Система автоматического проектирования (САПР) - перспективы внедрения в производство

Сегодня во всем мире наблюдается тенденция к компьютеризации на работе и в повседневной жизни. Чтобы сократить цикл создания продукта и снизить затраты, а также улучшить качество продукции, все больше и больше производственных мощностей переходят на автоматизированную систему проектирования и управления предприятием. Авиационная отрасль как отдельная отрасль, топливно-энергетический сектор и машиностроение в целом уже невозможно представить без использования систем автоматизированного проектирования (САПР). В статье анализируются преимущества такого перехода и проблемы, возникающие при переходе с классического дизайна на бумаге на дизайн продукта в электронном виде.

Понятие: система автоматического проектирования (САПР)

САПР или средства автоматизированного проектирования и черчения — это технологии для разработки и ведения технической документации, которые заменили ручное рисование автоматическими процессами.

Наиболее очевидной и популярной функцией систем SAP является возможность построения компьютерной 2D и 3D модели разрабатываемого продукта. Однако использование САПР не ограничивается разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя этот момент помогает сэкономить много времени и усилий для инженера, позволяя изменять элементы чертежей во время работы, не заботясь о Влияние этих изменений на проект в целом. Пользователь современных САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, что устраняет необходимость многократного выполнения одной и той же работы и унифицирует стандартные процедуры проектирования. Мощный математический инструмент упрощает инженерные расчеты, позволяя визуально оценить контролируемое значение в режиме реального времени и его зависимость от изменений в проектируемой структуре. Эта проблема наиболее актуальна в системах с распределенными параметрами, расчет которых чрезвычайно трудоемок. Примеры включают анализ напряжений в механических системах, строительных конструкциях, тепловые расчеты электронных устройств и так далее. Трудно переоценить возможности САПР с точки зрения компьютерной анимации и моделирования разрабатываемых устройств, что позволяет вам увидеть их работу до создания прототипа и устранить ошибки и недостатки, допущенные во время проектирования.

Термин «САПР для машиностроения» в нашей стране обычно используется в тех случаях, когда речь идет о пакетах программного обеспечения, которые в английской терминологии называются CAD / CAM / CAE. Другими словами, это программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD), подготовки производства (CAM) и технического анализа (CAE).

Существует много систем автоматизированного проектирования, разделенных на 3 группы:

1. Легкий CAD (AutoCAD, Compass Graph)

2. Средний (SolidWorks, Compass 3D, Autodesk Inventor)

3. Тяжелый CAD (Unigraphics NX, CATIA)

Разработчики этих систем уверяют, что с их помощью можно добиться повышения качества продукции, снижения себестоимости продукции, повышения конкурентоспособности предприятия, сокращения затрат и сроков проектирования. Несомненно, все эти и другие преимущества вызывают большой интерес к этому типу программного обеспечения. Однако не следует забывать, что когда мы решаем некоторые проблемы, мы неизбежно 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 всего за 1000 долларов. Однако в те дни ПК были 16-битными, и их мощности хватало только для двумерных конструкций - рисования и создания эскизов. Однако это не помешало новому продукту 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 разработке программного обеспечения для автоматизированного проектирования. Цель для программистов в Autodesk состояла в том, чтобы создать продукт, который бы делал почти все, что могли делать другие пакеты САПР в то время, при этом взимая небольшую часть стоимости.

Проблемы внедрения САПР в производство

Проблема выбора. Первой проблемой, которая должна быть решена, является выбор подходящего САПР [1]. Авиастроение - это крупная отрасль, в которой разрабатываются действительно сложные продукты, поэтому САПР для авиационных предприятий и конструкторских бюро должен уметь работать с большим объемом данных, быть надежным [2] и стабильным в работе, обеспечивать максимальный уровень параллелизма проектирование и доступ к данным для большого количества пользователей.

Аппаратные средства. Современные САПР очень требовательны к оборудованию. без достаточно мощных компьютеров система не сможет работать на должном уровне и обеспечивать выполнение поставленных перед ней задач. Вы должны принять во внимание особенности выбранного программного обеспечения и типы выполняемой работы. Например, для инженерных расчетов, промышленного проектирования и рендеринга сложных моделей могут потребоваться компьютеры, вычислительные кластеры и устройства вывода, которые отличаются по своим характеристикам. Таким образом, внедрение САПР в производство требует переоснащения рабочих мест новым вычислительным оборудованием и создания стабильной сети для обмена данными.

Обучение персонала на местах. Следующим этапом внедрения САПР на производстве является обучение персонала. Обучение обычно проводят специалисты компании-поставщика САПР. Часто бывает так, что после обучения специалисты уходят, и программное обеспечение не работает должным образом, или только часть сотрудников справляется с работой. Для этого есть несколько причин: не каждый может освоить новое программное обеспечение из-за возрастных ограничений, некоторые могут не обладать достаточными знаниями и опытом при работе с компьютером, а некоторые могут принципиально сопротивляться переходу на новые технологии по привычке. Нет сомнений в том, что можно заставить людей работать по-новому, но это может привести к конфликтам, напряженности и раздорам, что отрицательно сказывается на производительности.

Таким образом, получается, что для внедрения САПР требуется огромное количество средств. Компании жалуются на рост затрат не только на начальном этапе, но и каждый переход на новую версию связан с дополнительными расходами. К ним относится не только оплата лицензии, но и необходимость обучения персонала новым функциям. Сюда также могут входить скрытые расходы, связанные с затратами рабочего времени на обучение, затратами на администрирование и поддержку программного обеспечения и ремонтом компьютерного оборудования.

Подводные камни, возникающие при работе в CAD - сотни инструментов, как не запутаться в таком разнообразии.

Работая в САПР, дизайнеры должны думать не только о трехмерной модели, но и о том, какие функции следует применять в конкретном случае. Производители САПР, в свою очередь, добавляют новые команды и инструменты в каждое обновление (это наиболее распространенный способ улучшения САПР). Такие улучшения приводят к тому, что дизайнер должен постоянно осваивать новые функции и методы работы. Наступает момент, когда новые инструменты просто перестают использоваться, и вся работа выполняется с использованием уже хорошо изученных функций. Конечно, разработчики знают об этой проблеме, и новые обновления пытаются привести не только к расширению функциональности, но и к упрощению графического интерфейса.

Внесение изменений в модель - сложная задача для профессионалов.

В условиях высокой конкуренции на сегодняшний день скорость производства играет важную роль. Разработка новых продуктов занимает много времени, поэтому важно иметь возможность повторно использовать существующие модели деталей и сборок для создания похожих объектов. Внесение изменений занимает меньше времени, чем создание проекта с нуля. Другая причина, по которой корректировки могут быть необходимы, заключается в исправлении ошибок и внесении улучшений в существующую модель. На самом деле, внесение изменений в существующий дизайн проблематично. Это связано с тем, что проектирование выполняется с использованием параметрического метода. Этот метод очень удобен для построения, но модно понимать ранее созданную конструкцию, только если он содержит мало элементов, прост и понятен. В авиастроении подавляющее большинство моделей содержат сотни деталей, и понять привязки крайне сложно. Пользователи сталкиваются с тем, что при попытке редактирования модели уничтожаются, и невозможно найти необходимые данные.

Несовместимые форматы для разных систем САПР. Другая проблема ждет тех, кто использует разные системы САПР при разработке одного проекта. Сейчас существует более сорока различных форматов данных, и во время преобразования часто теряется важная информация, такая как дерево сборки, параметризация и свойства материала. В некоторых случаях сборка может открываться как единое тело, или наоборот - корпус делится на отдельные элементы, а в особо тяжелых случаях модель не открывается вообще.

Универсальный шаг и форматы IGES тоже мало помогли, несмотря на большие надежды, которые на них возлагались. Дело в том, что производители САПР намеренно закрывают свои форматы, привязывая пользователей к своим продуктам. Несмотря на конкуренцию, Autodesk и PTC договорились об обмене технологиями для улучшения передачи данных между Solid Works и Autodesk Inventor. Появилась новая версия формата STEP - STEP E2. Возможно, что другие производители САПР поддержат это решение в ближайшем будущем.