На пути к единой среде проектирования

Аналитики Aberdeen Group подтверждают, что лучшие предприятия, достигшие успехов в своевременном выводе изделий на рынок, роста прибыли и сокращения трудозатрат, в 51% случаев используют несколько САПР в своей работе, а 82% опрошенных заявили, что в процессе проектирования применяют три и более форматов CAD-файлов, причем 42% используют пять и более форматов. Среда проектирования, в которой можно было бы использовать преимущества различных САПР (рис. 1), включающая эффективные средства управления и сбора информации, позволяет компаниям обеспечить совместную работу и сосредоточиться на процессе проектирования изделия, что сделает конструкторские работы более эффективными.

Рис. 1. Конструирование изделий с использованием нескольких САПР

Можно назвать несколько причин применения компаниями одновременно нескольких различных САПР.

• Растущая сложность. Современные изделия созда­ются в нескольких вариантах, включают различные уровни технологий и предоставляют больше функций, чем раньше, – все это требует применения различных инструментов разработки, которые могут включать решения для механи­ческого, электротехнического проектирования и разработки программного обеспечения, поэтому приходится управлять данными из разных систем и сфер знаний. Универсального решения на рынке сегодня нет.
• Глобализация разработки. Производители превращаются в глобальные организации, представительства которых размещены в разных часовых поясах, и для организации их работы требуется репликация (повторение или избыточность) данных. В результате, чтобы обеспечить совместную работу, возникает необходимость приспосабливаться к партнерам по цепочке поставок, использующим различные средства САПР.
• Объединение отраслей. В условиях глобального рынка слияния и поглощения происходят все чаще, и для поддержания целостности данных требуется эффективная ассимиляция существующих инфраструктур САПР.

Компаниям, выпускающим, например, оснастку для штамповки, необходимо работать с данными из нескольких САПР, поскольку заказчики часто используют собственные данные для проектирования оснастки. Самым ярким примером является авиастроительная отрасль со множеством сложных изделий и конфигураций, а также глобальным характером разработки (например, SuperJet конструировался сразу в нескольких странах одновременно). «Глобализация» на отечественных предприятиях выражается наличием множества отделов и департаментов, использующих разные системы и правила для работы, что порождает постоянные трудности с взаимодействием. Так исторически сложилось, что во многих российских компаниях чаще всего представлены почти все присутствующие на рынке САПР. Кроме того, к подобной ситуации приводят смена руководителей отделов САПР и общая стратегия предприятия — имеются определенные наработанные технологии, которые нет ни желания, ни необходимости менять. В результате разработчики часто не могут создавать новые конструктивные элементы без переделки модели при помощи ее дерева построения, которое, как правило, из одной системы в другую не передается.

Переход на одну из выбранных САПР – дело очень затратное и по деньгам, и по ресурсам: требуется время на развертывание нового ПО, обучение персонала, преодоление сопротивления сотрудников, поэтому предприятия часто вынуждены мириться с наличием многосистемной среды.

Конструирование в гетерогенной среде

Наиболее успешным способом управления программной средой, состоящей из различных САПР, является сочетание нескольких ключевых структурированных процессов разработки изделий и технологии управления данными об изделии (Product Data Management, PDM) в рамках системы управления жизненным циклом изделия (Product Lifecycle Management, PLM). Однако, прежде чем вкладывать средства в систему PLM, компания должна за­думаться о таких аспектах работы в многосистемной среде, как обеспечение контроля различных уровней сложности в процессе разработки изделий, синхронизация процессов разработки изделий между несколькими САПР и различными форматами, управление проектно-конструкторскими данными на уровне предприятия и цепочки поставок.

Рис. 2. Среды конструирования изделий, учитывающие работу в различных САПР, имеют разную сложность

Сложность процессов работы с несколькими САПР напрямую зависит от сложности производимых изделий, цепочек поставщиков и требований к разработкам. Можно выделить три различных уровня сложности сред (рис. 2).

• Базовый уровень — дискретное конструирование изделий. Единая база данных об изделиях, оперирующая не взаимодействующими между собой описаниями изделий и форматами данных САПР (подход предполагает использование нескольких САПР с самостоятельными базами данных).
• Промежуточный уровень — интегрированное конструирование изделий. Разнородные САПР в единой структуре изделия, объединяемые на этапе визуализации, но не взаимодействующие в процессе конструирования.
• Расширенный уровень — разнородное конструирование в контексте. Поиск и использование компонентов, созданных в одной САПР, при контекстном конструировании в другой САПР, что делает актуальным объединение мультисистемных сред САПР таким образом, чтобы можно было управлять всей конструкторской информацией, ссылаться на текущие проектные документы и оптимально использовать процессы и системы, применяемые на всех этапах жизненного цикла изделий.

Расширенный подход предоставляет больше возможно­стей, но бывает невостребован в компаниях, производящих простые изделия или работающих над простыми проектами. С другой стороны, расширенный подход к гибридному проектированию может дать наибольший эффект в условиях географически распределенных предприятий.

Эффективное управление средой из нескольких САПР требует наличия согласованных и эффективных процессов, основанных на интегрированном и гибком в использовании программ­ном обеспечении. Не будем забывать, что проектирование – это один из производственных процессов, который должен быть интегрирован с остальными бизнес-процессами предприятия. Сама по себе САПР может работать на любом рабочем месте, но при организации групповой работы потребуются титанические усилия по управлению данными. Без использования решения PDM/PLM слабо представляются процессы согласования изменений, управления изменениями, конфигурирования изделия и пр. Именно поэтому, например, компания РТС предлагает рынку не систему проектирования, а комплексное решение задач предприятия – смена одной САПР на другую сути процесса не меняет, и на выходе все равно будет чертеж, поэтому надо пересматривать процессы на предприятии, в чем и помогает PLM.

Система PLM от компании РТС базируется на платформе Windchill, предоставляющей необходимый функционал для налаживания различных последовательностей работ, от вывода необходимой геометрической и математической информации по изделию до обеспечения контроля качества выпускаемой продукции. Платформа масштабируется от уровня отдела до распределенной корпорации любого размера. Пользователям предлагается несколько специализированных, готовых наборов PLM-конфигураций для различных рынков: цифровая верфь, AutoPDS (автомобилестроение) и др. Поскольку платформа едина, то речь идет о различных подходах к оценке ситуации предприятия и о понимании разницы бизнес-процессов конкретного предприятия.

Всякое решение PLM должно обладать набором стандартных компонентов, например средств обеспечения распределенной совместной работы, средств визуализации и др., а специализация начинается лишь тогда, когда требуется усилить поддержку средств обеспечения конкурентных преимуществ предприятия.

Сложности мультисистемной среды

Можно выделить четыре основные проблемы управления несколькими САПР, от решения которых зависит возможность увеличения эффективности предприятия в целом. Эти проблемы обостряются при проекти­ровании сложных изделий в географически распределенной среде с участием как внутренних, так и внешних групп разработчиков, поставщиков и производителей комплектующих. Основная задача управления в таких проектах – предоставить всем участникам доступ к актуальной информации для обеспечения непрерывного процесса конструирования и контроля вносимых изменений.

Полное цифровое определение изделия

Рис. 3. Комплексное цифровое определение характеристик изделия

Первая проблема заключается в создании и поддержании единого определения изделия при работе с несколькими САПР, которая решается путем создания единого хранилища цифрового набора всех данных по изделию, при условии его одновременного использования несколькими САПР (рис. 3).

Каждый конструктор работает в привычной для него среде, а комплексное определение характеристик изделия повышает качество его работы благодаря единству и точности проекта, а также возможности отслеживать версионность. Такой централизованный подход повышает производительность работы, поскольку все конструкторы получают информацию о состоянии процессов разработки сразу во всех задействованных САПР. Кроме того, централизованный подход позволяет производителям избежать затрат, связанных с переходом от одной системы к другой и обучением персонала.

Этот подход обеспечивает низкую общую стоимость владения, поскольку все работы выполняются в единой базе данных и не требуется поддержка нескольких самостоятельных хранилищ. Результатом является повышение эффективности проверки проектов и создание определения характеристик изделия в более короткие сроки.

Поддержка параллельного проектирования

Предприятия, которые вынуждены использовать несколько САПР, сталкиваются с проблемой поиска информации об изделии, повторного использования и синхронизации данных.

Для устранения этой проблемы требуется сохранять данные из различных подразде­лений и САПР в единой программной системе, синхронизировать сложные проекты и связанные с ними изменения между всеми рабочими группами. Единый доступ к различным связанным проектам ускоряет формирование общей структуры изделия, обеспечивающей получение актуальной информации о текущем состоянии работ в каждой из применяемых САПР. Такой подход позволяет производителям повысить качество изделий и сократить количе­ство ошибок, доработок и брака, что обеспечивается точным управлением версиями. Это также помогает максимально сосредоточить усилия конструкторов на качестве вводимых данных, а не на управлении данными — инженер получает свободу быть именно инженером, а не программистом и может самостоятельно вносить изменения в модель, не отправляя ее обратно стороннему разработчику.

Обеспечение распределенного проектирования

В условиях распределенного проектирования менеджмент предприятия столкнется с проблемой управления интеграцией проектных данных рабочих групп, использующих различ­ные САПР.

Решить эту задачу можно, развернув защищенную среду совместной разработки проектов, обеспечивающую эффек­тивный обмен данными между различными САПР в глобальном масштабе. Возможность работы в общей среде проектирования обеспечивает непрерывный обмен точными и актуальными данными. Это экономит время, исключает повторяющиеся операции, повышает производи­тельность и сокращает время на поиск необходимой информации.

Глобальная среда для совместной разработки проектов также позволяет производителям сократить количество ошибок при создании новых изделий, например исключить потери технических характеристик конкретной детали (размерные допуски, пределы по массе, минимальные зазоры и т. п.), которые обычно задаются на начальных этапах проектирования в технической документации на изделие или в виде метаданных. Благодаря повышению качества отклика или постоянной обратной связи также сокращается время проверки. При глобальной совместной работе с данными компании могут поддерживать целостность проектной информации между любыми программными системами и географически распределенными группами.

Масштабируемость

Для обеспечения быстрого доступа к акту­альной информации об изделии необходимо преодолеть ограничения внутренней локальной сети, вне­дрив масштабируемые ИТ-решения для управления доступом к растущему объему данных об изделии, подготовленному в различных САПР.

Масштабируемое решение позволяет быстрее и с меньшими затратами создавать рабочие места для новых пользователей с автоматической синхронизацией содержимого проекта между рабочими местами в глобальном масштабе, что гарантирует конструкторам и проектировщикам быстрый доступ к информации об изделии и внесение изменений в модель при обеспечении простой визуализации компонентов, получаемых от внешних разработчиков.

Инструменты интеграции

Конструирование изделий в среде, объединяющей несколько САПР, — одна из возможностей влияния на такие показатели бизнеса компании, как каче­ство, время вывода изделий на рынок и себестоимость. Но, кроме инструментов интеграции САПР, для эффективного управления сложной средой с различными САПР необходима единая система PDM или PLM (полноценных PLM-проектов в России на сегодняшний день почти нет). Система PLM должна быть способна интегрировать ведомость материалов и средства визуализации данных САПР в единой структуре изделия. Для обеспечения защищенной совместной работы с внутренними и внешними партнерами необходимо синхронизировать междисциплинарные процессы конструирования и связанное с ними содержимое. Чтобы иметь возможность расширения процессов конструирования изделий с использованием различных САПР на уровне предприятия, компаниям необходимо внедрить динамические функции совместной работы и надежную, масштабируемую и защищенную инфраструктуру технологий.

Обычно для обмена информацией между разными САПР применяются трансляторы, которые требуют дополнительных затрат и ухудшают качество данных, что сильно затрудняет их перенос и внесение изменений. Многим пользователям знакома ситуация, когда весь проект приходится заново создавать в другой САПР, а изменения вносить несколько раз в каждой из применяемых для проектирования систем. Все более важным сегодня становится обеспечение максимально возможной поддержки процессов доступа, синхронизации и редактирования конструкторских данных на всех этапах жизненного цикла изделия. Ошибки и несоответствия, возникающие на стыках систем, могут очень дорого обойтись любой организации: помимо потерь времени, которое уходит на преобразование и синхронизацию моделей вручную, велики риски того, что ошибка, возникшая по причине человеческого фактора либо из-за незнания конструктором того или иного отраслевого стандарта, может вообще остаться незамеченной и перейти из САПР-модели в процессы расчетов и в производство, что скажется на качестве продукции и в конечном итоге на сроках поставки изделия.

Осенью 2010 года компания PTC анонсировала систему Creo (ранее Pro/Engineer), решающую проблему интеграции механических САПР, обеспечивающую совместимость моделей данных, управление сложными сборками и замкнутость при работе с унаследованными технологиями. Creo представляет собой набор масштабируемых приложений, одно из которых, AnyData Adoption, позволяет использовать данные, созданные в других системах автоматизированного проектирования. Модели переносятся из других САПР в Creo без потери данных и геометрии — модель можно не просто просмотреть, а сразу продолжить с ней работу. До сих пор преобразование геометрии при переносе данных между разными САПР приводило к появлению набора поверхностей, не связанных ни с базой технических характеристик, ни с деревом построения, необходимым для параметрического моделирования, что затрудняло последующую работу и вынуждало инженеров каждый раз переключаться на исходную модель даже для внесения незначительный изменений. Как следствие, геометрию приходилось создавать заново, лишаясь при этом экономии времени, которую дает распределенная работа с привлечением сторонних групп разработчиков.

Проблема применения различных САПР сводится не только к использованию альтернативных систем проектирования, предлагающих схожий функционал, есть еще и конкуренция между различными парадигмами моделирования: 2D-моделирование, прямое 3D-моделирование и параметрическое 3D-моделирование. Несколько лет назад большой интерес специалистов вызывала технология прямого моделирования без дерева построения, позволяющая конструкторам непосредственно менять геометрию модели, не задумываясь о последствиях: редактирование одного элемента не влияет на остальные элементы, с ним связанные. Затем популярность приобрело параметрическое моделирование с деревом построения, воспроизводящим ход создания модели: при изменении детали конструктор может теперь менять все связанные с ней ранее созданные элементы, автоматически перестраивая всю геометрию. Однако у параметрической модели есть недостаток — если на построение модели понадобилось несколько сотен операций, а требуется изменить глубину лишь какого-нибудь одного элемента, то найти процедуру его создания в дереве построения часто бывает сложно, особенно если работу над одной моделью ведут несколько конструкторов.

Появившиеся в 2008 году технологии, известные сегодня как синхронные, корпорация РТС предлагала рынку еще в 2007 году, когда после приобретения компании CoCreate Software получила в свое распоряжение технологию прямого динамического 3D-моделирования, без сохранения в дереве построения модели конструкторской информации. Развивая это направление, в Creo было включено приложение AnyMode Modeling, объединяющее разные парадигмы моделирования: разработчикам теперь не требуется выбирать между параметрическим проектированием и моделированием без дерева построения. Если в обычных параметрических САПР редактирование модели требует от конструктора понимания всей последовательности построения для определения точки внесения изменений и предсказания возможных побочных эффектов, то с помощью AnyMode Modeling устраняется необходимость в использовании только одного конкретного способа моделирования и снимаются ограничения на работу с импортированной геометрией. Данная технология применяется непосредственно к экспортированной геометрии, что делает возможной работу с данными, полученными из различных САПР.

Однако проблема оторванности геометрии от моделирования, часто создающая трудности на производстве, требует более радикальных изменений в процесс проектирования, поэтому в Creo были включены модули расширения, позволяющие создавать полные цифровые прототипы для проверки технологичности деталей и сборок, библиотеки стандартных компонентов и механизмов сборки и пр. Другое приложение — AnyBOM Assembly призвано упростить управление большими конфигурируемыми сборками благодаря использованию ядра Windchill.

***

Вряд ли в ближайшем будущем индустрии удастся преодолеть все сложности работы в многосистемной среде САПР, однако путем построения на единой PLM-платформе Windchill среды, дополненной инструментарием из пакета Creo и средствами создания цифровых моделей, можно предоставить необходимую группам разработчиков функциональность для совместной работы над проектами в разнородной среде. Инженеры конструкторы и проектировщики получают централизованную PLM-платформу для сбора данных об изделии, а также требуемую функциональность для использования всех преимуществ работы с данными, созданными в различных САПР.

Сергей Бутяга (sbutyaga@ptc.com)— технический менеджер компании РТС (Москва).