его компоненте (физические, технологические, функциональные и другие свойства, ассоциативно связанные с геометрической и структурной информацией); оптимизации, исполняемые по команде или по требованию и обеспечивающие требуемую глубину проработки проекта по данному набору критериев; системные описания, анализы и анимации процессов жизненного цикла; представления всех возможных состояний изделия на протяжении жизненного цикла (заготовка – серия механических операций – состояние поступления на сборку – состояние в момент выполнения действия Х – ...) без дублирования данных.
2. Проект любого изделия должен быть пригоден для накопления интеллектуального капитала на основе результатов любых успешно выполненных работ. В CATIA реализован механизм “извлечения” метода, с помощью которого получен конкретный результат, и оформление его в качестве быстро воспроизводимого корпоративного стандарта. В состав метода могут входить любые виды информации об изделии, его внешних связях и условиях его использования, а также любые ссылки на нормы, правила и ранее зафиксированные методы. Благодаря этому преимуществу обеспечиваются такие экономические показатели деятельности предприятия, как “Удельная себестоимость проектно-конструкторских работ” и динамика ее снижения (от проекта к проекту или из года в год). Помимо этого, улучшается использование интеллектуальных ресурсов предприятия и существенно снижаются требования к квалификации пользователя в случае применения уже существующего метода. Перечисленные обстоятельства являлись той совокупностью причин, по которым компания Dassault Systemes приняла фактически революционное решение о разработке своего решения на основе новой парадигмы как построения самой системы, так и реализуемого в ней процесса проектирования. Показательно, что решение было принято в условиях, когда система CATIA V4 получила широкое распространение и признание, продолжала поддерживаться и развиваться. Новая система, получившая название V5, разработана с применением кардинально нового подхода к построению как структуры данных, так и механизмов реализации необходимых функций.
Отметим, что успешный опыт разработки системы V5 позволил перейти к реализации еще более совершенной и интегрированной системы, получившей название система V6 или PLM 2.0. Накопленный ранее опыт перехода от системы V4 к V5 дал возможность создания нескольких уровней специальных средств, позволяющих обеспечить совместное использование систем V5 и V6, а также осуществить плавный переход к работе с V6.
Для реализации возможностей, разработанных в рамках новой парадигмы, требуется соответствующая информационная поддержка со стороны систем, имеющих наиболее распространенное название “системы управления данными о продукции” (PDM) и именуемых также в зависимости от производителя и заявленных функций VPDM, CPD, CPC, cPDm и др.
Система V5 может рассматриваться как единая платформа, на которой базируются все основные решения компании Dassault Systemes.
Кроме CAD/CAM/CAE CATIA в систему V5 входят, например, PDM-системы ENOVIA VPLM и ENOVIA SMARTEAM, система моделирования технологических процессов DELMIA и целый ряд решений партнеров по разработке, например решения компании MSC.
При этом, функционал V5, в частности механизмы работы с большими сборками, реализован в разных продуктах, обеспечивая разные уровни полноты функционала: базовый уровень (CATIA + файловая система); продвинутый уровень (CATIA + ENOVIA SMARTEAM); максимальный уровень (CATIA + ENOVIA VPLM).
Основополагающие механизмы ядра V5: связанное проектирование (Relational Design); проектирование в контексте (Design in Context); параллельное проектирование (Concurrent Engineering); управление знаниями (Knowledge Management).
Связанное проектирование
Одним из решений, составляющих основу современного автоматизированного проектирования, является связанное проектирование Relational Design (RD), впервые реализованное в системе V5 и, наряду с другими прогрессивными технологиями, поддерживаемое системой ENOVIA как часть стандартной функциональности. RD обеспечивает параллельное, разделенное по стадиям проектирование с сохранением полной ассоциативности всей модели на всех стадиях с использованием и накоплением знаний. RD является одним из основных механизмов, позволяющих работать с большими многокомпонентными сборками и создавать полные цифровые модели таких сложных изделий, как, например, судно, самолет, автомобиль и др.
Проектирование в контексте
Проектирование в контексте позволяет конструктору определить контекст (окружение), необходимое для проектирования нужной в данный момент части изделия, независимо от того, насколько сложна и велика структура всего изделия. При этом, контекст содержит только те элементы, которые влияют на проектируемую часть, например: контактирующие части или сборки; результаты анализа взаимовлияний; скелетоны изделия; варианты конфигурации.
Параллельное проектирование
Параллельное проектирование – это метод, при котором различные участники процесса проектирования могут параллельно выполнять работы с одним и тем же сегментом изделия, что значительно ускоряет весь процесс. В традиционном проектировании подобные работы выполняются последовательно. Важнейшие технологии проектирования сложных изделий, реализованные в системе V5:
1. проектирование “сверху вниз”, создание конфигурируемой структуры изделия до выполнения конструирования компонентов изделия в CAD-системе;
2. конструирование на основе “скелетонов”;
3. параллельное опережающее проектирование, то есть создание моделей компонентов изделия до завершения первичного определения структуры изделия;
4. проектирование в контексте сборки;
5. управление конфигурациями и вариантами;
6. проектирование в конфигурированном контексте сборки;
7. построение различных представлений структуры изделия и его составляющих и управление ими; 8. формирование пакетов работ “на лету” при создании модели изделия (альтернативный метод создания структуры модели изделия, позволяющий распараллеливать выполнение работ);