Автоматизация проектирования: системы автоматизированного проектирования

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ГЕОСИСТЕМ И ТЕХНОЛОГИЙ» (СГУГиТ) Кафедра инженерной геодезии и маркшейдерского дела КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ По дисциплине «Системы автоматизированного проектирования» Для обучающихся Специальности 09.03.02 Информационные системы и технологии Новосибирск – 2020 1 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (САПР) Автоматизация проектирования занимает особое место среди информационных технологий. Системы автоматизированного проектирования – синтетическая дисциплина, ее составными частями являются многие другие современные информационные технологии. Так, техническое обеспечение систем автоматизированного вычислительных сетей проектирования и основано телекоммуникационных на использовании технологий, в САПР используются персональные компьютеры и рабочие станции, а при построении – математическое моделирование. 1.1. Определение дисциплины Целью освоения дисциплины «Системы автоматизированного проектирования» является формирование у обучающихся универсальных и профессиональных компетенций, определяющих их способность определять круг задач в рамках поставленной цели и выбирать оптимальные способы их решения, исходя из действующих правовых норм, имеющихся ресурсов и ограничений; создавать техническую документацию на продукцию в сфере информационных технологий, управления технической информацией; оценивать и следить за выполнением концептуального, функционального и логического проектирования систем малого и среднего масштаба и сложности в области использования систем автоматизированного проектирования в профессиональной деятельности. К задачам дисциплины относятся: – формирование необходимого объема знаний о современных системах автоматизированного проектирования; – знакомство с основами компьютерного проектирования; – приобретение практических навыков решения задач проектирования с использованием САПР. 1.2. Основы проектирования 2 Проектирование (от лат. Projectus, (т.е. брошенный вперед) – это процесс создания проекта, т.е. прототипа, прообраза предлагаемого или возможного объекта. Проектирование технического объекта связанно с созданием, преобразованием и представлением в принятой форме образа этого объекта. Проектирование начинается с составления задания на проектирование. Задание представляется в виде технических или иных документов и является исходным описанием объекта. Результат проектирования – это полный комплект документации, который содержит сведения, достаточные для изготовления объекта. Такая документация представляет собой окончательное описание объекта. Таким образом проектирование – это процесс преобразования исходного описание в окончательное описание объекта. Процесс преобразования исходного описания в окончательное описание объекта представляет собой совокупность промежуточных описаний или проектных решений. Система автоматизированного проектирования (САПР), или ComputerAided Design (CAD) – программный пакет, предназначенный для создания чертежей, конструкторской и/или технологической документации и/или 3D моделей. Внедрение САПР интересно тем предприятиям, которые хотят повысить контроль, увеличить объем производства и стремятся к использованию новых технологий. Определение по ГОСТ 23501.101-87. «Системы автоматизированного проектирования. Основные положения»: САПР – организационно-техническая система, входящая в структуру проектной организации и осуществляющая проектирование при помощи комплекса средств автоматизированного проектирования (КСАП). Неавтоматизирование проектирование – это такой вид проектирования, при котором ЭВМ не используется. Автоматическое проектирование – это такой вид проектирования, при 3 котором проектирование выполняется с помощью ЭВМ без участия человека, т.е. проектировщик полностью «исключен» из сферы проектирования и не участвует в процессе принятия решений. Средства автоматизации проектирования имеют своей задачей повышение эффективности труда инженеров. При создании любой технической системы необходимо стремиться к экономии трех категорий трудозатрат: прошлого труда; настоящего, или живого, труда; будущего труда, связанного с развитием системы. Основной целью создания систем компьютеризации инженерной деятельности является экономия живого труда проектировщиков, конструкторов, технологов, инженеров для повышения эффективности процесса проектирования и планирования, а также для улучшения качества результатов этой деятельности. Однако экономия живого труда инженеров должна достигаться не любой ценой, а с учетом необходимости экономии труда, вложенного в программные средства ее разработчиками. Кроме того, каждая система имеет определенный жизненный цикл возникновения, развития и снятия с эксплуатации. Поэтому необходимо учитывать трудозатраты и на последующее (после создания) внедрение и совершенствование системы. Проводя аналогию с материальным производством, можно сказать, что в области автоматизации инженерного труда имеется основное производство, связанное с разработкой конструкторских и технологических проектов, а также планов управления, и вспомогательное производство, связанное с созданием и сопровождением собственно программных средств. В этой связи цели компьютеризации инженерной деятельности следует разбить на две группы: основные и вспомогательные. Основные цели связаны с сокращением трудоемкости проектирования и планирования, а также их себестоимости, длительности цикла «проектирование – изготовление» затрат на натурное моделирование проектируемых объектов (рис. 1). 4 Рис. 1. Основные цели и методы автоматизации проектирования Трудоемкость измеряется чистым временем, традиционно в человеко-часах, затрачиваемым на разработку и корректировку технической документации, без учета ожиданий по организационно-техническим причинам. Как следует из диаграммы, для сокращения трудоемкости необходимо располагать средствами автоматизации оформления графической и текстовой документации, средствами информационной поддержки и автоматизации принятия решений. Длительность цикла измеряется календарным временем от получения задания до его завершения с учетом всех ожиданий по организационно-техническим 5 причинам. Сокращение длительности цикла «проектирование – изготовление» обеспечивается с помощью средств совмещенного проектирования и виртуальных бюро. Концепция виртуального бюро появилась относительно недавно. Виртуальное бюро представляет собой организационно-техническую структуру, способную обеспечивать совместную работу бригады специалистов, разнесенных географически и во времени, чье объединение может носить временный характер. Виртуальное бюро может быть распределено в нескольких местах, которые могут находиться в различных странах и даже континентах и включать участников из разных временных поясов. Бригады специалистов объединяются в виртуальное бюро с целью создания новых изделий. Концепция виртуального бюро возникла в ответ на потребности развития современной глобальной рыночной экономики и новых возможностей высокоэффективных информационных технологий. Здесь можно выделить несколько ключевых факторов: − Необходимость резкого сокращения длительности цикла от замысла изделия (проекта) до выпуска его на рынок приводит к созданию бригад инженеров, обеспечивающих реализацию всех этапов жизненного цикла изделия (проекта) совместно. Поддержка работы таких междисциплинарных бригад требует новой информационной технологии. − Обеспечение соответствия изделия (проекта) всем требованиям потенциальных потребителей (заказчиков) и сокращения до минимума времени подготовки производства требует подключения к процессу проектирования как потребителей, так и поставщиков комплектующих. − Необходимость учета местных условий приводит к целесообразности привлечения проектировщиков, работающих в условиях рынка, для которого предназначается изделие (проект). При этом нецелесообразно их перемещать для работы над проектом в другое место. − Не всегда возможно найти высококвалифицированных специалистов разного профиля в одном месте. Сокращение себестоимости проектирования 6 достигается за счет использования ранее созданных и унифицированных проектных и конструкторских решений, которые могут быть собраны в библиотеки и базы знаний. Таким же образом обеспечивается создание вариантов и модификаций изделий (проектов). Улучшение качества результатов проектирования относится к основным целям компьютеризации инженерной деятельности и связано с необходимостью достижения уровня лучших образцов в классе проектируемых объектов. Улучшение качества проектов достигается использованием автоматизированного поискового и многовариантного проектирования, применением математических методов оптимизации параметров и структуры объектов и процессов. Уровень изделий определяется существенными признаками, свойствами, структурами или функциями их как технических систем. Наиболее современным методом оптимизации является применение генетических алгоритмов, позволяющих проводить как структурную, так и параметрическую оптимизацию изделий при произвольном виде критериальной функции. Унификация проектных решений выполняется за счет адаптированных к условиям каждого предприятия баз данных и знаний. Стратегическое проектирование – это метод создания и ведения долгосрочных проектных программ, начинающихся с разработки базового изделия (проекта), которое затем подвергается постепенным модификациям и усовершенствованиям с целью удовлетворения текущих и учета будущих требований пользователей в течение длительного периода времени. Сущность стратегического проектирования заключается в постоянном отборе и оценке концепций (прежде всего определяющих архитектуру и технологии изготовления) с целью поиска решений, обеспечивающих наилучшее удовлетворение краткосрочных и долгосрочных требований потребителей. Основная цель – обойти коммерческие и (или) технологические тупики в процессе быстрых изменений условий и технологий на рынке. К затратам на натурное моделирование относят затраты на проектирование и изготовление макетных образцов, их испытания на стендах, в аэродинамических 7 трубах и т. д. Сокращение этих затрат может быть достигнуто за счет его полной или частичной замены математическим моделированием. К вспомогательным целям автоматизации проектирования относятся сокращение трудоемкости разработки программных средств, трудозатрат на их адаптацию к условиям эксплуатации при внедрении, а также их сопровождения, то есть ее модификации, обусловленной необходимостью устранения выявленных ошибок и (или) изменения функциональных возможностей. Рис. 2. Вспомогательные цели и методы автоматизации проектирования Средством сокращения трудоемкости адаптации систем к условиям эксплуатации на конкретном предприятии с учетом стандартов этого предприятия, а также традиций и принципов принятия проектных решений являются системы управления базами данных и знаний, ориентированные на конечного пользователя. Это означает, что упомянутые системы должны быть оснащены средствами описания и манипулирования данных, доступными пользователю без навыков программирования. 8 1.3. История развития САПР По сравнению с историей развития вычислительной техники история развития автоматизированных систем очень коротка, она не насчитывает и пятидесяти лет. Однако без этих систем компьютеры никогда бы не стали тем, чем они являются сейчас – орудием труда миллионов специалистов, занятых проектированием в самых разных областях. Историю развития САПР достаточно условно можно разбить на 4 этапа: 70-е годы – были получены отдельные результаты, показавшие, что область проектирования в принципе поддается компьютеризации; в этот период основное внимание уделялось системам автоматизированного черчения. Многие программные продукты того времени назывались системами автоматизированного черчения – САЧ. 80-е годы – характеризуются активным применением микрокомпьютеров и супермикрокомпьютеров, появлением массовых систем и базовых программных продуктов для них. Этот период характерен использованием различного ПО различными подразделениями одного предприятия (период основной автоматизации). Однако в эти же годы наряду с 2D черчением появились системы 3D моделирования. Теперь стала желательной возможность передавать данные с одного этапа на другой этап ЖЦ. Кроме того, появилось понятие твердотельное моделирование. 90-е года – период "зрелости" – некоторые ошибки были исправлены (например, убраны барьеры несовместимости между системами). Сначала стали появляться третьи сторонние фирмы – разработчики ПО для конвертации данных из системы в систему. Потом крупные системы стали сами предоставлять возможность импорта и экспорта данных с другими распространенными системами. Начало 21 века – САПР, разработанные на стыке смены тысячелетий характеризуется разработкой гибких и универсальных систем проектирования, которые отличаются гибкостью программного обеспечения, интеграцией решаемых задач, универсальностью и большими возможностями технического 9 обеспечения, что позволяет применять их практически в любых отраслях промышленности. 1.4. Задачи и виды САПР. Классификации САПР. Состав и структура САПР В рамках жизненного цикла промышленных изделий (проектов) САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки взаимосвязанных процессов производства. Жизненный цикл – совокупность последовательного изменения состояния продукции от формирования исходных требований к ней до окончания ее эксплуатации или применения. Основная цель создания САПР – повышение эффективности труда инженеров, включая: • сокращения трудоёмкости проектирования и планирования; • сокращения сроков проектирования; • сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию; • повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования; • сокращения затрат на натурное моделирование и испытания. Достижение этих целей обеспечивается путем: • автоматизации оформления документации; • информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений; • использования технологий параллельного проектирования; • унификации проектных решений и процессов проектирования; • повторного использования проектных решений, данных и наработок; • стратегического проектирования; • замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием; 10 • повышения качества управления проектированием; • применения методов вариантного проектирования и оптимизации. Как говорилось ранее, инженерная деятельность (ИД) может быть подразделена на несколько последовательных этапов: проектирование, конструирование, подготовка и организация производства. Соответственно, и средства автоматизации ИД имеют ставшую уже традиционной классификацию, подразделяющую их по целевому назначению: • средства собственно проектирования СAD (Computer Aided Design); • средства инженерного анализа САЕ (Computer Aided Engineering); • средства подготовки автоматизированного производства САМ (Computer Aided Manufacturing); • средства планирования технологических процессов САРР (Computer Aided Process Planning); • средства управления документооборотом PDM (Product Document Management); • геоинформационные системы GIS (GeoInformatics Systems). В свою очередь, внутри всего множества CAD-решений принято выделять по отраслевому назначению: • машиностроительные CAD - MCAD (Mechanical Computer Aided Design); • САПР электронных устройств, EDA (Electronic Design Automation); • архитектурно-строительные САПР, AEC (Architecture Engineering and Construction). А продукты инженерного анализа CAE, соответственно, делятся на системы: • прочностных расчетов (в основном средствами МКЭ – метода конечных элементов); • тепловых расчетов; • вычислительной гидроаэродинамики (CFD, Computational Fluid Dynamics); • кинематического анализа; • механической симуляции (MES, Mechanical Event Simulation); 11 • симуляции процессов литья и обработки давлением; • электромагнитных и электродинамических расчетов; • оптимизирующие. В зависимости от обстоятельств и текущей задачи САПР также классифицируют по другим признакам: 1) разновидности и сложности объектов проектирования: а) САПР низкосложных объектов (количество составных частей – до 100); б) САПР среднесложных объектов (100-10 000); в) САПР высокосложных объектов (выше 10 000); 2) уровню автоматизации: а) низкоавтоматизированные (до 25% проектных процедур автоматизировано); б) среднеавтоматизированные (25-50%); в) высокоавтоматизированные (50-75%); 3) уровню комплексности: а) одноэтапные (один этап проектирования); б) многоэтапные (несколько этапов); в) комплексные (весь процесс создания изделия(проекта)); 4) характеру и числу выпускаемых проектом документов: а) САПР низкой производительности (100-10 000 проектных документов в пересчете на формат А4 за год); б) САПР средней производительности (10 000-100 000); в) САПР высокой производительности (100 000 и выше). Также существует ГОСТ 23501.108-85 «Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначение», где своя классификация САПР (рис. 3). 12 Рис. 3. Классификация САПР по ГОСТ 23501.108-85 САПР также принято группировать по так называемым обеспечениям. Виды обеспечения САПР Обеспечение САПР включает в себя: теорию процессов, происходящих в схемах и конструкциях; методы анализа и синтеза конструкций, систем и их составных частей, их математические модели; математические методы и алгоритмы численного решения систем уравнений, описывающих конструкции. Указанные компоненты составляют ядро САПР. В обеспечение САПР входят также алгоритмические специальные языки программирования, терминология, нормативы, стандарты и другие данные. Разработка комплекса обеспечения САПР требует специальных знаний в областях применения САПР. Следовательно, разработка обеспечения САПР – прерогатива специалистов в предметной области. Обычно в качестве обособленных блоков в обеспечении САПР выделяются: 1. Математическое обеспечение (МО) – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов проектирования, представленных в заданной форме. МО при автоматизированном проектировании в явном виде не используется, а применяется производный от него компонент – программное обеспечение. 13 Вместе с тем разработка МО является самым сложным этапом создания САПР, от которого при использовании условно одинаковых технических средств в наибольшей степени зависят производительность и эффективность функционирования САПР в целом. МО любых САПР по назначению и способам реализации делится на две части. Первую составляют математические методы и построенные на их основе математические модели, описывающие объекты проектирования или их части или вычисляющие необходимые свойства и параметры объектов. Вторую часть составляет формализованное описание технологии автоматизированного проектирования. В составе любой САПР эти части МО должны органично взаимодействовать. Способы и средства реализации первой части МО наиболее специфичны в различных САПР и зависят от особенностей процесса проектирования. Развитие и совершенствование методов в данной части – процесс постоянный. Создание САПР стимулирует эти работы, и прежде всего в части разработки оптимизационных методов проектирования. Вторая часть проектирования в МО – формализация комплексе – процессов является более автоматизированного сложной задачей, чем алгоритмизация и программирование отдельных проектных задач, так как необходимо формализовать всю логику технологии проектирования, в том числе логику взаимодействия проектировщиков друг с другом с использованием средств автоматизации. Указанные проблемы решались и решаются в настоящее время эмпирическим путем, главным образом методом проб и ошибок. Следовательно, МО САПР должно описывать во взаимосвязи объект, процесс и средства автоматизации проектирования. 2. Техническое обеспечение (ТО) – совокупность связанных и взаимодействующих технических средств, обеспечивающих работу САПР. Техническое обеспечение САПР включает устройства вычислений и организационной техники, средства передачи данных, измерительную технику, устройства подготовки данных и организации архивов. В настоящее время 14 большинство практически действующих САПР строятся на базе локальных вычислительных сетей. 3. Программное обеспечение (ПО) – совокупность машинных программ, необходимых для осуществления процесса проектирования, включающее системное и прикладное ПО. В программном обеспечении САПР выделяют: • общесистемное программное обеспечение (базовая операционная система + мониторные системы САПР); • пакеты прикладных программ (комплексы программных средств, ориентированных на решение задач в определенной области); • системы программирования (совокупность средств написания текстов, трансляции и отладки программ пользователя). 4. Информационное обеспечение (ИО) – совокупность сведений, необходимых для выполнения проектирования. Включает СУБД (Систему управления базами данных), саму базу данных и базу знаний. К информационному обеспечению предъявляются следующие требования: 1) адекватность информации состоянию предметной области; 2) массовость использования (коллективный доступ); 3) быстродействие (время реакции на запрос); 4) производительность (количество запросов, выполняемых в единицу времени); 5) возможность расширения; 6) надежность и защита информации. Информационное обеспечение САПР состоит из описания стандартных проектных процедур, типовых проектных решений, типовых элементов, комплектующих изделий и их моделей, материалов, числовых значений параметров и других данных. Эти данные в закодированной форме записываются на машинных носителях. Кроме того, в ИО САПР входят правила и нормы проектирования, содержащиеся в соответствующей нормативно-технической документации, а также информация о правилах документирования результатов проектирования. Структура и содержание ИО САПР, а также характер его 15 использования зависят от степени развития банка данных (БД). В БД можно выделить существенные части, играющие различную роль в процессе проектирования: Справочник содержит справочные данные о ГОСТах, нормалях, унифицированных элементах, ранее выполненных типовых проектах. Эта часть изменяется наименее часто, характеризуется однократной записью и многократным считыванием и называется постоянной частью БД. Проект содержит сведения об изделии, находящемся непосредственно в процессе проектирования. В проект входят результаты решения проектных задач, полученные к текущему моменту (различного типа геометрические модели, схемы, спецификации и т. п.). Проект пополняется или изменяется по мере завершения очередных итераций на этапах проектирования и конструирования. Часто справочник и проект объединяют под общим названием архив. 5. Лингвистическое проектирования, обеспечение включая термины, (ЛО) – определения, совокупность правила языков формализации естественного языка, методы сжатия и развертывания текстов. В свою очередь, лингвистическое обеспечение САПР подразделятся на языки программирования, проектирования и управления. Языки программирования служат для разработки и редактирования системного и прикладного программного обеспечения САПР. Они базируются на алгоритмических языках - наборе символов и правил образования конструкций из этих символов для задания алгоритмов решения задач. Совокупность языка программирования и соответствующего ему языкового процессора называют системой программирования. Языки проектирования – это проблемно-ориентированные языки, служащие для обмена информацией об объектах и процессе проектирования между пользователем и компьютером. Языки управления технологическим служат для формирования оборудованием, устройствами периферийными устройствами. 16 команд управления документирования, Существуют различные уровни языков программирования, высокие, более удобные для пользователя, и низкие, близкие к машинным языкам. 6. Методическое обеспечение (МТО, или МетО) – совокупность документов, устанавливающих состав, правила отбора и эксплуатации средств обеспечения системы. 7. Организационное обеспечение (ОО) – совокупность документов, определяющих состав проектной организации, связь между подразделениями, а также форму представления результатов проектирования и порядок рассмотрения проектных документов. Полноценное функционирование САПР возможно только при наличии и взаимодействии всех перечисленных обеспечений. Для пользователей ТО и ПО выступают как единое целое, образуя инструмент проектирования, поэтому говорят, что в САПР можно выделить программно-методический комплекс – совокупность ПО и МетО – и программно-технический комплекс – совокупность ПО и ТО. Составными структурными частями САПР, жестко связанными с организационной структурой предприятия, являются подсистемы, в которых при помощи специализированных комплексных средств решается функционально законченная последовательность задач САПР. По назначению подсистемы разделяют на проектирующие и обслуживающие. Проектирующие подсистемы имеют объектную ориентацию и реализуют определенный этап (стадию) проектирования или группу непосредственно связанных проектных задач. Примерами проектирующих подсистем могут быть подсистемы, реализующие эскизное проектирование изделий, проектирование корпусных деталей, проектирование технологических процессов механической обработки. Обслуживающие подсистемы имеют общесистемное применение и обеспечивают поддержку функционирования проектирующих подсистем, а также оформление, передачу и вывод полученных в них результатов. Примерами обслуживающих подсистем являются автоматизированный 17 банк данных, подсистема документирования, подсистема графического ввода-вывода. 1.5. Геометрическое моделирование Задача геометрического моделирования является важной областью САПР. Поскольку данные о физических объектах реального мира не могут быть целиком введены в компьютер, необходимо априори ограничить объем информации об объекте в рамках интересующего нас вопроса, например: • Какие части объекта видимы? • Какой цвет должен быть присвоен каждому элементу объекта? • Какова площадь поверхности, какой объем занимает объект и какую массу он имеет? • Не пересекается ли объект с другими объектами? • Находится объект внутри или снаружи другого объекта? И если будет выбрано подходящее представление геометрической модели объекта для оговоренного круга задач, она будет решена эффективно, и наоборот. Геометрические модели в САПР используются для решения многих задач: визуализации, построения расчетных сеток, генерации управляющих программ ЧПУ (числовое программное управление – область техники, связанная с применением цифровых вычислительных устройств для управления производственными процессами.) и т. д. В первую очередь они предназначены для хранения информации о форме объектов и их взаимном расположении и предоставления ее для обработки в удобном для компьютерной программы виде. В этом ключевое отличие электронной геометрической модели от чертежа, который представляет собой условное символьно-графическое изображение, предназначенное для чтения человеком. Модель – это математическое и информационное представление объекта, сохраняемое в памяти ЭВМ. Под геометрическими моделями понимают модели, содержащие информацию о геометрии изделия, технологическую, функциональную и вспомогательную информации. 18 Под геометрическим моделированием понимают весь процесс обработки от вербального (словесного на некотором языке) описания объекта в соответствии с поставленной задачей до получения внутримашинного представления. Виды геометрических моделей В геометрическом моделировании объект можно представить в виде: • Каркасная (проволочная) модель (рис. 4а); • Поверхностная (полигональная или фасетная) модель (рис. 4б); • Твердотельная (объемная) модель (рис. 4в); Рис. 4. Виды геометрических моделей Каркасное моделирование Это исторически первая технология представления объемной геометрии. Она естественным образом развилась из систем 2D-черчения. Это самый простой способ представления трехмерных моделей – так называемые проволочные каркасы, или просто каркасы, которые дают неоспоримые преимущества по сравнению с моделированием на плоскости. Они помогают более ясно представлять модель и надежно контролировать взаимное расположение составляющих ее элементов. Кроме того, каркасы можно использовать и для создания проекционных видов. В них хранятся только координаты (x, y, z,) вершин и соединяющие их ребра. Достаточно простые структуры данных и алгоритмы работы с каркасами позволили реализовать их на маломощном оборудовании конца 70-х годов XX века. В каркасном моделировании геометрическая 19 модель строится из ограниченного набора графических примитивов – отрезки, дуги, конические кривые. Недостаток каркасного представления моделей состоит в том, что программы не могут отобразить всех особенностей поверхностей, определяемых каркасами, и это делает невозможным построение, например, точных сечений. Визуальное представление достаточно аскетичное и в ряде случаев не дает возможности однозначно интерпретировать увиденное. Тем не менее даже такая, имеющая множество ограничений технология позволила существенно расширить функциональные возможности САПР по сравнению с 2D-системами. В настоящее время построение каркасов также используется в геометрическом моделировании САПР, но лишь как вспомогательная система промежуточных построений. а) б) Рис. 5. Каркасная модель: а) теоретических обводов космического корабля Буран; б) карьера Поверхностное моделирование Поверхностное моделирование – описание поверхности геометрического тела, формирующие его оболочку. В отличие от каркасного представления, моделирование при помощи поверхностей имеет существенно меньше ограничений, так как позволяет определить своеобразную «оболочку» трехмерного объекта. Поверхностная модель позволяет описывать иногда достаточно сложные поверхности. Возможны различные виды задания поверхностей – плоскости, 20 поверхности вращения, линейчатые поверхности. Используются различные математические модели аппроксимации поверхностей (методы Кунса, Безье, Всплайны). Они позволяют изменять характер поверхности с помощью параметров, смысл которых доступен пользователю, не имеющему специальной подготовки. Геометрические модели на основе поверхностного представления обеспечивают качественную визуализацию, более простой переход к построению расчетных сеток для численного моделирования, обеспечивают ряд полезных функций, таких как построение пространственных сопряжений, сечений, определения линии пересечения оболочек, генерацию чертежных проекций. Поверхностные модели различаются по способу аппроксимации поверхности. Более простой в части структуры данных и используемых для работы с ними алгоритмов является полигональная аппроксимация, когда поверхность представляется набором взаимосвязанных плоских граней, на практике чаще всего треугольных. Такая аппроксимация легко строится, для нее разработаны эффективные алгоритмы реалистичной визуализации, она не требует значительных вычислительных ресурсов, хотя может быть и затратной по памяти. Главным ограничением подобной аппроксимации является то, что она имеет фиксированную точность, то есть отклонение положения модельной поверхности от «идеальной» моделируемой. Для достижения высокой точности требуется создание сеток с малым шагом, что ведет к росту требований к вычислительным возможностям системы. Поэтому использование полигональной аппроксимации в САПР на текущий момент ограничено подсистемами визуализации и простейшего 3D-эскизирования. Этих недостатков лишена технология NURBS (Non-Uniform Rational В-Spline, неоднородный В-сплайн), сегодня наиболее часто используемая в практике САПР. Такое описание поверхности обеспечивает определение координат любой ее точки, радиуса кривизны в ней, направления нормали к поверхности с высокой, в общем случае (без учета вычислительных затрат) с любой наперед заданной точностью. Определенным недостатком такого подхода является сложность алгоритмов работы с NURBS, однако это обстоятельство 21 исторически преодолено исследователями и разработчиками. В определенной степени NURBS-представление является развитием полигонального, но в отличие от него позволяет описывать не только плоские, но и криволинейные грани и ребра (кромки). Совокупность таких граней общими ребрами по традиции называют сеткой. Технология NURBS обеспечивает реализацию ряда функциональных возможностей, недоступных или существенно ограниченных при использовании каркасного либо полигонального представления: вычисление радиуса кривизны поверхностей, их гладкое сопряжение, построение траекторий на поверхности, что важно для подготовки ЧПУ-программ (числовое программное управление), получение точных изображений, спроецированных на плоскость, например для получения чертежных видов и т. д. и т. п. а) б) Рис. 6. Поверхностная модель: а) теоретических обводов космического корабля Буран; б) карьера Традиционно в САПР используются несколько типовых контекстов создания поверхностей: • плоская поверхность – получается заполнением плоского контура (2D- эскиз или набор замкнутых кромок, лежащих в одной плоскости); • поверхность вытяжки – образуется в результате плоскопараллельного вытягивания замкнутого или разомкнутого 2D/3D-эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза, или под произвольным углом; 22 • поверхность вращения – получается вращением произвольного профиля (2О-эскиз) относительно оси; • поверхность по траектории – создается движением 2D/3D-эскиза вдоль криволинейной образующей (2D/3D-эскиз, 3D-кривая) и произвольного числа направляющих кривых (2D/3D-эскиз, 3D-кривая), деформирующих исходный контур; • поверхность по сечениям – аналог поверхности по траектории; отличается тем, что строится не по одному, а по нескольким поперечным сечениям с направляющими кривыми; • граничная поверхность – аналог поверхности по сечениям; отличается тем, что строится по нескольким произвольно сориентированным в пространстве 3Dкромкам других поверхностей с сохранением касательной к ним и с соблюдением непрерывности по второй производной (гладкая стыковка); при построении могут использоваться направляющие кривые; • поверхность свободной формы – строится разбиением сетки с управляющими точками на поверхности грани 3D-модели; изменение формы поверхности достигается перетаскиванием контрольных точек; • эквидистантная поверхность – получается смещением на определенное расстояние от существующих граней или поверхностей; • поверхность разъема – используется при проектировании литейных форм в качестве вспомогательной геометрии для разделения матрицы и пуансона; • срединная поверхность – создается на середине (или заданном проценте) толщины тонкостенной детали; • линейчатая поверхность – строится под углом к выбранной кромке и предназначена для построения граней с уклоном. В том случае, если установлена программная связь между вспомогательным каркасом и результирующей ассоциативным, автоматическому при этом изменению поверхностью, изменение геометрии использованием этого контекста. 23 моделирование каркасных элементов поверхностей, становится ведет к построенных с Твердотельная (объемная) модель Объемная модель позволяет представить сложные изделия с обеспечением логической связанности информации, в частности, благодаря введению понятия о материале. Конструктивными элементами твердотельных моделей являются: точка, контурный элемент и поверхность. Для объемных моделей объектов существенно разграничение точек на внутренние и внешние, по отношение к объектам. Для получения таких моделей сначала определяются поверхности, ограничивающие объект, и затем они собираются в объект. Полное определение объемной формы, возможность автоматического построения разрезов, сборок, удобное определение физических характеристик (массы, объема, и т.д.), удобная анимация –все это используется для моделирования, обработки различными инструментами любых поверхностей. Разнообразная палитра цветов дает возможность получения фотоизображения. а) б) Рис. 7. Твердотельная (объемная) модель: а) космического корабля Буран; б) карьера В качестве базовых примитивов используются различного вида отдельные элементы: цилиндр, конус, параллелепипед, усеченный конус и др. В основе построения сложных объемов из примитивов лежат булевы 24 операции: ∩ – пересечение; U – объединение; / – разность. Их использование базируется на теоретико-множественном представлении об объекте как множестве точек, принадлежащих тому или иному телу. Операция объединения предполагает объединение всех точек, принадлежащих обоим телам (объединение нескольких тел в одно); пересечение – пересекаются все точки, лежащие на пересечении (результат – тело, которое содержит частично оба исходных тела); разность – вычитание одного тела из другого. Все эти операции могут применяться последовательно над базовыми элементами и промежуточными результатами, получая нужный объект. Важные свойства систем твердотельного моделирования: • возможность расчета объемных параметров тела – объема, центра масс, тензора инерции и пр.; • в большинстве современных CAD-систем пользователь может создать свой набор конструктивных элементов; • в одной конкретной системе геометрического моделирования могут поддерживаться не все функции твердотельного моделирования, а только их часть. Возможные действия над телами при геометрическом моделировании: • булево объединение тел; • булево пересечение тел; • булева разность тел; • резка тела поверхностями; • построение симметричного тела; • построение эквидистантного тела; • построение тонкостенного тела; • скругление (rounding) ребер тела; • фаски ребер тела; 25 • построение ребер жесткости; • построение тела с пустотами. Таким образом строятся все детали в машиностроении и других сферах: добавляются бобышки, вырезаются отверстия, пазы, проточки, и т.д. 1.6. Параметрическое моделирование Процесс проектирования и конструирования, как правило, итеративный и предполагает перебор нескольких вариантов, поэтому упрощение и автоматизация построения модели будущего изделия (проекта) являются одной из важнейших задач САПР. Одним из широко распространенных методов решения этой задачи является параметрическое проектирование (или просто параметризация), основанное на моделировании деталей и изделий с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время перебрать с помощью изменения параметров или геометрических отношений различные конструктивные схемы, выбрать оптимальные решения и избежать принципиальных ошибок. Определить цель конструирования достаточно просто, однако процесс поиска рационального решения сложен и требует гармоничного сочетания различных методов автоматизированного конструирования изделий. Параметрическое конструирование как методология автоматизированной разработки является основой для параллельного ведения проектно-конструкторских работ и позволяет уточнить конечную цель конструирования уже на ранних стадиях реализации проекта, что и определяет эффективность совмещения процессов конструирования, инженерного анализа и производства на едином временном интервале и их взаимной интеграции. Параметризация подразумевает использование различных видов взаимосвязей между компонентами модели и приложениями, которые используют данную модель. Использование технологии параметрического конструирования позволяет, при необходимости, легко изменять форму модели, в результате чего пользователь имеет возможность быстро и эффективно получать альтернативные конструкции 26 или пересмотреть концепцию изделия в целом. При отсутствии средств обеспечения параметрического конструирования модель определена однозначно только своей геометрией, поэтому внесение даже малейших изменений требует значительных трудовых затрат. Изменения же параметрической модели выполняются так же легко, как и изменения значения размеров на чертежах. Параметризация – концепция, которая охватывает все методы для решения задач конструирования. Важной особенностью современной концепции параметрического конструирования является прежде всего возможность создания геометрической модели с использованием связей и правил, которые могут переопределяться представляются и в дополняться виде на любом размерных, этапе геометрических ее создания. и Связи алгебраических соотношений. Правила же определяются как условия выполнения базовой операции. Параметрическое проектирование существенно отличается от обычного двухмерного черчения или трехмерного моделирования. В случае параметрического проектирования создается, по сути, математическая модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации и размеров объектов, их взаимное расположение и т. п. На практике применяется достаточно много различных методов параметризации, на сегодняшний день нет однозначно превалирующего решения. Рассмотрим наиболее часто применяемые на практике методы. Табличная параметризация Табличная параметризация заключается в создании таблицы параметров типовых деталей или объектов. Создание нового экземпляра детали производится путем выбора из таблицы типоразмеров. Возможности табличной параметризации весьма ограничены, поскольку задание произвольных новых значений параметров и геометрических отношений обычно невозможно. Однако табличная параметризация находит широкое применение во всех параметрических САПР, поскольку позволяет существенно упростить и ускорить 27 создание библиотек стандартных и типовых деталей (объектов), а также их применение в процессе конструкторского проектирования. Рис. 8. Табличная параметрическая модель гаечного ключа Иерархическая параметризация Иерархическая построений) параметризация заключается в том, (параметризация что в ходе на основе построения истории модели вся последовательность построения отображается в отдельном окне в виде «дерева построения». В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания. 28 Помимо «дерева построения» модели, система запоминает не только порядок ее формирования, но и иерархию ее элементов (отношения между элементами). (Например: сборки => подсборки => детали). Параметризация на основе истории построений присутствует практически во всех САПР, использующих трехмерное твердотельное параметрическое параметрического моделирования моделирование. сочетается Обычно с такой вариационной тип и/или геометрической параметризацией. Рис. 9. Геометрическая модель трассы с «деревом построения» Вариационная(размерная) параметризация Вариационная, или размерная, параметризация основана на построении эскизов (с наложением на объекты эскиза различных параметрических связей) и наложении пользователем ограничений в виде системы уравнений, определяющих зависимости между параметрами. Процесс создания параметрической модели с использованием вариационной параметризации выглядит следующим образом: 29 1. На первом этапе создается эскиз (профиль) для трехмерной операции. На эскиз накладываются необходимые параметрические связи. 2. Затем эскиз «образмеривается». Уточняются отдельные размеры профиля. На этом этапе отдельные размеры можно обозначить как переменные (например, присвоить имя Length) и задать зависимости других размеров от этих переменных в виде формул (например, Length/2). 3. Затем производится трехмерная операция (например, выталкивание), значение атрибутов операции тоже служит параметром (например, величина выталкивания). 4. В случае необходимости создания сборки взаимное положение компонентов сборки задается путем указания сопряжений между ними (совпадение, параллельность или перпендикулярность граней и ребер, расположение объектов на расстоянии или под углом друг к другу и т. п.). Вариационная параметризация позволяет легко изменять форму эскиза или величину параметров операций, что позволяет удобно модифицировать трехмерную модель. Рис. 10. Геометрическая модель с вариационной параметризацией Геометрическая параметризация Геометрической параметризацией 30 называется параметрическое моделирование, при котором геометрия каждого параметрического объекта пересчитывается в зависимости от положения родительских объектов, его параметров и переменных. Параметрическая модель в случае геометрической параметризации состоит из элементов построения и элементов изображения. Элементы построения (конструкторские или вспомогательные линии) задают параметрические связи. К элементам изображения относятся линии изображения (которыми обводятся конструкторские линии), а также элементы оформления (размеры, надписи, штриховки и т. п.). Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Элементы построения могут содержать и параметры (например, радиус окружности или угол наклона прямой). При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания. Процесс создания параметрической модели методом геометрической параметризации выглядит следующим образом: 1. На первом этапе конструктор задает геометрию профиля конструкторскими линиями, отмечает ключевые точки. 2. Далее проставляет размеры между конструкторскими линиями. На этом этапе можно задать зависимость размеров друг от друга. 3. Затем обводит конструкторские линии линиями изображения – получается профиль, с которым можно осуществлять различные трехмерные операции. Последующие этапы, в целом, аналогичны процессу моделирования с использованием метода вариационной параметризации. Геометрическая параметризация обеспечивает возможность более гибкого редактирования модели. В случае необходимости внесения незапланированного изменения в геометрию модели необязательно удалять исходные линии построения (это может привести к потере ассоциативных взаимосвязей между элементами модели), можно провести новую линию построения и перенести на нее линию изображения. 31 Рис. 11. Геометрическая параметризация основного контура с использованием вспомогательных линий Ассоциативное конструирование Ассоциативное конструирование – это обобщающее название технологии параметрического конструирования, обеспечивающей единую, в том числе и двустороннюю, информационную взаимосвязь между геометрической моделью, расчетными моделями, программами для изготовления изделия на станках с числовым программным управлением, конструкторской документацией, базой данных проекта. Использование технологии ассоциативного конструирования позволяет, при необходимости, изменять форму модели и получать автоматически перестроенные чертежи или траектории инструмента для обработки на станках с ЧПУ. Частным случаем ассоциативного конструирования является технология ассоциативной геометрии, иногда именуемая как направленная ассоциативность, – это технология ассоциативного конструирования, которая базируется на непосредственных взаимосвязях между объектами. Простейший пример – определение параллельности двух отрезков. Отрезок А может быть определен как параллельный отрезку В. В результате при перемещении отрезка В отрезок А также изменит свое положение с сохранением ориентации по отношению к отрезку В. 32 Собственное же положение отрезка А не может быть непосредственно изменено. Можно определить отрезки А и В как параллельные и другим способом, так что можно будет изменять положение любого из этих отрезков, удовлетворяя условиям других наложенных связей, – это случай так называемой «мягкой» ассоциативности. Преимущество использования ассоциативной геометрии – скорость. Недостаток же заключается в том, что пользователь должен полностью определить размеры и ориентацию элемента, прежде чем приступить к созданию следующего элемента. Рис. 12. Конструкторский чертеж, ассоциативно связанный с геометрической моделью Объектно-ориентированное конструирование Объектно-ориентированное конструктивные элементы конструирование геометрии основано представляют на собой том, объекты что с предопределенным поведением и структурой данных. Это один из подходов ассоциативного конструирования, с помощью которого определяется поведение геометрической формы при дальнейших изменениях. Этот подход реализован на основе определенного набора правил и атрибутов, задаваемых при выполнении базовой операции, в дополнение к уже заданным связям и ассоциативной высокоэффективным геометрии. инструментом для 33 Базовые создания операции геометрической являются модели конструкции, инженерного анализа или изготовления. Объектно-ориентированное моделирование предоставляет в распоряжение пользователя макрофункции, ранее определенные как последовательность действий, использующих булевы операции. Например, сквозное отверстие может быть представлено как булева операция вычитания и цилиндр достаточной длины, большей, чем текущая толщина объекта. Но если модель станет толще, то цилиндр уже не будет обладать достаточной длиной и отверстие превратится в «слепое». Однако под сквозным отверстием понимается дополнительное правило, которое определяет сквозной проход в указанном месте через тело объекта, независимо от того, изменилась форма модели или нет. Базовые операции также могут иметь и дополнительные атрибуты, которые используются в других приложениях, таких как анализ и изготовление. Обязательные требования к базовым операциям при объектно-ориентированном моделировании: 1. Используемая базовая операция должна быть полностью определена. После выполнения базовой операции ее топология должна сохраняться и распознаваться как базовая операция (отверстие, паз и т. д.), а также предоставлять возможность изменения определяющих ее геометрических параметров (диаметр, глубина, и т. д.); 2. Определение базовой операции должно включать в себя правила, определяющие поведение геометрической формы, а также средства контроля за соблюдением этих правил после выполнения базовой операции. Например, сквозное отверстие должно оставаться таковым, в то время как форма объекта подвергается изменению; 3. Для повышения эффективности процесса параллельной разработки приложения для инженерного анализа и изготовления должны иметь доступ к описанию объекта, не требуя при этом от пользователя информации об объекте, использованной ранее при выполнении базовой операции. Уже существующие типы конструктивных элементов могут быть использованы для создания новых типов путем наследования всех свойств исходных объектов и добавления новых атрибутов и поведения. Обязательным 34 компонентом объектно-ориентированного конструирования являются механизмы создания конструктивного элемента и его обновления путем изменения данных каждого элемента. Запуск механизма обновления при изменении данных автоматически инициирует операцию его создания, а так как эти механизмы наследуются всеми конструктивными элементами от базового типа, обеспечивается совместимость структур данных для всего набора элементов. Конструктивные элементы включены в общий цикл обновления, таким образом, любое изменение данных приводит к автоматическому обновлению объекта в соответствии с правилами построения и данными для каждого элемента. Рис. 13. Создание трассы с помощью инструментов компоновки трассы 1.7. Различия ГИС и САПР Геоинформационные системы (ГИС) и САПР различают: 1. По моделям данных В САПР, в отличие от ГИС, используется большое число различных графических примитивов, так как одной из главных задач САПР является получение качественных чертежей. Сложность структуры чертежей САПР не 35 позволяет хранить чертежи в базах данных (а если они и хранятся, то целиком, в виде единого большого поля), а поэтому они хранятся в виде отдельных файлов. 2. По атрибутной поддержке Одним из принципиальных различий между ГИС и САПР является то, что графический примитив в ГИС является самостоятельным объектом, имеющим свои атрибуты, а в САПР – только изобразительным средством, т.е. частью объекта, а поэтому своих атрибутов, как правило, не имеет. 3. По методам визуализации В САПР, как правило, графические объекты сразу создаются такими, как они выглядят на экране и печати. В ГИС же понятия модели объекта и его внешнего вида специально разнесены. В связи с тем, что ГИС и САПР в чистом виде имеют свои сильные и слабые стороны, в последнее время всё большее распространение получают интегрированные графические системы, обладающие возможностями как ГИС, так и САПР. Например, в дорожной отрасли такие комбинированные возможности необходимы, например, для представления комплексных проектов автомобильных дорог на плане местности, когда в мелком масштабе пользователь на экране компьютера видит общую схему сети дорог, а при постепенном увеличении появляются детальные чертежи автомобильных дорог. В мире существует ряд фирм, которые разрабатывают только ГИС-продукты. Например, MapInfo (Канада). Другие производители, такие, как Autodesk (США) и Bentley Systems (США), разрабатывают на едином графическом ядре (AutoCAD в Autodesk и Microstation в Bentley) как САПР, так и ГИС. Среди отечественных ГИС наиболее известными являются ГИС «Панорама» (КБ «Панорама»), GeoCAD (Компания «Геокад»). Для дорожной отрасли существует отечественное комплексное решение САПР IndorCAD + ГИС IndorMAP (ООО «ИндорСофт»). 36 1.8. 2D и 3D САПР 2D САПР Проектирование с помощью компьютера (Computer-Aided Design, CAD) – термин, используемый для обозначения широкого спектра компьютерных инструментов, профессионалам которые в помогают осуществлении инженерам, архитекторам проектирования. Являясь и другим ключевым инструментом в рамках концепции управления жизненным циклом изделия (PLM), системы CAD включают в себя множество программных и аппаратных средств – от систем двумерного черчения до трехмерного параметрического моделирования поверхностей и объемных тел. По областям применения автоматизированное проектирование традиционно подразделяется на архитектурно-строительное (AEC CAD), механическое (MCAD), проектирование электронных приборов и устройств (EDA). Исторически CAD-системы начались с 2D-программ, обеспечивающих создание традиционных чертежей в электронном виде. Это значительно снизило трудоемкость создания и особенно модификации и тиражирования конструкторской документации. 2D CAD остаются достаточно популярными и в настоящее время, они используются и как самостоятельные системы, и как вспомогательные приложения к 3D-системам, обеспечивая оформление чертежной документации. Чертежные CAD-системы являются универсальным инструментом, так как их изобразительные возможности годятся для выполнения как машиностроительных, так и архитектурно-строительных чертежей, электрических и гидравлических принципиальных схем, планов местности и т. п. Наиболее типичным представителем семейства чертежных редакторов является AutoCAD, который, несмотря на появившиеся позднее 3D-возможности, часто используется именно как «электронный кульман» (кульман – чертежный инструмент в виде доски, установленной вертикально или под углом), облегченная версия AutoCAD LT целевым образом предназначена только для 2D-черчения. На его примере и рассмотрим типичную для 2D-системы функциональность. 37 Чертежные инструменты В составе развитого 2D-пакета традиционно существуют инструменты построения типовых геометрических элементов: линий, дуг, окружностей, эллипсов, сплайновых кривых. Для ускорения процесса черчения также автоматизированы построения прямоугольников, многоугольников, заливка области различными типами штриховок. При построении широко используются так называемые объектные привязки – автоматическое определение координат базовых точек построения по уже существующим в чертеже объектам: концу или середине отрезка, ближайшей точке на контуре, центру дуги или окружности и т. д. Специализированные инструменты обеспечивают создание текстовых элементов, выносок и аннотаций. Автоматизированная простановка размеров обеспечивает быстрое образмеривание чертежей в соответствии с национальными и отраслевыми стандартами. Иерархия объектов Традиционно иерархия объектов в 2D CAD основана на парадигме слоев (layers). При таком подходе чертеж как бы складывается из стопки прозрачных листов, для которых возможно управление видимостью, доступом к редактированию, общими параметрами для всех объектов слоя – типом, цветом линий и т. п. Таким образом, различные элементы чертежа можно и нужно располагать на своих слоях, например на плане здания так можно разделить контуры стен, элементы электропроводки, трубопроводов. Внутри слоя объекты можно собирать в группы (groups), ведущие себя при базовом редактировании (перемещения, повороты, масштабирование) как единый цельный объект. 38 Рис. 14. Рабочая сессия в AutoCAD Отдельной сущностью являются так называемые блоки (blocks), представляющие собой отдельный чертеж, загруженный в отдельную область памяти, а их вставки (inserts) в основной чертеж представляют собой лишь ссылки на блоки, снабженные информацией о месте вставки, угле поворота и масштабе. Этот механизм позволяет существенно экономить ресурсы компьютера и время на создание типовых и часто встречающихся элементов. Блоки могут быть оформлены и как внешние ссылки на непосредственно файлы чертежей (external reference). В этом случае обеспечиваются базовые возможности коллективной работы, когда отдельные элементы чертежа создаются разными разработчиками. Интерфейс пользователя в системах 2D-черчения является в достаточной степени устоявшимся и чаще всего повторяет интерфейс AutoCAD. Он основан на использовании системы команд, которые можно вводить в командную строку, а также продублирован набором меню и пиктограмм, которые, по сути, автоматизированно исполняют те же команды. Указание координат может производиться как путем их ввода в командную строку, так и путем позиционирования перекрестья курсора в поле чертежа. Этим же курсором элементы чертежа могут выбираться как индивидуально, так и групповым 39 методом. При выборе геометрических элементов появляются рукоятки (handles), обеспечивающие возможность детального редактирования объектов, а также предоставляются панели параметров (property sheets), дающие возможность настраивать числовые и текстовые параметры объектов. 3D САПР Как уже говорилось ранее, системы двумерного черчения далеко не в полной мере удовлетворяют требованиям автоматизации проектной, конструкторской деятельности, задачам технологической подготовки производства. Чаще всего на машиностроительных предприятиях, и не только, решается следующий круг конструкторских и производственных задач: • проработка внешнего вида и внутренней компоновки узлов и агрегатов; • анализ и оптимизация напряжений, перемещений, колебаний, тепловых и температурных режимов; • подготовка управляющих программ для станков с ЧПУ; • подготовка анимации сборок, реалистичных изображений изделия для презентаций, технической документации (инструкций по сборке) и т. п.; • контроль качества изделий при помощи лазерных измерительных устройств или координатно-измерительных машин; • создание физических образцов методами быстрого прототипирования; • создание спецификаций, оценки стоимости, закупок и планирования ресурсов производства. Все эти задачи требуют, чтобы проектировщик перенес задуманный им в его воображении образ будущего изделия не виде схематической записи, а в виде виртуальной пространственной модели, описывающей не только геометрию, но и механические, физические, оптические и другие свойства материалов. Так появились 3D CAD-системы. Первой считается CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application), выпущенная французской компанией Dassault Systemes в 1981 году. За ней последовали такие системы, как поныне успешно используемые Unigraphics, Pro/Engineer и др., теперь уже по разным 40 причинам сошедшие со сцены. Первые 3D-системы использовались в основном в аэрокосмической, автомобильной и других машиностроительных отраслях, поэтому для них стал использоваться термин MCAD (mechanical computer aided design). Так как работа с 3D-данными требует существенных вычислительных мощностей, исходно все эти системы работали на мощных специализированных рабочих станциях под управлением ОС Unix. Подобные решения имели высокую стоимость как закупки лицензий ПО и самого оборудования, так и сопровождения в процессе использования. Так продолжалось до конца 1995 года, когда вышла первая версия системы SolidWorks, изначально созданная одноименной компанией для работы на относительно недорогих ПК под управлением ОС Windows, кроме того, система имела чрезвычайно дружественный пользовательский интерфейс. В течение первого года SolidWorks приобрела очень высокую популярность – 3D MCAD стала доступна сотням тысяч инженеров. Следом за SolidWorks появились и другие продукты для ПК – Autodesk Inventor, SolidEdge, отечественные КОМПАС 3D, T-FLEX CAD, а существующие на рынке игроки начали спешно переносить свои системы из среды рабочих станций Unix на ПК с Windows. К концу 90-х годов практически не осталось реально используемых MCAD-систем для других платформ. Тем временем SolidWorks, пользуясь позицией технологического лидера, постоянно совершенствуется, новые версии выпускаются ежегодно, и система по сей день остается лидирующей массовой 3D MCAD в мире. Остальные вновь появившиеся массовые системы во многом идут по ее стопам, а существовавшие ранее, позаимствовав многое у SolidWorks, большей частью в интерфейсе, в основном сосредоточились на автоматизации крупных корпораций и производств. Архитектура 3D MCAD, реализованная в SolidWorks, стала по сути классической, большинство продуктов этого класса устроены аналогично, поэтому, рассматривая устройство современной 3D MCAD-системы, будем ориентироваться на этот образец, при необходимости оговаривая особенности, реализованные в тех или иных продуктах. 41 Рис. 15. Рабочая сессия в SolidWorks Практически все современные 3D MCAD состоят из трех основных модулей: • редактора геометрии деталей; • редактора сборок; • ассоциативного генератора чертежей и спецификаций. На практике эти модули дополняются всевозможными встроенными сервисными компонентами: системами экспресс-расчетов, верификации данных, доступа к библиотекам внешних компонент, мастерами построения типовых и стандартных элементов геометрии, подсистемами реалистичной визуализации, сопряжения с системами документооборота (PDM), обмена данными с другими системами и т. п. и т. д. Специализированные CAD По мере развития САПР и адаптации их к задачам конкретных отраслей стали появляться сначала наборы дополнительных специализированных модулей к универсальным системам, затем и полностью специализированные САПР, ориентированные на эффективное выполнение проектных работ в специфических 42 областях применения. сформировались целые Со временем, самостоятельные помимо традиционной подотрасли САПР, MCAD, такие как архитектурно-строительная (AEC, Architecture Engineering and Construction), электронная (EDA, Electronic Design Automation), геоинформационная (GIS, Geolnformatic Systems) и др. Ассортимент специализированных систем весьма обширен, рассмотрим наиболее показательные примеры. AEC CAD – архитектурно-строительные САПР История архитектурно-строительных приложений начинается с создания библиотек строительных элементов и специализированных команд в двумерных чертежных редакторах, в первую очередь AutoCAD. Их использование снижало трудоемкость выполнения проектных и рабочих чертежей зданий, мостов и других сооружений. Так как в архитектурном проектировании особое значение имеет визуальное представление будущих сооружений, наряду с чертежными редакторами широко использовались и используются трехмерные дизайнерские пакеты, такие как 3D Max, Lightwave, Softimage и др. Визуализация обеспечивает самоконтроль со стороны архитектора и значительно более простое восприятие проекта заказчиком. Однако такой симбиоз недостаточно эффективен, так как практически отсутствует ассоциативная автоматическая связь между проектной документацией и виртуальным макетом здания для визуализации. Каждое изменение, вносимое в чертежи либо в макет, требует его ручного воспроизведения в параллельной системе. Кроме излишней трудоемкости, такой подход чреват ошибками, расхождением визуальных и проектных данных. Поэтому на рубеже 80-90-х годов XX века появилась концепция виртуального здания, которая набирает все большую популярность. Наиболее типичными образцами продуктов, реализующих эту концепцию, можно назвать пакет ArchiCAD компании Graphisoft, семейство программ Revit компании Autodesk, комплекс АllPlan компании Nemetchek. Концепция виртуального здания (virtual building) позволяет управлять информацией обо всем жизненном цикле здания. В отличие от простой трехмерной 43 модели, виртуальное здание содержит комплексную информацию, это трехмерная цифровая база данных, которая отслеживает все элементы, составляющие проект: площади и объемы, описания комнат, цену материалов и готовых элементов и изделий: окон, дверей, коммуникаций и т. д. Концепция виртуального здания предполагает новый подход к проектированию: архитектор занимается непосредственно дизайном проекта, а САПР автоматически формирует документацию. В то время, когда проектировщик «возводит» стены, размещает перекрытия, встраивает окна и двери, сооружает крышу, программа создает единую базу данных трехмерной модели здания. Изменения, вносимые в проект, отображаются во всей отчетной документации: в планах этажей, разрезах, фасадах, сметных заданиях, 3D-модели и фотоизображениях. Интеллектуальные объекты (двери, окна, колонны, перекрытия и т. д.) постоянно взаимодействуют с другими элементами конструкции здания или сооружения: окно встраивается в стену, перекрытие опирается на колонну, под скат крыши сооружается несущая конструкция и т. д. В дальнейшем из базы может быть извлечена вся необходимая информация: подробные рабочие чертежи поэтажных планов, разрезов, фасадов, архитектурные и конструкторские чертежи узлов и фрагментов, сметные задания, спецификации окон, дверей и отделочных материалов, анимацию и сцены виртуальной реальности. В результате виртуальное здание становится единым и универсальным инструментом организации коллективной работы всех участников создания и реализации проекта. Главный архитектор получает информацию о текущем состоянии проекта в независимом электронном формате (эту информацию он гарантированно сможет просмотреть, даже не располагая никакими системами САПР), отображает изменения, которые необходимо внести в проект, и передает их сотрудникам для дальнейшей работы. 44 Рис. 16. Комплексный трехмерный проект автодороги Сметчики получают из общей проектной базы различные спецификации, ведомости, сметные задания. Конструкторы – трехмерную модель и параметры несущих конструкций для прочностных расчетов; инженеры – постоянно обновляемые актуальные чертежи поэтажных планов, узлов и фрагментов здания в заданном масштабе. Для строителей можно проработать графики работ, а в дальнейшем передавать на площадку чертежи и видеоролики, отображающие различные этапы строительства или демонтажа здания. Работая с тем же виртуальным зданием, что и архитектор, агент по недвижимости имеет возможность легко получить точные параметры помещений и оценить их площадь, показать клиентам вид из любой точки и даже пригласить их совершить виртуальное путешествие по зданию. Дизайнеры интерьеров могут начинать работать на этапе концептуальной модели, используя тот же проект, что и архитектор. После завершения этапа проектирования строителям выдаются спецификации, ведомости, отчеты, графики строительства, рабочие планы и другая информация. Так как вся информация исходит из одного источника – виртуального здания, она всегда актуальна и соответствует текущему состоянию проекта. Информация 45 об изменениях, вносимых любым из участников проекта, немедленно становится доступной его коллегам. Рис. 17. Цифровая модель инженерных коммуникаций здания EDA-проектирование электронных устройств EDA (Electronic Design Automation – Автоматизация проектирования электроники) – комплекс программных средств и библиотек стандартных элементов, обеспечивающий автоматизацию разработки электронных устройств, в первую очередь создания микросхем и печатных плат. Наиболее распространенными в России являются пакеты Solidworks и Isicad. EDA-системы позволяют начать разработку с создания непосредственно принципиальной электрической схемы проектируемого устройства с использованием базы радиоэлектронных компонентов, промоделировать ее работу в различных режимах. Затем эта схема преобразуется в заготовку проектируемой печатной платы с различной степенью автоматизации. Современные программные пакеты позволяют выполнить автоматическую расстановку элементов и автоматически развести дорожки на чертеже многослойной печатной платы, соединяя тем самым выводы радиоэлектронных компонентов в соответствии с принципиальной схемой. 46 Рис. 18. Визуализация схемы миникомпьютера Типичный состав EDA-комплекса: • редактор принципиальных электрических схем; • библиотека стандартных электронных компонент; • редактор печатных плат; • встроенные модули симуляции принципиальных схем и печатных плат; • трансляторы данных; • вспомогательные утилиты. Геоинформационные системы Геоинформационные системы (ГИС) предназначены для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных географических данных и связанной с ними информации. Инструменты ГИС обеспечивают систематизированное хранение, поиск, анализ и редактирование цифровых карт, а также дополнительную информацию об объектах, например высоту здания, адрес, 47 количество жильцов, расположение транспортных коммуникаций и т. п. ГИС включают в себя системы управления базами данных, сопряженные с редакторами растровой (например, аэрофотоснимков) и векторной (карты высот, коммуникаций, планов населенных пунктов) графики и аналитических средств. ГИС широко применяются в различных отраслях, в том числе напрямую не связанных с проектированием: картографии, геологии, метеорологии, землеустройстве, строительстве, управлении транспортом и т. п. Рис. 19. Совмещенная векторная карта с данными аэрофотосъемки Отраслевая ориентация ГИС определяется решаемыми в ней задачами, среди них – инвентаризация ресурсов (в том числе кадастр), анализ, оценка, мониторинг, управление и планирование, поддержка принятия решений. Интегрированные ГИС совмещают функциональные возможности ГИС и систем цифровой обработки изображений (данных дистанционного зондирования) в единой интегрированной среде. Наибольшее независимые распространение ГИС, основанные получили на так называемые множественных масштабно- представлениях пространственных объектов, и обеспечивают графическое или картографическое 48 воспроизведение данных в любом из выбранных масштабов, на основе единого набора данных с наибольшим пространственным разрешением. В практике проектирования ГИС получили широкое распространение в строительстве, проектировании дорожных сетей, магистральных трубопроводов и линий электропередач. 49 2. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ РЕШЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЗАДАЧ 2.1. САЕ – система инженерного анализа САЕ (англ. Computer-Aided Engineering) – это разнообразные программные продукты, обеспечивающие выполнение инженерных расчетов и физически подобной симуляции функционирования проектируемых изделий, проверки их работоспособности, прогнозирования длительности жизненного цикла, определения рабочих характеристик на этапе проектирования до изготовления опытных образцов и их испытаний, оптимизации этих характеристик. Расчетная часть пакетов чаще всего основана на численных методах решения дифференциальных уравнений: методе конечных элементов, конечных объемов, конечных разностей и т. д. Это обусловлено тем, что расчетные системы, построенные на основе численных методов, в отличие от аналитических, практически не зависят от геометрической конфигурации анализируемого изделия. CAE-системы – это разнообразные программные продукты, позволяющие при помощи расчётных методов (метод конечных элементов, метод конечных разностей, метод конечных объёмов) оценить, как поведёт себя компьютерная модель изделия в реальных условиях эксплуатации. Помогают убедиться в работоспособности изделия, без привлечения больших затрат времени и средств. Современные системы инженерного анализа (или системы автоматизации инженерных расчётов) применяются совместно с CAD-системами (зачастую интегрируются в них, в этом случае получаются гибридные CAD/CAE-системы). Они находят широкое применение при проектировании сложных, ответственных изделий и конструкций в совершенно различных сферах деятельности: − В области металлообработки с помощью CAE-систем можно с легкостью провести анализ режущего инструмента, заранее увидеть его деформацию возникающей при обработке детали, также его колебания и т.д. На основе подобного анализа возможно проектирование наиболее оптимальной конструкции инструмента, кроме того, возможно и назначение рациональных режимов резания, 50 которые создадут нормальные условия обработки и обеспечат высокое качество обрабатываемых деталей. Только такой подход к проектированию режущих инструментов может наиболее быстро создать правильную геометрию инструмента, обеспечивающей максимально производительную обработку деталей. Это возможно потому, что результат работы инструмента можно увидеть заранее, до его изготовления и внедрения, что значительно экономит время и многие другие затраты. Только использование CAE-систем делает возможным создание действительно качественного, прогрессивного инструмента. − В станкостроении путем анализа станины станка и других его узлов можно придать максимальную жесткость станку в целом, что обеспечит снижение вибрации станка и возможность выполнения на нем высокопроизводительной обработки деталей. − В сварочном производстве CAE-системы являются незаменимыми помощниками при проектировании сварных металлоконструкций. Расчет сварных швов является обязательным этапом проектирования, обеспечивающего надежность работы будущей конструкции. − В ряде других направлений машиностроения CAE-системы играют также важнейшую роль, без них невозможно добиться создания высококачественных и конкурентоспособных изделий. При помощи CAE инженер может оценить работоспособность изделия, не прибегая к значительным временным и денежным затратам. Классификация CAE: − Системы полнофункционального инженерного анализа, обладающие мощными средствами, большими хранилищами типов для сеток конечных элементов, а также всевозможных физических процессов. В них предусмотрены собственные средства моделирования геометрии. Кроме того, есть возможность импорта через промышленные стандарты Parasolid, ACIS. Полнофункциональные САЕ-системы лишены ассоциативной связи с CAD. Поэтому, если в процессе подсчета появляется необходимость изменить геометрию, то пользователю 51 придется заново производить импорт геометрии и вводить данные для расчета. Самыми известными подобными системами считаются ANSYS/Multiphysics и MSC.NASTRAN/MSC Software. − Системы инженерного анализа, встроенные в тяжелые САПР, имеют значительно менее мощные средства анализа, но они ассоциативны с геометрией, поэтому отслеживают изменения модели. Расчетные данные структурированы и интегрированы в общую систему проектирования тяжелой САПР. К ним относятся Pro/MECHANICA для Pro/ENGINEER, Unigraphics NX CAE для Unigraphics NX, Extensive Digital Validation (CAE) для I-deas, Catia CAE для CATIA; − Системы инженерного анализа среднего уровня не имеют мощных расчетных возможностей и хранят данные в собственных форматах. Некоторые из них включают в состав встраиваемый интерфейс в CAD-системы, другие считывают геометрию из CAD. К первым относятся COSMOS/Works, COSMOS/Motion, COSMOS/FloWorks для SolidWorks Трехмерная проектная среда, ко вторым – MSC.visualNastran. С помощью САЕ можно проводить: − Прочностной анализ компонентов и узлов на основе метода конечных элементов; − Термический и гидродинамический анализ; − Кинематические исследования; − Моделирование таких процессов, как литье под давлением; − Оптимизацию продуктов или процессов. Отдельно стоит выделить системы симуляции и моделирования сложных технологических процессов, таких как литье металлов и пластмасс, штамповка, химическое фрезерование и т. д. Особенностью подобных расчетов является совместное решение задач, описывающих различные физические процессы – гидродинамические течения, отверждение, теплоперенос, химические реакции полимеризации и прочее. Наряду с расчетом конструкций компьютерное моделирование и симуляция могут использоваться и для оптимизации проектов. Оптимизацию можно 52 проводить для задач статики, устойчивости, установившихся и неустановившихся динамических переходных процессов, собственных частот и форм колебаний, акустики и аэроупругости. Все это делается одновременно, путем вариации параметров формы, размеров и других свойств проектируемого изделия. Эффективные проектных алгоритмы параметров оптимизации и ограничений. обрабатывают Вес, любое напряжения, количество перемещения, собственные частоты и многие другие характеристики могут рассматриваться либо в качестве целевых функций проекта (в этом случае их можно минимизировать или максимизировать), либо в качестве ограничений. Алгоритмы анализа чувствительности позволяют исследовать влияние различных параметров на поведение целевой функции и управлять процессом поиска оптимального решения. Кроме того, компьютерное моделирование применяется для планирования экспериментов (определение мест расположения датчиков) и оценки полноты полученных экспериментальных данных. Таким образом, численное моделирование задач прочности существенно экономит время, ресурсы, позволяет сократить объемы натурных испытаний, а также более тщательно оптимизировать конструкции. Рис. 17. Схема перехода от твердотельной модели к расчетной сетке Этапы работы с САЕ: 53 − Предварительная обработка – определение характеристик модели и факторов внешней среды, которые будут на нее воздействовать; − Анализ и принятие решения; − Обработка результатов. Основные направления в развитии САЕ В процессе развития САЕ разработчики стремятся увеличить их возможности и расширить сферы внедрения. Преследуются следующие цели: − Совершенствование методов решения междисциплинарных задач моделирования; − Разработка новых платформ для интеграции различных систем САЕ, а также для интеграции САЕ-систем в PLM-решения; − Повышение совместимости САЕ и CAD систем; − Совершенствование методов построения расчетных сеток, описания граничных условий, параллельных вычисление и т.д.; − Улучшение характеристик моделей, которые применяются для описания свойств материалов; − Оптимизация систем САЕ для компьютерных платформ с 64-битными и многоядерными процессорами, а тем самым улучшение условий для моделирования сложных конструкций с большим количеством степеней свободы. Метод конечных элементов Метод конечных элементов (МКЭ, Finite Elements Method, FEM) – наиболее распространенный численный метод решения задач прикладной механики, в первую очередь прочностных расчетов, механики деформируемого твердого тела, теплообмена. Суть метода заключается в том, что расчетная область разбивается на плоские или объемные, в зависимости от решаемой задачи, подобласти с элементарной геометрией (чаще всего методом триангуляции), для которых записаны простейшие системы дифференциальных уравнений. Каждая такая подобласть является конечным элементом, имеющим свой порядковый номер. Общие вершины конечных элементов называются узлами, которые также 54 нумеруются. Кинематические граничные условия задаются в узлах на границе. Нагрузки на границе заменяются сосредоточенными силами в узлах, связь конечных элементов между собой осуществляется также в узлах. Процесс вычисления сводится к решению полученной системы элементарных дифференциальных уравнений. Современные системы автоматизации инженерных расчетов, как правило, применяются совместно с CAD-системами, зачастую просто интегрированы в них. Таким образом, инженер может оперативно провести проверочные расчеты непосредственно в процессе создания конструкции и при необходимости изменить ее так, чтобы удовлетворить требованиям работоспособности. Существенным достоинством расчетных систем перед проверочными натурными испытаниями является возможность определения элементов не только с недостаточной прочностью, но и с избыточной. Это позволяет оптимизировать геометрию деталей с целью снижения их массы, что особенно критично, например, в авиакосмической отрасли, двигателестроении. Расчетные системы позволяют «заглянуть» внутрь детали, что практически невозможно при натурных прочностных испытаниях, получить исчерпывающую картину распределения любых параметров: деформаций, напряжений, температурных полей и т. д. Что немаловажно – расчет может быть произведен не только для статического нагружения, но и в динамике, в сопряжении с кинематическим расчетом. Современные расчетные системы обеспечивают комплексный анализ характеристик конструкций, включая расчет напряженнодеформированного состояния, собственных частот и форм колебаний, анализ устойчивости, решение задач теплопередачи, исследование установившихся и неустановившихся процессов, акустических явлений, нелинейных статических процессов, нелинейных динамических переходных процессов, расчет критических частот и вибраций роторных машин, анализ частотных характеристик при воздействии случайных нагрузок. Предусмотрена возможность моделирования практически всех типов материалов, включая композитные и эластичные. 55 Рис. 18. Моделирование аварийного удара автомобиля Моделирование кинематики Пространственные механизмы являются важной составляющей современной техники и производственных технологий, например шасси самолетов и автомобилей, промышленные механизация крыла и роботы-манипуляторы механизмы управления последовательной и самолетов, параллельной структуры, стрелковое оружие, бытовая техника и т. д. Так как конструирование сложных механизмов осуществляется с использованием MCAD-систем, то логичным стало использование полученных геометрических моделей для моделирования и анализа их движения. Проектирование кинематики отличается высокой геометрической сложностью и в существенной степени определяет качество конечного продукта стоимость его изготовления и эксплуатации. В 70-80е годы, в период активного развития рабочих станций и их применения для проектирования изделий машиностроения, появились первые системы для динамического и кинематического анализа пространственных механизмов, такие как ADAMS, ANSYS Mechanical, COSMOS Motion и др. К настоящему времени эти системы получили признание специалистов и вошли в повседневную практику работы сотен тысяч инженеров. 56 Рис. 19. Моделирование прямой задачи кинематики в CATIA Инженерные системы моделирования кинематики обеспечивают возможность решения как прямых, так и обратных задач. Прямая задача заключается в том, чтобы по известным усилиям и другим характеристикам приводов (пневмо- и гидроцилиндров, электродвигателей и т. п.) определить скорости и траектории движения всех элементов, составляющих механизм. При решении обратной (часто употребляется термин инверсная) задачи – напротив: по известной или заданной траектории и скорости перемещения одного из звеньев (как правило, конечного) требуется определить траектории остальных звеньев, силы, действующие на них, и, соответственно, требуемые силовые и скоростные характеристики приводов. 57 Рис. 20. Решение обратной задачи кинематики в КОМПАС 3D Еще одной важной задачей, решаемой в кинематических расчетных системах, является определение работоспособности механизмов: отсутствие заклиниваний, предупреждение нежелательных касаний и столкновений элементов механизма, вписывание механизма в заданные габариты. И наконец, моделирование кинематики обеспечивает решение задач не только анализа механизмов, но и их синтеза. По заданной траектории и циклограмме работы механизма можно рассчитать форму кулачков, направляющих, требуемые размеры звеньев рычажных механизмов, параметры зубчатых колес и т. п. Результаты таких вычислений могут быть использованы как эскизы для построения твердотельных моделей деталей с наперед заданной точностью. 58 Рис. 21. Построение геометрии кулачка по заданной траектории в COSMOS Motion Аэрогидродинамические расчеты Вычислительная гидрогазодинамика (CFD, Computational Fluid Dynamics) широко применяется как в традиционных для нее отраслях: авиации, судостроении, проектировании автомобилей, – так и при создании бытовой техники, полиграфического и медицинского оборудования и т. п. Расчеты осуществляются с использованием численных методов и алгоритмов для решения и анализа задач течений жидкостей и газов, как правило, состоящих в решении уравнений НавьеСтокса методами конечных объемов, конечных элементов, конечных разностей и др. Современные программные комплексы для моделирования течений в жидкости и газах позволяют рассчитывать широкий диапазон течений по числу Маха, многофазные и многокомпонентные течения, течения в несжимаемых жидкостях. 59 Рис. 22. Расчет течения в вихревом насосе При рассмотрении актуальных промышленных задач расчетная модель должна обеспечивать точную передачу геометрии без упрощений, характерных для задач расчета напряженно-деформированного состояния. Рис. 23. Расчетная сетка для моделирования обтекания антикрыла гоночного автомобиля 60 В ряде случаев даже наличие геометрической симметрии в модели не позволяет рассматривать половину модели ввиду несимметричности течения. Это приводит к серьезному увеличению размерности и увеличению времени счета. Характерные размерности для задач внешнего обтекания могут быть до 50 млн элементов и более, в зависимости от детализированности геометрии и примененных расчетных моделей. Первоначально вычислительная гидроаэродинамика использовалась применительно к задачам проектирования авиационной, космической техники и судостроения. С развитием программных средств и повышением производительности настольных ПК она находит все более широкое применение и в других отраслях. Некоторые, ставшие привычными продукты было бы очень трудно спроектировать без ее использования, например струйные принтеры. Использование CFD при проектировании струйных принтеров оправдано и дает ряд преимуществ для изучения того, как форма, размер и скорость испускаемой капли зависят от таких параметров, как импульс управляющего давления, форма форсунки, коэффициент поверхностного натяжения, и многое другое. Рис. 24. Моделирование образования капли в струйном принтере Другим примером использования CFD для создания бытовых продуктов 61 можно назвать моделирование течений в водопроводных и канализационных системах. Одним из сложных для расчета объектов является обычный унитаз. Вычислительная аэродинамика сегодня широко используется для проектирования систем вентиляции электроаппаратуры и помещений, оценки нагрузок на жилые и промышленные здания, мосты, гидротехнические сооружения и др. Рис. 25. Моделирование течений со свободной поверхностью при сливе воды в унитазе Электростатика и электродинамика В связи с массовым внедрением электронных устройств в состав практически любых изделий машиностроения, от сложной авиационной техники до бытовых приборов, задача моделирования электромагнитных полей, создаваемых этими устройствами, их взаимодействия между собой и влияния на окружающую среду стала как никогда актуальной. Поэтому большинство поставщиков интегрированных CAE-систем предлагают специализированные модули для 3Dмоделирования работы электромагнитных и электромеханических изделий в низкочастотном приближении. Расчеты проводятся, как правило, методом конечных элементов, позволяющим решать уравнения прямым методом без какихлибо упрощений и предположений. Модули рассчитывают электрические и магнитные поля, моменты и силы, энергетические потери на вихревые токи, значения токов, напряжений, проводимостей, емкостей, индуктивностей в проектируемых электротехнических изделиях, расчет импульсных электромагнитных полей, возникающих в электрических устройствах при скачках напряжений и токов. 62 Рис. 26. Расчет электромагнитных полей для якоря генератора 2.2. САМ – Автоматическое производство Производство с помощью компьютера (Computer-Aided Manufacturing, САМ) – автоматизированная система, либо модуль автоматизированной системы, предназначенный для подготовки управляющих программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно- вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами. Числовое программное управление, или ЧПУ, означает компьютеризованную систему управления, считывающую инструкции специализированного языка программирования и управляющую приводами металло-, дерево- и пластмассобрабатывающих станков и станочной оснасткой. Интерпретатор системы ЧПУ производит перевод программы из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (включить/выключить охлаждение, например). Для определения необходимой траектории движения рабочего органа в целом (инструмента/заготовки) в соответствии с управляющей программой (УП) используется интерполятор, рассчитывающий положение промежуточных точек траектории по заданным в программе конечным. Аббревиатура ЧПУ соответствует 63 двум англоязычным – NC (numeric control) и CNC (computer numeric control), отражающим эволюцию развития систем управления оборудованием. Системы типа NC, появившиеся в конце 40-х годов XX века, предусматривали использование жестко заданных схем управления обработкой, задание программы с помощью штекеров или переключателей, хранение программ на внешних носителях, таких как магнитные ленты, перфорированные бумажные ленты. Какихлибо устройств оперативного хранения данных, управляющих микропроцессоров не предусматривалось. Системы ЧПУ, описываемые как CNC, основаны на микропроцессоре с оперативной памятью, с операционной системой, приводы управляются собственными микроконтроллерами. Первый станок с ЧПУ был создан в 1954 году в Массачусетском технологическом институте. Программа для оборудования с ЧПУ может быть загружена с внешних носителей, например дискет или флэш-накопителей. Помимо этого, современное оборудование подключается к заводским сетям связи, в этом случае используется термин распределенное числовое программное управление (DNC, Distributed Numerical Control). Обработка с использованием ЧПУ увеличивает производительность и аккуратность операций, гарантирует постоянный уровень качества, который в большинстве случаев намного превышает качество традиционной ручной обработки. Многие заказы, от которых ранее приходилось отказываться, сейчас можно выполнять с легкостью и без больших усилий, что между тем считается эксклюзивным и составляет категорию наибольшей прибыли. G-код Основной язык программирования ЧПУ, G-код, описан документом ISO 6983 Международного комитета по стандартам. G-код был создан компанией Electronic Industries Alliance в начале 1960-х. Финальная доработка была одобрена в феврале 1980 года как стандарт RS274D. Комитет ИСО утвердил G-код как стандарт ISO 6983-1:1982, Госкомитет по стандартам СССР - как ГОСТ 20999-83. В советской технической литературе G-код обозначается как код ИСО 7-бит (ISO 7-bit). Производители систем управления используют G-код в качестве базового 64 подмножества языка программирования, расширяя его по своему усмотрению. В отдельных случаях, например системы управления гравировальными станками, язык управления принципиально отличается от стандарта. Для простых задач, например раскрой плоских заготовок, система ЧПУ в качестве входной информации может использовать текстовый файл в формате обмена данными, например DXF или HP-GL. Программа, написанная с использованием G-кода, имеет жесткую структуру. Все команды управления объединяются в кадры - группы, состоящие из одной или более команд. Кадр завершается символом перевода строки (ПС/LF) и имеет номер, за исключением первого кадра программы и комментариев. Порядок команд в кадре строго не оговаривается, но традиционно предполагается, что первыми указываются подготовительные команды (например, выбор рабочей плоскости), затем команды перемещения, далее выбора режимов обработки и технологические команды. Рассмотрим пример программы, написанной на G-коде и управляющей фрезерным станком, который обрабатывает букву V размером 17x24 мм и глубиной 1 мм. Красным цветом на рис. 27 обозначен результат обработки. Рис. 27. Пример простейшей 2D-обработки на станке ЧПУ Кадр N1 Содержание Комментарий % Начало программы G90G40G17 Система координат абсолютная, компенсация на инструмент выключена, плоскость интерполяции XOY Переход в точку N2 GOO Х2.54 Y26.15 N3 S500 F0.5 М3 N4 G01 Z-1.0 N5 G01 X5.19Y2.0 Первый штрих буквы V N6 G01 Х7.76 Продолжение движения N7 G01 X16.93Y26.15 Второй штрих буквы V начала обработки Выбрать режимы резания и включить привод главного движения Врезание в заготовку 65 N8 G00Z12 Отвод инструмента от заготовки N9 М5 Выключить привод главного движения N10 М02 Конец программы 2.3. САМ-системы Написание и отладка программ непосредственно на G-коде для деталей сложной формы являются весьма трудоемким процессом, поэтому этот процесс автоматизирован путем создания CAM-систем. Входными данными системы САМ является геометрическая модель изделия, разработанная в системе автоматизированного проектирования. В процессе интерактивной работы с трехмерной моделью в CAM-системе инженер определяет траектории и скорость движения режущего инструмента по заготовке изделия (CL-данные, англ, cutting location), которые затем автоматически верифицируются, визуализируются (для визуальной проверки корректности) и обрабатываются постпроцессором для получения программы управления конкретным станком в виде G-кода. CAM-системы позволяют «поднять» программирование для станков с ЧПУ на более высокий уровень по сравнению с рутинным ручным программированием. Обобщая, можно сказать, что CAM-системы облегчают труд технологапрограммиста в трех главных направлениях: они избавляют технологапрограммиста от необходимости делать математические вычисления вручную; позволяют создавать на одном базовом языке управляющие программы для различного оборудования с ЧПУ; наконец, они обеспечивают технолога типовыми функциями, автоматизирующими ту или иную обработку. Процессы обработки, созданные и отлаженные в CAM-системе, можно сохранять и применять повторно, используя базу знаний. Функции моделирования помогают подготовить геометрию для нужд обработки посредством создания каркасной, поверхностной и твердотельной геометрии. Встроенный механизм имитации удаления материала точно отображает весь процесс обработки, показывая как изменение во времени геометрии заготовки, так и все возможные коллизии. Результат расчета можно сравнить с исходной геометрией модели, обнаружив остатки материала. Полная ассоциативность между геометрией, 66 параметрами процесса и траекториями позволяет быстро изменять модель и параметры обработки и автоматически получать скорректированные траектории. CAM-системы обеспечивают проверку сложных перемещений инструмента на виртуальной модели станка для уверенности, что инструмент не конфликтует с приспособлениями, деталями станка и заготовкой, до выполнения программы в цехе позволяет избежать дорогостоящих ошибок. Верификация и оптимизация NC-программ Инструменты верификации предоставляют программисту средства для проверки траектории движения инструмента в NC-программе до ее отправки в цех. Такой метод практически полностью исключает как возможность аварийного отказа станка, так и утомительную доводку NC-программы. Многие предприятия констатируют, что применение верификаторов приводит к существенной экономии материалов, затрат рабочей силы и рабочего ресурса дорогостоящего оборудования. В случае использования опций оптимизации программное обеспечение читает файл пути движения инструмента (NC-программу) и автоматически изменяет назначенные скорости подачи так, чтобы подобрать наиболее оптимальную подачу в зависимости от условий обработки и параметров режущего инструмента. Индивидуальный подбор режимов резания повышает эффективность процесса обработки и уменьшает время изготовления детали без потери качества. Как правило, существуют отдельные методы оптимизации для различных материалов или видов обработки. Например, в процессе черновой обработки алюминиевых плит материал был удален на постоянную глубину, но радиальная ширина среза может изменяться. Для операций данного типа имеются специальные методики поддержания постоянной скорости резания, обеспечивающие отсутствие биений фрезы и постоянство съема металла. Использование этих методик в программном обеспечении оптимизаторов дает возможность определить количество материала, удаленного в каждом сегменте пути инструмента, а также позволяет автоматически назначить оптимальную скорость подачи. 67 Виды обработки В практике ЧПУ принято классифицировать виды обработки по количеству степеней свободы инструмента: 2D, 2.5D, 3D и 5D, - а также по типу обработки: токарная, фрезерная, электроэрозионная и т. п. Рис. 28. Карта 2D-траекторий для раскроя листового материала на станке с ЧПУ Наиболее простыми являются станки с ЧПУ, которые используют для обработки только две координаты: токарные, эрозионные проволочные, газовой и плазменной резки, даже существуют фрезерные станки, управляемые только по координатам X и Y. Эти станки выполняют 2D-обработку. Особым случаем токарной обработки является токарно-фрезерная, когда вместо жесткого резца на токарном станке используется вращающаяся фреза. В случае токарно-фрезерной обработки САМ-система отображает на экране траекторию, развернутую в пространстве таким образом, как если бы не деталь позиционировалась определенным образом при неподвижном инструменте, а, 68 наоборот, фреза или сверло вращались вокруг зафиксированной детали. Такой подход позволяет достичь большей наглядности, избежав наложения множества траекторий возле инструмента, ограниченного в перемещениях двумя координатами (составляющая по третьей координате достигается за счет поворота заготовки). При выполнении токарно-фрезерных переходов может быть выбран один из следующих способов управления осью вращения в УП: 1. Поворот заготовки для обработки в фиксированных положениях (координаты X, Y, Z – непрерывно, при постоянной С). Плоская траектория инструмента, как в обычной фрезерной обработке, но ориентированная определенным образом по отношению к цилиндрической заготовке. Рис. 29. Симуляция токарно-фрезерной обработки 2. Обработка за счет непрерывного вращения заготовки (координаты X,Y,С – непрерывно при постоянной Y). Проецирование плоской траектории на цилиндрическую поверхность. В частности, запрограммированное в таком режиме перемещение по отрезку порождает радиальный или винтовой паз. Заданием 69 поперечного смещения для оси инструмента можно добиться того, чтобы стенки паза не сходились к центру, а были параллельны. 3. Обработка за счет непрерывного вращения заготовки (координаты X,Y,Z – непрерывно). Отличается от предыдущего способом представления в УП: в данном случае в УП программируется плоская траектория в режиме «наматывания» на цилиндр. В отношении ориентации оси инструмента при обработке проще всего дело обстоит с геометрией для позиционных переходов. Наиболее распространенный случай – сверление радиальных отверстий или сверление отверстий по торцу детали. И в том, и в другом случае достаточно указать точки выполнения обработки, не строя вспомогательных систем координат и вычисляя углы поворота заготовки. Особо стоит оговорить станки для 2.5D-обработки. Станки этой группы могут перемещать инструмент только по двум координатам одновременно. К примеру, могут выполнить обработку сложного контура в плоскости XY, но, чтобы переместить инструмент по Z, необходимо полностью остановиться по другим координатам. Популярность этого подхода вызвана тем, что около половины управляющих программ основного производства выполняются в стиле 2.5Dобработки. Они короткие, понятные и практически всегда применяются с использованием контурной коррекции, что, в свою очередь, позволяет удешевить производство и повысить качество изготавливаемых деталей. В простейшем случае общая глубина обработки может быть разбита по слоям, для каждого из которых будет произведена обработка по индивидуальному алгоритму. 70 Рис. 30. Фрезерная обработка в режиме 2.5D При построении траектории происходит автоматическое переключение подачи в зависимости от типа участка. Уровни обработки могут задаваться либо в абсолютных значениях, либо относительно обрабатываемого слоя. Наиболее популярны в настоящее время фрезерные станки, выполняющие полноценную 3D-обработку. Эти станки могут перемещать инструмент по трем координатам одновременно. 71 Рис. 31. Фрезерная обработка в режиме 3D Станки с возможностью пятикоординатной обработки могут управлять не только линейными координатами инструмента XYZ, но также и его наклоном, таким образом, появляются еще две степени свободы. Подобные станки дают возможность точно обрабатывать сложные криволинейные поверхности. Пятикоординатные станки, в свою очередь, делятся по типу обработки на позиционные и непрерывные. В позиционной схеме обработки, которую еще называют 3D+2D, повороты инструмента выполняются вне процесса резания. Это как бы набор трехосевых траекторий, выполняемых для разного положения оси инструмента. В этом случае жесткость технологической системы существенно выше, а управляющие программы проще. 72 Рис. 32. Позиционная ЗD+2D-фрезерная обработка В пятикоординатных системах непрерывного типа изменение наклона инструмента производится непосредственно в процессе обработки. Наиболее часто используемая стратегия непрерывной пятиосевой обработки основана на отслеживании нормали к обрабатываемой поверхности. Однако в ряде случаев при описании оси инструмента необходимо задание двух углов относительно нормали: угла опережения, измеряемого в направлении движения, и угла отклонения, измеряемого в перпендикулярной этому направлению плоскости. 73 Рис. 33. Пятикоординатная фрезерная обработка сложной криволинейной поверхности Угол опережения создает лучшие условия резания, а угол отклонения обычно служит для лучшего доступа к обрабатываемым поверхностям вблизи выступов. Использование угла опережения позволяет обрабатывать, в частности, лопатки турбин скругленным инструментом, когда обработка по нормали просто невозможна. Отдельным случаем является многоосевая обработка тонким инструментом, например проволочная электроэрозионная. При такой технологии управление углом опережения не имеет смысла, четырехкоординатной обработке. 74 и в этом случае говорят о Рис. 34. Четырехкоординатная обработка на электроэрозионном оборудовании Самые известные примеры CAM-систем – это Inventor CAM от компании Autodesk, а также T-Flex от компании Top Systems. В настоящее время CAMсистемы часто уже включены/интегрированы в CAD. 2.3. САРР – технологическая подготовка Автоматизированная технологическая подготовка производства (англ. Computer Aided Process Planning, CAPP) – автоматизированная система для проектирования техпроцессов и оформления технологической документации. В России такие системы принято называть САПР ТП (системы автоматизированного проектирования технологических процессов) или АС ТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства). CAPP является интерактивной средой, наполненной базами данных по материалам, сортаменту, оборудованию, технологическому оснащению и прочей справочной информацией. Современные CAPP включают расчетные модули по технологическим режимам и нормированию, 75 а также настройку под специализированные формы документов. Задача технологической подготовки – по созданной конструкторами CADмодели изделия составить план его производства, называемый операционной, или маршрутной, картой. Данный план содержит указания о последовательности технологических и сборочных операций, используемых станках и инструментах, режимах обработки и т. д. Технологическая подготовка производства всегда осуществляется по имеющейся базе данных типовых техпроцессов, применяемых на конкретном предприятии. Различают два подхода к автоматизированной технологической подготовке – модифицированный (вариантный) и генеративный. При модифицированном подходе задача САРР-системы состоит в поиске наиболее похожего изделия в существующей базе данных и предъявлении его операционной карты для модификации. При модифицированном подходе широко применяется групповая технология, позволяющая проводить классификации деталей в семейства похожих. Генеративный подход состоит в распознавании у детали типовых конструктивных элементов и применении к ним типовых техпроцессов (токарная обработка, сверление и т.д.). Подобные системы необходимы и должны быть на каждом машиностроительном предприятии, но вопреки всему на многих предприятиях технологи продолжают разрабатывать технологические процессы полностью вручную, или с помощью пакета Microsoft Office (Word, Excel), а также CADсистем, порой, полностью не соблюдая ГОСТ при оформлении технологической документации. Наиболее отрицательные результаты подобного подхода выражаются в следующем: − Высокие сроки разработки технологических процессов. − Низкое качество технологических процессов, а также качество их оформления. − Высокая трудоемкость разработки и оформления технологических процессов. − Полный беспорядок с ведением архивов технологических процессов. 76 − Отсутствие возможности структурирования и накопления опыта предприятия. − Долгий процесс согласования технологического процесса. Функции CAPP: − Разработка описания техпроцесса изготовления нового изделия. − Формирование технологической документации. − Расчёт затрат времени на операции. − Определение трудоемкости изготовления изделия. − Расчёт расхода материалов. − Формирование организационно-технологической схемы потока по изготовлению изделия. − Выбор рационального такта потока и количества исполнителей. Разработанная советским ученым С. П. Митрофановым групповая технология используется при модифицированном подходе к технологической подготовке производства. Она состоит в классификации деталей в семейства, представляющие собой совокупность объектов, подобных друг другу по геометрической форме, размерам и технологическим процессам их изготовления. Отнесение детали к известному семейству на основе ее формы и размеров позволяет быстро найти в технологической базе данных предприятия последовательность процессов, используемых для изготовления похожих деталей, и модифицировать ее для изготовления новой детали. 77 Рис. 35. Классификатор типовых деталей Еще одно приложение групповая технология находит при компоновке оборудования в производственном цехе. Классическая схема компоновки состоит в группировке станков по видам обработки (токарный, фрезерный, сверлильный, шлифовальный и сборочный участки). Однако данная схема имеет очевидный недостаток в случае, если предприятие производит небольшое количество семейств деталей (по сравнению с объемами производства), – тогда накладные расходы на передачу заготовок с участка на участок очень высоки. Альтернативная схема компоновки станков при подобном варианте состоит в размещении их по участкам в соответствии с семействами деталей. В этом случае каждый участок отвечает за изготовление деталей своего семейства. Генеративный подход состоит в распознавании у детали типовых конструктивных элементов и применении к ним типовых техпроцессов (токарная обработка, сверление и прочее). При генеративном подходе используются известные методы искусственного интеллекта для распознавания элементов и логического вывода. 78 Рис. 36. Классификатор оборудования Важным элементом САРР-систем является их открытость. Это означает, что систему можно не только настраивать на решение задач конкретного предприятия, но и модернизировать как на уровне интерфейса, так и на уровне функционального назначения. Обычно в состав системы входит специальный редактор, с помощью которого создаются бланки документов. Поэтому каждое предприятие, использующее нестандартные формы документации, может без привлечения сторонних программистов создать требуемый комплект документов. 79 Рис. 37. Обобщенный технологический процесс, оборудование и оснастка для типовых деталей При проектировании техпроцессов используются базы типовых технологических процессов (ТП) и типовых технологических переходов. База типовых ТП и переходов пополняется по ходу проектирования, а также редактируется менеджером БД. Типы операций и переходов заложены в соответствующих классификаторах, а состав основных свойств представлен в стандартах ЕСТД. Собственные функциональные возможности САРР-систем и сквозная интеграция с программным комплексом CAD обеспечивают решение следующих задач: − управление хранением данных и документов: авторизация доступа, поиск информации, целостность данных, архивирование, резервное копирование, восстановление данных; − управление процессами: управление работой, протоколирование работы; − управление структурой изделия: исполнения; 80 технологический состав изделия, − интерактивное проектирование ТП; − основные режимы: применение ТП, интерактивное заполнение ТП с использованием БД-ресурсов и контекстных закладок, копирование ТП из других проектов; − автоматизированное проектирование техпроцессов на основе знаний структурно-параметрического синтеза; − виды технологических процессов: обобщенный ТП, механообработка, сборка, холодная штамповка, ковка и горячая штамповка, литье, термическая обработка, нанесение покрытий, сварка, пайка, изготовление деталей из пластмасс и резины и т. д.; − автоматизированное проектирование операций; − управление производственными и технологическими ресурсами; − формирование сводных ведомостей и спецификаций; печать сформированных документов. Отдельно стоит оговорить понятие общего технологического процесса (ОТП), его создание позволяет аккумулировать опыт и знания ведущих специалистов предприятия разных областей деятельности и использовать его. Программа для технологической подготовки производства обеспечивает автоматическое проектирование конкретных технологических процессов изготовления изделий с автоматическим формированием структуры конкретного процесса, подбором оснащения и различными технологического техническими расчетами, заложенными в ОТП. Цифровое производство Следующим шагом в развитии САРР-систем стало появление средств цифрового реалистичного объединяющих в себе моделирования логистику производственных традиционных САРР, процессов, моделирование технологических процессов на уровне CAM-систем и дополненное возможностями симуляции эргономических процессов, то есть поведения людей, участвующих в производстве. Будучи оснащенными развитыми средствами оптимизации, такие 81 системы позволяют создавать совершенные технологические процессы, моделировать производство в масштабах предприятия, отрабатывать не только производственные процессы, но и эксплуатационные и ремонтные операции, тем самым реализуя концепцию управления жизненным циклом изделия (PLM). Наиболее характерными решениями этого класса являются Technomatics компании Siemens PLM Software и Delmia компании Dassault Systemes. Обе системы имеют весьма развитые и разнообразные возможности и поставляются в нескольких вариантах, обеспечивающих решение следующих задач: − моделирование сложных производственных систем и стратегий управления; − построение иерархических объектно-ориентированных моделей, включающих производственные, логистические и бизнес-процессы; − создание и использование специализированных объектных библиотек для быстрого моделирования типовых объектов; − формирование диаграмм и графиков для анализа производительности, ресурсов и узких мест; − анализ спроектированных производственных и жизненных циклов, включая анализаторы узких мест, построение диаграмм Ганта и Сэнки; − трехмерная анимация и визуализация производственных и эксплуатационных процессов; − оптимизация процессов и ресурсов на основе генетических алгоритмов; − сопряжение с ERP- и MES-системами за счет открытой архитектуры, поддерживающей различные интерфейсы (ORACLE, SQL, ODBC, XML, CAD, Socket, ActiveX и т. д.). 82 Рис. 38. Составление графика производственных партий, сменной работы и загрузки оборудования На современных успешных предприятиях, достигающих эффективности и конкурентоспособности за счет снижения себестоимости и сокращения времени выхода продукта на рынок, логистика становится ключевой технологией. Таким образом, использование подходов just-in-time (точно вовремя) и just-in-sequence (в надлежащем порядке), проектирование новых и модернизация имеющихся производственных, транспортных и обслуживающих мощностей требуют наличия объективных критериев для сравнения и оценки различных решений еще на этапе принятия решений. Системы цифрового моделирования производства обеспечивают создание модели производственных и логистических процессов, систем с целью анализа и оптимизации их характеристик. Эти модели позволяют проводить виртуальные эксперименты и анализ по принципу «что, если» без вмешательства в работу реальной системы либо задолго до начала строительства реальных производственных мощностей. Мощные средства сбора детальной статистики, анализа и визуализации дают проектировщику возможность оценить различные варианты и на основе их сравнительного анализа принять решения на ранних стадиях проектирования производства. 83 Моделирование с использованием цифровой модели производственного цикла используется также для оптимизации производительности, выявления и «расшивки» узких мест и минимизации объема незавершенного производства. С помощью цифровой модели можно рассчитать требуемые производственные ресурсы, учесть внешних и внутренних поставщиков, сопутствующие бизнеспроцессы и другие факторы, анализируя их влияние на будущее производство. Таким образом, появляется возможность сравнить различные стратегии управления объектом, проверить ритмичность работы технологических линий и отдельных участков. Задавая разные правила и параметры для потоков материалов и комплектующих, можно проверить, как они влияют на интегральные показатели работы всей производственной системы. В системы встроены модули для моделирования и программирования роботизированных производственных участков. Это позволяет оптимизировать и согласовать время циклов, позиции, движения каждого робота, исключить реальные коллизии между роботами, деталями, инструментами, оснасткой и окружением. В дополнение к программированию каждого отдельного робота также возможно моделирование всего роботизированного процесса предприятия, равно как и смешанного – с участием роботов и людей. Подсистемы моделирования рабочих мест позволяют осуществлять эргономический анализ рабочего места с учетом эргономических стандартов. Эргономический анализ может быть произведен как в статическом режиме (используя интерактивные серии запросов и следуя конкретным стандартам), так и в динамическом с использованием анимированных манекенов. Эти модули обеспечивают не только формирование оптимального рабочего цикла сотрудников, но и соблюдение норм и правил техники безопасности, рационального планирования отдыха и перерывов на пересмену, определения потребного количества сотрудников. Отдельно эффективно применение модулей моделирования эргономики на этапе проектирования изделий и продуктов, что обеспечивает их собираемость, ремонтопригодность, высокие эксплуатационные качества. 84 Специализированные модули систем цифрового производства позволяют также учитывать в модели случайные факторы, такие как сбои оборудования, отклонения от номинальных значений времен обработки деталей, переналадок и других параметров. Случайная величина отклонения какого-либо параметра может быть задана в виде математического распределения, при этом отклонения возможны нескольких типов, либо в виде эмпирического распределения, в том случае когда требуется учесть имеющуюся на предприятии реальную статистику надежности оборудования. Рис. 39. Моделирование роботизированного рабочего места в DELMIA Таким образом, системы цифрового моделирования производства позволяют создать виртуальное предприятие, учитывающее все производственные процессы и ресурсы: оборудование, промышленных роботов, людские ресурсы, потоки материалов и энергии и т. д., в котором можно изменять любые параметры, добиваясь наиболее подходящей конфигурации. Предприятия, владеющие такими виртуальными моделями, способны эффективно контролировать и управлять 85 циклами создания продуктов и запуска их в производство. Цифровые модели производства обеспечивают не только моделирование локальных процессов (например, работы станков с ЧПУ), но и всех этапов жизненного цикла продукта – от формирования концепции и проектирования, через изготовление и производство, до эксплуатации, ремонта и утилизации. Рис. 40. Моделирование ручных сборочных и контрольных операций в DELMIA Оценка CAPP Выбрать оптимальную CAPP-систему не так просто, на ее выбор влияет множество факторов, и каждому предприятию необходим индивидуальный подход при ее выборе. При общей оценке CAPP-систем наиболее важными показателями являются следующие моменты: − Организация базы данных инструментов и другой технологической информации. Удобно ли с ней работать. Как организовано расширение базы данных - регулируется ли ее структура для более подробного задания специальной и импортной оснастки и т.д. 86 − Способы создания и редактирования технологических эскизов. Имеется ли интеграция с различными CAD-системами, параметризация с 3D-моделью или чертежом детали (при изменении 3D-модели автоматически изменяются эскизы). − Способы проектирования полуавтоматический, технологических автоматический). Возможно процессов ли, (ручной, проектирование непосредственно с 3D-модели детали. − Степень автоматизации системы. Имеется ли возможность автоматизированной генерации технологических переходов с автоматическим подбором инструментов, а также формирование других элементов технологического процесса по заданным параметрам обработки или с 3D-модели детали. − Формирование документов технологического процесса и форматы файлов для их сохранения. − Дополнительные возможности системы: проведение различных расчетов, планирование производства, нормирование и т.д. − Эргономичность интерфейса пользователя. − Имеется ли возможность расширения системы путем подключения специальных модулей, внешних программ, создания макросов и т.д. − Уровень интеграции с CAM и PDM-системами. Проектирование технологического процесса непосредственно с 3D-модели детали также возможно, но для этого 3D-модель должна быть построена из конструктивно-технологических элементов с указанием всех их параметров. Именно здесь и появляется загвоздка, так как для конструкторов создание такой модели представляет дополнительный труд. Вместе с этим конструкторам необходимо использовать ту систему трехмерного моделирования, с которой интегрирована CAPP-система технолога. Облачные технологии Новым решением от разработчиков автоматизированных систем является 87 применение «облачных» технологий – модели SааS (Software as a Service – программное обеспечение как услуга), т.е. предоставление системы через Интернет во временное использование как услугу. Приобретать и устанавливать программное обеспечение на компьютер не надо, необходим только доступ в интернет. Работать или просматривать документы в данных системах можно на планшетах и других мобильных устройствах. Целесообразность использования данной возможности появляется в некоторых случаях, например, так можно использовать эксклюзивные и очень дорогие пакеты в тех случаях, когда они действительно нужны. Также не требуются мощные компьютеры, так как приложение будет работать на удаленном сервере. Можно работать на различных платформах (Linux и т.д.), можете использовать любую операционную систему. Доступность к данным своих проектов в любом месте при наличии интернета с помощью ноутбука или планшета. Одной из главных проблем здесь является организация защиты файлов в сети, т.к. эти данные, хранящиеся на сервере, для любого предприятия представляют "военную" тайну, от которой зависит их конкурентоспособность. Основные экономические результаты, получаемые от внедрения CAPP: − повышение производительности труда технолога; − уменьшение числа ошибок при проектировании; − повышение качества работы технолога; − сокращение сроков технологической подготовки производства; − повышение оперативности получения актуальной информации из спроектированных технологических процессов; − накопление и применение базы знаний предприятия по технологическому проектированию новых изделий; − организация единого информационно-справочного пространства для технологов и конструкторов, а также служб управления производством; − улучшение контроля за исполнительской деятельностью. Примеры CAPP-систем: 88 − СПРУТ-ТП – автоматизированное проектирование и нормирование технологических процессов для любых типов производств. − Eleandr CAPP – автоматизированное проектирование технологии изготовления швейных изделий. − ADEM – автоматизированное проектирование в различных областях машиностроения. − T-FLEX Технология. − Delmia компании Dassault Systemes. Рис. 41. Интерфейс CAPP-системы СПРУТ-ТП 2.4. PDM – система управления данными об изделии PDM-система (англ. Product Data Management – система управления данными об изделии) – это организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться различные сложные технические объекты (корабли и автомобили, самолёты и ракеты, компьютерные сети и др.). PDM-систему часто рассматривают как часть PLM-системы. Системы управления данными об изделии – категория программного обеспечения, позволяющая сохранять данные об изделии в базах данных. К данным 89 об изделии прежде всего относят инженерные данные, такие как CAD-модели и чертежи (CAD), цифровые макеты (DMU), спецификации материалов (ВОМ), а также технологическую информацию. PDM-системы являются также интегрирующим звеном при построении системы управления жизненным циклом (PLM). С помощью PDM-систем осуществляется отслеживание больших массивов данных и инженерно-технической проектирования, производства или информации, необходимых строительства, а также на этапах поддержка эксплуатации, сопровождения и утилизации технических изделий. Такие данные, относящиеся к одному изделию и организованные PDM-системой, называются цифровым макетом. PDM-системы интегрируют информацию любых форматов и типов, предоставляя её пользователям уже в структурированном виде (при этом структуризация привязана к особенностям современного промышленного производства). PDM-системы работают не только с текстовыми документами, но и с геометрическими моделями и данными, необходимыми для функционирования автоматических линий, станков с ЧПУ и др, причём доступ к таким данным осуществляется непосредственно из PDM-системы. PDM позволяет создать на предприятии единую информационную среду разработки изделий, ресурсами которой могут пользоваться все заинтересованные службы: отделы главного конструктора и главного технолога, отдел технической документации, службы снабжения, маркетинга и сбыта, представители заказчика и др. Для обеспечения этой возможности в PDM реализована концепция единого хранилища документов, что позволяет легко использовать документ в нескольких проектах, получать специализированные для разных служб и отдельных пользователей представления проекта, создавать библиотеки типовых решений и обеспечивать возможность коллективной работы над одним или разными проектами. Архитектура современных PDM позволяет одновременно использовать несколько отдельных тематических хранилищ документов. Например, можно создать рабочий вспомогательного архив предприятия, производства, хранилище специализированное 90 документации для хранилище для коллективной работы над отдельным проектом, индивидуальные хранилища для рабочих групп или пользователей. Для доступа и работы в этих хранилищах используется единое клиентское приложение PDM. К основным функциям PDM относятся: − хранение документов; − структуризация проекта и классификация документов; − поиск документов; − управление доступом к документам; − отслеживание истории и управление изменениями; − организация коллективной работы; − формирование отчетов и спецификаций; − интеграция различных CAD/CAM/CAE-систем. Электронное хранилище документов Электронное хранилище служит для физического хранения электронных документов, изготовленных с помощью различных программ MS Office, CADсистем, графических пакетов и прочего. Электронный документ представляет собой структурированный набор данных, содержащий реквизитную часть, содержательную часть и электронную цифровую подпись (опционально). Хранилище PDM реализует физическую, прикладную среду обмена информацией между различными специалистами, представляет собой богатый информационный ресурс предприятия и обеспечивает основу для организации коллективной работы и внедрения единого информационного пространства (ЕИП). PDM-система управляет и предоставляет информацию о прямых и обратных связях между объектами. Например, для изделий имеются представления «Состоит из» и «Входит в», «Основной документ», «Присоединенные документы»; для документов – «Что использует» и «Где используется», «Связанные изделия» и т. д. Связи между изделиями образуют структуру изделия и могут иметь свои собственные атрибуты, например «количество». 91 Структуризация проекта и классификаторы, классификация документов Документы и изделия можно группировать внутри проекта в иерархическую структуру с помощью папок. Уровень вложенности не ограничен. Этот же механизм используется для создания иерархических классификаторов любого назначения. PDM позволяет объединять похожие объекты в группы (классы) на основе одного набора атрибутов. Этот подход также известен как групповая технология. Классификация позволяет эффективнее обрабатывать большие объемы данных, например быстрее находить документы и изделия в хранилище благодаря сужению области поиска до объектов одного класса. В системе поиска PDM используется индексация всех объектов, имеющих атрибуты, благодаря которым время выполнения запроса не превышает нескольких секунд. Система классификации также позволяет обеспечить тематическую группировку электронных документов независимо от того, в каких программах они были созданы. Система классификации увеличивает гибкость модели данных и, следовательно, способность PDM к одновременной интеграции с различными САПР и другими информационными системами. При добавлении в хранилище документов или изделий PDM позволяет назначить им определенный класс. Назначение класса может быть выполнено автоматически на основе типа документа или его свойства. Например, чертежу, сделанному в SolidWorks, при сохранении в PDM-системе может присваиваться класс «Чертеж», а в сопроводительной записке, созданной в Microsoft Word, – класс «Текстовый документ». Определяя класс, администратор системы задает список атрибутов, которые будут иметь все объекты одного класса. В дополнение к атрибутам класса каждый отдельный объект может иметь любое количество дополнительных (пользовательских) атрибутов. В свою очередь, классы могут быть сгруппированы с помощью родительских классов. В результате документ получает все атрибуты, заданные в собственном классе, а также все атрибуты родительских классов. 92 Атрибуты нового документа будут автоматически извлечены из свойств файла чертежа или таблицы. Рис. 42. Представление информации в SWR-PDM Системы PDM обеспечивают работу с любыми форматами данных и имеют средства классификации документов (файлов) по видам документов, например в российской практике в соответствии с ГОСТ 2.102 (Виды и комплектность конструкторских документов) как в официальной редакции, так и в предлагаемой новой с учетом электронных документов. Иерархическая структура классов с наследованием атрибутов в PDM-системе предоставляет гибкие возможности для классификации документов и настройки согласно стандартам и правилам (СтП), действующим на предприятии. Атрибуты и система поиска Каждый документ, хранящийся в PDM, может иметь неограниченный набор атрибутов, который служит для определения дополнительных характеристик. Для 93 атрибутов назначается уровень изменения (объект-версия-итерация). Атрибуты, определенные для всех объектов одного класса (см. Система классификации), являются обязательными и присутствуют во всех объектах одного класса. Остальные атрибуты являются дополнительными. Запросы могут быть достаточно сложными с использованием логических операций И и ИЛИ для условий на системные атрибуты, атрибуты класса, а также произвольно заданные характеристики объектов. Результаты поиска обычно отображаются в виде дерева объектов, удовлетворяющих условию запроса. Разграничение доступа PDM предоставляет эффективные средства для управления доступом к информационным ресурсам хранилища. PDM позволяет большому количеству пользователей с разными полномочиями хранить и обрабатывать документы в едином хранилище независимо от остальных пользователей, предоставляя или запрещая доступ к данным со стороны других пользователей. Наряду с этим PDM дает возможность одновременно хранить документы различного уровня секретности: документы общего доступа, секретные документы, совершенно секретные документы и т. д. Список уровней доступа настраивается администратором защиты. Система разграничения доступа предназначена для реализации определенных администратором защиты правил на выполнение операций пользователями над объектами хранилища. Для этого все сущности информационной системы PDM разделены на две категории: субъекты и объекты. Субъекты являются активными сущностями, а объекты – пассивными. Субъекты выполняют операции над объектами, а ядро системы разграничения доступа на основании установленных в системе правил принимает решение о разрешении или отклонении запроса на доступ. 94 Рис. 43. Дискреционный и мандатный принципы контроля доступа В современных PDM-системах управление доступом не является полностью централизованным, сосредоточенным в руках только администратора, – каждый пользователь (конструктор, руководитель проекта, технолог, работник архива и т. д.) может сам управлять доступом к объектам (документам или изделиям), которыми он владеет. В настоящее время в PDM обычно реализуются два принципа контроля доступа: дискреционный и мандатный. Дискреционный принцип контроля доступа (наиболее часто встречающийся в информационных системах) позволяет для любого из объектов системы определить права каждого пользователя и групп пользователей на выполнение операций над объектом. Недостаток данного принципа состоит в том, что при активном допуске новых сотрудников к работе с системой, а также при изменении должности, звания и других статусов сотрудника необходимо всякий раз пересматривать его права доступа к каждому из объектов системы. Мандатный принцип контроля доступа основан на том, что каждому объекту (документу или изделию) присваивается гриф секретности из упорядоченного списка уровней безопасности, а каждый субъект (пользователь) имеет уровень допуска из этого списка. Например, могут использоваться следующие уровни: открытые данные, для служебного пользования, конфиденциально, секретно и 95 совершенно секретно (перечень может быть настроен индивидуально для предприятия). Операция будет разрешена, если уровень допуска пользователя не ниже грифа секретности документа. Допуск присваивается не только пользователям, но и их группам. При проверках вычисляется эффективный допуск – максимальное значение из допуска пользователя и всех групп, в которые он входит. Мандатный принцип позволяет одновременно, путем простого изменения допуска соответствующего пользователя или группы, контролировать доступ пользователя или группы к большому количеству объектов. Решение о санкционированности операции над документом принимается только при одновременном разрешении его по обоим принципам. Интеграции различных CAD-систем В силу особенностей задач, решаемых отдельными конструкторами и технологами, на предприятиях используется множество строго специализированных пакетов. Например, для создания объемных моделей изделий машиностроения можно использовать методы твердотельного поверхностного моделирования (и соответствующие CAD-системы). 96 либо Рис. 44. Настройка запроса на поиск документа Для разработки большинства деталей и узлов машиностроительных изделий достаточно использовать твердотельное моделирование, однако некоторые задачи, например проектирование сложных изделий, изготавливаемых штамповкой, или внешних поверхностей деталей для самолетов, автомобилей, бытовой техники, могут быть выполнены только с использованием поверхностного моделирования. Нередко предприятию приходится решать и другие задачи, связанные с разработкой, например проектировать разводку для печатных плат (если в изделие входят электронные компоненты), выполнять инженерный анализ конструкции и т. д. Эти задачи также решаются с помощью соответствующих CAD-систем. Кроме этого, смежники предприятия могут использовать в своей работе иные CADсистемы. PDM-системы являются по сути центром интегрированной системы управления, связующим звеном между всеми системами в корпоративной среде предприятия. Посредством PDM также решается задача интеграции различных CAD-систем и систем технологического проектирования. Одним из важнейших преимуществ использования PDM-системы является возможность формирования на предприятии непротиворечивой базы нормативно-справочной информации и поддержки ее в актуальном состоянии. 97 Рис. 45. Интеграция PDM SmarTeam с Autodesk Inventor, Microsoft Office и SolidWorks Автоматическое отслеживание и история создания и управления изменениями Изделие, а также элементы изделия в процессе жизненного цикла описываются в базе данных PDM различными состояниями, которые относятся также к сопутствующей документации. Это могут быть состояния типа «Разработка», «Архив» и «История». Состояние «Разработка» характеризует документацию, которая разрабатывается в настоящее время. Это состояние не накладывает никаких ограничений на модификацию элемента или документа. Элемент в состоянии «Архив» нельзя и-менить, то есть автор потерял право на редактирование элемента состава изделия. Состояние «История» характеризует аннулированные документы, которые ранее находились в состоянии «Архив». Изменение состояния элемента в системе происходит при помощи специализированного бизнес-процесса «Изменение состояния». Данный бизнеспроцесс описывает карту маршрута изменения состояний, а также указывает исходное и целевое состояния элемента. В подсистеме должен быть предусмотрен 98 встроенный механизм ведения извещений об изменениях. Для формирования извещения об изменении предназначен специализированный документ. При проведении данного документа в системе происходит изменение структуры изделия. С помощью механизма управления версиями PDM-система ведет историю всех изменений документов хранилища, не налагая ограничений на количество версий. Пользователь может просматривать, изменять или использовать различные версии, независимые друг от друга, получая тем самым средство ведения альтернативных вариантов одного и того же документа (аналогичный механизм используется и для работы с составом изделия). Таким образом, пользователь может просмотреть все сохраненные варианты и использовать любой из них. Рис. 46. Извещение об изменении конструкции Коллективная работа над проектом Обеспечение коллективной работы в PDM реализовано с помощью 99 нескольких взаимосвязанных механизмов: управление версиями документов, система обеспечения совместного доступа к документам на основе блокировок и работы с локальными копиями (Check-In/Out) и разграничение доступа на основе дискреционного принципа. Для упорядочивания совместного доступа к документам единого хранилища и решения задачи передачи документов по сети используются процедуры «Взять на редактирование» (Check-Out) и «Сохранить в PDM» (Check-In). При взятии документа на редактирование, PDM-система извлекает его из хранилища, создает его копию на локальном диске и устанавливает в хранилище блокировку на оригинал документа. При этом документ в хранилище остается доступным для чтения и использования другими пользователями. Измененный документ возвращается в хранилище с помощью процедуры «Сохранить в PDM», после чего эти изменения становятся доступными всем заинтересованным пользователям. Рис. 47. Совместная работа и обмен данными между подразделениями предприятия Приведем пример: ведущий конструктор может взять из хранилища на редактирование полную сборку изделия. Одновременно с ним другой конструктор может также открыть эту сборку в CAD-системе на другом рабочем месте и 100 спроектировать новую деталь, используя сборку как ссылочную, или изменить одну из деталей, уже входящую в состав этой сборки. При этом ведущий конструктор немедленно получает уведомление об изменении детали. Далее ведущий конструктор может принять или отклонить измененный вариант (и даже исправить его), а затем сохранить новый вариант всей сборки. Отчеты и экспорт информации Для оформления единичных и групповых спецификаций в состав PDM входят либо интегрированные, либо адаптированные генераторы отчетов и спецификаций. Для передачи данных о структуре изделия с учетом всех уровней вложенности во внешние системы современные PDM-системы оснащаются возможностью экспорта данных в XML-формате. Например, в состав SWR-PDM включен интегрированный вариант программы «SWR-Спецификация», обеспечивающий создание спецификаций, оформленных в соответствии с требованиями ЕСКД, который позволяет также подготовить данные о составе изделия в форматах Excel, текстовом и прочих. Рис. 48. Составление групповой спецификации в PDM 101 Управление нормативно-справочной информацией PDM может эффективно использоваться не только для хранения и доступа к конструкторским и технологическим документам для конкретных изделий, но и для ведения нормативно-справочной информации по материалам, по стандартным и по прочим изделиям, то есть применяться в качестве конструкторскотехнологического справочника. Этот справочник также можно использовать для хранения элементов других видов. В то же время основное назначение справочника заключается в организации ограничительного перечня, или, другими словами, перечня применяемости стандартных изделий, материалов, прочих изделий и заготовок. Рис. 49. Конструкторско-технологический справочник Внутренняя почтовая система Коллективная работа над проектом всегда сопряжена с интенсивным обменом информацией между разработчиками. PDM первого поколения обычно использовали внешнюю стандартную почтовую систему. К письму можно 102 прикрепить специальный файл-ярлык, содержащий ссылку на объект PDM. В более развитых PDM используется специализированная почтовая система, позволяющая обмениваться инструкциями, замечаниями, комментариями. Внешне почтовая система работает по традиционным правилам, например как Microsoft Outlook, но отличается тем, что в сообщение можно вложить ссылку на проект, папку и на любую версию или итерацию документа или изделия и отправить его указанным пользователям или группам пользователей. Получив сообщение, пользователь может открыть прикрепленный объект в отдельном окне PDM и полноценно работать с ним. Передача данных в ERP-системы ERP (англ. Enterprise Resource Planning, планирование ресурсов предприятия) – организационная стратегия интеграции производства и операций, управления трудовыми ресурсами, финансового менеджмента и управления активами, ориентированная на непрерывную балансировку и оптимизацию ресурсов предприятия посредством специализированного интегрированного пакета прикладного программного обеспечения, обеспечивающего общую модель данных и процессов для всех сфер деятельности. ERP-система – конкретный программный пакет, реализующий стратегию ERP. Одной из основных задач ERP-систем на промышленных предприятиях является производственное планирование. Для успешного решения этой задачи ERP-система должна оперировать определенным объемом нормативно-справочной информации, без которой планирование либо будет неэффективным, либо не сможет осуществляться вовсе. Эта информация нередко создается и хранится в системах управления данными об изделии – PDM-системах. Таким образом, становится необходимым обеспечение обмена данными между системами классов ERP и PDM. Информацию об изделии условно можно разделить на два больших блока: данные, связанные с конструкторско-технологической подготовкой производства, 103 и данные, связанные с управлением материальными потоками. Для решения задач управления материальными потоками используются входящие в любую ERPсистему модули логистики («Управление закупками», «Управление запасами», «Заказы», «Закупки», «Склад» и т. д.). Их возможностей, как правило, достаточно для того, чтобы полностью удовлетворить потребности предприятия в управлении движением материалов, их закупкой и хранением. Рис. 50. Формирование портфеля и документов заказа Основой данных для подготовки производства является конструкция изделия. На этапе конструирования не только формируется концептуальный облик будущего изделия, но и создаются математически точные геометрические модели как всего изделия в целом, так и отдельных его деталей. На этом же этапе создаются спецификации – по сути, описание состава изделия, нормы расхода материалов, необходимых для производства, и т. д. Ведущие поставщики ERP-систем в последнее время уделяют все большее внимание вопросам интеграции с PDM, так как это может обеспечить ERP-систему 104 актуальной нормативной информацией для планирования и существенно сократить избыточность данных и затраты времени на передачу изделий из разработки в производство. Для решения задачи интеграции ERP и PDM Международная организация по стандартам (ISO) в середине 90-х годов разработала набор стандартов ISO 10303 STEP, включающий в себя различные прикладные протоколы интеграции, язык разработки Express для описания моделей данных, механизмы тестирования и т. д. Поддержка этого стандарта производителями CAD-, ERP- и PDM-систем могла бы существенно облегчить проблемы интеграции приложений между собой. Однако, несмотря на все усилия, стандарт ISO не получил широкого распространения, и сегодня на рынке не так много систем, поддерживающих интеграцию с его помощью. В основном интеграция выполняется двумя путями: либо с помощью API, либо с помощью файлов экспорта/импорта данных. Использование API более вписывается в традиционные представления о технологической интеграции и позволяет добиться более тесной интеграции систем, однако имеет ряд ограничений. Прежде всего существует сильная привязка разработанного интерфейса к конкретным версиям интегрируемых продуктов. Даже незначительные изменения в структуре данных одного из таких продуктов могут потребовать переработки интерфейсов. Кроме того, для разработки интерфейсов необходимы достаточно серьезные знания в программировании. Использование файлов экспорта/импорта для интеграции хотя и менее технологично (обмен файлами в разы проще, чем применение других средств интеграции), тем не менее в ряде случаев обеспечивает более гибкий подход и не требует столь глубоких знаний в программировании, как при использовании API. Поэтому большинство проектов по интеграции выполняются именно таким способом. 2.5. Электронная документация Эффективность производства, успех продаж и качество послепродажного 105 сопровождения сложных технических изделий все более и более зависят от того, как быстро и своевременно все этапы жизненного процесса такого рода изделий будут поддержаны разного рода документами, руководствами, инструкциями, описаниями, каталогами запасных частей и комплектующих и т. д. С развитием глобальных сетей, емкости серверов, распространением мобильных устройств с беспроводным доступом на смену традиционным бумажным копиям технических документов приходят электронные публикации. Кроме компактности носителя и системы просмотра, они могут обеспечить высокую степень аутентичности и актуальности документации, так как при сетевом доступе обращение происходит к единой копии документа. Публикация чертежей Публикация чертежей подразумевает под собой перевод их в форму, обеспечивающую перенос между рабочими местами, передачу по каналам электронной связи с гарантированным сохранением всей визуальной информации, обозначений, стилей текста, типов линий и т. д. Выполнить такую процедуру с использованием исходного рабочего формата файлов (в случае с AutoCAD – DWG) представляется затруднительным, так как требует довольно трудоемкого и чреватого ошибками процесса копирования шрифтов, внешних блоков, библиотек штриховых узоров и пунктиров линий. Кроме того, в большинстве случаев стоит задача сделать публикуемый чертеж недоступным для редактирования. Для обеспечения решения всех этих задач существуют несколько технологических решений. DWF (Design Web Format) – это безопасный формат файла, разработанный Autodesk для передачи проектных данных в виде, который был бы независим от оригинального прикладного программного обеспечения, аппаратных средств или операционной системы, с помощью которой создавались данные проекта. Файл DWF может описать данные проекта, содержащие любую комбинацию текста, графики и изображений в независимом устройстве. Эти файлы могут быть одним листом или многократными листами, очень простыми или чрезвычайно сложными 106 с богатым использованием шрифтов, графики, цвета и изображений. Для просмотра файлов DWF предлагаются бесплатные средства просмотра, в том числе и встраиваемые в интернет-браузеры. Альтернативным решением является использование популярного формата PDF, разработанного фирмой Adobe, исходно предназначавшегося для представления в электронном виде полиграфической продукции, но впоследствии получившего широкое распространение любых текстовых и графических документов. Достоинством использования PDF для публикации чертежей является то, что для просмотра можно использовать официальную бесплатную и широко распространенную универсальную программу Acrobat Reader, а также программы сторонних разработчиков. Рис. 51. Просмотр чертежа, опубликованного в DWF-формате с помощью интернет-браузера Публикация трехмерных проектов Аналогично плоским чертежам, существует необходимость передачи 3Dnpoeктов на рабочие места, на которых не установлена САПР, в которой проект создан. Для решения этой задачи созданы независимые от САПР инструменты 107 публикации проектных данных: система eDrawings разработки компании SolidWorks, формат 3DXML, разработанный Dassault Systemes, расширенная спецификация уже упоминавшегося формата DWF компании Autodesk, формат 3D PDF фирмы Adobe, позволяющий вставлять трехмерные иллюстрации в электронные текстовые документы. Рассмотрим такую технологию на примере eDrawings. eDrawings – это независимый формат облегченного представления и публикации конструкторских данных, полученных в CAD-системе. Он похож на общеизвестные форматы обмена данных Parasolid, STEP, IGES и VRML, но это вовсе не одно и то же. В отличие от форматов, предназначенных лишь для обмена данными о графическом объекте между различными трехмерными редакторами, eDrawings – это независимый инструмент представления (просмотра, печати) и аннотирования данных. Рис. 52. Проект в формате eDrawings По сравнению с другими, формат eDrawings обладает более широкими возможностями представления графической информации (как трехмерной, так и двумерной чертежной) и предъявляет значительно меньше требований для 108 обеспечения этого представления. 3D-модели и 2D-чертежи, сохраненные в формате eDrawings, можно просматривать на компьютере, на котором не установлена ни одна CAD-система. Просмотр данных осуществляется с помощью специального приложения – eDrawings Viewer, которое распространяется бесплатно. Сегодня формат eDrawings в том или ином виде поддерживают практически все известные зарубежные и многие российские CAD-платформы. Помимо малого объема файлов, возможности предоставления сохраненных данных принимающей стороне для просмотра без наличия CAD-системы, гибкости в представлении данных (можно перемещать, делать прозрачными или скрывать компоненты, создавать сечения), самое главное, что предоставляет система eDrawings, – возможность рецензирования моделей или чертежей и сохранения рецензий в одном файле. eDrawings и аналогичные системы обеспечивают возможность передачи модели заказчику, партнеру, руководителю и любым другим заинтересованным лицам, в результате чего они могут ознакомиться с наглядно представленным спроектированным изделием, не прибегая к CAD-системе. При этом интеллектуальные права разработчика надежно защищены, например посредством запрета вывода в STL и простановки размеров. С использованием такого метода публикации коллективной проектов работы достаточно над просто проектом осуществляется различных служб организация предприятия. Аннотирование документов (на профессиональном сленге – функция «красный карандаш») позволяет проектировщику легко получать замечания или требования по доработке изделия от заказчика (руководителя проекта). Один и тот же документ могут по очереди рецензировать разные участники процесса разработки, добавляя свои специфические требования к проектируемому объекту. После возвращения документа разработчик, проанализировав все заметки, может ответить на каждую из них, принять ее или отказать рецензенту. Все ответы на замечания также сохраняются в едином файле. После этого документ может быть вновь отослан принимающей стороне для ознакомления с ответами разработчика и т. д., пока все требования не будут учтены, а изделие - спроектировано должным образом. 109 Технические иллюстрации Особое место в создании и публикации технической документации занимают технические иллюстрации. Они используются в инструкциях по сборке, ремонту, эксплуатации изделий, каталогах запасных частей, в учебных пособиях и рекламных буклетах. В отличие от традиционных чертежей, в которых применяется стандартизованное символьное изображение элементов конструкции, в технических иллюстрациях больше внимания уделяется наглядности и близости изображения к внешнему виду реального изделия. Сравнивая чертежи и технические иллюстрации, можно выделить следующие отличия: − технические иллюстрации быстро и ясно доводят различную информацию о разработанном продукте, обычно показанном в ситуации, когда продукт уже используется, собирается или обслуживается; − на иллюстрациях отображаются в первую очередь значимые детали, несущественные часто опускаются или изображаются условно; − широко используются различные изобразительные приемы, например перспективные виды, удаление скрытых линий, разрезы, увеличенные фрагменты, которые выделяют ключевые детали иллюстрации. Наиболее типичной системой для подготовки технических иллюстраций с использованием исходных данных CAD является семейство продуктов Arbor IsoDraw компании РТС, в частности пакет Arbortext IsoDraw CADprocess, который позволяет автоматически создавать двумерные иллюстрации из трехмерных моделей САПР с одновременной установкой ссылок на оригинальные файлы САПР. Все изменения, произведенные в исходных моделях, автоматически регенерируются в иллюстрации. В результате разработку иллюстраций можно начинать на ранних стадиях разработки изделия, что сокращает время разработки. В случае необходимости иллюстраторы корректируют исходную графику и вручную добавляют элементы рисунка. 110 Рис. 53. Пример технической иллюстрации, выполненной в пакете Arbortetxt IsoDraw Интерактивные руководства Естественным шагом в развитии технологий публикации электронной документации стало появление интерактивных документов, способных показать не только статические схемы и иллюстрации, но и анимированные инструкции по сборке, ремонту и эксплуатации. Интерактивная техническая и эксплуатационная документация, электронные каталоги и обучающие системы сегодня становятся стандартом де-факто при поставке продукции заказчикам. Особенно важен этот вопрос для предприятий автомобилестроения, аэрокосмической отрасли, судостроения и военно-промышленного комплекса, выпускающих сложную наукоемкую продукцию. В данном контексте автоматизация труда разработчиков интерактивной технической документации приобретает все большую актуальность. Одним из характерных примеров средств создания таких документов является пакет 3D VIA Composer компании Dassault Systemes. 3DVIA Composer делает возможным создание технических иллюстраций, видео- и интерактивных 3D-объектов, которые не только обеспечивают лучшее восприятие информации, но и повышают качество документации. Использование интерактивных и графических элементов позволяет сократить объем примечаний, 111 благодаря чему снижаются затраты на перевод текстов при выпуске документации на нескольких языках. Система позволяет импортировать ЗИ-данные из большинства современных CAD- и PLM-систем в их собственные форматы или в 3DXML. Импортированные объекты группируются в сборку, на основе которой может быть сформирована спецификация. Разработанные интерактивные руководства можно сохранять в виде компактных ЕХЕ-файлов со встроенным бесплатным просмотрщиком 3DVIA Player, благодаря чему их можно открыть на любом компьютере без использования каких-либо предварительно установленных CAD-систем. Проекты также можно сохранять в различных стандартных форматах, например PDF, HTML, SVG, CGM, 3DXML, AVI, Microsoft Office и др., которые позволяют применять графические и мультимедийные объекты даже в традиционной текстовой документации. Рис. 54. Создание технической спецификации на основе 3D-модели Применение 3DVIA Composer и аналогичных ему систем позволяет существенным образом сократить время, затрачиваемое на переделку или обновление документации при внесении изменений в конструкцию изделия. Обновление происходит автоматически 112 за счет ассоциативной связи с конструкторской ЗБ-моделью. Стоимость и сроки разработки документации сокращаются за счет более эффективного использования информации о проектируемом изделии: разработку документации можно начинать на ранних этапах, когда конструкторская модель еще не сформирована полностью, а по завершении проектирования легко обновлять графический и мультимедийный контент в подготовленном шаблоне документа. Интерактивные документы могут быть защищены от нелегального использования путем назначения прав доступа к функциям просмотра, копирования и печати, а также полного или частичного отображения/скрытия отдельных элементов или преднамеренного снижения качества 3D-модели, когда ее геометрические параметры представляют собой интеллектуальную собственность. Пакеты подготовки интерактивных документов могут успешно решать задачу подготовки интерактивной технической документации не только как самостоятельный продукт, но и в составе PDM. Как правило, для повышения эффективности работы процесс разработки документации ведется параллельно с проектированием самого изделия, что позволяет сократить время, затрачиваемое на переделку или обновление документации при внесении изменений в конструкцию изделия. Исполнитель документации при работе во взаимодействии с разработчиками изделия через PDM-систему получит ряд преимуществ: − параллельная работа «конструктор изделия - разработчик документации»; − логическая связь технической документации с основной структурой изделия; − возможность отслеживания актуальности исходных данных и автоматическая синхронизация инструкции и реальной модели; − получение оповещений при внесении изменений в дизайн изделия; − капитализация и многократное повторное использование знаний; − просмотр ЗБ-моделей без специализированного программного обеспечения. Помимо этого, безусловный выигрыш дают и стандартные возможности использования PDM-системы, такие как: 113 − выборочный доступ и безопасное хранение информации; − контроль версий; − функциональные возможности поиска данных (по атрибутам или по связям); − логические и структурные связи документов; − совместная работа в контексте единого проекта; − автоматизированные потоки работ (Workflow). Большое преимущество систем, подобных 3DVIA Composer и ENOVIA SmarTeam, заключается в том, что они являются CAD-независимыми. Таким образом, можно организовать взаимодействие с внешними партнерами (например, с поставщиками комплектующих), которые работают в CAD-системах, отличных от базовой системы предприятия. В структуре изделия могут присутствовать и немоделируемые (нефизические, вспомогательные) объекты, такие, например, как лакокрасочные материалы, монтажный инструмент и прочие. Полную структуру изделия удобно использовать для получения различных отчетов (спецификаций, ведомостей покупных изделий), к тому же ее легко синхронизировать с представлением данного изделия в ERP. 114 Рис. 55. Автоматическое обновление номеров позиций модели 3DVIA Composer в среде ENOVIA SmarTeam Создавая инструкции по сборке и монтажу, удобно использовать библиотеку трехмерных моделей инструмента (гаечные ключи, приспособления и т. п.). Модели могут быть бесплатно загружены из Интернета, например из каталога поставщика. Открытая структура документа, базирующаяся на XML, возможность прямого чтения и записи в файл модели и управления моделью через интерфейс прикладного программирования открывают для разработчиков широкие возможности интеграции интерактивных руководств с любыми Windowsприложениями. 2.6. PLM – Управление жизненным циклом изделия Product Lifecycle Management (PLM) – жизненный цикл продукта, изделия. Продразумевается совокупность процессов, выполняемые от момента выявления потребностей общества в определенном продукте до утилизации изделия после его 115 использования. Понятие применимо для любого изделия сферы информационных технологий и не только. При современном подходе можно выделить 11 этапов ЖЦ изделия: − Маркетинг и изучение рынка; − Проектирование и разработка продукта; − Планирование и разработка процессов (технологий производства, эксплуатации и т.п.); − Закупки; − Производство или предоставление услуг; − Упаковка и хранение; − Реализация; − Установка и ввод в эксплуатацию; − Техническая помощь и обслуживание; − Послепродажная деятельность или эксплуатация; − Утилизация и переработка в конце полезного срока службы. Сам термин «управление жизненным циклом изделия» появился как результат почти двадцатилетней эволюции соответствующих рынков и технологий. Для середины начала 1990-х гг. единого мнения относительно того, что именно следует относить к категории информация об изделии, (особенно в смысле инженерных данных) попросту не существовало. Постепенно эти данные стали конкретизироваться, как данные об изделии. Именно в это время появился термин «управление данными об изделии» (PDM). Последние несколько лет внесли окончательную ясность: отрасль сформировалась и постоянно расширяется как по степени охвата, так и по мощности предлагаемых решений, благодаря чему, собственно, и был принят термин PLM. Применение концепции PLM в сложном многооперационном производстве, характерном для предприятий машиностроения, «де факто» - необходимое условие повышения конкурентоспособности каждого предприятия, за счет повышения качества выпускаемой продукции и степени удовлетворенности заказчика. Именно эта концепция позволяет отслеживать каждую партию (и даже каждый экземпляр) 116 продукции на всех этапах ЖЦ – выявление потребности у заказчика, учитывая его разнообразные требования к изделию, все этапы производства, отгрузки и эксплуатации, а также утилизации в конце полезного срока службы и архивирование всей информации. 117 3. ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ АUTODESK 3.1. Назначение САПР Autodesk AutoCAD AutoCAD – самая популярная в мире среда автоматизированного проектирования, избранная многими разработчиками в качестве базовой графической платформы для создания машиностроительных, архитектурных, строительных, геодезических программ и систем инженерного анализа. AutoCAD – это программное обеспечение для трехмерного компьютерного моделирования от компании Autodesk, которое разработано для проектирования изделий, зданий, планирования производства, гражданской инфраструктуры и строительства. AutoCAD – это современная САПР для создания чертежей и трехмерных моделей, максимально точная и производительная благодаря специализированным функциям, направленным на создание проектов для машиностроения, архитектуры, электротехники и многих других направлений. Такое многообразие возможностей стало доступно подписчикам AutoCAD, начиная с версии 2019, после того, как в одном решении объединилась функциональность всех продуктов линейки: Mechanical, Architecture, Electrical, Raster Design, MEP, Map 3D и Plant 3D. Благодаря этому в распоряжении пользователей оказались предустановленные библиотеки с сотнями тысяч деталей, объектов, символов и стилей, которые значительно ускоряют работу над чертежами. AutoCAD является частью коллекции 3D CAD программ Autodesk, используемой командами разработчиков продуктов, производственными предприятиями, средствами массовой информации и индустрии развлечений, инженерами, архитекторами, преподавателями и студентами, предпринимателями, медицинскими работниками и многими другими. На данный момент аналогов, которые могут сравниться по функционалу, практически нет. AutoCAD выпускается компанией Autodesk с 1982 года. Первые разработки 118 допускали взаимодействие с прямыми отрезками, дугами и окружностями. Их объединяли в блоки и составляли более сложные конструкции. Этот процесс напоминал нанесение элементов на бумагу, за что утилита среди профессионалов стала называться «электронный кульман». Сегодня плоские детали любой формы можно выполнять в один прием инструментом, который называется полилиния. Благодаря дополнениям проектировщики могут прорисовывать не только 2D проекции, но и выполнять сложные объемные фрагменты с возможностью преобразования в реалистичную модель. Рис. 1. Версия AutoCAD 1982 года Комплексный подход разработчиков к решению задач позволяет использовать ПО в ряде отраслей: − Архитектурное моделирование. − Строительство. − Электротехника. − Машиностроение. 119 Дистрибутив программы переведен на 18 языков. Благодаря этому не возникает вопроса, как сделать чертежи в AutoCAD при реализации международных проектов. Глубина проработки интерфейса в отдельных версиях может быть разной. Приложение получило широкое распространение в России. Чтобы пользователи могли максимально полно внедрить возможности продукта, на русский язык переведена как структура меню, так и вся сопроводительная документация. Изначально софт разрабатывался для использования на Microsoft Windows. Он включал поддержку как 32-х, так и 64-разрядных систем. Установка на одной платформе существенно ограничивала развитие. С версии 2013 года производители реализовали поддержку MAC OS. Все пользователи получили шанс создавать чертежи на двух площадках. С уменьшением требований к ресурсам специалисты Autodesk выпустили мобильные приложения для Android, iPad и iPhone. Они дали возможность вносить изменения в файлы, просматривать и передавать их находясь в дороге. Новым пользователям не пришлось ломать голову над тем, как научиться работать с программой AutoCAD в телефоне. Упрощенный интерфейс предоставил минимальный набор команд для быстрого взаимодействия с существующими проектами. Кроме того, AutoCAD предоставляет в распоряжение широкие возможности работы со слоями и аннотативными объектами. Последние версии программы предполагают возможность динамической связи чертежа с картографическими данными и распечатки моделей на 3D-принтере. 120 реальными Рис. 2. Интерфейс Autodesk AutoCAD Совместимость при пользовании программой AutoCAD Чтобы расширить спектр применения софта в специализированных областях, компания совершенствует и увеличивает форматы допустимых к использованию файлов. Сегодня для обмена данными применяются следующие расширения: DWG – это формат файла, в котором хранится непосредственно сам чертеж. Данный формат позволяет хранить как двумерные, так и трехмерные объекты, а также поддерживается другими приложениями компании Autodesk. DWG – флагманский стандарт кодирования в Autodesk. DXF – универсальный файл обмена графическими изображениями. Используется почти во всех САПР системах. Позволяет наладить взаимодействие между разными типами и версиями софта. DWT – предусмотрен для создания шаблонов. Дает возможность разрабатывать стандартные заготовки, которые будут внедряться в типовые проекты. Так, например, Вы можете сохранить какой-то проект со всеми выставленными Вами настройками в виде шаблона и использовать его в будущем. DWS – может проверить элементы чертежа на совместимость с другими утилитами. 121 PDF – межплатформенный стандарт просмотра электронных документов. При экспорте возможно просматривать все без установки AutoCAD. В последних выпусках доступен импорт. Приложение сканирует и распознает отдельные части структуры, преобразуя их в чертеж. Экспорт чертежей в формат PDF Файлы данного формата удобны для просмотра на разных платформах и устройствах, они не занимают много места на электронных носителях, их легко распечатать, присоединить обратно к чертежам AutoCAD, отправить по электронной почте или загрузить в облачное хранилище. Компания Autodesk расширила количество параметров, которые можно перенести в формат PDF: − можно выбрать качество векторных и растровых изображений; − отображаются наложения overwrite; − включена информация о слоях; − текст можно преобразовать в геометрию; − включение гиперссылок; − добавление на чертеж закладок и сносок. Рис. 3. Полная версия формата PDF Возможности программного комплекса AutoCAD 122 Функционал и возможности: • Пользователи могут добавлять освещение и материалы в свои 3D-модели для достижения реалистичного внешнего вида и рендеринга. Они также могут контролировать края, молнии и затенения в своих моделях. • Программное обеспечение позволяет пользователям анализировать детали интерьера 3D-объектов. AutoCAD позволяет им импортировать данные из файлов PDF, чтобы они могли работать вместе со своими товарищами по команде при рассмотрении своих моделей и чертежей. И последнее, но не менее важное: они могут настраивать пользовательский интерфейс программного обеспечения, чтобы упростить свои задачи и значительно облегчить доступ к его функциям и параметрам. • AutoCAD помогает пользователям предотвращать сбои продукта и проблемы с гарантией, вводить новшества в продукты и улучшать их производительность, а также выигрывать больше предложений, предоставляя им инструменты и рабочие процессы для проектирования и создания великолепных продуктов. • Целью AutoCAD также является оказание помощи в обработке, печати, проверке и изготовлении качественных деталей, таких как детали автомобилей, ветряных турбин и самолетов. Кроме того, программа помогает им проектировать лучшие здания, реализовывать масштабируемые и устойчивые инфраструктурные проекты, управлять затратами на строительство и прогнозировать результаты проекта. • Программа AutoCAD предлагает функции трехмерного моделирования и визуализации. Одной из них является возможность применять различные методы 3D-моделирования для создания реалистичных 3D-моделей продуктов и их частей. Таким образом, программа позволяет создавать трехмерные каркасы, твердые тела, поверхности и сетки. 2D построение 123 Несмотря на развитие технологий и постоянные усовершенствования, плоские изображения занимают львиную долю объема труда проектировщиков. С интуитивно понятным интерфейсом и интерактивным вводом данных даже новичок может пользоваться продуктом на уровне базовых операций. Достаточно иметь технический склад ума. Чтобы упростить и ускорить разработку документации, были внедрены следующие инструменты: − Интеллектуальное нанесение размеров. Длина объекта подсвечивается при наведении на него курсора. Благодаря этому можно вносить корректировки до чистового оформления. − Видовые экраны. Взаимодействуя с большими моделями, вы можете выводить на передний план отдельные области чертежа. Видовые экраны используются при компоновке листа конечного чертежа. С помощью видового экрана вы размещаете сам чертёж на лист, задаёте масштаб, выбираете рациональное расположение, также можно отдельно выбрать определённый слой, который не будет отображаться при печати. − Пометочные облака. Пометочные облака используют для выделения элементов проекта, они помогают привлечь внимание к определённым областям чертежей. В последней версии AutoCAD упростили функцию пометочных облаков – для этого достаточно начертить границы облака вокруг необходимых элементов и зафиксировать их. Каждое облако имеет специальные маркеры для редактирования его размеров. Облака можно легко растягивать и уменьшать, добавлять и удалять все части существующих облаков. − Связывание сведений. Нет необходимости отдельно вносить корректировки в смежные таблицы. При интегрировании данные будут подтягиваться автоматически. − Экспорт из Microsoft Excel. Появилась возможность использовать формулы для вычислений, данные из которых можно сводить в спецификации. 124 Автоматизация и визуализация отдельных операций сводят к минимуму ошибки и неточности. Возрастает скорость разработки проектно-сметной документации. Рис. 4. Пометочные облака 3D моделирование 3D-моделирование в AutoCAD включает в себя трехмерные тела, поверхности, сетки и каркасные объекты. В AutoCAD доступно несколько типов 3D-моделирования. Каждая из этих технологий 3D-моделирования предлагает свой набор возможностей: − Каркасное моделирование полезно для начальных итераций проектирования и в качестве эталонной геометрии, выступая в качестве 3D-каркаса для последующего моделирования или модификации. − Твердое моделирование эффективно в использовании, легко комбинирует примитивы и экструдированные профили и предлагает массовые свойства и возможности секционирования. 125 − Моделирование поверхности предлагает точный контроль над изогнутыми поверхностями для точного манипулирования и анализа. − Сетчатое моделирование обеспечивает произвольные возможности моделирования, сгиба и сглаживания. 3D-модель может включать комбинации этих технологий. Например, можно преобразовать примитивную трехмерную пирамиду в трехмерную сетку, чтобы выполнить сглаживание сетки. Затем преобразовать сетку в трехмерную поверхность или обратно в трехмерное тело, чтобы воспользоваться их соответствующими функциями моделирования. Рис. 5. Стандартные трехмерные примитивы AutoCAD Система может экспортировать информацию с 3D принтеров. После утверждения прототипа, совместимый файл раскладывается инженерами на чертежи. В последних версиях создателям удалось существенно увеличить производительность и снизить требования к ресурсам компьютера для обработки 126 модели. Они добились этого путем кеширования только той области, с которой ведется взаимодействие. Нет необходимости загружать в память весь макет. Просмотр 3D-модели Самая полезная команда для динамического просмотра 3D-моделей – это 3DORBIT. Помимо смены видов, можно щелкнуть правой кнопкой мыши, чтобы отобразить контекстное меню, которое предоставляет множество опций. Самые популярные варианты включают следующее: − Переключение между различными визуальными стилями, такими как концептуальный, реалистичный и рентгеновский. − Переключение между параллельной и перспективной проекцией. − Выбор между стандартными предустановками, такими как Верх, Торец. Применение 2D и 3D команд в AutoCAD Большинство команд AutoCAD, которые используются для 2D-операций, можно применять к 3D-моделям. Например, с помощью команды ROTATE можно вращать трехмерное тело вокруг оси, параллельной оси Z UCS (пользовательская система координат – ПСК). Чтобы повернуть модель вокруг другого направления оси, потребуется изменить направление оси Z ПСК. Есть также команды, специально предназначенные для 3D-среды, такие как 3DROTATE. Самая простая команда для запуска – это ROTATE, однако выбор используемой команды зависит от обстоятельств и ваших предпочтений. 127 Рис. 6. Режим вращения 3DROTATE Облако точек Облако точек – это набор большого количество точек, полученных после 3Dсканирования объемных объектов: внутренних и внешних элементов зданий, сложных наземных сооружений, рельефа местности. Результаты сканирования представляются в виде необработанных данных, которые преобразовываются с в пригодные для чтения файлы (файлы сканирования RCS) с помощью программы Autodesk ReCap. Полученные файлы RCS можно вставить в чертёж AutoCAD. Инструмент позволяет ускорить процесс создания проекта, пользователь получает ориентир, на основе которого можно представить будущий проект. 128 Рис. 7. Облако точек Онлайн-карты Данную функцию удобно применять, когда в проекте указаны географические данные о расположении будущего объекта. Чтобы воспользоваться онлайнкартами вам потребуется выполнить вход в Autodesk 360 и включить отображение карты с помощью службы «онлайн-карт». Карты могут быть представлены в качестве трёх видов изображений: − последовательность векторных изображений; − последовательность спутниковых изображений; − комбинация двух предыдущих видов. 129 Рис. 8. Онлайн-карты Приложения AutoCAD AutoCAD часто используется, как база для создания прикладных приложений. Так, на его основе уже выпущены такие программы, как AutoCAD Mechanical, AutoCAD Architecture, AutoCAD Electrical, Promis-e, PLANT-4D, AutoPLANT, GeoniCS, MechaniCS и другие. Всего в мире насчитывается более 10 000 коммерческих продуктов основанных на AutoCAD. AutoСAD LT AutoCAD LT – специализированное решение для 2D черчения. Она стоит дешевле полной версии AutoCAD (стоимость LT-версии составляет примерно половину стоимости полной версии). В AutoCAD LT отсутствуют инструменты трёхмерного моделирования (однако остаётся возможность просмотра трёхмерных моделей, сделанных в других системах) и программные средства адаптации системы (такие как AutoLISP и VBA). Лицензирование AutoСAD Все виды программного обеспечения 130 подразделяются на однопользовательские и сетевые. В зависимости от назначения выделяют несколько типов: − Ознакомительная. Предоставляет полноценные возможности на протяжение 30 дней с момента установки. Этого достаточно для того, чтобы полностью разобраться с функционалом. − Коммерческая. Основной продукт компании, который распространяется на платной основе. В зависимости от комплектации и количества копий, он стоит от 10 до 400 тысяч рублей. − Учебная. Распространяется бесплатно. Предназначена для проведения уроков в образовательных учреждениях. Требует регистрации с подтверждением статуса заведения. Дороговизна во многом ограничивает область применения. Появление версии для студентов помогло популяризировать софт среди учащихся. Они могут понять, как сделать чертежи в программе AutoCAD для предстоящих проектов, уже на стадии обучения. Благодаря этому ВУЗы могут готовить квалифицированных инженеров к работе на производстве без прохождения дополнительных курсов по освоению приложений. Рис. 9. Стоимость AutoCAD 131 3.2. Основные примитивы Autodesk AutoCAD при создании графических объектов AutoCAD предлагает самые совершенные средства двухмерного проектирования и оформления чертежей. Новейшие технологии, заложенные в этой системе, обеспечивают эффективную коллективную работу над проектом с учетом стандартов предприятия и различных методов проектирования. Большой набор примитивов и средств редактирования их свойств позволяет получать конструкторскую документацию в соответствии с требованиями различных стандартов, в том числе – Единой Системы Конструкторской Документации (ЕСКД). Чтобы сообщить системе, какой примитив вычерчивать, необходимо ввести соответствующую команду. Команды могут вводиться с клавиатуры, выбираться из меню или инструментальных панелей. Восприняв команду, система вступает в диалог с пользователем и уточняет действие команды. После ввода всей необходимой информации примитив вычерчивается, а система переходит в режим ожидания следующей команды. Любой рисунок может быть разбит на простейшие части, которые в системе AutoCAD носят название примитивов. Примитивы могут быть простыми и сложными. К простым примитивам относятся следующие объекты: Точка, Отрезок, Круг (окружность), Дуга, Прямая, Луч, Эллипс, Сплайн, Текст. К сложным примитивам относятся: полилиния, мультилиния, мультитекст, размер, выноска, допуск, штриховка и т.д. Кроме того, есть пространственные примитивы и редкие примитивы. Рис. 10. Основные инструменты для создания примитивов AutoCAD 132 Отрезок Для построения отрезка на клавиатуре вводится команда ОТРЕЗОК (LINE). Данную команду можно вызвать также указателем мыши либо из падающего меню Рисование (Draw), либо из панели инструментов Рисование (Draw). Одной командой ОТРЕЗОК (LINE) можно нарисовать один или несколько последовательно расположенных отрезков. Признаком окончания команды является нажатие клавиши . По любому из построенных отрезков можно получить справочную информацию: координаты концов, угол наклона и т. п. Точка Следующим примитивом системы AutoCAD является точка. Для его построения используется команда ТОЧКА (POINT). Луч Луч – это примитив, бесконечный в одну сторону и начинающийся в некоторой точке. Для его построения служит команда ЛУЧ (RAY). После задания первой точки AutoCAD циклически запрашивает другие точки и строит лучи, проходящие из первой точки через остальные Окончание команды – нажатие на клавишу или правую кнопку мыши. Дуга Дуга – это примитив, являющийся частью окружности. Для его построения используется команда ДУГА (ARC). Эллипс Эллипс – это геометрическое место точек, сумма расстояний до которых от двух фиксированных точек (фокусов) постоянна. Создание эллипсов и эллиптических дуг выполняется с помощью команды ЭЛЛИПС (ELLIPSE). Сплайн Команда СПЛАЙН (SPLINE) позволяет чертить сплайн – гладкую линию, которая проходит через заданные точки и может удовлетворять условиям касания в начальной, конечной или обеих точках. Прямая Прямые, в отличие от отрезков и лучей, – это бесконечные в обе стороны 133 линии. Для их построения используется команда ПРЯМАЯ (XLINE). Окружность Рисование окружностей (кругов) выполняется командой КРУГ (CIRCLE). Полилиния Полилиния – это сложный примитив, состоящий из одного или нескольких связанных между собой прямолинейных и дуговых сегментов. Для рисования полилинии служит команда ПЛИНИЯ (PLINE). Можно отметить следующие особенности полилинии по сравнению с простыми примитивами: 1) Полилиния является единым объектом, что удобно для операций удаления или редактирования (например, построения параллельной линии). 2) Полилиния удобна для рисования жирных линий чертежа. 3) Переменная ширина сегментов полилинии может быть использована для графических эффектов (построения стрелок и т. п.). Полилиния является сложным объектом. Однако она в любое время может быть преобразована в группу отрезков и дуг, из которых она составлена. Это выполняет команда РАСЧЛЕНИТЬ (EXPLODE), которую можно найти в панели Редактирование (Modify). Полилинии специального вида: в системе AutoCAD есть несколько команд рисования прямоугольников, правильных многоугольников и колец, которые на самом деле являются полилиниями. Прямоугольник Вычерчивание прямоугольников осуществляет команда ПРЯМОУГ (RECTANG). Мультилиния Мультилиния – это объект, состоящий из пучка ломаных, параллельных друг другу линий. Количество линий, входящих в мультилинию, составляет от 2 до 16. Мультилиния может обладать дополнительными свойствами: вычерчивание промежуточных стыков, торцов, округлениями и заливкой. Построение мультилиний выполняется командой МЛИНИЯ (MLINE). 134 Текст (аннотации) Команды работы с текстом (аннотациями) обеспечивают быстрое масштабирование текстовых аннотаций, их выравнивание и обеспечивают одинаковые геометрические размеры текстовых полей, содержащихся в видовых экранах с разными масштабами. Надписи могут быть созданы с помощью команды ТЕКСТ (TEXT) или МТЕКСТ (МТЕХТ). В первом случае создается примитив текст, во втором – мультитекст. Команда ТЕКСТ (TEXT), создающая простые надписи, помимо клавиатуры, может быть вызвана из вкладки Аннотации (Annotate), где в пункте Текст (Text) есть подпункт Однострочный (Single Line Text). После запуска команды сначала выдается сообщение о текущем стиле. Понятие стиля включает в себя имя шрифта и ряд особенностей его использования (наклон букв относительно вертикали, наличие эффекта переворачивания и др.). Команда МТЕКСТ (МТЕХТ) позволяет нанести на чертеж целые абзацы достаточно длинного текста (образующийся при этом примитив называется мультитекстом), с возможностями выравнивания и редактирования, приближающимися к возможностям таких текстовых процессоров, как Microsoft Word. Размеры: операции установки размеров, допусков и выносных линий (выносок) выполняются с помощью команд, сосредоточенных в падающем меню Размеры (Dimension) или кнопок панели инструментов Размеры (Dimension). Штриховка Штриховки: для штрихования замкнутых областей рисунка служит команда ШТРИХ (ВНАТСН). Команда КШТРИХ (ВНАТСН) позволяет штриховать область, ограниченную замкнутой линией, как путем простого указания точек внутри контура, так и путем выбора объектов. Она автоматически определяет контур и игнорирует примитивы, которые не являются частью контура. AutoCAD предлагает обширный набор стандартных штриховок. Выбор 135 штриховки осуществляется либо по имени в раскрывающемся списке, либо визуально. Редкие примитивы К редким примитивам могут быть отнесены полосы и фигуры. Полоса Команда ПОЛОСА (TRACE) вводится только с клавиатуры и предназначена для построения полос - ломаной линии с постоянной шириной. Задайте ширину вводом числа с клавиатуры или указанием двух точек. Укажите начальную точку осевой линии полосы. Задайте в цикле очередные точки и завершите построение нажатием клавиши . Фигура Следующая команда – ФИГУРА (SOLID) – строит последовательно расположенные четырехугольники или треугольники. Вершины четырехугольника задаются точками: Фигуры, построенные с помощью одной команды ФИГУРА (SOLID), не образуют единого объекта. 3.3. Назначение САПР Autodesk Civil 3D Civil 3D предназначенная – программа, для базирующаяся землеустроителей, на платформе проектировщиков AutoCAD и генплана, проектировщиков линейных сооружений. Ключевой особенностью программы является интеллектуальная связь между объектами, позволяющая динамически обновлять все связанные объекты при внесении изменений в результаты изысканий или проектные решения. Civil 3D – это оптимальное решение для геодезических изысканий, проектных работ, расчетов и составления документации. Продукт предназначен для использования при разработке проектов инженерных сооружений, транспортных сетей и природоохранных объектов. Также Civil 3D отлично подходит для проектирования объектов инфраструктуры и выпуска документации, рабочие процессы в которой основаны на технологии информационного моделирования 136 (BIM). Civil 3D помогает специалистам лучше понимать эксплуатационные характеристики проектов, поддерживать согласованность данных и процессов, и быстрее реагировать на изменения. Главной задачей Autodesk Civil 3D является подготовка информации для последующего проектирования. В первую очередь речь идет, конечно, о цифровой модели местности. Наличие цифровой модели местности дает возможность, вопервых, принимать более взвешенные проектные решения, а, во-вторых, выполнить визуализацию проекта. Рис. 11. Интерфейс Autodesk Civil 3D Основные преимущества: • быстрое формирование концепции и выполнение проекта; • гибкое проектирование, основанное на взаимодействии объектов, позволяющее добиться аккуратности и связности всех частей проекта; • многопользовательский доступ к проекту и его элементам; • возможность быстрой разработки, оценки проекта и подготовки выходной документации; 137 • совмещение чертежных возможностей AutoCAD и специализированных функций проектирования; • богатый набор функций API (интерфейс прикладного программирования), позволяющий строить решения, основанные на общих моделях данных; • возможность расширения функционала; • модель динамического проектирования, содержащая основные элементы геометрии и поддерживающая интеллектуальные связи между объектами (точки, поверхности, земельные участки, дороги и планировка); • поддержка чертежных стандартов и стилей; • автоматическое формирование планов; • функциональные возможности AutoCAD Map 3D. Области применения: • инженерно-геологические изыскания; • геодезические и инженерно-технические изыскания; • построение цифровых моделей местности (цифровые карты); • построение цифровых трехмерных моделей поверхности (рельеф, геологические слои и т.д.); • проектирование линейных объектов; • проектирование площадок; • исполнительная съемка и вынос проекта в натуру; • земельный кадастр; • проектирование генеральных планов; • расчет объемов земляных работ; • ландшафтное проектирование и благоустройство; • трубопроводные канализационные сети; • оформление проектной документации; • проектирование дорог; • проектирование объектов инфраструктуры и их элементов; • проектирование генеральных планов; 138 • мониторинг деформационных явлений; • охрана окружающей среды. Civil 3D позволяет организовать совместную работу над проектом различных специалистов. Все проекты находятся в единой базе данных, там же хранится общая для всех проектов информация: по профилям, гидрологическому анализу, цифровой модели местности и другое. Для каждого проекта создается отдельная папка (каталог), куда по мере создания записывается вся информация о проекте: рисунки, данные геодезической съемки, построенные поверхности, трассы, спроектированные площадки. Такой способ хранения информации позволяет значительно сократить размеры проекта. 3.4. Основные модули Autodesk Civil 3D 3.4.1. Рабочие пространства Рабочие пространства представляют собой наборы компонентов пользовательского интерфейса, таких как вкладки и панели ленты, панели инструментов, палитры и строки меню, сгруппированные так, чтобы пользователь мог настроить среду чертежа, ориентированную на конкретные задачи. Когда пользователь выбирает одно из рабочих пространств, отображаются только те элементы пользовательского интерфейса, которые были указаны для этого рабочего пространства. Для доступа к другим командам следует ввести имя требуемой команды в командной строке. Autodesk Civil 3D содержит рабочее пространство по умолчанию для работы с командами Autodesk Civil 3D. Можно пользоваться этим рабочим пространством в том виде, в каком оно предоставлено, или внести в него изменения в соответствии с выполняемыми задачами. К рабочим пространствам Autodesk Civil 3D относятся следующие: • Civil 3D: это рабочее пространство содержит элементы пользовательского интерфейса, относящиеся к проектированию объектов строительства, и функции съемки, доступные в Autodesk Civil 3D. 139 гражданского • Черчение и аннотации: в этом рабочем пространстве отображаются элементы пользовательского интерфейса, относящиеся к функциям черчения и аннотирования, доступным в Autodesk Civil 3D. • 3D-моделирование: в этом рабочем пространстве отображаются элементы пользовательского интерфейса, относящиеся к функциям 3D-моделирования AutoCAD, доступным в Autodesk Civil 3D. • Планирование и анализ: в этом рабочем пространстве отображаются элементы пользовательского интерфейса, относящиеся к функциям AutoCAD Map 3D, доступным в Autodesk Civil 3D. Дополнительная информация об использовании и настройке рабочих пространств приведена в справочной системе AutoCAD. Изменение текущего рабочего пространства Переход в другое рабочее пространство можно выполнить с помощью раскрывающегося меню "Рабочее пространство" на панели быстрого доступа или с помощью кнопки "Переключение рабочих пространств" , расположенной в строке состояния приложения. Процедура сохранения текущей конфигурации пользовательского интерфейса в новом рабочем пространстве 1) Настройте рабочее пространство. Например, можно закрыть палитру инструментов, если не требуется отображать ее при каждом запуске Autodesk Civil 3D. Примечание: можно также ввести команду АПИ для редактирования рабочего пространства через интерфейс диалогового окна. Дополнительные сведения приведены в справке AutoCAD. 2) Щелкните раскрывающееся меню "Рабочее пространство" на панели быстрого доступа и нажмите кнопку Сохранить текущее как... 3) В диалоговом окне "Сохранить рабочее пространство" введите имя нового рабочего пространства. Можно также выбрать имя существующего рабочего пространства; в этом случае внесенные изменения конфигурации применяются к этому рабочему пространству. 4) Выберите Сохранить. 140 3.4.2. Лента Autodesk Civil 3D Лента Autodesk Civil 3D является основным элементом пользовательского интерфейса, который обеспечивает доступ к командам и функциям. Имеющиеся на ленте команды сгруппированы на вкладках. На каждой вкладке имеется несколько панелей. Обычно лента по умолчанию включена (отображена). Включать и отключать ее отображение можно с помощью команд "Ribbon" и "RibbonClose". Существует два основных типа вкладок ленты: статические и контекстные. Статические вкладки ленты Статические вкладки ленты всегда отображаются, если лента включена. Рис. 12. Статическая вкладка ленты Autodesk Civil 3D Контекстные вкладки ленты Контекстные вкладки ленты отображаются автоматически, когда пользователь выбирает объект или вызывает связанную с объектом команду. Контекстные вкладки содержат команды, относящиеся к выбранному в настоящий момент объекту. Большинство контекстных вкладок закрываются при отмене выбора данного объекта. Рис. 13. Контекстная вкладка ленты Autodesk Civil 3D Вкладки ленты, отображаемые при выборе нескольких объектов При одновременном выборе нескольких типов объектов на ленте отображается контекстная вкладка "Несколько объектов". Например, если выбрать 141 и объект-трубопроводную сеть, и объект-трассу, отобразится вкладка "Несколько объектов". Рис. 14. Пример вкладки ленты, отображаемые при выборе нескольких объектов Autodesk Civil 3D Панель запуска Контекстные ленты Autodesk Civil 3D включают панель запуска, позволяющую обратиться к командам, которые могут потребоваться в ходе дальнейшей разработки проекта. Например, при выборе объекта-трассы отображается контекстная вкладка "Трасса". Панель запуска на контекстной вкладке "Трасса" содержит целый ряд команд, которые могут потребоваться в дальнейшем. Например, может потребоваться относящееся к трассе контекстное меню, содержащее команды создания коридора, перекрестка или данных. Вкладка ленты «Геопозиционирование» После выбора системы координат чертежа на ленте появляется вкладка «Геопозиционирование». 3.4.3. Меню Autodesk Civil 3D Несмотря на то, что лента является основным средством доступа к командам Autodesk Civil 3D, многие команды также доступны из меню приложения и через контекстные меню, отображаемые при щелчке правой кнопкой мыши на объекте в окне "Область инструмента" или в окне чертежа. Меню приложения Меню приложения дает доступ к командам, связанным с файлом. Например, оно дает доступ к командам, позволяющим создавать, открывать, печатать, экспортировать и публиковать файлы. 142 Доступ к меню приложения осуществляется щелчком на значке меню приложения вверху слева в окне приложения . Кроме того, меню приложения содержит инструмент поиска, который можно использовать для поиска команд. Отображение и поиск выполняется только для тех команд, которые доступны в текущем рабочем пространстве. Контекстные меню Контекстные меню доступны в Autodesk Civil 3D. Для отображения контекстного меню щелкните правой кнопкой элемент в окне "Область инструментов", "Панорама" или в других окнах, либо щелкните объект в области рисования. Строка меню из предыдущей версии Строка меню теперь не отображается по умолчанию в верхней части окна программы Autodesk Civil 3D. Отобразить строку меню можно, щелкнув на стрелке раскрывающегося списка на панели быстрого доступа и выбрав пункт "Показать строку меню" или введя "menubar" в командной строке, а затем введя "1". Примечание: строка меню предыдущей версии содержит только команды Autodesk Civil 3D 2009 и не содержит новые функции и команды Autodesk Civil 3D 2021. Поэтому при включении отображения строки меню следует помнить о том, что она не обеспечивает доступа ко всем функциям Autodesk Civil 3D 2021. 3.4.4. Панели инструментов компоновки Панели инструментов компоновки позволяют создавать и редактировать объекты Autodesk Civil 3D. В Autodesk Civil 3D имеются следующие панели инструментов компоновки: • панель инструментов "Компоновка трассы"; • панель инструментов "Создание объектов профилирования"; • панель инструментов "Компоновка участка"; • панели инструментов "Компоновка трубопроводной сети"; • панели инструментов "Создание объекта-точки"; 143 • панели инструментов "Компоновка профиля". То, какие значки или команды доступны в панели инструментов компоновки Autodesk Civil 3D, зависит от используемой панели. В верхнем правом углу большинства панелей инструментов компоновки Autodesk Civil 3D имеются следующие три значка: – закрепляет панель инструментов на месте, придает ей фиксированное положение, а также сворачивает панель инструментов в небольшое полезаместитель, когда курсор выходит за пределы панели. Чтобы развернуть панель инструментов, наведите курсор на поле-заместитель. Чтобы открепить панель инструментов, нажмите на . – выводит Справку по панели инструментов компоновки. – закрывает панель инструментов компоновки. Для получения информации о значках и командах, доступных на определенной панели инструментов компоновки, нажмите кнопку "Справка" на этой панели. 3.4.5. Отображение панелей инструментов Autodesk Civil 3D Autodesk Civil 3D содержит панели, которые можно использовать для быстрого доступа к прозрачным командам. При использовании рабочего пространства Civil 3D две панели прозрачных команд отображаются по умолчанию. Другие панели, имевшиеся в предыдущих версиях Autodesk Civil 3D, теперь отсутствуют. Доступ к командам, которые раньше были на этих панелях, теперь осуществляется через ленту. 1) Введите в командной строке -toolbar. 2) Введите transparent_commands или transparent_command_filters и нажмите клавишу Enter. 3) Введите "Show". 3.4.6. Окно "Область инструментов" 144 Окно "Область инструментов" является интегрированным компонентом интерфейса пользователя, из которого можно обратиться к командам, стилям и данным. Оно используется для доступа к вкладкам Навигатор, Параметры, Съемка и Панель инструментов. Для вызова команд щелкните правой кнопкой мыши на коллекции или элементе на одной из этих вкладок. Рис. 15. Окно "Область инструментов" Autodesk Civil 3D Вкладка "Навигатор" служит для управления объектами проекта, быстрыми ссылками на данные и проектами Vault. Вкладка "Параметры" используется для настройки объектов, стилей и других элементов чертежа, например форматов файлов точек, наборов ключей-описателей и критериев профилирования. Вкладка "Съемка" используется для организации проектов, данных и параметров съемки. Вкладка "Панель инструментов" используется для доступа к отчетам и распространяемым по подписке дополнительным компонентам, а также для добавления пользовательских инструментов. Общие функции вкладок "Область инструментов" Некоторые элементы управления являются общими для всех вкладок окна "Область инструментов", а именно: структура дерева, контекстные меню и значки объектов. 145 Структура дерева Дерево окна "Область инструментов" отображает элементы в виде иерархической структуры. Любой элемент, который может содержать другие элементы в дереве ниже себя, представляет собой коллекцию. Значок, отображаемый в узле дерева слева от имени каждой коллекции, позволяет узнать о статусе отображения элементов в коллекции: – коллекция содержит элементы, которые не отображаются. Нажмите , чтобы развернуть дерево и показать элементы. – коллекция содержит элементы, которые отображаются. Нажмите , чтобы свернуть дерево и спрятать элементы. – коллекция содержит элементы, которые не могут быть отображены в дереве. Выберите имя коллекции для отображения списка элементов в представлении элементов окна "Область инструментов". – необходимо обновить данные коллекции. Щелкните правой кнопкой мыши на коллекции и выберите "Обновить". – элемент является ссылкой на элемент, расположенный в другом месте дерева. Дважды щелкнув кнопкой мыши на ссылке, перейдите к фактическому элементу. Например, этот значок появляется рядом с именем чертежа в коллекции "Проекты", если чертеж проекта открыт. После этого можно дважды щелкнуть на значке для перехода к данному чертежу в коллекции "Открытые чертежи" дерева Навигатора. – коллекция не содержит ни одного элемента. Контекстные меню Для вызова контекстного меню коллекции или элемента в дереве щелкните элемент правой кнопкой мыши. Меню будет содержать команды, применимые к выбранному в дереве элементу. Значки В верхней части каждой вкладки окна "Область инструментов" имеется ряд значков. Дополнительные сведения о них приведены в разделах Значки вкладки "Навигатор", Значки вкладки "Параметры", Значки вкладки "Съемка" и Значки 146 вкладки "Панель инструментов". Вид дерева Для выбора отображаемых в дереве элементов воспользуйтесь разворачивающимся списком, который расположен вверху дерева. Рис. 16. Выбора вида дерева в окне "Область инструментов" Autodesk Civil 3D Представления элементов При выборе элементов в дереве в представлении элемента, расположенном в области сбоку или под основным деревом, может отображаться дополнительная информация. Размер представления элемента можно изменять, передвигая границу, разделяющую представление элемента и дерево. В зависимости от выбранного элемента представление элемента может быть следующим: • Вид списка. Информация отображается в виде списка или таблицы. В некоторых случаях информацию можно редактировать. • Графическое представление. Выводится изображение элемента. Копирование элементов в деревьях окна "Область инструментов" Предусмотрено копирование некоторых элементов дерева в окне "Область инструментов" путем перетаскивания их в другой чертеж или коллекцию. 3.4.7. Вкладка "Навигатор" области инструментов Вкладка "Навигатор" может использоваться для организации объектов проекта и чертежа. Команды вызываются щелчком правой кнопкой мыши на коллекциях и объектах. 147 Рис. 17. Вкладка "Навигатор" в окне "Область инструментов" Autodesk Civil 3D Все находящиеся на данной вкладке объекты чертежа или проекта организованы в виде иерархии. Дерево вкладки "Навигатор" содержит следующие коллекции верхнего уровня, которые можно просмотреть в главном представлении: • Открытые чертежи. • Быстрые ссылки на данные. • Проекты. Примечание: коллекция "Проекты" в дереве вкладки "Навигатор" не отображается, если не установлены приложения Autodesk Vault Client и Server. Во время сеанса работы с чертежами в коллекции "Проекты" перечисляются проекты, доступные после регистрации на сервере Autodesk Vault и в базе данных хранилища Vault. • Шаблоны чертежа. Управление элементами, отображаемыми в дереве навигатора Для указания элементов, которые следует отображать в дереве вкладки "Навигатор", используйте разворачивающийся список в верхней части вкладки "Навигатор": 148 • Главное представление. Отображает все элементы проектов и чертежей, в том числе шаблоны чертежей. Имя активного чертежа выделяется фоновой подсветкой. • Просмотр активного чертежа. Отображает только элементы активного чертежа. При переключении на другой чертеж происходит обновление дерева и оно отображает новый чертеж. Дерево навигатора Дерево вкладки "Навигатор" используется для организации объектов чертежа и проекта. Рис. 18. Развернутое дерево вкладки "Навигатор" для чертежа Для многих элементов или коллекций в дереве вкладки "Навигатор" доступны стандартные команды контекстного меню. Для просмотра контекстного меню щелкните правой кнопкой мыши коллекцию или элемент в дереве вкладки "Навигатор". Перечисленные ниже команды доступны в контекстном меню 149 "Навигатор", если они применимы к выбранному элементу (элементам): Выберите команду Если вы хотите... контекстного меню... «Свойства», просмотреть или отредактировать свойства выбранного элемента или элементов. «Изменить», отредактировать выбранный элемент или элементы. «Удалить», удалить выбранный элемент или элементы. «Выбрать», выбрать элемент или элементы в чертеже. «Зумировать», «Панорамировать», зумировать чертеж до выбранного элемента или элементов, содержащихся в коллекции. панорамировать чертеж до выбранного элемента или элементов, содержащихся в выбранной коллекции. создайте папку в коллекции «Создать папку», объектов, которую можно использовать для организации объектов. Можно перетащить существующие объекты в папки, которые, в свою очередь, можно помещать в другие папки. «Экспорт в LandXML», экспортировать информацию с помощью LandXML. «Обновить», обновить отображение элементов в дереве вкладки "Навигатор". Примечание: некоторые контекстные меню вкладки "Навигатор" содержат не все команды, перечисленные в приведенной выше таблице. Кроме того, контекстные меню вкладки "Навигатор" могут содержать дополнительные команды, относящиеся к выбранной коллекции или элементу, в том числе команды настройки доступа к управлению проектом. 3.4.8. Вкладка "Параметры" окна "Область инструментов" Вкладка "Параметры" может использоваться для управления стилями объектов Autodesk Civil 3D, а также для задания параметров чертежей и команд. Команды вызываются щелчком правой кнопкой мыши на коллекциях и 150 объектах. Рис. 19. Вкладка "Параметры" в окне "Область инструментов" Autodesk Civil 3D Эта вкладка служит для организации стилей, относящихся к различным типам объектов. Большинство этих стилей присутствует в стандартной иерархии вложенных папок даже в пустом чертеже. Стили в чертеже можно создавать, изменять, а затем сохранять в качестве шаблона. В чертежах, создаваемых впоследствии на основе такого шаблона, автоматически будет присутствовать тот же набор стилей. Можно изменять стили объектов, меток и таблиц. Также можно управлять параметрами чертежей и команд. Управление элементами, отображаемыми в дереве параметров Для указания элементов, которые следует отображать в дереве вкладки "Параметры", используйте разворачивающийся список в верхней части вкладки "Параметры". Выберите одно из следующих представлений дерева на вкладке "Параметры": • Главное представление. Отображает элементы для всех открытых чертежей. Имя активного чертежа показано жирным шрифтом. 151 • Просмотр параметров активного чертежа. Отображает элементы только активного чертежа. • Просмотр меток только активного чертежа. Отображает коллекции и элементы стилей меток только для активного чертежа. • Просмотр только меток. Отображает только коллекции и элементы стилей меток для всех чертежей. Дерево параметров Дерево вкладки "Параметры" используется для управления стилями объекта, метки и таблицы и настройки параметров для чертежей и команд. 152 Рис. 20. Коллекции высшего уровня дерева вкладки "Параметры" Большинство коллекций объектов имеет стандартную структуру и использует стандартное контекстное меню. 3.4.9. Вкладка "Съемка" в области инструментов Вкладка "Съемка" служит для управления пользовательскими и системными параметрами съемки, а также данными съемки. Управление данными съемки выполняется на вкладке "Съемка" окна "Область инструментов", а не на вкладке "Навигатор", что характерно для других объектов. 153 Команды вызываются щелчком правой кнопкой мыши на коллекциях и объектах. Рис. 21. Вкладка "Съемка" в окне "Область инструментов" Autodesk Civil 3D На данной вкладке отображаются данные проектов съемки, организованные в базы данных проектов съемки, оборудования и префиксов фигур. В базы данных проекта внесены точки съемки, сети и фигуры. В базы данных оборудования внесены значения среднеквадратических отклонений и других рабочих параметров отдельных единиц топографо-геодезического оборудования. В базы данных оборудования внесены процедуры преобразований, применяемые при создании земельных участков, зданий или других фигур на основе точек съемки. Содержимое вкладки "Съемка" не зависит от чертежа. На этой вкладке отображаются данные съемки из папки проектов Autodesk Civil 3D таким образом, вкладка обеспечивает доступ к данным съемки из множества чертежей. Для фильтрации точек и фигур съемки в проекте можно создавать запросы съемки. Точки и фигуры можно преобразовать в точки или структурные линии Autodesk Civil 3D или добавить к поверхности в качестве точек или структурных линий. Дерево вкладки "Съемка" 154 Вкладка "Съемка" предоставляет централизованный доступ к данным съемки, параметрам и разным редакторам панорамного вида, которые можно использовать для создания и редактирования данных съемки и управления ими. Рис. 22. Дерево вкладки "Съемка" Дерево вкладки "Съемка" служит для доступа к данным и параметрам съемки: • Базы данных съемки. Коллекцию базы данных съемки можно развернуть, чтобы отображались все сети (которые включают опорные точки, неопорные точки, известные направления, замеры, точки стояния и определения теодолитного хода), фигуры и точки съемки. • Базы данных оборудования. Разворачивается до отображения доступных баз данных оборудования. • Базы данных префиксов фигур. Разворачивается до отображения доступных баз данных префиксов фигур. С помощью баз данных префиксов фигур можно определить слой, на котором нарисована фигура, создав для этого префикс для группы имен фигур. • Наборы кодов линий. Разворачивается до отображения доступных наборов кодов линий. Набор кодов линий используется для интерпретации синтаксиса 155 полевых кодов, вводимых в файлы сбора данных членами полевой группы геодезистов. Для многих элементов или коллекций в дереве вкладки "Съемка" доступны стандартные команды контекстного меню. Для вызова контекстного меню щелкните правой кнопкой мыши коллекцию или элемент в дереве вкладки "Съемка". 3.4.10. Окно "Панорама" Окно Панорама служит для отображения данных в сетке. Данные, отображаемые в окне "Панорама", называются видами. В окне "Панорама" могут отображаться многие типы данных, например вид "Редактор точек" и вид "Объекты трассы". Рис. 23. Окно "Панорама" Autodesk Civil 3D Если включено несколько видов, для освобождения экранного пространства в окне "Панорама" отображается вкладка для каждого вида. Чтобы вывести вид на передний план, щелкните на вкладке с его именем. Можно управлять отображением некоторых видов, таких как "Редактор точек". Их можно при необходимости активизировать, и они останутся активными, пока не будут освобождены нажатием кнопки 156 . Другими видами, такими как, например, Объекты трасс, можно управлять посредством специальной команды. Виды этого типа можно открывать или закрывать только при активной команде, а управление их отображением производится из панели команды. Состоянием окна "Панорама" управляет активный чертеж. При переключении между чертежами окно "Панорама" становится неактивным, либо отображает только виды, сопряженные с активным чертежом. Чтобы окно "Панорама" занимало меньше места на экране, можно прикрепить его или воспользоваться функцией "Автоматически убирать с экрана". Отображение окна "Панорама" Отображение окна "Панорама" зависит от нескольких факторов, например от активного чертежа и активных видов этого чертежа. Если... окно выполните следующие действия... "Панорама" строка или нажмите на значке заголовка отображается, в верхней части окна "Область не инструментов". Если окно "Панорама" содержит активные виды, оно отображается. Если кнопка недоступна, значит окно "Панорама" не содержит ни одного активного вида. В некоторых случаях можно открыть окно "Панорама", нажав на значке панели инструментов. окно "Панорама" если в окне "Панорама" имеется вкладка для этого вида, отображается, который но вид, откройте вкладку. Если названная вкладка не видна, нужно требуется для активировать вид. работы, не отображается, Инструкции по активации конкретного вида даны в Справке по этому виду. отображается строка заголовка только Для отображения полного окна "Панорама" наведите курсор окна на строку заголовка. "Панорама" Для отключения функции (активна "Автоматически убирать с экрана" нажмите кнопку функция "Автоматически строке заголовка окна "Панорама". убирать с экрана"). 157 в 3.4.11. Общие элементы области инструментов и окна "Панорама" Окна "Область инструментов" и "Панорама" обладают некоторыми общими свойствами. Рис. 24. Окна "Область инструментов" и "Панорама" Autodesk Civil 3D Вкладки В окне "Область инструментов" может отображаться до четырех вкладок: Навигатор, Параметры, Съемка и Панель инструментов. В окне "Панорама" отображаются названные вкладки, если в нем активно используется несколько инструментов (видов). Контекстные меню Щелкните правой кнопкой мыши в окне "Область инструментов" или 158 "Панорама" для отображения контекстного меню доступных команд. Чтобы открыть меню с командами, относящимися к элементу (элементам) списка, щелкните правой кнопкой мыши на одном элементе или выберите один или более элементов и щелкните правой кнопкой. Если щелкнуть правой кнопкой мыши на области, не содержащей элементы или данные, в меню отобразятся команды, относящиеся к окну. Автоматически убирать с экрана Эта функция палитр AutoCAD позволяет оставлять окно активным, освобождая при этом максимум экранного пространства. Если функция "Автоматически убирать с экрана" активна для окна, при выведении курсора за его пределы тело окна скрывается, а видимой остается только строка заголовка. Для восстановления отображения всего окна нужно навести курсор на строку заголовка. На следующем рисунке приведены закрытое и открытое окно "Область инструментов" при активной функции "Автоматически убирать с экрана". Закрыто Разомкнуть Рис. 25. Закрытое и открытое окно "Область инструментов" Autodesk Civil 3D 159 Для включения функции "Автоматически убирать с экрана" для окон "Область инструментов" или "Панорама" нажмите кнопку в строке заголовка. Для отключения функции "Автоматически убирать с экрана" нажмите кнопку в строке заголовка. Для управления функцией "Автоматически убирать с экрана" можно также щелкнуть правой кнопкой на строке заголовка и воспользоваться контекстным меню. Более подробную информацию о функции "Автоматически убирать с экрана" см. в справочной системе AutoCAD. Примечание: функция автоматического удаления с экрана не применяется к прикрепленным окнам. Перемещение и прикрепление Как и палитры AutoCAD, окна "Область инструментов" и "Панорама" можно перемещать, прикреплять, делать плавающими, а также можно изменять их размеры. Прикрепленное окно имеет по крайней мере одну общую границу с прилегающими окнами и панелями. Если общую границу передвинуть, то окна будут компенсировать перемещение, изменяя форму. Чтобы открепить и переместить окно, нужно нажать и перетащить управляющие панели, которые находятся вверху или сбоку окна. Для предотвращения прикрепления окна при перетаскивании нажмите клавишу Ctrl и удерживайте ее нажатой. Совет: Окно можно быстро открепить двойным нажатием на управляющие панели окна. Более подробная информация о работе с прикрепленными и плавающими окнами приведена в Справке AutoCAD. 3.4.12. Инструментальные палитры Инструментальные палитры являются удобным средством доступа к целому ряду инструментов и содержимого. Инструментальные палитры являются стандартным компонентом в AutoCAD. Открыть инструментальные палитры можно с помощью команды ToolPalettes или на ленте. Инструментальные палитры открывают 160 доступ к инструментам и компонентам как AutoCAD, так и Autodesk Civil 3D. Например, инструментальные палитры Autodesk Civil 3D позволяют обратиться к элементам конструкции и к конструкциям, которые можно использовать при проектировании коридора. Они также открывают доступ к относящимся к сфере гражданского строительства материалам для визуализации и многовидовым блокам. Рис. 26. Инструментальные палитры Autodesk Civil 3D Для вставки элемента его можно перетащить с инструментальной палитры на чертеж. Все запросы, необходимые для вставки элемента, отображаются в командной строке. Отображение окна инструментальных палитр и выбор палитры 161 1) Щелкните на вкладке "Главная" "Инструментальные палитры" , панель "Палитры", раздел найти. 2) В окне инструментальных палитр нажмите значок "Свойства" в строке заголовка. 3) В нижней части меню выберите инструментальную палитру для отображения. Добавление конструкции или элемента конструкции на инструментальную палитру 1) Щелкните на вкладке "Главная" "Инструментальные палитры" , панель "Палитры", раздел найти. 2) Перейдите к инструментальной палитре, на которую требуется добавить конструкцию или элемент конструкции, или создайте новую инструментальную палитру. 3) Щелкните на вкладке "Вид" компонентов" панели "Палитры" "Библиотека найти. 4) Перейдите в тот каталог, в котором содержится нужная вам конструкция. 5) После обнаружения нужной сборки переместите указатель мыши на изображение сборки, чтобы отобразить параметры вставки сборки в чертеж либо ее добавления на инструментальную палитру. 6) Щелкните параметр добавления на инструментальную палитру. Сборка будет добавлена на инструментальную палитру, которая открыта в окне "Инструментальные палитры". 3.4.13. Библиотека компонентов Библиотека компонентов представляет собой библиотеку каталогов, содержащих инструменты, инструментальные палитры и пакеты инструментов. Каталоги можно публиковать, чтобы несколько пользователей имели доступ к стандартным инструментам при работе над проектами. Предусмотрены каталоги инструментов работы с элементами конструкций со значениями в метрической и британской системах единиц. Для работы с 162 элементами конструкции проще всего перетащить их из каталога на инструментальную палитру. Отображение библиотеки компонентов: • Щелкните на вкладке "Вид" компонентов" панели "Палитры" "Библиотека найти. 3.4.14. Всплывающие подсказки для объектов Для объектов чертежа проекта Civil 3D отображаются всплывающие подсказки близости и ролловеров. Можно управлять отображением подсказок для всего чертежа в целом, для объектов одного типа или для конкретного объекта. • Подсказка для ролловера отображает информацию об объекте при наведении курсора на этот объект. Если включена функция выделения объекта, то при отображении подсказки объект будет выделен. • В подсказке близости отображается информация о текущем местоположении курсора по отношению к одному или нескольким объектам чертежа. Т.е. в ней отображается информация о близости курсора к этим объектам. Для отображения этих подсказок нет необходимости наводить курсор на какойлибо конкретный объект чертежа. Наиболее важные сведения об объекте отображаются в начале подсказки. В подсказках, отображаемых для трасс и поверхностей, содержится информация о пикетах/смещении по отношению к ближайшей к курсору трассе и информация об отметке самой верхней поверхности. Если оставить курсор в том же месте, отображается развернутая подсказка, содержащая до четырех дополнительных пунктов информации. Сочетание пунктов, отображаемых в подсказке, зависит от объекта и от того, включен ли для данного объекта режим подсказок. Если в чертеже имеется, например, пять трасс и пять поверхностей, в подсказке близости будет отображено три трассы и три поверхности. Трассы отображаются в порядке близости к курсору. Поверхности отображаются в порядке убывания от самой высокой отметки к самой низкой. 163 Для управления отображением подсказок в чертеже выберите меню "Приложение" Параметры. На вкладке Отображение установите или снимите флажки Всплывающие подсказки и Подсказки для ролловеров. Примечание: флажок Всплывающие подсказки управляет отображением подсказок для ленты и для диалоговых окон, а также подсказок близости. Флажок Подсказки для ролловеров управляет отображением подсказок ролловеров AutoCAD и Autodesk Civil 3D. Управление отображением подсказок для объектов одного типа 1) Щелкните в области инструментов на вкладке "Параметры" правой кнопкой мыши <объект> выберите "Редактировать параметры объекта". 2) В диалоговом окне "Редактировать параметры объекта", в разделе Общие измените значение поля Всплывающие подсказки. Примечание: эта настройка может быть переопределена на уровне объекта в диалоговых окнах свойств объектов. • Да: отображение подсказок по умолчанию для всех объектов выбранного типа. • Нет: подсказки для объектов выбранного типа не отображаются. 3) Измените Состояние всплывающей подсказки для нового объекта. • Вкл: включение по умолчанию состояния подсказок для новых объектов. • Откл: выключение по умолчанию состояния подсказок для новых объектов. 4) Нажмите "OK". Управление отображением подсказок для одного объекта В любом диалоговом окне свойств объекта проекта Civil 3D, на вкладке Информация установите или снимите флажок Всплывающие подсказки. 3.5. Обзор программного комплекса Autodesk Revit Autodesk Revit, или просто Revit – программный комплекс для автоматизированного проектирования, реализующий принцип информационного 164 моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM). Предназначен для архитекторов, конструкторов и инженеров-проектировщиков. Revit позволяет повысить эффективность и точность на протяжении всего жизненного цикла проекта, от концептуального проектирования, визуализации и анализа до изготовления и строительства. Данная система обеспечивает высокий уровень совместной работы специалистов различных дисциплин и значительно сокращает количество ошибок. Позволяет создавать строительные конструкции и инженерные системы любой сложности. На основе проектируемых моделей специалисты имеют возможность выработать эффективную технологию строительства и точно определить требуемое количество материалов. База данных Revit может содержать информацию о проекте на различных этапах жизненного цикла здания, от разработки концепции до строительства и снятия с эксплуатации. Рис. 27. Интерфейс программы Autodesk Revit Возможности Revit 165 − Инструменты концептуального программирования для проектирования строений произвольной конфигурации. − Поддержка очень сложных параметрических компонентов: мебели, электроборудования и т.п. − Спецификации как представления моделей: фильтры, формулы. − Ведомость материалов. Данная функция позволяет быстро и точно рассчитать расходы на материалы, опираясь на их количественные параметры. − Проверка на пересечения элементов трехмерных моделей. − Рендеринг для реалистичной визуализации. − Совместная работа с гарантией одновременного доступа (с нагрузки, их настраиваемыми правами) к модели и её элементам. − Аналитическая модель, помогающая рассчитывать взаимосвязь, граничные условия, работу опор, характеристики профилей и материалов. Функционал Revit дает возможность: 1. Проводить расчет энергопотребления построек; 2. Вычислять потери давления и расходы в системах; 3. Находить потери напряжения в сетях; 4. В ручном или автоматизированном режиме проводить трассировку; 5. Вычислять нагрузки охлаждающих и отопительных систем; 6. Определять средние показатели освещенности; 7. Проводить подбор вентиляционных каналов и трубопроводов по оптимальному сечению; 8. На базе коэффициента использования вычислять нагрузку на электроцепи. Revit поддерживает работу с семействами как библиотеками объектов и элементов. Это систематизирует работу программы, облегчает и ускоряет процесс проектирования. Семейства можно редактировать, создавать, удалять, пополнять с помощью импорта (в том числе из AutoCAD. Элементы семейств имеют рабочие параметры: расходы, потери давления, нагрузка, мощность, сопротивление и т.п. 166 Autodesk Revit делает работу проектировщиков боле удобной благодаря возможности хранения и редактирования нескольких проектных решений в одном файле. Это полезная функция для тех, кто демонстрирует проекты заказчикам, представляет свои разработки на презентациях и конференциях. Технология работы В целом проектирование в Revit выполняется в следующей последовательности: 1. Выполняется предварительная "разбивка" будущего здания по высоте (на этажи, при помощи инструмента "Уровень") и по горизонтали (на блоки, при помощи инструмента "Ось"). Данные элементы составят "скелет" будущей модели; 2. Создается трехмерная модель здания. В процессе работы используются предварительно созданные библиотечные элементы ("семейства" в терминологии Revit), содержащие "шаблон" элемента модели: например, двутавровая балка, сечение которой загружается из нормативного справочника (что ускоряет процесс проектирования), но которая может быть выполнена любой длины в модели. Таким образом в модели размещаются стены, перекрытия, окна и двери, сантехническое оборудование и т.д.; 3. Размещаются и настраиваются дополнительные элементы, такие как "Помещения" и "Зоны", выполняется наполнение элементов атрибутивной информацией, например, указываются марки, артикулы элементов; 4. Проводится анализ здания на соответствие архитектурным, конструктивным, санитарным, противопожарным и другим требованиям. При необходимости выполняется корректировка модели; 5. Выполняется создание "видов" модели – планов этажей, фасадов и разрезов, локальных фрагментов модели. Виды размещаются на листах чертежей в определенном масштабе. Получаемые виды модели могут быть глубоко настроены, например, на некоторых чертежах определенные элементы могут быть отключены (на плане квартиры не показывается армирование перекрытия, но при этом на чертежах конструкций армирование будет отображаться), либо настроены более 167 сложным образом (противопожарные перегородки выделены красным цветом на планах противопожарных мероприятий). Виды имеют двустороннюю ассоциативную связь с 3D-моделью: так, при изменении положения стен в 3Dмодели автоматически будут откорректированы все планы и разрезы, на которых отображались данные стены; то же произойдет и в обратном направлении; 6. Чертежи дополняются аннотациями: выносками, текстовыми примечаниями, табличными данными. Данные элементы так же сохраняют ассоциативную связь с 3D-моделью: например, при изменении типа двери одновременно изменится марка двери на чертеже и в спецификации дверей, то же справедливо в обратном направлении; 7. Выполняется печать чертежей или передача 3D-модели и документации, например, для последующего использования в другом программном обеспечении. 3.5.1. Основные понятия Revit Программа Revit поддерживает проекты, чертежи и спецификации, необходимые для информационного моделирования объектов строительства (BIM). BIM – это технология электронного моделирования объектов строительства. Она предоставляет сведения о разработке проекта, его размере, количественных значениях и этапах. Перед началом работы с Revit необходимо ознакомиться с некоторыми понятиями. Моделирование В модели Revit каждый лист чертежа, 2D- и 3D-вид, а также спецификация передают информацию из одной и той же виртуальной модели здания. При работе с моделью здания Revit объединяет информацию из всех представлений проекта. Программа автоматически согласовывает изменения, внесенные в любой части проекта, включая виды модели, листы чертежей, спецификации, разрезы и планы. Элементы Элементы — это строительные блоки 3D-модели. Они представляют собой реальные компоненты, которые проектировщик добавляет в модель. 168 Некоторые элементы, такие как стены, окна и балки, являются трехмерными и отображаются на всех видах. Эти элементы можно рассматривать как компоненты, существующие в здании. Другие элементы, например марки, размеры и разные типы аннотаций, отображаются только на том виде, где они размещены. Такие элементы поддерживают правила и взаимосвязи в проекте. Например, при присоединении крыши к стенам между элементами устанавливается взаимосвязь. Эти правила и взаимосвязи упрощают изменение модели. Рис. 28. Пример элементов здания Параметры Параметры определяют размер, форму, положение, материал, и прочую информацию об элементах модели. Параметрическое моделирование подразумевает тесную взаимосвязь всех элементов проекта, что позволяет координировать работу и управлять изменениями в Revit. Взаимосвязи 169 устанавливаются автоматически программой либо создаются пользователем в процессе работы. Вот несколько примеров: − Дверь – это фиксированный элемент относительно соседней перегородки. При перемещении стены дверь сохраняет взаимосвязь с ней. − Кромка перекрытия или крыши связана с наружной стеной таким образом, что при ее перемещении перекрытие или крыша не отрываются от стены, а остаются соединенными с ней. − Арматурные стержни расположены на элементе на равном расстоянии друг от друга. При изменении длины элемента Revit сохраняет равномерные интервалы между элементами. Семейства Все элементы, добавляемые в модель Revit, объединяются в семейства. К таким элементам относятся стены, двери, несущие элементы, механическое оборудование, а также элементы аннотаций, такие как обозначения фасадов, марки дверей и линии сетки колонн. Семейство является набором элементов с одинаковым назначением, общими параметрами и похожей геометрией. Например, размер столов может отличаться, но все размеры будут относиться к одному семейству столов. В Диспетчере проекта есть раздел, называющийся «Семейства». Типы файлов Основные типы файлов Revit: − Файлы проектов *.rvt. − Файлы семейств *.rfa. − Файлы шаблонов проектов *.rte. − Файлы шаблонов семейств *.rft. Экспорт данных Revit поддерживает следующие виды экспорта: − экспорт проектов и семейств в формат DWG; − экспорт проектов и семейств в формат DXF; 170 − экспорт проектов и семейств в формат DGN; − экспорт проектов и семейств в формат ACIS SAT; − экспорт проектов и семейств в формат DWF/DWFx; − экспорт проектов в формат ADSK; − экспорт типоразмеров семейства в текстовый файл *.txt; − экспорт проектов в формат IFC; − экспорт проектов и формообразующих элементов в формат gbXML; − сохранение данных модели в базе данных ODBC; − запись файлов анимации с помощью свободной камеры или на основе расчёта инсоляции; − сохранение изображений в форматах *.jpg, *.tif, *.bmp, *.tga и *.png; − сохранение спецификации в html-файле; − сохранение расчёта площадей помещений или зон в html-файле; − экспорт параметров DWG/DXF; − экспорт параметров DGN; − экспорт параметров IFC. Импорт данных Revit поддерживает следующие виды импорта: − импорт из формата DWG; − импорт из формата DXF; − импорт из формата DGN; − импорт из формата ACIS SAT; − импорт из формата SketchUp; − импорт из формата DWF/DWFx; − вставка изображений, хранящихся в файлах форматов *.jpg, *.jpeg, *.tif, *.bmp, и *.png; − импорт из формата ADSK; − импорт из формата gbXML. 171 Импорт данных доступен в двух видах – в виде ссылки и в виде импорта. В первом случае в файл Revit’а прописываются ссылки на внешний файл. Во втором случае импортируемые данные полностью записываются в файл проекта или семейства. Revit Server Revit Server – это серверное приложение для Autodesk Revit. Оно является основным приложением для совместной работы над проектами Revit. Сетевая архитектура Revit Server предназначена для обеспечения совместной работы нескольких моделей из хранилища посредством глобальной сети (WAN), а также для повышения эффективности совместной работы распределенных коллективов в Revit. Совместный проект представляет собой модель здания Revit, доступную для открытия и изменения несколькими участниками проекта одновременно. При совместной работе на основе сервера на разных сайтах устанавливается и настраивается несколько экземпляров Revit Server, которым назначаются различные роли, что позволяет оптимальным образом поддерживать совместную работу над проектом в глобальной сети (WAN). Все вместе эти экземпляры Revit Server образуют сеть Revit Server. 3.6. Программное обеспечение Carlson Survey Carlson Survey – программный продукт, который включает в себя все необходимое, начиная с обработки сырых данных полевой съемки и заканчивая выводом на печать готового чертежа. Это полноценная САПР, которая позволяет чертить и редактировать все стандартные объекты чертежа в формате DWG напрямую. Применяется для линейных и площадных геодезических изысканий, а также для автоматизации маркшейдерских работ. 172 Рис. 29. Интерфейс Carlson Survey Многоцелевое и популярное программное решения для геодезистов, маркшейдеров, топографов, рабочий процесс в котором организован именно в такой последовательности, как думает изыскатель. Удобно интегрирован с полевыми программами SurvCE и SurvPC. Позволяет режиме реального времени обмениваться данными с SurvCE с помощью нового инструмента Carlson Cloud. При использовании полевых кодов пользователи могут заметно ускорить процесс отрисовки планов, упросить взаимодействие полевых бригад и камеральной группы, а также систематизировать CAD слои, условные обозначения и прочие элементы чертежа. Carlson Survey может быть установлен поверх AutoCAD. Для тех пользователей, у которых нет AutoCAD, в комплекте c программой поставляется встроенная графическая платформа IntelliCAD. При этом пользователи получают полноценную CAD платформу без дополнительных затрат. В дополнение, выпускается версия Carlson Survey OEM, которая включает в себя ядро AutoCAD OEM. Carlson Survey разработан для использования в камеральной работе при наземной и подземной съемке, в маркшейдерском деле и кадастре. Продукт включает в себя целый набор инструментов для изыскателей, начиная с расчета 173 сетей по методу наименьших квадратов и заканчивая моделированием поверхностей и расчета объемов. Пользователи получают возможность легко переносить данные из поля на чертеж, применяя при этом корпоративные стандарты и стили для ускорения работы. Основные функции: • ввод и обработка данных съемки; • формирование плана горных работ; • вычисление объемов; • построение профилей; • проектирование канав, отвалов, водоемов; • ввод и обработка данных съемки. Carlson Survey позволяет вводить в рисунок AutoCAD данные съемки разными способами: • Непосредственно с цифровых приборов различных типов: Geodimetr, Leica, Nicon, SMI, Sokkia SDR, NDS, Topcon, Trimble, 3TA5, Zeiss. • Импортировать данные из файлов, уже скачанных с приборов, в том числе и с 3ТА5 • Ввести данные из полевого журнала. Ввод выполняется в электронной таблице или в командной строке. Вид таблицы напоминает страничку полевого журнала и результаты съемки сразу же отображаются графически в нижнем поле. Учитывая невысокую стоимость Carlson Survey, его можно рекомендовать для оснащения рабочих мест участковых маркшейдеров, для небольших геодезических компаний и для всех строительных фирм, ведущих изыскания на местности. 3.7. Программный комплекс GeoniCS GeoniCS – программный AutoCAD/AutoCAD Civil комплекс, 3D. Он работающий на платформе позволяет автоматизировать проектно- изыскательские работы и предназначен для специалистов отделов изысканий, генплана, а также проектировщиков внешних инженерных сетей и автодорог. 174 Рис. 30. Панель "Навигатор" GeoniCS Программный комплекс GeoniCS состоит из шести модулей, образующих единый комплект поставки: • Модуль «ТОПОПЛАН» – это ядро программы, позволяющее создавать топографические планы, вести базу точек съемки проекта, строить трехмерную модель рельефа и проводить анализ полученной поверхности. На основе построенной модели рельефа программа обеспечивает возможность решать целый ряд прикладных задач. • Модуль «ГЕНПЛАН» используется при проектировании промышленных объектов различного назначения, а также объектов гражданского строительства. Модуль обеспечивает полное соответствие требованиям ГОСТ 21.508-93 «Правила выполнения рабочей документации генеральных планов предприятий, сооружений и жилищно-гражданских объектов». 175 • Модуль «СЕТИ» позволяет проектировать внешние инженерные сети и оформлять необходимые выходные документы. • Модуль «ТРАССЫ» обеспечивает проектирование линейно-протяженных объектов и оформление необходимых выходных документов. • Модуль «СЕЧЕНИЯ» позволяет получить поперечные профили по цифровой модели рельефа и осевой линии трассы, а также запроектировать очертания дорог и водоотводных устройств с формированием объемов земляных работ и материалов. • Модуль «ГЕОМОДЕЛЬ» предназначен для автоматизации процесса подготовки графических отчетных документов инженерно-геологических изысканий (инженерно-геологические разрезы и колонки). На основе модели объекта GeoniCS автоматизирует выпуск чертежей, строго соответствующих действующим российским нормативам оформления документов. Заполняются все требуемые штампы и экспликации, а при необходимости производится автоматическая разбивка на листы заданного формата. 176 4. ЭЛЕКТРОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ Эффективность производства, успех продаж и качество послепродажного сопровождения сложных технических изделий все более и более зависят от того, как быстро и своевременно все этапы жизненного процесса такого рода изделий будут поддержаны разного рода документами, руководствами, инструкциями, описаниями и т. д. С развитием глобальных сетей, емкости серверов, распространением мобильных устройств с беспроводным доступом на смену традиционным бумажным копиям технических документов приходят электронные публикации. Кроме компактности носителя и системы просмотра, они могут обеспечить высокую степень аутентичности и актуальности документации, так как при сетевом доступе обращение происходит к единой копии документа. 4.1. Публикация чертежей Публикация чертежей подразумевает под собой перевод их в форму, обеспечивающую перенос между рабочими местами, передачу по каналам электронной связи с гарантированным сохранением всей визуальной информации, обозначений, стилей текста, типов линий и т. д. Выполнить такую процедуру с использованием исходного рабочего формата файлов (в случае с AutoCAD – DWG) представляется затруднительным, так как требует довольно трудоемкого и чреватого ошибками процесса копирования шрифтов, внешних блоков, библиотек штриховых узоров и пунктиров линий. Кроме того, в большинстве случаев стоит задача сделать публикуемый чертеж недоступным для редактирования. Для обеспечения решения всех этих задач существуют несколько технологических решений. DWF (Design Web Format) – это безопасный формат файла, разработанный Autodesk для передачи проектных данных в виде, который был бы независим от оригинального прикладного программного обеспечения, аппаратных средств или операционной системы, с помощью которой создавались данные проекта. Файл 177 DWF может описать данные проекта, содержащие любую комбинацию текста, графики и изображений в независимом устройстве. Эти файлы могут быть одним листом или многократными листами, очень простыми или чрезвычайно сложными с богатым использованием шрифтов, графики, цвета и изображений. Для просмотра файлов DWF предлагаются бесплатные средства просмотра, в том числе и встраиваемые в интернет-браузеры. Альтернативным решением является использование популярного формата PDF, разработанного фирмой Adobe, исходно предназначавшегося для представления в электронном виде полиграфической продукции, но впоследствии получившего широкое распространение любых текстовых и графических документов. Достоинством использования PDF для публикации чертежей является то, что для просмотра можно использовать официальную бесплатную и широко распространенную универсальную программу Acrobat Reader, а также программы сторонних разработчиков. Рис. 79. Просмотр чертежа, опубликованного в PDF-формате 4.2. Публикация трехмерных проектов 178 Аналогично плоским чертежам, существует необходимость передачи 3Dnpoeктов на рабочие места, на которых не установлена САПР, в которой проект создан. Для решения этой задачи созданы независимые от САПР инструменты публикации проектных данных: система eDrawings разработки компании SolidWorks, формат 3DXML, разработанный Dassault Systemes, расширенная спецификация уже упоминавшегося формата DWF компании Autodesk, формат 3D PDF фирмы Adobe, позволяющий вставлять трехмерные иллюстрации в электронные текстовые документы и др. Рассмотрим такую технологию на примере eDrawings. eDrawings – это независимый формат облегченного представления и публикации конструкторских данных, полученных в CAD-системе. Он похож на общеизвестные форматы обмена данных Parasolid, STEP, IGES и VRML, но это вовсе не одно и то же. В отличие от форматов, предназначенных лишь для обмена данными о графическом объекте между различными трехмерными редакторами, eDrawings – это независимый инструмент представления (просмотра, печати) и аннотирования данных. По сравнению с другими, формат eDrawings обладает более широкими возможностями представления графической информации (как трехмерной, так и двумерной чертежной) и предъявляет значительно меньше требований для обеспечения этого представления. 3D-модели и 2D-чертежи, сохраненные в формате eDrawings, можно просматривать на компьютере, на котором не установлена ни одна CAD-система. Просмотр данных осуществляется с помощью специального приложения – eDrawings Viewer, которое распространяется бесплатно. Сегодня формат eDrawings в том или ином виде поддерживают практически все известные зарубежные и многие российские CAD-платформы. Также программа позволяет работать с дополненной и виртуальной реальностью. Помимо малого объема файлов, возможности предоставления сохраненных данных принимающей стороне для просмотра без наличия CAD-системы, гибкости в представлении данных (можно перемещать, делать прозрачными или скрывать компоненты, создавать сечения), самое главное, что предоставляет система 179 eDrawings, – возможность рецензирования моделей или чертежей и сохранения рецензий в одном файле. Рис. 80. Проект в формате eDrawings eDrawings и аналогичные системы обеспечивают возможность передачи модели заказчику, партнеру, руководителю и любым другим заинтересованным лицам, в результате чего они могут ознакомиться с наглядно представленным спроектированным изделием (проектом), не прибегая к CAD-системе. При этом интеллектуальные права разработчика надежно защищены, например посредством запрета вывода в STL и простановки размеров. С использованием такого метода публикации коллективной проектов работы достаточно над просто проектом осуществляется различных служб организация предприятия. Аннотирование документов (на профессиональном сленге – функция «красный карандаш») позволяет проектировщику легко получать замечания или требования по доработке изделия от заказчика (руководителя проекта). Один и тот же документ могут по очереди рецензировать разные участники процесса разработки, добавляя свои специфические требования к проектируемому объекту. После возвращения документа разработчик, проанализировав все заметки, может ответить на каждую 180 из них, принять ее или отказать рецензенту. Все ответы на замечания также сохраняются в едином файле. После этого документ может быть вновь отослан принимающей стороне для ознакомления с ответами разработчика и т. д., пока все требования не будут учтены, а изделие – спроектировано должным образом. 4.3. Технические иллюстрации Особое место в создании и публикации технической документации занимают технические иллюстрации. Они используются в инструкциях по сборке, ремонту, эксплуатации изделий, каталогах запасных частей, в учебных пособиях и рекламных буклетах. В отличие от традиционных чертежей, в которых применяется стандартизованное символьное изображение элементов конструкции, в технических иллюстрациях больше внимания уделяется наглядности и близости изображения к внешнему виду реального изделия. Сравнивая чертежи и технические иллюстрации, можно выделить следующие отличия: • технические иллюстрации быстро и ясно доводят различную информацию о разработанном продукте, обычно показанном в ситуации, когда продукт уже используется, собирается или обслуживается; • на иллюстрациях отображаются в первую очередь значимые детали, несущественные часто опускаются или изображаются условно; • широко используются различные изобразительные приемы, например перспективные виды, удаление скрытых линий, разрезы, увеличенные фрагменты, которые выделяют ключевые детали иллюстрации. Естественным шагом в развитии технологий публикации электронной документации стало появление интерактивных документов, способных показать не только статические схемы и иллюстрации, но и анимированные инструкции по сборке, ремонту и эксплуатации. Интерактивная техническая и эксплуатационная документация, электронные каталоги и обучающие системы сегодня становятся стандартом де-факто при поставке продукции заказчикам. Особенно важен этот вопрос для предприятий автомобилестроения, аэрокосмической отрасли, судостроения и военно-промышленного комплекса, выпускающих сложную 181 наукоемкую продукцию. В данном контексте автоматизация труда разработчиков интерактивной технической документации актуальность. 182 приобретает все большую 5. ВЫБОР САПР 5.1. Инициализация процесса Выбор САПР, наиболее оптимально решающей задачи конкретного предприятия, – это непростая задача как для небольших компаний, так и для крупных корпораций. Для предприятий малого и среднего бизнеса ситуация осложняется тем, что, как правило, они не располагают существенными финансовыми и людскими ресурсами, обеспечивающими тщательный анализ предполагаемых к внедрению систем, которыми обладают крупные предприятия (заказчики). Процесс выбора всех компонентов САПР – CAD, САМ, САЕ, PDM и т. д. – зачастую характеризуется невысоким уровнем аргументации, недостаточной глубиной анализа стратегических аспектов, слабым пониманием среды разработки изделия и предложений, направленных на ее улучшение, весьма приблизительной оценкой коэффициента отдачи инвестиций (Return On Investment, ROR) и других важных критериев. Чем крупнее компания и чем сложнее ее структура, тем более сложным представляется процесс выработки решения. Это обусловлено тем, что в промышленности САПР является важным инструментом разработки изделия, который может играть критически важную роль при согласовании организационных целей, но при всей своей важности это только один из многих инструментов, с которыми также необходимо взаимодействовать. Еще в недавнем прошлом применение САПР сводилось к схеме проектирования, принятой при работе с бумажными документами. Однако глобальные изменения в мировой экономике за последние десятилетия внесли новые факторы, которые нужно учитывать: • необходимо обеспечивать быстрый выход продукта на рынок; • высокие требования к качеству изделия (проекта), которое должно соответствовать мировому уровню; • деятельность в условиях глобальной экономики, когда клиенты, поставщи- ки и разработчики изделия могут находиться в любой точке земного шара; 183 • необходимость снижения издержек ввиду высокой ценовой конкуренции мировых производителей. Самое важное требование – соответствие системы разработки изделий целям и задачам компании. Поэтому при выборе нового программного продукта следует найти ответы на следующие вопросы: • Нужна ли вам вообще новая система? Соответствует ли имеющаяся система текущим и перспективным целям? • Обеспечивает ли она конкурентоспособность? Можно ли усовершенствовать текущую систему? • Отвечая Какие возможности нового продукта отсутствуют в текущей системе? на данный вопрос, целесообразно сформировать список этих дополнительных функций. • Какой экономии можно ожидать? Новая система потребует определенного времени на освоение и определенной суммы на приобретение. • На какой экономический эффект можно рассчитывать? За какой период? • Какими будут издержки при использовании новой системы? Внедрение или обновление программных продуктов для разработки изделий стоит рассматривать как последовательность логических этапов. 5.2. Выяснение потенциальных преимуществ системы Процесс обновления начинается с принятия решения о необходимости усовершенствования существующей системы либо замены ее новой системой. Для этого придется ответить себе на целый ряд достаточно простых вопросов: • Как давно обновлялась система разработки изделий? Делалось ли это в последние 3-5 лет? • Работают ли ваши инженеры/конструкторы/разработчики в 3D? • Удовлетворены ли вы качеством вашей продукции? • Удовлетворены ли вы сроками разработки изделий (проекта) и сроками вывода изделий (проекта) на рынок? 184 • Насколько высок процент своевременных ответов на заявки и предло- жения? • Насколько конкурентоспособно ваше предприятие с точки зрения затрат, на разработку и вывод изделия (проекта) на рынок? • Можете ли вы обмениваться проектными данными с вашими заказчиками и/или поставщиками, если возникает такая необходимость? И если такой обмен имеет место, то можете ли вы обеспечить необходимую безопасность процесса и сохранность ключевых данных об изделии (проекте)? • Поддерживается ли синхронность изменений в спецификациях, используе- мых на этапе разработки изделия (проекта) и на этапе его производства? • Имеются ли у вас эффективный доступ к фрагментам ранее выполненных проектов и возможность их использования в новых изделиях? Если хотя бы на один из этих вопросов ответ отрицательный – можно полагать, что предприятие использует среду разработки, не удовлетворяющую современным целям и задачам предприятия, и необходимо либо ее модифицировать, либо выбрать новую систему. Выяснение потенциальных преимуществ системы На этом этапе нужно определить усовершенствования, которые необходимо произвести для улучшения работы предприятия, и убедиться, что с помощью новой системы разработки можно добиться такого улучшения. В первую очередь нужно оценить потенциал модернизации текущей системы. Если предприятие работает с просто устаревшим программным обеспечением, то есть система рассчитана только на 2D, или поставщик больше не поддерживает этот продукт, то целесообразно заменить ПО на новое. И напротив, если используется современное программное обеспечение, но не удается достичь ожидаемых преимуществ – возможно, система некачественно настроена, или же нужны изменения в бизнес-процессах и методах работы, в этом случае приобретение нового программного решения не поможет. При оценке потенциальных преимуществ новой системы CAD/CAM/CAE/ PDM необходимо осмыслить, каким образом могут быть усовершенствованы 185 бизнес-процессы, связанные с жизненным циклом изделия, на конкретном предприятии. Для этого нужно ответить на следующие вопросы: • Достаточно ли высока рентабельность предприятия? • Не слишком ли велика себестоимость изделий? • Достаточны ли ресурсы, направляемые на разработки, и находятся ли затраты на НИОКР в пределах нормы издержек? • Достаточно ли конкурентоспособны изделия? • Является ли качество ваших изделий достаточно высоким на протяжении всего жизненного цикла? • Не слишком ли долог цикл разработки изделий? • Достаточно ли быстро предприятие реагирует на изменения потребностей рынка или на предложения клиентов? Получив ответы на эти вопросы, следует выяснить, достижимы ли требуемые улучшения иными методами, нежели внедрение нового ПО САПР, например совершенствованием бизнес-процессов, модернизацией оборудования, улучшением снабжения и контроля качества, изменением конструкции изделий? 5.3. Формализация требований к системе В случае получения на предыдущем этапе вывода о целесообразности внедрения новой САПР необходимо сформировать набор технических требований к ней, определить, какую функциональность должна включать новая система и сколько это должно стоить. Затем, выбирая наиболее важные позиции, можно разработать поэтапный план внедрения. Примерный набор требований может быть таким: • возможность создания и управления комплексной информацией об изделии/проекте (твердотельные модели, чертежи, технологические данные и т. д.); • переход на 3D; • возможность работы с данными, наработанными ранее в других системах, в том числе на бумаге; • способность к взаимодействию с другими САПР; 186 • обеспечение проверки данных; • возможность управления процессами; • совместная работа разработчиков как внутри предприятия, так и со смежниками; • интеграция с производственными системами; • интерфейс с другими IT-системами, например ERP. Принимая решение о важности требования к системе, необходимо рассматривать их с позиции потенциального эффекта, оценивая вклад каждого усовершенствования в достижение общего результата. Наиболее важными являются те требования, которые позволяют получить наибольший эффект. 5.4. Анализ затрат Добиться экономического эффекта невозможно без анализа затрат. Приведем перечень основных задач, решаемых при переходе или внедрении новой системы разработки: • приобретение ПО для проектирования изделий, подготовки производства, инженерного анализа, управления данными; • обучение персонала; • настройка нового программного обеспечения под задачи сотрудников; • конвертация существующих данных; • приобретение нового аппаратного обеспечения; • обновление системного и офисного ПО; • обновление коммуникаций – более скоростные локальные сети и доступ в Интернет; • установка серверов для хранения общедоступных данных; • пересмотр и реорганизация бизнес-процессов, информационных потоков и технологических маршрутов изделий, для того чтобы воспользоваться преимуществами новой системы; 187 • пересмотр процедур утверждения бумажных документов и процедур внесения изменений; • обеспечение доступа к проектным данным не только для авторов CAD- данных, но и, возможно в упрощенном варианте, для сотрудников, проверяющих и утверждающих документы. Расходы на консультационные услуги и обучение персонала непосредственно зависят от числа обучаемых и от уровня их текущей квалификации. При этом необходимо учесть возможные потери времени и замедление темпа работ, пока сотрудники не научатся быстро работать в новой системе. Целесообразно, чтобы на каждом направлении внедряемого нового функционала был лидер из числа продвинутых пользователей или высококвалифицированный консультант, способный помочь и посоветовать другим сотрудникам, – это существенно сэкономит время и издержки. Отдельно стоит остановиться на конвертировании наработанных данных. Это следует делать только в случае безусловной необходимости или явной пользы. Не нужно преобразовывать сразу все имеющиеся данные, а только те, которые действительно необходимы на текущий момент. Очень осторожно следует относиться к так называемым «дешевым альтернативам» ПО САПР. Рабочие места сотрудников, которые непосредственно проектируют или вносят изменения, целесообразно оснащать полноценными лицензиями. Более дешевые альтернативы существуют, однако в этом случае функционал, как правило, имеет ограничения, что приведет к меньшей эффективности работы. Существенным фактором, влияющим на бюджет проекта, является возможность масштабирования программных решений. При составлении сметы важно определиться, какие компоненты ПО должны быть приобретены и внедрены сразу, а какие могут быть докуплены позже, в качестве дополнений. Также необходимо оценить затраты на будущие обновления и обслуживание системы. 5.5. Выбор системы 188 В процессе выбора необходимо определить наиболее подходящую для предприятия CAD/CAM/CAE/PDM-систему и убедиться в правильности выбора. К этому этапу должны быть четко выделены основные проблемы, препятствующие повышению эффективности работы предприятия, и сформулированы основные цели проводимых усовершенствований. Выбранная система должна быть масштабируемой на всех этапах внедрения, так как ее функциональность и область внедрения могут расширяться. Для осуществления выбора рекомендуется провести следующие мероприятия: • организовать группу сотрудников, которые будут решать эти проблемы, создать план их работы и механизм контроля его выполнения; • окончательно уточнить набор требований к системе, как технических, так и управленческих; • для каждой позиции в списке требований определить конкретную ожидае- мую пользу. Если для какой-то позиции это не удается, она не является значимой и должна быть удалена. Рекомендуется ограничить список не более чем двумя десятками требований; • отсортировать требования, которым должна отвечать система, по ожидаемой пользе, например в четыре категории: обязательные; достаточно важные, учитываемые и необязательные; • определить бюджет; • обратиться к нескольким поставщикам разных систем; • проверить предлагаемые системы на соответствие сформулированным требованиям путем сравнения систем по предоставленным описаниям, сравнения характеристик систем по результатам выполнения тестовых задач либо опытной эксплуатации системы на предприятии; • оценить соответствие всех систем выбранным требованиям; • выбрать того поставщика, который предложил систему, наилучшим обра- зом удовлетворяющую требованиям. Безусловно, выбор существенно зависит от набора требований, следует отдельно сформулировать управленческие 189 и технические требования. Консалтинговые компании предлагают готовые наборы требований и методики их оценки. Рассмотрим их на примере опыта американской компании TechniCom, рекомендующей следующий набор требований с точки зрения управления предприятием: • выгоды от предлагаемого решения должны отвечать целям бизнеса, а затраты на внедрение – быть экономически эффективными на каждом его этапе; • руководство должно быть уверено, что сотрудники предприятия смогут в обозримые сроки внедрить выбранное решение. Важно наличие квалифицированных пользователей и консультантов, которые смогут помочь в обучении сотрудников. Система должна успешно использоваться в случае замены персонала и найма новых сотрудников; • система обеспечивает обмен данными в процессе организации взаимодействия предприятия со смежниками и поставщиками. Проектные данные должны быть доступны для использования в течение долгого срока. Система должна обладать гибкостью на случай изменения характера деятельности предприятия; • разработчик программной системы должен быть надежен в финансовом плане, а его продукты должны занимать лидирующие позиции на рынке, должен иметься опыт эффективного использования аналогичных программных средств у предприятий-конкурентов. Должны быть установлены долгосрочные отношения с поставщиком программного обеспечения, способным оказать техническую поддержку. С точки зрения технических требований рекомендуется руководствоваться следующим набором: • система должна обеспечивать возможность наращивания функционала и расширения области внедрения без необходимости ее замены, то есть быть масштабируемой; • система должна обеспечивать возможность создания и модификации любой необходимой геометрии. Геометрия должна содержать всю необходимую 190 для производства информацию (форма, топология, размеры, их точность, чистота поверхностей и другие технические требования); • даже самые крупные из необходимых в работе предприятия сборки должны создаваться и просматриваться с достаточной производительностью; • чертежи должны быть полностью ассоциативными, то есть должна обеспечиваться возможность их создания и поддержки их соответствия 3D-модели. Оформление чертежей должно соответствовать стандартам, принятым на предприятии; • должны быть обеспечена возможность проектирования всей необходимой оснастки, проектирование и анализ работы пресс-форм и штампов, автоматизированное создание УП для обработки на станках с ЧПУ, планирование производства без необходимости конвертировать 3D-модели в другие форматы; • должны существовать средства для проведения инженерного анализа и по- лучения результатов расчетов; • же система должна содержать широкий набор собственных приложений или хорошо интегрированных приложений, разработанных сторонними производителями; • система должна поддерживать все необходимые промышленные стандар- ты – как для трансляции созданных в ней данных в другие форматы, так и для чтения данных, созданных в других системах; • средства управления данными об изделии (PDM) должны легко инсталли- роваться и настраиваться, поддерживать сдачу и выбор данных из архива, а также контроль за их изменением. PDM-система должна поддерживать отношения между всеми файлами CAD/CAM/CAE-системы, хранение и обращение к данным, не связанным с CAD-геометрией; • графическое отображение геометрии и чертежей должно осуществляться с высоким качеством и производительностью для любых 3D-моделей, используемых на предприятии; • интерфейс пользователя должен быть интуитивно понятным, простым в освоении и легким для запоминания. Необходима возможность настройки 191 интерфейса пользователем. Должны существовать подробная документация и встроенные средства обучения; • разработчик системы должен обеспечивать качественную поддержку программного обеспечения, исправление ошибок и решение возникающих проблем, а также консультации по вопросам, касающимся использования его продукта. Для тестирования систем и оценки их соответствия требованиям предприятия TechniCom предлагает пользоваться объективным методом, основанным на подсчете баллов. Такой подход позволяет количественно оценить степень, в какой каждая из предлагаемых систем отвечает требованиям и дает возможность сделать объективным выбор в пользу того или иного конкурирующего продукта. По этой методике каждому требованию, в зависимости от его важности, назначается весовой коэффициент в диапазоне от 0 до 100. Затем выставленная по десятибалльной шкале оценка степени соответствия тестируемой системы требованиям заказчика заносится в таблицы, отдельно – для управленческих и технических требований. Список требований Требование 1 Требование 2 Требование 3 … Сумма баллов К - весовой коэффициент С - степень соответствия Требования (0-100) (0-10) Кол-во баллов (КхС) В шкале оценок степени соответствия 10 означает, что система полностью удовлетворяет, 0 – совершенно не удовлетворяет. При условии надлежащего выбора весовых коэффициентов для всех требований предприятия матричный метод, основанный на выставлении баллов, может быть крайне эффективным, во многом уменьшает обычный субъективизм качественных оценок, что, в свою очередь, избавляет от неожиданностей в процессе внедрения. 192 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Малюх В.Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. – М.: ДМК Пресс, 2014. – 192 с. 2. Козырев А. Ю., Клочков А. Я. История развития систем проектирования [Текст] // Технические науки: традиции и инновации: материалы Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). – Челябинск: Два комсомольца, 2012. – С. 6466. / [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/6/1575/ 3. http://www.insoftmach.ru/ 4. https://www.pointcad.ru/ 5. Официальный сайт компании Autodesk / [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://www.autodesk.ru/products/ 6. Сайт официального представителя компании Carlson Software в Российской Федерации / [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.carlsonsw.ru/ 7. Сайт Группы компаний CSoft / [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://www.csoft.ru/ 8. Чэпел Э. AutoCAD Civil 3D 2014. Официальный учебный курс / Пер. с анг. А. В. Снастина, С. П. Ивженко. – М.: ДМК Пресс, 2015. – 440 с. 193