Инженерная деятельность. Системы автоматизированного проектирования. Комплексное моделирование в среде САПР

Инженерная деятельность занимает одно из центральных мест в современной культуре. Ведь все, что нас сегодня окружает, - небоскребы и автомобили, вычислительные устройства и космические корабли, атомные электростанции, железные дороги и самолеты - все это было бы невозможно без ее достижений. 1. Техническая деятельность в эпоху Древнего мира и античности. Что означает слово «техника»? Как и когда возникло слово «инженер» и сама инженерная деятельность как профессия? Чем отличаются техническая и инженерная деятельности? Слово «техника» (греч. и лат. tehne- искусство, мастерство) имеет несколько значений. Оно может быть истолковано как мастерство, умение, сноровка, т.е. как система определенных навыков, выработанная для любого применения. В боле узком смысле техникой называют орудия труда, с помощью которых человек оказывает воздействие на природу (изготовление разнообразных предметов, процессов и явлений). Техника рассматривается как специфическая человеческая деятельность - техническая деятельность, посредством которой человек выходит за пределы ограничений, налагаемых его собственной природой. Техника - это также система технических знаний, включающая в себя не только научные, но и различные конструктивные, технологические и другие подобные знания, выработанные в ходе технической практики (технологии). Современная техника тесно связана с наукой. Родственным слову «техника» считается слово «инженер». Оно произошло от латинского корня ingeniare? Что означает «творить», «создавать», «внедрять». Слово «ingenious»было впервые применено к некоторым военным машинам во II в. Человек, который мог создавать такие хитроумные устройства, стал называться - ингениатор (изобретатель), также и слово «механик» в первом своем значении применялось к умельцу, создателю машин, а «машина» - к ухищрению. Инженерная деятельность вначале носила военный характер, т.к. инженер руководил созданием военных машин и фортификационных сооружений. Таким инженером был, например, Леонардо да Винчи. До этого времени инженер и архитектор практически не различались - это тот, кто руководит созданием сложных искусственных сооружений. В XIX в. с развитием машинного производства появились многочисленные инженеры-механики. Данное событие можно назвать ключевым в формировании понятия «инженер» в современном смысле. В ХХ в. инженерия разделилась на множество групп и подгрупп: физическая (электрическая, оптическая, механическая и т.д.), химическая, биохимическая инженерия, информационная и вычислительная техника представляют собой лишь некоторые ее разделы. Но они имеют характерную черту: инженер - это не тот, кто действительно делает искусственный объект, а тот, кто управляет процессом его создания, планирует или проектирует сложную техническую систему. Следует различать инженерную и техническую деятельность. Цель технической деятельности - непосредственно задать и организовать изготовление системы, цель инженерной деятельности - сначала определить материальные условия и искусственные средства, влияющие на природу в нужном направлении, заставляющие ее функционировать так, как это нужно для человека, и лишь потом на основе полученных знаний задать требования к этим условиям и средствам, а также указать способы и последовательность их обеспечения и изготовления. Инженерная деятельность предполагает регулярное применение научных знаний для создания искусственных, технических систем - сооружений, устройств, механизмов, машин и т.п. В этом заключается ее отличие от технической деятельности, которая основывается более на опыте, практических навыках, догадке. Поэтому не следует отождествлять инженерную деятельность лишь с деятельностью инженеров, которые часто вынуждены выполнять техническую, а иногда и научную деятельность (если, например, имеющихся знаний недостаточно для создания какой-либо конкретной технической системы). В то же время ученые могут обращаться к изобретательству, конструированию, проектированию, т.е., по сути дела, осуществлять, параллельно с научной, инженерную деятельность. Поэтому инженерную деятельность необходимо рассматривать независимо от того, кем она реализуется (специально для этого подготовленными профессионалами, учеными или просто самоучками). Современная техническая деятельность по отношению к инженерной несет на себе исполнительную функцию, направленную на непосредственную реализацию в производственной практике инженерных идей, проектов и планов. Инженерная деятельность выделилась на определенном этапе развития общества из технической деятельности, которая присуща человеческому обществу на самых ранних его стадиях и связана с изготовлением орудий труда. Она возникает тогда, когда изготовление орудий уже не может основываться только на традиции, ловкости рук, смекалке, а требует ориентации на науку. Именно инженерная деятельность занимает промежуточное место между исполнительской технической деятельностью и наукой. История инженерной деятельности начинается в технической деятельности периода ремесленного творчества (первобытного, античного рабовладельческого, средневекового феодального обществ). Но только в условиях раннего капиталистического общества создаются условия для того, чтобы она постепенно стала особой профессией, имеющую ориентацию на применение в технической практике научных знаний. В древности не было сознательной ориентации техников на науку вплоть до эпохи Возрождения. Современная культура, начиная с эпохи Возрождения, ориентирована на создание, изобретение нового, на научно-технический прогресс. Древние культуры были ориентированны на освещенную веками традицию, поэтому в те далекие времена не могло быть изобретателей в их современном понимании, хотя изобретения как таковые конечно были. Способность делать орудия - неотъемлемая черта человека разумного. И все это было бы невозможно без знания, без науки. Именно на пересечении знания, науки и практики возникла профессия инженера. Уже у древних вавилонян можно найти зачатки дифференциального исчисления, а в древнем Египте - инженеров. Знания вавилонян об окружающем их мире были созданы практической необходимостью. Многие из этих знаний так и остались в области чистой практики и передавались из поколения к поколению только устно (например, как большинство ремесленных приемов, навыков и рецептов). В античности ремесленное производство - это прежде всего художественное производство. Оно не ориентировалось на науку, хотя и использовало научные знания. Различные механические изобретения служили лишь демонстрацией мощи научного знания. Но повсеместного применения в ремесленном производстве они не находили. Поэтому и не возникла в тот период профессиональная инженерная деятельность, без которой немыслим современный инженер, а сами изобретения зачастую служили лишь украшением частных библиотек. 3. Становление инженерной деятельности. С развитием экспериментального естествознания, превращением инженерной профессии в массовую в XVIII–XIX веках возникает необходимость и систематического научного образования инженеров. Именно появление высших технических школ знаменует следующий важный этап в развитии инженерной деятельности. Одной из первых таких школ была Парижская политехническая школа, основанная в 1794 г., где сознательно ставился вопрос систематической научной подготовке инженеров. К началу ХХ столетия инженерная деятельность представляет собой сложный комплекс различных видов деятельности (изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая и т.п.), и она обслуживает разнообразные сферы техники (машиностроение, электротехнику, химическую технологию и т.д.). Сегодня один человек просто не сможет выполнить все разнообразные работы, необходимые для выпуска какого-либо сложного изделия, как это делал, например, в начале XIX века на одном из первых машиностроительных заводов его владелец Генри Модсли. Сам он был механиком-самоучкой, одновременно и изобретателем. Он изобрел, в частности, суппорт токарного станка, причем сам же разрабатывал новую конструкцию изделия, и технологическое оборудование, и технологию его изготовления. В конце XIX прошлого века в Лейпциге еще существовал завод, на котором все инженерные работы (от замысла до рабочих чертежей) выполнял один человек – его владелец Р. Зак. Там не было ни технического бюро, ни чертежников. Для современной инженерной деятельности характерна дифференциация по различным отраслям и функциям. Такая дифференциация стала возможной, однако, далеко не сразу. Вначале инженерная деятельность была ориентирована на применение знаний естественных наук (главным образом, физики), а также математики, и включала в себя изобретательство, конструирование опытного образца и разработку технологии изготовления новой технической системы. Инженерная деятельность, первоначально выполняемая изобретателями, конструкторами и технологами, тесно связана с технической деятельностью (ее выполняют на производстве техники, мастера и рабочие), которая становится исполнительской по отношению к инженерной деятельности. Связь между этими двумя видами деятельности осуществляется с помощью чертежей. Изготовлявшие их чертежники назывались в России "учеными рисовальщиками". Для подготовки этих специалистов для заводов и предназначалось основанное в 1825 г. "Строгановское училище технического рисования". 4. Возникновение профессии инженера. В средние века еще не существовала инженерная деятельность в современном понимании, а была, скорее, техническая деятельность, связанная с ремесленной организацией производства. Инженерная деятельность как профессия связана с регулярным применением научных знаний в технической практике. Возникновение инженерной деятельности связано с появлением мануфактурного и машинного производства. Первые инженеры появляются в эпоху Возрождения. Они формируются из среды ученых, обратившихся к технике, или ремесленников, приобщившихся к науке. Первые инженеры - это одновременно художники-архитекторы, математики, врачи, алхимики, естествоиспытатели и изобретатели. Таковыми были Леонардо да Винчи, Батиста Альберти, Никколо Тарталья, Джироламо Кардано и другие. Леонардо да Винчи был не только великим художником, но и знаменитым математиком, механиком и инженером. Быстрое развитие государственности и торговли стимулировало совершенствование военного дела, прежде всего укреплений и артиллерии, строительства гидротехнических и архитектурных сооружений. Одним словом инженеры-консультанты везде были нужны и высоко ценились королями, герцогами и горожанами. Для инженеров этой эпохи характерно стремление не делать свои достижения недосягаемыми, а совершенствовать уже существующие образцы, улучшать их и делать всеобщим достоянием, опубликовать их под своим именем, которое эти изобретения, могут прославить. Начиная с эпохи Возрождения, появляется большое количество инженеров отстаивающих свои авторские права и положение в обществе. Заново переоткрываются, но уже с именем, многие известные в древности изобретения, например порох, который давно применялся китайцами. Этот процесс обусловлен тем, что средневековые изобретатели, чтобы обеспечить распространение своего нововведения, часто скрывали свое авторство, приписывая его какому-либо авторитету. Теперь же клеймо Мастера становится значимым, а сам он - личностью. Изменяется социальный статус мастера и отношение к нему общества. Например на Московском пушечном дворе все мастеровые люди не платили налогов, им регулярно выдавалось жалованье, выделялось жилье. 5. Инженерная деятельность в эпоху машинного производства. Со становлением машинного производства происходит дифференциация инженерной деятельности, которая на первых этапах включает в себя лишь изобретательство, конструирование и технологию производства. С возникновением технических наук к ним добавляются еще инженерные исследования и проектирование. Конструктор изменяет приемы своей работы в зависимости от каждого конкретного случая, но они не выходят за пределы конструктивных вариантов и представляют собой применение известных, уже выработанных искусственных приемов и простых стандартных расчетов. Поэтому его задача заключается в том, чтобы произвести такое видоизменение, чтобы получилась лишь новая конструкция, а не новое изобретение. Прогресс в технике как раз и заключается в том, что нововведение усваивается и переходит из разряда изобретений в разряд конструкций. Конструкторская деятельность становится особенно необходимой с развитием серийного и массового производства технических изделий. Проектирование же занимает промежуточное положение между изобретением и конструированием и более тесно связано с научной деятельностью. Полный цикл инженерной деятельности включает изобретательство, конструирование, проектирование, инженерное исследование, технология и организация производства, эксплуатация и оценка техники, а завершает этот процесс ликвидация устаревшей или вышедшей из строя техники. Изобретательство. Изобретательская деятельность, как правило, начинает цикл инженерной работы. В изобретательской деятельности на основании научных знаний и технических достижений заново создаются новые принципы действия, способы реализации этих принципов или конструкции инженерных устройств и систем или же их отдельных компонентов. При этои появляются изобретения, авторство на которые закрепляется в виде патентов. Лишь на первых этапах становления инженерной деятельности изобретательство опирается на эмпирический уровень знания. В условиях же развитой технической науки всякое изобретение основывается на тщательных инженерных исследованиях и сопровождается ими. Конструирование. Идея изобретателя, даже воплощенная в виде опытного образца, требует работы целой армии конструкторов, меняющих детали и их расположение, упрощающих конструкцию и т.д. Результатом конструкторской деятельности является готовая конструкция технического устройства или системы, материализуемая затем в процессе изготовления. Эта конструкция, как правило, состоит из определенным образом связанных стандартных элементов, выпускаемых промышленностью. Если каких-либо элементов не достает или их параметры не соответствуют требованиям конструктора, они изобретаются и проектируются заново. Для целей массового производства и варьирования технических характеристик по требованию заказчиков на этой стадии проводятся дополнительные инженерные расчеты и учет ряда таких требований, как простота и экономичность изготовления, удобство использования, соблюдение определенных габаритов и возможность применения стандартных или уже имеющихся конструктивных элементов. Конструктор рассчитывает конкретные конструктивно-технические характеристики создаваемого устройства, учитывающие специфические условия его изготовления на данном производстве. Конструктор создает новые типы машин, имеющие общее устройство, но различающиеся характером отдельных деталей, их расположением, материалом и другими конструктивными особенностями. Конструкторская деятельность становится необходимой именно с развитием серийного и массового машинного производства технических изделий и заключается в создании, испытании и отработке опытных образцов различных вариантов будущего инженерного объекта, выборе из них оптимального с точки зрения заказчика варианта и разработке технической документации - руководства для изготовления его на производстве [2, с. 107]. За конструктором остается расчет конструктивно-технических и технологических параметров технического устройства, разработка же технологии изготовления - задача уже другого специалиста - инженера-технолога. Однако это не снимает с конструктора ответственности за создание технологичной конструкции. Конструктор должен быть хорошо знаком со всеми процессами изготовления и обработки проектируемых машин, сооружений или вообще всяких изделий. Без такого знакомства он может сконструировать детали, которые вообще невозможно изготовить или обработать либо которые окажутся неудобными, дорогими и чрезмерно долгими в изготовлении. Технология и организация производства. В результате конструирования рождается чертеж готовой технической машины или системы, который является посредником для передачи идеи изобретателя и описания конструкции, разработанной инженеромконструктором, не только исполнителю-рабочему, но и инженеру-технологу, который руководит изготовлением деталей и их сборкой. Исходным материалом этого вида инженерной деятельности являются материальные ресурсы, из которых создается изделие, а продуктом - готовое технически устройство и руководство к его эксплуатации. Функция инженера в данном случае заключается в организации производства конкретной типа изделия и разработка технологии изготовления определений конструкции этого изделия, а также, если это необходимо, орудий машин для его изготовления или отдельных его частей. Разработка и усовершенствование новой технологии в той или иной отрасли промышленности связана сегодня с научными исследованиями, например новых материалов, и созданием нового наукоемкого технологического оборудования. Часто крупные инженеры сочетают в одном лице и изобретателя и конструктора, и технолога, выполняя функции организатора производства какого-либо типа изделий промышленности. Однако современное разделение труда в сфере инженерной деятельности неизбежно ведет к специализации инженеров, работающих в научной следовательских институтах, конструкторских бюро, на заводах и фабриках преимущественно либо в области инженерного исследований, либо конструирования, либо организации производства и технологи изготовления определенного типа технических систем. Такого рода разделение труда наметилось уже на первых заводах, хотя первые их создатели и руководители совмещали в своей деятельности почти все эти позиции одновременно. Однако в конце XIX в. на них уже действовал более четкий принцип разделения инженерного труда, выделяются в самостоятельные подразделения техническая дирекция, конструкторское бюро, мастерские и технический надзор за исполнением заказов. Инженер в мастерских уже ничего не изготавливает сам, а лишь руководит сборкой по чертежам, полученным от инженеров-конструкторов, имея в распоряжении мастеров и старших рабочих. В дальнейшем ни изобретательская, ни конструкторская, ни технологическая инженерная деятельность не обходятся без тщательного научно-технического исследования. Эксплуатация, оценка функционирования и ликвидация. В настоящее время в сферу инженерной деятельности попадает и эксплуатация технических систем, то есть операторская деятельность, и их техническое обслуживание. Для выполнения этих функций по отношению к сложным техническим, например компьютерным, системам требуется достаточно высокая инженерная квалификация. В процессе эксплуатации технической системы проводится также оценка ее функционирования, что весьма важно для постоянного совершенст-вования и разработки новых таких систем. В последнее время особенно сложной инженерной задачей становится утилизация и ликвидация отработавших технических устройств и их компонентов, которая может составлять предмет особого научного исследования. Уже на стадии разработки новой технической системы должны быть сформулированы требования к материалам и компонентам, входящим в ее состав, с точки зрения возможности их утилизации с минимальным ущербом для окружающей среды и здо-ровья людей. Научные исследования и инженерные разработки в этой области финансируются в настоящее время во все большем объеме в промышленно развитых странах. Появляются инженеры, ученые и даже целые фирмы и институты, которые специализируются в этой области. Инженерные исследования и проектирование. Инженерные исследования, в отличие от теоретических исследований в технических науках, непосредственно связаны с инженерной деятельностью, осуществляются в сравнительно короткие сроки и включают в себя предпроектное обследование, научное обоснование разработки, анализ возможности использования уже полученных научных данных для конкретных инженерных расчетов, характеристику эффективности разработки, анализ необходимости проведения недостающих научных исследований и т.д. Инженерные исследования проводятся в сфере инженерной практики и направлены на конкретизацию имеющихся научных знаний применительно к определенной инженерной задаче. Результаты этих исследований находят свое применение прежде всего в сфере инженерного проектирования. Проектирование как особый вид инженерной деятельности формируется в начале ХХ столетия и связан первоначально с деятельностью чертежников, необходимостью точного графического изображения замысла инженера для его передачи исполнителям на производстве. Однако постепенно эта деятельность связывается с научно-техническими расчетами на чертеже основных параметров будущей технической системы, ее предварительным исследованием. В инженерном проектировании следует различать "внутреннее" и "внешнее" проектирование. Первое связано с созданием рабочих чертежей (технического и рабочего проектов), которые служат основными документами для изготовления технической системы на производстве; второе - направлено на проработку общей идеи системы, ее исследование с помощью теоретических средств, разработанных в соответствующей технической науке. Проектирование необходимо отличать от конструирования. Для проектировочной деятельности исходным является потребность в создании определенных объектов, вызванная либо "разрывами" в практике их изготовления, либо конкуренцией, либо потребностями развивающейся социальной практики (например, необходимостью упорядочения движения транспорта в связи с ростом городов) и т.п. Продукт проектировочной деятельности в отличие от конструкторской выражается в особой знаковой форме - в виде текстов, чертежей, графиков, расчетов, моделей в памяти ЭВМ и т.д. Результат конструкторской деятельности должен быть обязательно материализован в виде опытного образца, с помощью которого уточняются расчеты, приводимые в проекте, и конструктивно-технические характеристики проектируемой технической системы. 6. Инженерная деятельность и проблемы возникающие перед ней на современном этапе ее развития. Задача современного инженера - это не просто создание технического устройства, механизма, машины и т.п. В его функции входит и обеспечение их нормального функционирования в обществе (не только в техническом смысле), удобство обслуживания, бережное отношение к окружающей среде, наконец, благоприятное эстетическое воздействие и т.п. Мало создать техническую систему, необходимо организовать социальные условия ее внедрения и функционирования с максимальными удобствами и пользой для человека. Инженер с первых дней профессиональной деятельности должен иметь возможность реализовать свои творческие возможности в самостоятельной работе, занимаясь не бумаготворчеством, а подлинной инженерной деятельностью. Он должен стать инженером-исследователем, разработчиком. Здесь могут помочь более тесная связь вуза с теми предприятиями, где будущий инженер будет работать, большая ориентация инженерного образования на нужды современного производства. Современный этап развития инженерной деятельности Общество с развитой рыночной экономикой требует от инженера большей ориентации на вопросы маркетинга и сбыта, учета социально-экономических факторов и психологии потребителя, а не только технических и конструктивных параметров будущего изделия. Системы автоматизированного проектирования Компьютерные технологии уже заметно повлияли на облик современной цивилизации в целом и материального производства в частности. В настоящее время общепризнанным фактом является невозможность проектирования и изготовления сложной наукоемкой продукции (кораблей, самолетов, автомобилей, различных видов промышленного оборудования и др.) без применения компьютеров. Автоматизированные системы не только повышают эффективность, но и значительно изменяют содержательную сторону всех бизнес-процессов машиностроения, оказывая существенное влияние на способы проектирования, технологию и организацию производства. Многие современные автоматизированные линии и станки с ЧПУ уже нельзя эксплуатировать, опираясь только на традиционные методы и подходы. При использовании цифровых систем управления оборудованием компьютеры и программное обеспечение становятся неотъемлемой частью технологической цепочки на производственном предприятии. Поэтому без создания специальных промышленных автоматизированных систем теряют смысл инвестиции в дорогостоящие средства производства, измеряемые миллионами, а порой и миллиардами рублей. Несмотря на свою относительную молодость и новизну, системы автоматизированного проектирования уже прошли длительный путь совершенствования. Всего за несколько десятилетий они стремительно эволюционировали из утилитарных программ и лабораторных образцов в ведущую отрасль промышленного программного обеспечения и образовали обширное поле деятельности для целого ряда компьютерных наук. Методология разработки, внедрения и интеграции автоматизированных систем, методы моделирования и проектирования, алгоритмы численных расчетов, оптимизация и многие другие компьютерные средства и технологии, реализованные сейчас в математическом, информационном, программном, организационном и других видах обеспечений САПР (системы автоматизированного проектирования), в свое время потребовали выполнения большого объема исследований и экспериментов. Все это нашло свое место и отражение в теоретическом и практическом арсенале САПР как науки. Развитие и совершенствование систем автоматизированного проектирования, которые активно продолжают культивироваться во всех индустриально развитых странах мира, дают ощутимые результаты. Со стремительным прогрессом компьютерной техники и технологий значительно изменяются в положительную сторону показатели экономической эффективности автоматизированных систем. Многократное удешевление электроники заметно даже на бытовом уровне. Программное обеспечение становится все более мощным и функционально полным без заметного увеличения стоимости, а в ряде случаев и более доступным для пользователей за счет увеличения тиражей и использования промышленных методов разработки. По своему энциклопедическому определению автоматизированное проектирование является сложным информационным процессом взаимодействия проектировщиков и средств автоматизации. Причем за человеком остаются самые ответственные, интеллектуальные функции, такие как постановка задач и принятие решений, которые не могут быть выполнены с помощью формальных математических методов. Таким образом, все более критичным для прогресса промышленности становятся наличие развитой системы подготовки специалистов по промышленным компьютерным технологиям и уровень их подготовки. В экономически развитых странах в свое время были сделаны серьезные изменения в системе образования с учетом происходящей компьютеризации промышленности. И сейчас практически все учебные заведения технического профиля в США и Западной Европе имеют в своих учебных программах практикумы по основам автоматизированного проектирования. Так, например, мировыми лидерами в области промышленных компьютерных технологий являются ведущий технический университет США — Массачусетский технологический институт (MIT), Колумбийский университет и Университет Пурдью (штат Индиана), университеты Кембриджа и Бирмингема в Великобритании, а также многие другие известные центры образования и науки. В России большое внимание развитию САПР уделяют в МГТУ им. Баумана, в Московском станко-инструментальном техническом университете (СТАНКИН), МАИ, МАТИ, Волгоградском и Брянском технических и Ивановском энергетическом университетах, Уфимском авиационном, Самарских аэрокосмическом (СГАУ) и техническом (СамГТУ) университетах и ряде других ведущих вузов страны. Многие научные методы и рекомендации по созданию и эксплуатации автоматизированных систем доведены до уровня промышленных стандартов, которые официально приняты на международном и государственном уровнях. Разработка и техническая подготовка производства изделий машиностроения предусматривает выполнение определенной стандартами последовательности взаимосвязанных процессов. К основным процессам принято относить конструкторское и технологическое проектирование (КТПП). Вспомогательными, но не менее необходимыми процессами считают организацию информационной поддержки КТПП (корпоративные справочники, технические архивы, документооборот) и управление бизнес-процессами промышленного предприятия. Современные системы автоматизированного проектирования поддерживают целый комплекс инженерных работ на нескольких ключевых этапах жизненного цикла изделия (ЖЦИ) — в процессах проектирования, конструкторско-технологической подготовки производства и составляют основу интегрированных систем управления ЖЦИ машиностроительного предприятия (PLMсистем). В настоящее время под термином «машиностроительная САПР» у нас в стране и за рубежом однозначно подразумевается комплексная автоматизированная система, состоящая как минимум из CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM- подсистем. CAD-системы (Computer-Aided Design компьютерная поддержка конструирования) предназначены, прежде всего, для решения конструкторских задач и автоматизации оформления проектно-конструкторской документации. Современные универсальные CAD-системы позволяют выполнять в интерактивном режиме как 2D, так и ЗD-геометрическое моделирование деталей и сборок, а также разрабатывать на основе геометрических моделей полный комплект технической документации: чертежи, спецификации, ведомости и т.д. Сюда же относятся и многочисленные проблемноориентированные программы и подсистемы, автоматизирующие частные задачи проектирования (моделирование деталей, изготавливаемых из листовых материалов, объемной штамповки, трассировки трубопроводов, расчеты типовых изделий и их элементов - тел вращения, пружин, зубчатых соединений и т.д.). САМ-системы (Computer-Aided Manufacturing - компьютерная поддержка изготовления) предназначены в основном для проектирования процессов обработки изделий на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) и генерации программ для этих станков (фрезерных, сверлильных, токарных, шлифовальных и др.) на основе имеющейся геометрии изделия, созданной в CAD-системе. Функции CAM-систем: – синтез управляющих программ – моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки – генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ – расчет норм времени обработки. CAE-системы (Computer-Aided Engineering - компьютерная поддержка инженерного анализа), как правило, реализуют универсальные подходы метода конечных элементов, с помощью которого можно проводить моделирование и численные расчеты практически любых физических полей. К CAE можно отнести обширный класс подсистем, каждая из которых позволяет автоматизировать определенную инженерную задачу (класс однородных задач): от расчетов на прочность, анализа аэро-, гидро-, термодинамических процессов - до моделирования функционирования машин и механизмов, расчетов процессов литья, штамповки и пр. САРР-системы (Computer-Aided Process Planning (Assembly Planning) компьютерная поддержка планирования технологических процессов (процессов сборки). Предназначены для проектирования технологических процессов, трудового и материального нормирования и разработки технологической документации. Эти системы совместно с компонентами CAD/САМ/CAE-систем составляют современную основу САПР ТП. PDM-системы (Product Data Management - управление данными о продукте) предназначены для интеграции и хранения комплексной информационной модели изделия, включая геометрические и инженерно-физические модели, исходные данные и результаты расчетов, чертежи, программы для станков с ЧПУ, другие конструкторские и технологические документы, результаты измерений и контроля, материалы системы качества и т.д. Конструкторская подготовка производства – совокупность процессов и процедур, имеющая целью создание комплекта конструкторских документов (проекта изделия). Технологическая подготовка производства – совокупность процессов и процедур, имеющая целью создание комплекта технологических документов, обеспечивающих выпуск изделий с минимальными трудовыми и материальными затратами Комплексное моделирование в среде САПР Можно выделить две основные инженерные задачи, связанные с геометрическим моделированием в машиностроении:  синтез формы ранее не существовавшего (даже в виде материальных моделей) проектируемого изделия;  построение компьютерной модели уже существующего изделия или его материальной модели. С точки зрения подходов компьютерного моделирования, CAD/CAM/CAE/...подсистемы интегрированной САПР можно рассматривать как специализированные, объектно-ориентированные инструменты (среды) моделирования. При их совместном использовании создаются и связываются в единое целое (комплексную модель) геометрические (CAD/CAM), инженерно-физические (CAM/CAE) и информационные (САРР/ PDM) модели изделия. Разговоры о полезности комплексного моделирования в САПР ведутся давно, однако воплощаться в практику эта идея стала только тогда, когда в машиностроении начал развиваться объектно-центричный подход, основанный на использовании универсальной геометрической модели изделия. На рис. 2 приведена принципиальная схема взаимодействия подсистем интегрированной САПР. Объемная геометрическая модель наиболее полно отражает структуру, точно описывает форму и наглядно представляет облик проектируемого изделия. При необходимости геометрическая модель может быть дополнена и всей другой важной для проектирования и производства информацией. Рис.2 Геометрическое описание имеет очень важное объединяющее значение - не зря его иногда называют «двигателем» САПР. Пользователи подсистемы инженерного анализа (CAE), интегрированной в полномасштабную САПР, применяют полученную в подсистеме геометрического моделирования объемную твердотельную модель для генерации инженерно-физической конечно-элементной модели (МКЭ), с помощью которой производятся необходимые расчеты и оптимизация конструкции изделия. Результаты расчетов (поля перемещений, напряжений, температур и т.п.) визуализируются в наглядном и удобном для анализа человеком виде с помощью графических моделей. Далее производится имитация технологических процессов, например, механообработки, литья, штамповки и т.д., которые также не обходятся без геометрии и графики. Моделирование термообработки позволяет оценить качество детали с точки зрения усадки и деформации (коробления, перекоса, искривления). Для виртуальной оценки дизайна изделий, кинематики и динамики машин и механизмов строятся сложные компьютерные сборки. Наконец, твердотельная модель открывает уникальные возможности для повышения качества производства. При использовании точных геометрических моделей многократно улучшается точность обработки поверхностей и сокращается время программирования станков с ЧПУ. Геометрическая «мастер-модель» может служить самым точным эталоном для контроля и приемки готовой продукции. На основе геометрических моделей автоматически выполняется материальное моделирование (быстрое прототипирование - RP) изделий сложной формы. При этом на вход RP-системы подаются STL-файлы, генерируемые по 3Dмоделям. Основанные на широчайшем применении геометрического моделирования и компьютерной графики, средства и технологии «виртуальной реальности» позволяют всесторонне оценить и «опробовать» компьютерный (виртуальный) проект еще до изготовления изделия. При необходимости на основе 3D-модели могут быть разработаны высокоэффективные эксплуатационные документы и учебные материалы. Таким образом, геометрически-центрированные системы автоматизированного проектирования занимают особое положение среди других компьютерных приложений и определяют ведущее направление автоматизации в машиностроении, а полученные в САПР компьютерные модели являются свидетельством достижений и высокого научного уровня проектирования и производства. Ретроспективный обзор развития автоматизированных систем промышленного назначения Чтобы понять современные тенденции компьютеризации промышленности, необходимо представить и оценить путь, пройденный системами автоматизации за последние десятилетия. Автоматизация проектирования и производства зародилась в радиоэлектронной промышленности (ECAD) в конце 1950-х - начале 1960-х годов XX века, практически одновременно с появлением первых серийных электронно-вычислительных машин. Обоснование практической ценности САПР для машиностроительного конструирования (MCAD) связывают с появлением и совершенствованием возможностей технических средств интерактивной машинной графики в середине 1960-х. Первая графическая станция Sketchpad с использованием дисплея и светового пера была представлена И. Сазерлендом в 1963 г.. Важность проекта Sketchpad трудно переоценить, так как именно в нем была впервые продемонстрирована возможность формирования изображения на экране дисплея и манипулирования им в реальном масштабе времени. В эти же годы появились первые программы для расчетов и компьютерного моделирования технологических процессов. Среди первых работ по автоматизации проектирования технологических процессов нужно отметить создание языка APT (Automatic Programming Tools) в 1961 г. в Массачусетском технологическом институте США под руководством Д.Т. Росса. APT позволял в символьном виде описывать геометрические элементы деталей и моделировать движение обрабатывающего инструмента. Этот язык стал родоначальником многих других языков программирования для оборудования с числовым программным управлением. Следует обратить внимание, что в этой работе уже был использован термин «Computer Aided Design», ставший общепринятым обозначением САПР в мировом научном сообществе. Необходимой предпосылкой автоматизации сложных инженерных расчетов стало появление ориентированного на применение ЭВМ математического обеспечения для анализа силовых конструкций. Метод конечных элементов (МКЭ) был разработан в 1950 годах специалистами, работавшими в областях строительной механики и теории упругости. Сам термин «конечные элементы» был введен в 1960 г. Клафом. Исчерпывающий анализ ранних этапов развития МКЭ и его применения для решения инженерных задач дан Дж. Оденом В. Там же приведен систематизированный и самый широкий список литературных источников, состоящий более чем из 400 наименований. Хотя в 1950-х компьютерной графики еще не существовало, для моделирования рассчитываемой с помощь МКЭ конструкции совершенно необходима была геометрическая информация. Топологические данные и координаты узлов конечноэлементной сети представляют собой не что иное, как сеточную (ячеистую) геометрическую модель. Правда, рисовать модель надо было карандашом на бумаге, а вводить многотысячные массивы цифр приходилось с помощью перфокарт и перфолент. Реализация МКЭ не была столь жестко привязана к аппаратным средствам машинной графики, как автоматизация конструирования, поэтому достаточно быстро появились многочисленные расчетные программные пакеты, которые и послужили прообразом современных систем инженерного анализа (CAE-системы). В настоящее время МКЭ считается одним из инвариантных методов САПР. Уже в 1970-е годы выдвигаются идеи создания интегрированных САПР, предусматривающих переход от использования отдельных, не связанных друг с другом программ, решающих частные проектные задачи, к применению интегрированной совокупности программно-методических комплексов. Роль интегрирующего компонента в 70-е гг. отводилась единой базе данных САПР. Однако попытки использовать имевшиеся в то время СУБД не привели к удовлетворительным результатам в силу разнообразия типов проектных данных, распределенного и параллельного характера процессов проектирования, с одной стороны, и недостаточной развитости технологии баз данных, с другой стороны. В 1980-е годы разнородность и большой объем информации, используемой при проектировании, необходимость поддержания целостности данных, их достоверности и полноты, а также нарастающая сложность управления проектами привели интеграторов автоматизированных систем к концепции применения в составе САПР специальных средств для управления проектными данными (PDM — Product Data Management). Начиная с середины 1990-х годов, разворачиваются работы по созданию специализированных PDM-систем для машиностроительных САПР. Расширение функций программ управления проектными данными и их использование на большинстве важнейших этапов жизненного цикла изделий, позволяет создавать на базе современных PDM автоматизированные системы управления жизненным циклом продукции предприятия или корпорации (PLM — Product Lifecycle Management). Таким образом, уже в последнем десятилетии XX века САПР изделий машиностроения обрели состав и структуру прикладных подсистем, которые существуют и сейчас. Справедливости ради следует отметить, что многие теоретические основы САПР, сформированные в те годы, не потеряли своей актуальности и в XXI веке. Например, подтвердили свою методическую важность и правильность определение САПР, системный подход к компьютеризации промышленности. Достаточно давно появилась идея комплексной автоматизации и введен термин «интегрированная САПР» Международная классификация САПР На сегодняшний день на рынке компьютерных систем промышленной автоматизации представлено очень большое количество программно-методических комплексов и компонент промышленного назначения как западного, так и отечественного происхождения. Сам факт такого многообразия инструментария автоматизированного проектирования иллюстрирует сложность и неоднозначность проблемы выбора и комплексирования САПР. За почти полувековой период существования CAD/САМ/CAE-систем сложилась их неофициальная международная классификация, согласно которой принято условно разделять все реализации САПР на несколько уровней. До 1990 годов существовало только два противоположных полюса в развитии интерактивных САПР. С одной стороны, развивались универсальные, с широким диапазоном применения (полномасштабные) системы, работающие на специализированных графических рабочих станциях, их в России принято называть тяжелыми. С другой стороны, появление персональных компьютеров вызвало развитие простейших инженерных программ, автоматизирующих разработку проектно-конструкторской документации, и, прежде всего, двухмерное черчение, которые считаются легкими. К середине 90-х гг. вычислительная мощность и графические возможности персональных компьютеров значительно выросли. Это позволило разработчикам создать системы автоматизированного проектирования, которые заняли промежуточное положение между тяжелым и легким классами системы среднего класса. От первых они унаследовали возможности трехмерного твердотельного моделирования, а от вторых — невысокую цену и ориентацию на платформу Windows. В качестве особого, четвертого класса некоторые специалисты выделяют объектно-ориентированные программы и системы специального назначения — специализированные системы. Специализированные САПР. Специализированными называют промышленные системы, предназначенные для автоматизации решения задач в конкретной предметной области, например, проектировании атомных реакторов, лопаток турбомашин, прессформ или конкретной инженерной задачи — трассировка трубопроводов, электрики, проектирование листовых деталей и т.п. Такие системы могут быть очень развитыми и сложными, как, например, модули инженерного анализа. Нередко разработкой высокопрофессиональных специализированных программно-методических комплексов и компонент САПР занимаются отдельные компьютерные фирмы (ANSYS, FlowVision, MSC, DelCAM и др.). Специализированные САПР используются как самостоятельно для решения узких профессиональных задач, так и в качестве подсистем в составе полномасштабных систем автоматизации. В рамках международной классификации специализированными системами можно считать и САПР ТП - системы автоматизированного проектирования технологических процессов. В России современное программное обеспечение САПР ТП в основном создаётся и функционирует в составе универсальных комплексных САПР среднего класса. Например, одна из самых популярных российских САПР - ТП ВЕРТИКАЛЬ - разрабатывается фирмой АСКОН и работает совместно с КОМПАС-3D. ТехноПро (фирма Вектор-Альянс) интегрируется с T-FLEX (фирма Топ-Системы), TESHCARD (Белорусская НПП ИНТЕРМЕХ) поставляется с AutoCAD и т.д. Тяжелые (полномасштабные) системы позволяют комплексно автоматизировать процесс технической подготовки производства самых сложных и многокомпонентных изделий, объединять коллективы разработчиков вплоть до уровня международной корпорации. Все признанные тяжелый представлены исключительно разработками американских и западноевропейских фирм. Несмотря на выдающиеся технические характеристики этих программных продуктов, общее число полноценно функционирующих автоматизированных рабочих мест полномасштабных систем в российской промышленности относительно невелико. Это объясняется не только высокой ценой, но и сложностью внедрения и эксплуатации систем. В основном такими программами оснащаются предприятия, имеющие прямые связи с западными фирмами, для облегчения решения проблемы передачи данных. В этом случае выбор производителя САПР (вплоть до версии и комплектации) определяется корпоративными стандартами партнера. Автоматизированные системы среднего класса на российских предприятиях встречаются значительно чаще. У таких продуктов более явственно проявляется предметная специализация. Хотя системы одного класса обладают примерно одинаковым перечнем функциональных блоков, их возможности не всегда равноценны. Большинство предлагаемых на рынке средних решений успешно справляются с задачами объемного твердотельного моделирования и ориентированы, прежде всего, на автоматизацию труда конструктора. Некоторые средние системы обладают более развитыми технологическими блоками и подсистемами. Подготовленные с их помощью объемные поверхностные модели используются для создания управляющих программ для станков с числовым программным управлением. Например, технологические подразделения некоторых ведущих машиностроительных предприятий в самарском регионе с успехом работают на системах, построенных на основе продуктов английской фирмы DelCAM (Power Shape, Power Mill, Power Inspect) и израильской системы Cimatron. На рынке средних систем небезуспешно и все чаще начинают проявляться российские разработки, такие как TFLEX, ADEM, СПРУТ, ГЕММА-3D, КОМПАС-3D. Несомненным достоинством этих продуктов является наиболее полное соответствие отечественным стандартам, а также реализация принятых в России и странах ближнего зарубежья методов расчетов, проектирования и и документирования. Легкие системы в настоящее время являются самыми массовыми и распространенными как в российской, так и в мировой промышленности. Особо следует отметить их присутствие на предприятиях даже в случае комплексной автоматизации КТПП использованием тяжелых и средних компонент САПР. Главное предназначение — автоматизация разработки и сопровождения технической документации. Лучшие из этих прикладных программных средств позволяют не только повысить качество оформления конструкторских чертежей и спецификаций, технологических карт, разнообразных схем и ведомостей, но и максимально автоматизировать все рутинные составляющие творческой инженерной работы. В цикле КТПП немало повседневных задач, связанных с созданием, модификацией и изменениями документов, использованием типовых конструктивов, нормалей и многого другого, что не требует сложного моделирования, но отнимает у исполнителя много времени и сил. Сроки и безошибочность разработки комплекта проектной документации на изделие до сих пор являются основными показателями работы инженерных подразделений предприятий. Поэтому легкая инструментальная система, формирующая конечный результат КТПП, самая массовая как по количеству рабочих мест, так и по охвату различных инженерных служб, часто выступает в роли основного, базового элемента всей автоматизированной системы предприятия. Интегрированные САПР. В современных компьютерных терминах практическую задачу «интеграции компьютерных моделей, используемых на протяжении всех этапов технической подготовки производства» впервые поставила компания Parametric echnology (РТС). В 1988 г. тогда еще революционная концепция «полной ассоциативности всех видов данных об изделии на основ единой структуры» была реализована инженерами РТС в системе Pro/Engineer. В настоящее время аналогичных подходов придерживаются и все остальные производители полномасштабных САПР. Опыт ведущих машиностроительных предприятий показывает, что на практике не удается построить интеграционную цепочку на основе продукции одного производителя программных средств (гомогенная система). Чаще всего встречаются комбинации компьютерных комплексов и компонент различных классов и фирм — гетерогенная система. Интегрированные системы, работающие в едином информационном пространстве (базе данных проекта по терминологии РТС), позволяют реализовать концепцию так называемой параллельной инженерии. При таком подходе все проектировщики работают с комплексной математической моделью, а не с набором различных моделей. Таким образом, с появлением современных интегрированных САПР возникла новая информационная технология организации КТПП, интегрирующая все работы в цикле «проектирование — расчеты - технологическая подготовка — производство». При этом появилась возможность внесения изменений в проект на любой его стадии. Единая структура информации о проекте позволяет организовать полную двунаправленную ассоциативность на всех уровнях проектирования, что значительно ускоряет процессы проектирования и снижает себестоимость разработок. Безусловными лидерами, определяющими приоритетные направления развития промышленных автоматизированных систем, в настоящее время считаются несколько международных компьютерных корпораций, предлагающих самые широкие (полномасштабные) комплексы средств обеспечения. К началу нового века, в результате слияний и поглощений одних компьютерных фирм другими, ведущих разработчиков тяжелых систем осталось всего трое: — NX (Siemens PLMSoftware (SPLMS)) — (до 2007г. Unigraphics PLlif Software (UGS)); — Dassault Systemes, больше известная no своему заглавному продукту CATIA; — Parametric Technology (PTC), разрабатывающая комплекс Pro Engeneer. Обширные функциональные возможности, высокая производительность и эффективность систем «тяжеловесов» достигнуты в результате длительного развития. CATIA появилась в 1982 г., Pro/Engineer - в 1988-м, a Unigraphics ведет свое происхождение от первых CAD-систем, когда в 1976 г. была образована Unigraphics Solutions. Практически все ведущие разработчики САПР имеют в своем арсенале средние и легкие системы, которые могут работать автономно на локальных автоматизированных рабочих местах. Некоторые из лидирующих сейчас компьютерных фирм непосредственно от легких разработок и ведут свое происхождение. С распространением персональных компьютеров (IBM РС- 1981) связана история самой популярной легкой конструкторской САПР AutoCAD (1986) фирмы Autodesk (первоначально MicroCAD1982). АВТОКАД и до сих пор является самым массовым в мире программнометодическим комплексом САПР, который используется миллионами проектировщиков (в основном за рубежом) как инструмент для создания плоских чертежей. История большинства интерактивных отечественных САПР также начинается с автоматизации разработки проектно- конструкторской документации. Многолетними лидерами среднего сегмента САПР выступают система SolidEdge, созданная в 1995 г., и SolidWorks, а также система Inventor. Есть среди них и российские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему КОМПАС, развивающуюся на базе собственного геометрического ядра, а фирма «Топ-Системы» — программу T-Flex на основе ядра Parasolid.. В настоящее машиностроительных Виды 3D-моделей время в основе автоматизированного конструирования изделий лежит объемное моделирование как наиболее естественное и привычное для человека. Объемная модель дает однозначное представление о геометрии объекта, независимое от субъективных факторов, таких как традиции исполнения чертежей и способность индивидуума к распознаванию и восстановлению образа изделия по чертежу. Если модель создана, то это однозначно говорит о том, что материальный объект с такой геометрией существовать может. Первые системы трехмерного моделирования использовали каркасное представление геометрии, т.е. представление формы в виде набора линий и точек. Однако в связи с недостатками, связанными с невозможностью разграничения внутренней и внешней областей трехмерного тела и невозможностью получения информации о гранях, которая используется в программах инженерного анализа и при генерации программ для станков с ЧПУ, данный тип моделей в современных CADсистемах в чистом виде не используется. На современном этапе для создания объемной модели конструктор может воспользоваться методами поверхностного или твердотельного моделирования. Долгое время поверхностное и твердотельное моделирования использовались независимо друг от друга – в разных пакетах или в одном, но как два независимых модуля. Однако при создании сложных изделий не всегда можно обойтись только функциями твердотельного моделирования, поэтому большинство CAD-систем стали предоставлять пользователям возможности создания гибридных моделей, сочетающих в себе элементы твердотельной и поверхностной моделей. Для удобства использования и освоения инженерами систем геометрического моделирования, конечно, лучше бы использовать единственную стратегию моделирования для всех изделий, но, во-первых, часто приходится использовать данные, импортируемые из различных систем, а они могут иметь разные представления. Вовторых, для ряда инженерных задач эффективнее работать с геометрией 3D, описанной поверхностью. И, наконец, часто бывает проще иметь различные представления для разных компонентов. Например формообразующие поверхности, разрабатываемые для станков с ЧПУ, выгоднее моделировать поверхностью, а для конструкторских приложений использовать твердотельное представление. Если модель предназначена для конструкторского проектирования и инженерного анализа изделия, то для того чтобы вычислить массоцентровочные характеристики, автоматически построить сечения и сгенерировать КЭМ, необходимо использовать твердотельный моделлер. Однако для дизайна изделия и реалистической визуализации внешних поверхностей, от которых зависит облик изделия, лучше подходит поверхностный моделлер. Если же система предназначена для технологического проектирования, то необходима комбинация твердотельного и поверхностного описания. Поверхностная модель определяется с помощью точек, линий и поверхностей. Метод поверхностного моделирования наиболее эффективен при проектировании сложных криволинейных поверхностей, таких как корпуса автомобилей. Следует, однако, отметить, что системы поверхностного моделирования не распознают такие формы, как твердые объемные тела. Они представляют их просто как поверхности, соединенные друг с другом неким образом в пространстве и ограничивающие «пустой» объем (рис.3). Рис.3 Твердотельное моделирование является единственным средством, которое обеспечивает полное однозначное описание трехмерной геометрической формы (рис.4). Рис.4 Методы построений 3D-моделей Операция выдавливания эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза. Это основная и наиболее часто используемая операция. На рис.4.2.5 приведены примеры моделей характерных деталей, выполненных преимущественно с применением выдавливания. Операции движения, как правило, снабжаются опциональными (дополнительными) параметрами. Например, показаны различные результаты выдавливания эскиза в форме окружности, построенной на нижней плоскости коробки, по направлению, совпадающему с положительным направлением оси z в зависимости от выбранной опции (рис. 4.2.6): — выдавливание на определенное расстояние; — выдавливание «через всё»; — выдавливание до указанной поверхности; — выдавливание до ближайшей поверхности; — выдавливание до уровня указанной вершины. Результаты операции вращения профиля вокруг оси представлены на рис.4.2.8. Движение вдоль заданной траектории (кинематическая операция). В качестве траектории движения может выступать другой эскиз, лежащий в плоскости, не совпадающей с плоскостью построения эскиза сечения. На рис. 4.2.11, а траектория движения прямоугольного эскиза показана пунктиром. Операция «по сечениям» позволяет описывать объемы сложной формы – «скульптурные» тела. Для получения скульптурного тела требуется создать серию эскизов, лежащих в разных плоскостях (рис. 4.2.14, а). Конечным эскизом может быть точка (рис. 4.2.14, б). Эскизы можно создавать в произвольном порядке, но последовательность прохождения эскизов принципиально важна и обычно указывается в диалоге операции самим пользователем. Характерными деталями, выполняемыми с помощью операции «по сечениям», являются сосуды, шнеки, винты, лопатки турбин и др. (рис. 4.2.15). Большинство CAD-систем предоставляют пользователям возможность создания объемных тем с помощью привычных элементов форм. Например, с помощью операции «Отверстие» можно создавать заранее заданные в библиотеке системы отверстия лишь указанием их размеров и положения. Кроме того, в состав CAD-систем могут входить библиотеки типовых элементов, которые содержат готовые трехмерные модели или элементы чертежей. На рис. 6 показан элемент библиотеки системы T-FLEX CAD 3D. Рис. 6 Параметрическое геометрическое моделирование Важной особенностью современных CAD-систем является возможность задания параметрических отношений между элементами геометрической модели. Параметрическое моделирование – такое моделирование, когда при изменении одного элемента изменяются все взаимосвязанные с ним элементы. Преимущества параметрического моделирования:  многократное использование модели или чертежа с возможностью изменения его параметров;  ассоциативность моделей, означающая, что любое изменение параметров одной детали приводит к автоматическому перестроению всех связанных с ней элементов: сборочных узлов, рабочих чертежей, управляющих программ для станков с числовым программным управлением и т.д.;  высокая степень безошибочности принимаемых проектных решений. Параметрическое моделирование заключается в том, что конструктор определяет форму модели заданием геометрических ограничений и некоторых размерных параметров. Геометрические ограничения (геометрическая параметризация) описывают отношения между геометрическими элементами (параллельность, касание и др.). К размерным данным (математическая параметризация) относятся не только заданные размеры формы, но и соотношения между размерами в виде математических уравнений. Таким образом, параметрическое моделирование заключается в построении формы путем решения уравнений, выражающих геометрические ограничения, и уравнений, описывающих заданные размеры и соотношения между ними [3]. Математическая модель создаваемого объекта обладает определенным числом степеней свободы. Каждый параметр или связь ограничивает некоторое число степеней свободы. Чтобы параметрическая модель была полностью определена, количество параметров и связей должно быть таким, чтобы точно ограничивать все степени свободы [9]. Если ограничений меньше, чем нужно, то модель недоопределена и при попытке ее модификации могут произойти непредсказуемые изменения размеров и формы модели вплоть до ее полного разрушения. Если ограничений больше, то система переопределена и такая модель не способна к изменениям. Для возможности ее редактирования лишние связи должны быть удалены. Если ограничения противоречивы, то процесс моделирования приостанавливается до тех пор, пока возникшие противоречия не будут устранены. Таким образом, процесс создания качественной параметрической геометрической модели, под которой можно понимать модель, имеющую минимум параметров и изменяющуюся в широком диапазоне их значений, представляется достаточно трудоемким процессом и требует зачастую достаточно высокой квалификации пользователя как в проектировании и технологии изделий, так и во владении компьютерными технологиями геометрического моделирования. Исходя из этого, целесообразно использовать параметризацию только при разработке относительно несложных технических объектов с достаточно простой схемой параметризации. Если количество параметров начинает переходить за некоторое значение (более 10-50 параметров в зависимости от типа конструкции), то трудозатраты на согласование схемы параметризации становятся неоправданно большими и проще не использовать параметризацию вообще. Экономический эффект от снижения трудоемкости при модификации изделия возможен только при многократном использовании параметрических моделей (пользовательские библиотеки, база знаний предприятия). Если в процессе создания плоских геометрических моделей можно отказаться от параметризации, то в случае объемного моделирования без учета связей и ограничений между элементами невозможно организовать ее полноценное редактирование и модификацию. В данном случае речь идет о параметризации по истории построения, которая отражается в дереве модели (рис.7). Параметризация по истории построения заключается в том, что по мере выполнения команд по созданию модели системой автоматически фиксируются связи и порождаются ограничения вне зависимости от желания пользователя. При этом внесение изменений в ту или иную часть модели подразумевает переход в ту часть дерева, которая соответствует изменяемой части, и после внесения изменений повторное выполнение всех последующих операций с отслеживанием возможности их выполнения. Рис. 7 Параметризация объемных моделей вызывает определенные трудности в процессе моделирования, например, невозможно без последствий удалить или преобразовать элемент, который выступает в качестве «родителя» для других построений, невозможно корректно выполнить преобразования, приводящие к разрывам поверхностей и нарушению целостности объема. С учетом всего изложенного, при создании параметрических геометрических моделей рекомендуется придерживаться следующих правил: 1. Результат объемного моделирования зависит от последовательности построения, поэтому необходимо тщательно продумывать стратегию построения модели. 2. Желательно минимизировать количество необходимых для создания модели промежуточных этапов. 3. Надо быть готовым к возможным ошибкам и периодически сохранять промежуточные результаты, чтобы можно было вернуться к одному из предыдущих шагов и изменить схему построения модели. 4. Если результат недостижим одним путем, необходимо использовать другие пути и приемы. Моделирование объемных сборок Компьютерной моделью сборки называют трехмерную геометрическую модель изделия, объединяющую модели деталей, подсборок и стандартных изделий, а также информацию о взаимном положении этих компонентов и зависимостях между параметрами их элементов [9]. Способы соединения деталей: совмещение поверхностей, совмещение осей, совмещение точек, совмещение систем координат. Далее компоненты могут находиться параллельно, перпендикулярно, совпадать, находиться на расстоянии или под углом друг к другу. Согласно концепции комплексной автоматизации технической подготовки производства, объемная геометрическая модель сборки должна стать основой электронного описания изделия, которое непрерывно развивается и пополняется, объединяя данные, порождаемые в процессе решения производственно-технических задач. Компьютерная модель сборки может быть использована для решения широкого круга задач:  проработка компоновки, увязка размеров, оптимизация конструкции и технологии сборки, разнесение элементов сборки (разборка);  моделирование кинематики;  решение задач, связанных с упаковкой и складированием, обслуживанием и ремонтом;  обучение и переподготовка кадров и др. В настоящее время в CAD-системах реализуются два основных подхода к проектированию сборочных единиц. Проектирование «снизу вверх». Принцип создания сборочной модели по данному методу полностью соответствует реальному производственному процессу: вначале создаются модели деталей, а затем их объединяют в единую конструкцию. Применяется, когда у конструктора есть достаточно полное представление о геометрии деталей или используются детали из уже выпускающихся изделий и стандартные изделия. Проектирование «сверху вниз» (создание деталей в контексте сборки). С точки зрения процесса конструирования это идеологически более правильный подход, так как модели деталей разрабатываются в контексте сборки, т.е. на основе геометрических элементов других деталей. Заключается в первоначальной разработке концептуальной схемы и компоновки изделия, определении его габаритов, а затем уже в проектировании входящих в него узлов, деталей и задании взаимосвязей между ними. На практике при проектировании сборок чаще всего применяется сочетание вышеназванных подходов. Вся структура сборки отражается в дереве 3D модели. Дерево 3D модели позволяет изменять структуру сборки, открывать детали в контексте сборки (при этом все изменения в детали переносятся в сборку). Важной особенностью работы с геометрическими моделями сборок является возможность создания параметрических ограничивающих отношений между отдельными элементами сборки. Ассоциативная связь между деталями приводит к тому, что при изменении одной детали, остальные, связанные с ней, автоматически перемещаются и (или) меняют свою геометрию (рис. 8, а, б). В сборке возможно провести контроль собираемости, т.е. можно проверить сборку на наличие пересечений, зазоров и проверить размерные цепи и возможность использования назначенных допусков и посадок. В некоторых системах присутствуют модули эргономического анализа, позволяющие уже на этапе проектирования создавать точные стандартные цифровые манекены в виртуальной среде и имитировать поведение человека с учетом его антропометрических параметров. Современные системы геометрического моделирования могут работать со сборками, содержащими десятки и сотни тысяч деталей. В свою очередь, большое количество деталей и их сложная форма предъявляют достаточно жесткие требования к возможностям компьютера, поэтому во многих системах предусмотрены функции упрощения сборок. а) б) Рис. 8 Одним из методов упрощения сборок является использование экземпляров. Этот метод позволяет моделировать стандартную деталь (в частности крепежную) только один раз, после чего достаточно лишь задать положение следующего экземпляра этой детали. Кроме того, экземпляры легко изменять, поскольку изменения достаточно внести один раз. Другим методом является укрупнение, т.е. группировка всех деталей или отдельных узлов в одно целое, при этом исчезают все внутренние особенности узлов, а сохраняются только внешние. Если пользователю необходима лишь внешняя форма, это значительно упрощает работу с моделью. Сложность модели может быть снижена методом игнорирования особенностей деталей в тех случаях, когда они не важны. Однако эти детали постоянно сохраняются как части геометрической модели. Работа со сложными сборками неизбежно приводит к возникновению еще одной проблемы, связанной с потерей и поиском файлов. Как правило, сама модель сборки не включает модели деталей, а лишь содержит ссылки на них и описание связей между ними. При этом модель сборки становится зависимой от структуры файловой системы и имен файлов, и при перемещении любого файла или изменении его имени может произойти разрушение компьютерной модели сборки. Решению этой проблемы способствует использование PDM-систем, позволяющих отслеживать все действия с файлами. Ядро геометрического моделирования Ядро (синонимы: движок моделирования; геометрическая библиотека) – это библиотека основных математических функций CAD системы, которая определяет и сохраняет элементы трехмерной модели в ответ на команды пользователя. Ядро обрабатывает команды изменения модели, сохраняет результаты и производит их вывод на дисплей. Если вкратце изложить возможности геометрического ядра, то они заключаются в следующем:  моделирование каркасных, поверхностных и твердотельных объектов;  создание объектов на основе кинематических операций, например, выталкивания профиля вдоль заданного пути;  пересечение поверхностей и кривых;  операции сопряжения и сшивки поверхностей;  операции сопряжения граней твердого тела (vertex and edge blending);  булевы операции над твердотельными объектами;  параметрические 2D-чертежи. В настоящий момент существуют три типа ядер геометрического моделирования: лицензируемые, частные и доступные в исходном коде. Лицензируемые ядра Лицензируемые ядра разрабатываются и поддерживаются одной компанией, которая продает на них лицензии другим создателям САПР. Впервые ядра такого тип появились в 1988 году (первая версия Parasolid), когда компания UGS выпустила в продажу ядро Parasolid, составляющее основу ее системы Unigraphics. Parasolid – дальнейшая разработка ядра ROMULUS, разработанного в 1978 г. В 1990 году появилось ядро ACIS фирмы Spatial Technologies. Лицензированные ядра могут обеспечивать прямую совместимость через форматы ядра. После покупки ядра создатели САПР расширяют его функциональность под свои задачи. В 2001 году стала продавать лицензии на свое ядро компания PTC – система Pro/Engineer. Несколько лет назад в разряд лицензируемых перешло ядро российской системы Компас Частные ядра Наиболее старый тип ядер. Именно на них были основаны первые САПР. Частные ядра геометрического моделирования разрабатываются и поддерживаются разработчиками CAD-систем для использования исключительно в своих приложениях. Собственное ядро у системы CATIA (CGM). Преимуществом частных ядер является более глубокая интеграция с интерфейсом CAD-приложения. Ядра, доступные в исходном коде (ядра с открытым кодом) Появились последними Ядра, доступные в исходном коде подобны лицензированным ядрам. Они также разрабатываются и поддерживаются одной компанией и затем лицензируются другим компаниям для использования в CADприложениях. Отличие стоит в том, что эти разработчики обеспечиваю исходный код ядра, в который можно вносить изменения. Этот тип ядер не особенно популярен, в промышленном масштабе применяется крайне редко. Причина – недоверие к качеству ядра. Кроме того, в чужой программе разобраться достаточно сложно. Open CASCADE доступно в исходном коде с 1999 года. В условиях применения сквозных компьютерных технологий, когда информация с компьютера передается непосредственно на станок по локальной сети, чертежи теряют то ведущее положение, которое они занимали в традиционном конструировании. Однако во всех программных пакетах есть средства разработки чертежно-конструкторской документации. Чертеж — документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля Для пакетов нижнего уровня функция вычерчивания является основной, и подготовка чертежа на компьютере мало чем отличается от работы на кульмане. В CAD-системах среднего и верхнего уровней, работающих с объемными моделями, также присутствуют модули, позволяющие автоматически получать чертежи и другую документации на основе 3D-моделей в соответствии с существующими российскими и международными стандартами. При этом обеспечивается ассоциативная связь между моделью и чертежами, сделанными на ее основе, позволяющая в автоматическом режиме отслеживать изменения, т.е. при изменении формы, размеров и топологии модели изменяются и все связанные с ней виды. Однако, в случае необходимости, ассоциативная связь может быть разорвана. В этом случае все линии чертежа становятся самостоятельными объектами и перестраиваются вручную с помощью функций редактирования плоской геометрии. Обычно пользователю предоставляются возможности создания стандартных и произвольных видов, местных видов, разрезов и сечений; поддерживаются любые типы размеров: линейные, угловые, радиальные, цепочки размеров и т.д. (рис.9). На чертеж также могут быть нанесены допуски формы и расположения поверхностей, шероховатости, надписи, тексты. Формирование спецификаций также происходит автоматически на основе данных о деталях сборки, которые могут быть получены либо из форматки, либо введены пользователем, либо взяты из данных для спецификаций (при вставке стандартных изделий). Между спецификацией и чертежом или сборочной моделью также существует ассоциативная связь. Это, в частности, проявляется в том, что при удалении детали из сборки, она удаляется и из спецификации. При этом происходит перенумерация последующих позиций спецификации и соответственно изменение позиций на чертеже. Рис.9 Инженерный анализ в машиностроении Выше уже упоминалось, что построение пространственной геометрической модели проектируемого изделия является центральной задачей компьютерного проектирования. Именно эта модель используется для дальнейшего решения задач формирования чертежно-конструкторской документации и т.д. Кроме того, эта модель передается в САЕ-системы и используется там для проведения инженерных исследований. Функции САЕ-систем связаны с проектными процедурами анализа, моделирования, оптимизации проектных решений. Средства CAE могут осуществлять множество различных вариантов анализа. Программы для кинематических расчетов, например, способны определять траектории движения и скорости звеньев в механизмах. Программы динамического анализа с большими смещениями могут использоваться для определения нагрузок и смещений в сложных составных устройствах типа автомобилей. Программы верификации и анализа логики и синхронизации имитируют работу сложных электронных цепей. Следует заметить, что исследоваться могут не только проектируемые изделия или детали, но и проектируемые технологические процессы, например процесс горячей штамповки, гибки, литья из пластмассы и т.д. Достоинство методов анализа и оптимизации конструкций заключается в том, что они позволяют конструктору увидеть поведение конечного продукта и выявить возможные ошибки до создания реальных прототипов, избежав определенных затрат. Поскольку стоимость конструирования на последних стадиях разработки и производства продукта экспоненциально возрастает, ранняя оптимизация и усовершенствование (возможные только благодаря аналитическим средствам CAE) окупаются значительным снижением сроков и стоимости разработки. По всей видимости, из всех методов компьютерного анализа наиболее широко используется метод конечных элементов (МКЭ). Первоначально МКЭ применялся главным образом в строительной механике. Однако вскоре стало ясно, что он имеет более широкую область применения. С его помощью рассчитываются напряжения, деформации, теплообмен, распределение магнитного поля и т.д. На рис.10 приведены некоторые элементы, которые могут присутствовать в библиотеке конечно-элементного пакета. Необходимо отметить, что выбор элементов определяется областью задачи, ее типом, а также конкретным пакетом анализа. Метод конечных элементов работает на основе расщепления геометрии объекта на большое число (тысячи или десятки тысяч) элементов (рис.11). Эти элементы образуют ячейки сети с узлами в точках соединений. Поведение каждого малого элемента стандартной формы рассчитывается на основе математических уравнений. Суммирование поведения отдельных элементов дает ожидаемое поведение объекта в целом. При этом результаты компьютерного моделирования могут быть представлены в виде таблиц, графиков или в виде реалистичных изображений положений и состояний объектов в разные моменты времени и при различных условиях (нагрузках, температурных режимах и т.д.) (рис. 12). Например, объемная модель раскрашивается разными цветами в соответствии с текущими значениями температур в каждой точке детали. Рис.10 Рис.11 В результате проведенных исследований оптимизируются соответствующие прочностные или тепловые характеристики, повышается ресурс и долговечность объекта. В качестве «недостатка» МКЭ можно назвать повышенные требования к мощности компьютера при увеличении числа конечных элементов, используемых для анализа модели. Рис. 12 1. ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ ОБ ИЗДЕЛИИ В настоящее время уже неоспоримыми являются преимущества современных автоматизированных систем проектирования. Высокий уровень развития информационных технологий позволяет автоматизировать проектирование в самом широком понимании целей и задач этой сферы интеллектуальной деятельности. Однако автоматизация этапов проектно-конструкторской и технологической подготовки производства, которые в цепочке всего жизненного цикла изделия считаются самыми сложными и интеллектуально емкими, не может считаться законченной, пока существуют проблемы организационно-технического характера, связанные с хранением, учетом, контролем электронной документации, моделей и других данных, относящихся к изделию и процессу его изготовления. Дублирование, многократные модификации документов в процессе работы над проектом, потеря информации, несанкционированный доступ и т.д. могут создать серьезные проблемы, оказывающие, в конечном счете, влияние на конкурентоспособность предприятия. Поэтому формирование соответствующей организационно-технической системы, необходимой для поддержания электронного технического документооборота, должно стать одной из приоритетных задач любого предприятия. Решение этой задачи напрямую связно с применением PDM-технологий (Product Data Management – управление данными о продукте), обеспечивающих управление всеми данными об изделии и информационными процессами жизненного цикла изделия. PDM-технологии: 1. Являются основой при построении единого информационного пространства для всех участников жизненного цикла изделия. 2. Позволяют автоматизировать управление конфигурацией промышленных изделий. 3. Позволяют отслеживать и моделировать выполняемые процессы, задавать рабочие процедуры и контролировать их выполнение в автоматизированном режиме. 4. Позволяют организовать электронное хранилище технической документации. Для реализации PDM-технологий существуют специализированные программные средства, называемые PDM-системами (системами управления данными об изделии, системами управления проектными данными). PDM-системы являются наиболее специфичными из всей линейки программных продуктов – CAD/CAM/CAE/CAPP/PDM, поскольку направлены не на создание объектов, а на управление всеми связанными с изделием информационные процессами (в первую очередь проектированием) и данными, включая состав и структуру изделия, геометрические модели, результаты анализа, программы для станков с ЧПУ, нормативные документы и др. На предприятии PDM-система может выступать:  в качестве рабочей среды пользователя;  средства интеграции данных на протяжении всего жизненного цикла изделия. Выступая в качестве рабочей среды любого сотрудника предприятия, который в процессе своей работы постоянно в ней находится, PDM-система обеспечивает все его потребности, начиная от получения задания, просмотра и изменения проектной документации и заканчивая ее утверждением. Главной задачей PDM-системы как рабочей среды пользователя является предоставление соответствующему сотруднику нужной ему информации в нужное время и удобной форме (в соответствии с правами доступа). Система управления проектными данными улучшает взаимодействие между различными группами служащих и создает возможность внедрения параллельного проектирования. Например, благодаря работе с единой базой данных технологи могут начинать знакомство с конструкцией изделия задолго до того, как документация формально будет передана на технологическую подготовку. Наряду с созданием рабочей среды пользователя, PDM-система выступает в качестве средства интеграции множества используемых в процессе жизненного цикла изделия прикладных программ. С одной стороны, существует интеграция PDM-системы и автоматизированной системы управления предприятием (ERP-система), контролирующей информацию обо всех его ресурсах. Цель такой интеграции – создании и поддержание полной информационной модели предприятия, включающей как данные о продукции, так и о его ресурсах. Одним из основных преимуществ такой модели является исключение повторного ввода данных при переходе изделия с этапа разработки, который контролируется в основном PDM-системой, на этап производства, контролируемый ERPсистемой. С другой стороны, интеграция предполагает, что данные об изделии, созданные прикладными программами (геометрические модели, результаты анализа и др.) передаются на хранение в PDM-систему, а при необходимости их обработки передаются обратно в прикладные программы, после чего опять возвращаются в PDM-систему. При этом система управления проектными данными обеспечивает контроль целостности, полноты и актуальности данных об изделии. Функции, выполняемые PDM-системой на промышленном предприятии, можно разделить на несколько групп. 1. Управление хранением данных и документов. Все данные и документы хранятся в PDM в специальной подсистеме, называемой хранилищем, которая обеспечивает их целостность, организует доступ к ним в соответствии с правами доступа и позволяет осуществлять поиск данных различными способами. В PDM-системе применяются два способа хранения данных:  в виде объектов, обладающих определенным набором значений свойств (например, объект – деталь, свойства – длина, ширина, высота и др.);  в виде целостных документов, содержащих необходимые свойства (например, файл, содержащий геометрическую модель детали). Хранение всех объектов и документов организуется посредством каталогов или папок аналогично файловой системе компьютера. При этом документы могут храниться как самостоятельно, так и привязанными к другому объекту, например, к детали. Основными принципами хранения данных в PDM-системе являются целостность и актуальность. Целостность данных обеспечивается за счет отображения в электронной модели изделия фактической взаимосвязи между какими-либо данными. Например, при наличии твердотельной модели детали или сборки значительная часть информации (результаты анализа, технология, управляющие программы и др.) создаются на ее основе и связаны с ней. При работе с электронным архивом большое значение имеет обеспечение актуальности хранимых документов, которые, согласно ГОСТ, должны выступать в роли подлинников. Для обеспечения этого требования в PDM-системе предусмотрен механизм отслеживания версий всех данных и управление ими. Для управления доступом к данным в PDM-системе предусмотрены два способа авторизации: по правам пользователя и по статусу данных. В первом случае каждому пользователю в зависимости от его статуса на предприятии присваиваются права, позволяющие выполнять определенные операции над данными (просмотр, редактирование, копирование, утверждение и др.). Во втором случае данным в хранилище присваивается некий статус, определяющий набор операций, которые можно над ними выполнять, а также пользователей, производящих такие действия. Обычно в PDM-системе используются оба указанных способа авторизации. 2. Управление процессами. Функция управления процессами направлена:  на управление работой (отслеживание состояния данных во время работы с ними пользователя);  управление потоком работ (передача данных между исполнителями проекта);  протоколирование работ (отслеживание всех событий и действий, которые происходят при выполнении первых двух функций). Функция управления работой позволяет: 1. Избежать ситуаций, когда один и тот же документ редактируется одновременно несколькими сотрудниками, имеющими на это права. Перед тем как изменить объект, пользователь обязан взять его на редактирование и тем самым заблокировать для изменения другими сотрудниками. Исходная версия документа будет доступна только для чтения. О том, что документ взят на редактирование, будет свидетельствовать, например, «галочка» рядом с названием документа в хранилище. По окончании изменения или в случае отказа от него документ возвращается в хранилище и с него снимается блокировка от изменений. 2. Организовать одновременный просмотр документа несколькими сотрудниками, обеспечивая таким образом их совместную работу над проектом. 3. Обеспечить оповещение заинтересованных сотрудников об изменении документов и предоставить им их обновленные копии. Поток работ – упорядоченное во времени множество рабочих заданий, получаемых сотрудниками, которые обрабатывают эти задания в последовательности и в рамках правил, определенных для данного бизнес-процесса [2]. Проектирование сложного изделия предполагает работу над сотнями и тысячами деталей. Для каждой детали данные должны быть созданы, изменены, проверены, утверждены, что приводит к необходимости работы с большими массивами информации и необходимости взаимодействия множества людей, принимающих участие в разработке проекта. Большие объемы выполняемых работ, в конечном счете, приводят к затруднениям контроля их выполнения. В подобной ситуации задача PDM-системы заключается в регламентации потока работ в проекте. За счет заранее заложенных в нее правил система управления проектными данными определяет, какому сотруднику какую работу поручить и предоставляет для этого все необходимые данные. Также в функции PDM-системы входит оповещение сотрудников о поручении ему задания. По аналогии с бумажной документацией для реализации функции управления потоком работ в проекте в PDM-системе используется понятие папки. В общем случае одна папка обеспечивает одну задачу или работу в проекте по разработке изделия, который может содержать множество таких папок. Для всех информационных процессов предприятия строится модель потока работ, т.е. модель движения папки с данными, называемая маршрутом движения папки. Точки этого маршрута определяют состояние папки. Для осуществления движения папок по маршруту задаются условия их перехода с этапа на этап, а также ограничения, определяемые взаимозависимостью задач в проекте. Например, геометрическая модель сборки не может быть согласована до тех пор, пока не будут завершены работы по компонентам, входящим в сборку. Отдельный этап процесса представляет собой структуру, содержащую название, список исполнителей, содержание работ этого этапа и др., которая может быть представлена в виде схемы, изображенной на рис. 1.1 [7]. 3. Управление составом изделия. PDM-система хранит информацию о составе изделия, его исполнениях и конфигурациях. Наличие нескольких представлений состава изделия предполагает использование их в различных предметных областях и определяется задачами, решаемыми каждой из этих областей (конструкторский состав, маркетинговый состав и др.). 4. Классификация. PDM-система позволяет распределять изделия и документы в соответствии с различными классификаторами, что облегчает поиск изделия с нужными характеристиками с целью его повторного использования и позволяет организовать автоматизированное присвоение обозначений вновь создаваемым компонентам. Рис. 1.1 5. Календарное планирование Предполагает разбиение разрабатываемого проекта на совокупность задач и установление взаимосвязей между ними, распределение имеющихся ресурсов по задачам, отслеживание хода выполнения отдельных задач и проекта в целом и выявление аномалий. Схематично временные зависимости между различными задачами в проекте могут быть представлены в виде диаграммы Ганта. На рис. 1.2 показана диаграмма Ганта на примере PDM-системы T-FLEX DOC’s. Рис. 1.2 К вспомогательным функциям PDM-системы можно отнести:  коммуникационные функции, предназначенные, например, для общения пользователей между собой и оповещения их о направленных им заданиях;  функции трансляции данных, предназначенные для перевода, например, геометрических моделей из формата одной прикладной программы в формат другой или нейтральный;  функции обработки изображений, предназначенные для визуализации геометрических моделей без непосредственного открытия прикладных программ, в которых они сделаны;  функции администрирования, предназначенные для поддержания в работоспособном состоянии самой PDM-системы. Таким образом, внедрение системы управления проектными данными на промышленном предприятии позволяет существенно автоматизировать организационные процессы проектирования и производства изделий и добавляет в организацию работ ряд новых возможностей:  поиск нужного документа по названию, номеру, атрибутам;  быстрый анализ структуры изделия и просмотр документов и данных с любого рабочего места в соответствии с правами доступа;  исключение дублирования работ и проблемы поиска актуальной версии документа;  учет вариантов и истории изменений;  обеспечение сохранности и защиты документации;  четкую организацию и сопровождение всей последовательности работ в проекте;  автоматический учет и контроль результатов работы соответствующих отделов и исполнителей [9]. Это для «общего развития». Как бы мы могли работать на лабах (на примере виртуальной реальности в T-FLEX CAD) T-FLEX VR - 3D проектирование в виртуальной реальности T-FLEX VR – это приложение для T-FLEX CAD, которое позволяет работать с 3D-моделью в виртуальном пространстве. Практическое применение T-FLEX VR По сравнению с традиционными средствами вывода графической информации, виртуальная реальность (далее ВР) предлагает пользователю качественно новый уровень восприятия цифровых моделей. Никогда ранее человек не мог настолько полно воспринять то, что еще не воплощено в реальности, но существует только «внутри» компьютера. Применение T-FLEX VR увеличивает эффективность разработки изделия на этапах:     Планирования и Проектирования; Разработки промышленного дизайна; Презентаций и продаж; Обучения и послепродажного обслуживания. Планирование и проектирование Проектировщику и инженеру критически важно иметь как можно более ясное представление об изделии. И чем сложнее изделие, чем дороже стоят допущенные при проектировании изделия ошибки - тем более важно для проектировщиков и конструкторов как можно раньше «вживую» увидеть результат своей работы. Виртуальная реальность позволяет по-настоящему приблизить цифровой прототип изделия к конструктору. Например, один из наших заказчиков в процессе проектирования был вынужден по нескольку раз создавать огромные полноразмерные деревянные макеты своих изделий. T-FLEX VR позволил заказчику почти полностью отказаться от макетирования, что существенно сократило сроки проектирования и издержки, а также позволило проводить больше проектных итераций. Используя специальное оборудование (очки, шлем, речь идет о профессиональном оборудовании), можно оказаться рядом или внутри объекта, еще не воплощенного в физическую форму Турбовинтовой двигатель в T-FLEX VR Разработка промышленного дизайна Некоторые производители существенное внимание уделяют не только эксплуатационным характеристикам своих изделий, но и их дизайну. И не даром, ведь если внешний вид изделия способен повлиять на продажи, улучшение этого внешнего вида позволяет эти продажи увеличить. Так один из наших, пока еще потенциальных, заказчиков «жалуется» на то, что ввиду большого размера выпускаемой продукции дизайнерам трудно работать – на экране монитора либо на миниатюрных моделях, распечатанных на 3D-принтере, предложенный дизайн выглядит замечательно, а реальное изделие смотрится плохо. Приходится переделывать. T-FLEX VR позволяет оценивать дизайн изделий с минимальными временными затратами. Разработка презентаций и участие в выставках Возможности современного ВР достаточно быстро были осознанны многими производителями в тех областях, где выпускаемая продукция имеет большие габариты, в связи с чем демонстрация продукции на различных мероприятиях и выставках либо несёт высокие логистические затраты, либо невозможна. Например, один из наших партнёров занимается проектированием и изготовлением оборудования и цехов для переработки молочной продукции. И если какие-то единицы выпускаемого им оборудования можно привезти на выставку «вживую», то с целым цехом этого сделать никак нельзя. В этом случае ВР стал для нашего партнёра идеальным решением, позволяющим демонстрировать на выставках (или на выездных показах) всю полноту их конструкторских проектов. Цех для переработки молочной продукции в T-FLEX VR Обучение персонала и послепродажное обслуживание В условиях жесткой конкуренции производители оборудования ощущают постоянную необходимость всё более сокращать сроки выпуска. Также не стоит забывать, что выпускаемая продукция может быть дорогостоящей или опасной. Кроме того, некоторое оборудование может выпускаться в единичном или столь малом количестве, что обслуживающий персонал просто не имеет возможности провести отработку своих действий на реальном изделии. Именно поэтому сегодня особенно актуальной является возможность с помощью T-FLEX VR проводить обучение персонала, причём еще до того, как продукция воплотилась в физическую форму.