CAD/CAM/CAE/PDM системы

В настоящее время на рынке программно-аппаратных средств представлено большое количество систем, в той или иной степени обеспечивающих автоматизацию проектно-конструкторских и технологических работ (CAD/CAM/CAE системы). По своим возможностям и функциональному назначению они разделены на три уровня: верхний, нижний и средний.

Системы нижнего уровня предназначены для автоматизации создания текстовой и чертежной документации, используемой в производстве, а также для решения отдельных задач подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ. По своей сути системы нижнего уровня являются компьютерным аналогом кульмана, и эффект от их применения сводится к повышению качества и точности подготовки конструкторско-технологической документации. К системам нижнего уровня можно отнести такие системы, как КОМПАС-График и AutoCAD. В виду их существенной ограниченности, ассортимент систем нижнего уровня в последние годы сильно сократился, но некоторые системы по-прежнему сохранили свою актуальность и востребованность как необходимое дополнение к системам среднего и верхнего уровня.

Системы среднего уровня представляют на сегодняшний день самый широкий спектр решений, развившийся как более функционально продвинутая альтернатива набору систем нижнего уровня. Особенностью систем среднего уровня является то, что в основе их функционирования лежит применение методов трехмерного моделирования (твердотельного и/или поверхностного). Отличительной чертой систем среднего уровня является их узкая ориентация на определенный класс задач: конструирование изделий и подготовка конструкторской документации, моделирование механообработки определенного типа и разработка техпроцессов, выполнение определенного типа анализа.

Системы среднего уровня ограничены как в возможностях геометрического моделирования, так и в функциональном отношении, однако более всего они ограничены в вопросах обеспечения взаимодействия с другими системами.

Основное назначение систем среднего уровня можно описать как универсальный инструмент для быстрого создания несложных моделей, подготовки и выпуска чертежей. Системы среднего уровня не имеют специализированных приложений для решения специфических задач подготовки производства, таких, например, как проектирование и изготовление оснастки, анализа и оптимизации конструкции. Для решения задач уровня предприятия необходимо комбинировать различные системы, а так же дополнять системы среднего уровня более специализированными системами нижнего уровня. И хотя разработчики и поставщики систем среднего уровня заявляют об их тесной интеграции между собой и возможности таким образом автоматизировать с их помощью все инженерные работы современного машиностроительного предприятия, выстроить на их основе единый комплекс не удается. Причиной тому является отсутствие ассоциативной связи между разнородными системами. Это означает, что однозначно из системы в систему передается только геометрические данные. Данные же топологические (т.е. методика разработки проекта) и структурные (иерархия проекта, структурные связи между его компонентами) между системами не передаются в виду разнородности их математических моделей (ядер). То же самое касается и внутренней информации об изделии: каждая система хранит внутри себя собственную копию математической модели, в которой содержится информация о размерах, допусках точности и т.д., не доступная для других систем. В этом случае, помимо передачи геометрии из системы в систему через стандартный интерфейс, необходимо передавать еще и подробную чертежную документацию, связанную с моделью только ФОРМАЛЬНО. В случае, если при передаче чертежа в нем была обнаружена и исправлена ошибка, то это может не найти своего отражения в модели, т.к. по сути это совершенно разные, не связанные друг с другом единицы информации.

Нужно отметить, что ряд систем среднего уровня формально предлагают автоматизацию всех видов конструкторско-технологической подготовки производства. Но в данном случае речь идет скорее об автоматизации отдельных видов работ на каждом участке цикла "проектирование-производство" - по сути, обычный кульман заменяется электронным без привнесения качественно новых методов работы. Повышение эффективности работы при таком подходе происходит весьма незначительное при полном отсутствии перспектив для ее повышения.

В общем можно рассматривать процесс автоматизации всего предприятия, проводимый с использованием систем среднего уровня, как процесс насыщения подразделений разнородными средствами от разных разработчиков и поставщиков, что приводит к возникновению проблем иного рода: трудности с передачей данных из одной системы в другую, многократное дублирование данных без возможности контроля их соответствия, обучение специалистов использованию нескольких систем одновременно.

При таком подходе теряется ответственность отдельного поставщика или исполнителя за конечный результат внедрения или какой-либо работы.

Ограниченная функциональность систем среднего не позволяет эксплуатировать такие пакеты в промышленном масштабе вынуждает даже малые предприятия переходить на более эффективную технологию. Типичными примерами систем среднего уровня являются SolidWorks, SolidEdge, PowerSolutions и другие.

Системы верхнего уровня предлагают наиболее полный набор функциональных возможностей и инструментальных средств для автоматизации всего цикла проектирования и подготовки производства продукции. На сегодняшний день системы верхнего уровня представлены всего тремя представителями Pro/ENGINEER, CATIA и Unigraphics

Все системы верхнего включают средства автоматизированного конструирования, технологической подготовки производства и средства автоматизации инженерных расчетов. Каждая из систем базируется на собственном геометрическом ядре, и способна решать широкий спектр задач проектирования и подготовки производства вне зависимости от сложности проектируемых изделий.

Системы верхнего уровня являются наиболее универсальными, они допускают работу различных групп пользователей над одним проектом совместно и управления данными на уровне рабочих групп. Такие системы содержат различные прикладные модули, которые связаны между собой.

Сказать однозначно, что та или иная система лучше не представляется возможным. Есть большое количество косвенных критериев, таких как коммерческий успех системы или конкретный опыт использования на родственных предприятиях, по которым можно сделать выбор для корпорации.

На сегодняшний день основными критериями выбора той или иной системы являются:

• полнота функциональных возможностей (включая адаптацию к отечественным стандартам);
• наличие уникальных функций, жизненно необходимых предприятию либо имеющих очень важное значение (например, оптимизационное моделирование или интеграция с САПР электроники);
• средняя стоимость одного рабочего места;
• простота интерфейса и легкость освоения (включая наличие необходимых учебников и справочников на русском языке).

Объективный анализ современных версий указанных систем показывает, что Pro/ENGINEER Wildfire 3 является наиболее полным и доступным выбором для предприятия, создающего единый комплекс конструкторско-технологической подготовки производства.

Среди причин такого выбора можно выделить следующие:

• Pro/ENGINEER наиболее полно удовлетворяет требованиям к системе САПР/АСТПП для решения задач предприятия:
  • функциональная полнота для решения задач КТПП;
  • Pro/ENGINEER имеет самые полные, по сравнению с другими системами, возможности по моделированию, проверке и оптимизации всех видов механической обработки (включая высокоскоростную обработку);
  • доступная цена;
  • простота освоения и обслуживания;
  • поддержка отечественных стандартов (ЕСКД, ЕСТД и проч.);
  • возможность настройки на СТП;
• Pro/ENGINEER является лидирующей в мире по таким показателям, как объём продаж новых лицензий, общее количество пользователей и общее число рабочих мест и др.;
• Pro/ENGINEER широко используется на большинстве крупнейших предприятий в США и в Европе (Caterpillar, Cummins, Komatsu, Liebherr, MAN, Airbus, Boeing, Lockheed Martin, Raitheon Systems, Siemens, Motorola, Whirpool и др.), а так же на крупнейших российских предприятиях (РКК "Энергия", НПО "Энергомаш", ОАО "Элара", ГУП НПЦ "СПУРТ", ОАО "ИЖМАШ", ДОАО "ИЖМАШСТАНКО", "Русавтобуспром", АНТК им. А.Н.Туполева и многих других);
• Pro/ENGINEER имеет самые полные возможности взаимодействия с другими программными системами через стандартные и прямые интерфейсы обмена данными;
• Pro/ENGINEER обладает развитыми инструментальными средствами создания собственного специального математического обеспечения и интеграции его в единую среду разработки.
• Pro/ENGINEER русифицирован и поддерживает все требования ГОСТ к подготовке КТД.

Таким образом, Pro/ENGINEER является CAD/CAM/CAE системой, имеющей все необходимые компоненты для реализации сквозной компьютерной разработки изделий, и, следовательно, является отличной основой для создания комплекса САПР, необходимого для реализации данного проекта.

В CAD-системе реализуются:

Проектирование и разработка
Промышленный дизайн и ре-инжиниринг
Проектирование электрических систем
Проектирование механических систем

В CAM-системе реализуются:

Инструмент и оснастка
Механообработка
Контроль и верификация

В CAE-системе реализуются:

Инженерный анализ и оптимизация
Оптимизация конструкции с учетом конструктивных, технологически и эксплуатационных требований