Система автоматического проектирования (САПР) – перспективы и недостатки внедрения системы в производство

Аннотация. На сегодняшний день во всём мире складывается тенденция к компьютеризации на производстве и в быту. В погоне за сокращением цикла создания изделия и снижением затрат, а также для повышения качества продукции всё больше производств переходят на автоматизированную систему проектирования и управления предприятием. Авиастроение как отдельно взятую отрасль, так и машиностроение в целом, уже невозможно представить без использования систем автоматизированного проектирования (САПР). В статье анализируются преимущества такого перехода и проблемы, возникающие, при переходе от классического проектирования на бумаге к проектированию изделия в электронном виде.

Ключевые слова: САПР, авиастроение, перспективы, проблемы.

Понятие: система автоматического проектирования (САПР)

САПР, или средства автоматизированного проектирования и черчения, — это технологии проектирования и ведения технической документации, благодаря которым на смену черчению вручную пришли автоматические процессы.

Наиболее очевидной и востребованной функцией комплексов САПР является возможность построения компьютерной 2D- и 3D-модели разрабатываемого изделия. Однако, применение САПР не ограничивается только разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя уже этот момент помогает экономить массу времени и трудозатрат инженера, позволяя в ходе работы менять элементы чертежей, ничуть не заботясь о влиянии этих изменений на проект в целом. Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. Мощный математический аппарат упрощает инженерные расчеты, позволяя в режиме реального времени визуально оценивать контролируемую величину и ее зависимость от изменения проектируемой конструкции. Наиболее актуально эта задача проявляется в системах с распределенными параметрами, расчет которых крайне трудоемок. В качестве примеров можно привести анализ напряжений в узлах механических систем, строительных конструкций, тепловой расчет электронных устройств и т.д. Сложно переоценить возможности САПР в плане компьютерной анимации и симуляции разрабатываемых устройств, позволяющие увидеть их работу до изготовления прототипа и устранить ошибки и недочеты, сделанные при проектировании.

Термин «САПР для машиностроения» в нашей стране обычно используют в тех случаях, когда речь идет о пакетах программ, которые в англоязычной терминологии называются CAD/CAM/CAE. Другими словами, это ПО для автоматизированного проектирования (CAD), подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (CAE).

Существует множество систем автоматизированного проектирования, классифицирующиеся на 3 группы:

1. Легкие САПР (AutoCAD, Компас-График)

2. Средние (Solid Works, Компас 3D, Autodesk Inventor)

3. Тяжёлые САПР (Unigraphix NX, CATIA)

Разработчики этих систем уверяют что с их помощью возможно добиться повышения качества изделий, сократить затраты на производство, повысить конкурентоспособность предприятия, снизить стоимость и сроки проектирования. Несомненно, все эти и другие преимущества вызывают огромный интерес к данному виду программного обеспечения. Однако не стоит забывать, что, решая одни проблемы, мы неотвратимо сталкиваемся с новыми.

Эволюция 3D CAD дизайна

Ни один год не является более важным для программных решений для проектирования САПР, чем 1982 год. В этом году группа программистов объединилась и создала компанию, известную как Autodesk. Год спустя они сделали свою флагманскую программу AutoCAD доступной всему миру, стоимостью всего 1 тыс. долл. Правда, в те времена ПК были 16-разрядными, и их мощности хватало лишь для двумерных построений — черчения и создания эскизов. Однако это не помешало новинке иметь огромный успех у пользователей.

Это был самый первый известный программный пакет для автоматизированного проектирования, созданный для компьютеров IBM, и снова поле изменилось навсегда.

Выпуск AutoCAD стал важным событием в развитии программного обеспечения для автоматизированного проектирования. У программистов в Autodesk была цель создать продукт, который бы делал почти все, что могли делать другие пакеты САПР в то время, при этом взимая небольшую часть расходов.

Проблемы внедрения САПР на производстве

Проблема выбора. Первый вопрос, который предстоит решить, это выбор подходящего САПР [1]. Авиастроение большая отрасль, в которой проектируются по-настоящему сложные изделия, поэтому САПР для авиационных предприятий и КБ должен уметь работать с большим объёмом данных, быть надёжным [2] и стабильным в работе, обеспечивать максимальный уровень параллельного инженеринга и доступ к данным большому количеству пользователей.

Аппаратное обеспечение. Современные САПР очень требовательны к «железу», без достаточно мощных компьютеров система не сможет работать на должном уровне и обеспечить выполнение поставленных перед ней задач. Следует учитывать особенности выбранного ПО и виды работ, которые предстоит выполнять. Так, например, для инженерных расчетов, промышленного дизайна и рендеринга сложных моделей могут понадобиться компьютеры, вычислительные кластеры и устройства вывода различные по своим характеристикам. Таким образом, внедрение САПР на производстве требует переоснащения рабочих мест новой вычислительной техникой и налаживанием стабильной сети для обмена данными.

Обучение персонала на местах. Следующим шагом на пути внедрения САПР в производство является подготовка персонала. Обучением, как правило, занимаются специалисты компании-поставщика САПР. Зачастую бывает так, что после обучения специалисты уезжают, а ПО не работает должным образом или с работой справляется только часть сотрудников. Причин этого несколько – не все могут освоить новое ПО из-за возрастных ограничений, у кого-то может не хватить знаний и опыта при работе с компьютером, некоторые могут принципиально сопротивляться переходу на новые технологии в силу привычки. Несомненно, заставить людей работать по-новому можно, но это может привести к конфликтам, напряжённой обстановке и разладу коллектива что плохо сказывается на производительности.

Таким образом, получается, что внедрение САПР требует огромного количества средств. Предприятия жалуются на рост расходов не только на начальном этапе, но и каждый переход на новую версию связан с дополнительными издержками. К ним относятся не только оплата лицензии, но и необходимость обучения персонала новым функциям. Сюда же можно отнести скрытые расходы, связанные с затратой рабочего времени на обучение, затраты на администрирование и поддержку ПО, ремонт компьютерной техники.

Подводные камни, встречающиеся при работе в САПР

Сотни инструментов, как не запутаться в таком разнообразии.

Работая в САПР проектировщикам приходится думать не только о трёхмерной модели, но и о том, какие функции стоит применить в том или ином случае. Производители САПР, в свою очередь, в каждом обновлении добавляют всё новые команды и инструменты (это самый распространённый способ улучшения САПР). Такие усовершенствования приводят к тому, что проектировщик должен постоянно осваивать новые возможности и методы работы. Наступает момент, что новые инструменты попросту перестают применяться, а вся работа делается с помощью уже хорошо изученных функций. Конечно, разработчики знают об этой проблеме, и новые обновления пытаются вести не только за счет увеличения функционала, но и за счёт упрощения графического интерфейса.

Внесение изменений в модель – сложная задача для профессионалов.

При сегодняшней высокой конкуренции большую роль играет скорость выпуска продукции. Проектирование новых изделий отнимает немало времени, поэтому важно иметь возможность многократного использования уже существующих моделей деталей и узлов для создания аналогичных объектов. Внесение изменений требует меньше времени, чем создание проекта с нуля. Еще одна причина, по которой может понадобиться корректировка, это устранение ошибок и внесение доработок в существующую модель. На деле внести изменения в существующую конструкцию проблематично. Это связано с тем, что проектирование осуществляется параметрическим методом. Для построения этот метод очень удобен, но разобраться в ранее созданной конструкции модно лишь в том случае, если она содержит мало элементов, проста и понятна. В авиастроении же подавляющее большинство моделей содержат сотни деталей, и разобраться с привязками крайне нелегко. Пользователи сталкиваются с тем, что при попытке редактирования модели разрушаются, и нет возможности найти нужные данные.

Несовместимые форматы разных САПР. Ещё одна проблема поджидает тех, кто использует различные САПР при разработке одного проекта. Сейчас насчитывается более сорока различных форматов данных и при конвертации часто теряется важная информация, например, дерево построения, параметризация, свойства материалов. В некоторых случаях сборка может открываться как одно тело или наоборот – тело разбивается на отдельные элементы, а в особо тяжёлых случаях модель вовсе не открывается.

Не сильно помогли и универсальные форматы STEP и IGES, несмотря на то, что на них возлагались большие надежды. Дело в том, что производители САПР намерено закрывают свои форматы, привязывая пользователей к своим продуктам. Несмотря на конкуренцию компании Autodesk и PTC пошли на обмен технологиями для улучшения передачи данных между Solid Works и Autodesk Inventor. Появилась новая версия формата STEP – STEP E2. Возможно, в ближайшем будущем и другие производители САПР поддержат это решение.