Системный подход в проектировании сложных изделий

Компьютерная технология призвана не автоматизировать традиционно существующие технологические звенья (так как это обычно не дает какого-либо эффекта, за исключением некоторого изменения условий труда), а принципиально изменить саму технологию проектирования и производства изделий. Только в этом случае можно ожидать существенного сокращения сроков создания изделий, снижения затрат на весь жизненный цикл изделия, повышения качества изделий.

Прежде всего, применительно к созданию сложных изделий ма­шиностроения, в основе организации компьютерной технологии лежит создание полного электронного макета изделия, так как именно создание трехмерных электронных моделей, адекватных реально проектируемому изделию, открывает большие возможности для создания более качествен­ной продукции (особенно сложной, наукоемкой продукции) и в более сжатые сроки. В идеале в процессе проектирования и производства слож­ных и многокомпонентных изделий все участвующие в проектировании должны, работая одновременно, и наблюдая работу друг друга, создавать сразу на компьютерах электронные модели деталей, узлов, агрегатов, сис­тем и всего изделия в целом.

При этом необходимо одновременно решать задачи концептуального проектирования, всевозможных видов инженерного анализа, моде­лирования ситуаций, а также компоновки изделия и формирования внеш­них обводов. Не дожидаясь полного окончания разработки нового изде­лия, эту информацию следует использовать для технологической подго­товки производства. Кроме того, необходимо автоматизировано управлять всеми создаваемыми данными электронной модели (то есть структурой изделия), и самим процессом создания изделия, и к тому же иметь воз­можность управлять структурой процесса создания изделия.

Для реализации именно компьютерной технологии проектирования и производства должны применяться системы автоматизированного проектирования инженерного анализа и технологической подготовки производства (CAD/CAE/CAM) высшего уровня, а также системы управления проектом (PDM – Product Data Management).

Система CAD/CAE/CAM высшего уровня – это такая система, которая, во-первых, обеспечивает весь цикл создания изделия от концептуальной идеи до реализации, а во-вторых (и это самое главное), создает проектно-технологическую среду для одновременной работы всех участников создания изделия с единой виртуальной электронной моделью этого изделия.

На Западе эта организационная философия обозначается аббре­виатурой CAPE (Concurrent Art-to-Product Environment), что можно пере­вести как «Единая среда создания изделия от идеи до реализации». По существу, именно то, в какой степени система реализует указанную философию, и определяет уровень системы. Руководствуясь такой концепцией, можно резко сократить цикл создания изделия, повысить технический уровень проектов, избежать нестыковок и ошибок в изготовлении оснастки и самого изделия благодаря тому, что в подобном случае все данные взаимосвязаны и контролируемы. Следовательно, система низкого или среднего уровня не может перейти на высший уровень только за счет наращивания функций и приложений – для этого необходимо принципиальное изменение ядра системы и ее внутренней структуры.

В рамках реализации САРЕ существует понятие концепции «мастер-модель». Мастер-модель – это уникальная электронная модель в ас­социативной структуре изделия, которая служит ссылочным эталоном для ассоциативно связанных с ней элементов создаваемого изделия или оснастки для его производства, с которой одновременно работают все участвующие в создании изделия. Для того чтобы поддерживать такую концепцию, система должна быть определенным образом организована и обладать многими специфическими функциональными возможностями, среди которых, в частности: полная параметризация и ассоциативная связь как внутри самой модели и сборки, так и с приложениями; возможность создания и управления сборками неограниченных размеров, с управляемой параметризацией между компонентами сборки. Данная концепция подразумевает, что электронная модель изделия в каждый текущий момент времени актуальна, а значит, в этом случае теоретически исключаются нестыковки, ибо вся информация – единая.

Отсюда следует, что любые системы низкого (типа AutoCAD) или даже среднего уровня, позволяя решать отдельные частные задачи, не в состоянии обеспечить радикального снижения сроков создания и повы­шения качества сложных изделий. Только системы высшего уровня в той или иной степени могут позволить приблизиться к реализации компью­терной технологии проектирования и производства.

Принято делить CAD/CAM-системы по их функциональным ха­рактеристикам на три уровня (верхний, средний и нижний).

Примерами CAD/CAM-систем верхнего уровня являются CATIA (компания Dassault Systemes), Unigraphics (Unigraphics Solu­tion), Pro/Engineer (PTC). Продукты этих фирм доступны с 1981, 1983 и 1987 г. соответственно.

Наиболее известными CAD/CAM-системами среднего уровня на основе ядра ACIS являются ADEM (Omega Technology); Mastercam (CNC Software, Inc.); Powermill (DELCAM) и др. К числу CAD/CAM-систем среднего уровня на основе ядра Parasolid принадлежат, в частности, Solid Edge и Unigraphics Modeling (Unigraphics Solutions); SolidWorks (Solid­Works Corp.); MicroStation Modeler (Bentley Systems Inc.); Pro/Desktop (Pa­rametric Technology Corp.); Anvil Express (MCS Inc.) и T-Flex CAD.

Ряд CAD/CAM систем нижнего уровня Компас (компания Аскон); AutoCad; BricsCad; AutoCad Inventor; GstarCad и др.