Усиление конкуренции в производстве как тенденция современного рынка заставляют производителей искать пути уменьшения сроков разработки новых изделий при сохранении требований к уровню качества изделий. Из наиболее очевидных решений этой задачи можно назвать следующие:

Потребность предприятий в таких решениях заставляет разработчиков САПР, ориентированной на задачи машиностроения, искать методологии, чьи качественные оценки (быстрота, прогнозируемость, гибкость, интегрируемость) наиболее близки к требованиям современного производства.

Основными тенденциями в развитии рынка систем автоматизации проектирования и производства является интеграция всех этапов жизненного цикла изделия:

Одним из ключевых аспектов интеграции является выработка общей информационной среды проекта, где каждый этап и его подзадачи расширяют информационную структуру изделия. Согласно исследованиям в области CALS–технологий предлагается деление информации на шесть категорий:

Для решения задач интеграции разработан и получил широкое применение международный стандарт ISO 10303 STEP – “Стандарт о представлении информации об изделии и способам работы с ней”.

Сегодня на рынке программ САПР практически нет систем, которые не обладали бы параметрическими возможностями. Если рассматривать модель как решение системы, в общем случае, нелинейных уравнений, то возможность изменения формы и состава этих уравнений в описании модели можно рассматривать как определение параметризации. Параметрическая САПР позволяет создавать обобщенные параметрические проекты, с помощью которых можно автоматически получать серию возможных вариантов решений, варьируя значения входных параметров. При этом существенно уменьшается количество проектировщиков и обеспечивается высокое качество результата. Различают три подхода к параметризации:

Еще одной тенденцией развития современного рынка САПР является движение в сторону 3D моделирования на ПК. Отличительные особенности такого подхода это:

Фундаментальный компонент в архитектуре системы трехмерного моделирования – геометрическое ядро. Оформление математических пакетов в самостоятельный коммерческий продукт позволяет разработчикам САПР:

Как на уровне разработки ядра, так и при его выборе для использования в конечных продуктах (CAD/CAM/CAE) решается задача выбора представления геометрической информации. Высокая информативность, возможность поддержки смешанных моделей (1,2,3-мерные), вычислимость, расширение класса операции локальными модификаторами, быстрые алгоритмы прорисовки сделали граничное представление промышленным стандартом для организации и обмена геометрической информацией (IGES 5.x, STEP часть 41(AP203 и AP214)).

Описанные выше особенности функционирования позволяют определить архитектуру современных систем автоматизации проектирования и подготовки производства, представленную на схеме.

Деление на уровни отражает принцип декомпозиции сложных задач на более простые компоненты. Каждый уровень допускает ортогональное наращивание функциональности в границах пакетов или уровней, представляя модули, реализующие новые решения, повышающие эффективность производства.

Фактически, операционная система и поддерживаемые ей технологии информационного взаимодействия определяют принципы организации хранения и обмена информацией. Правильный выбор инструментов на данном уровне обеспечивает масштабируемость проекта и эффективность доступа к информации.

Выделение в структуре системы модуля обмена информацией позволяет инкапсулировать данные о проекте в одну общую информационную среду согласно принципу интеграции решения. Модуль определяет схему организации данных на логическом уровне. Существует достаточно большое количество способов описания структуры разнородных данных. При наличии указанных выше стандартов хранения информации вопрос унификации данных, созданных различными системами прикладного уровня, остается открытым. Как правило, взаимодействие между различными модулями переносится на уровень систем импорта/экспорта через согласованные форматы. Недостатком локальных межмодульных протоколов обмена данными является потеря информации.

Общесистемные пакеты отражают требования к функциональным возможностям системы. Основная задача этих модулей - правильная интерпретация данных, полученных из общей информационной среды проекта.

Набор модулей прикладного уровня определяет пользовательский интерфейс организации работы с проектом изделия. Модули данного уровня можно разделить на группы по следующим критериям:

Для построения САПР ключевым вопросом является правильный выбор инструментов на общесистемном и прикладном уровне. Обзор предлагаемых решений комплексной автоматизации производства позволяет выделить три степени интеграции:

Примером первого решения являются системы импорта/экспорта данных. Как правило, используются протоколы обмена, не «родные» для обеих взаимодействующих сторон. Подобные формы взаимодействия используются, как правило, для интеграции с расчетными пакетами. Ответственность за выбор и учет совместимости различных модулей несет потребитель, точнее, отделы САПР на производстве. В настоящее время существует достаточно большое количество трансляторов популярных или стандартизованных форматов данных, отражающих лишь отдельные аспекты информации об изделии: IGES, STEP, ACIS, VDA, Parasolid. Основная сложность такого подхода заключается в установлении однозначного отображения между объектами системы и входными/выходными данными. Как правило, такой подход может не иметь решения или накладывать существенные ограничения на дальнейшую работу с моделью. Еще одним серьезным недостатком является увеличение расходов на обеспечение целостности проекта и возможные потери актуальности проектных данных.

Предоставление внутренних протоколов обмена информации нарушает принцип независимости разработки, т.к. не позволяет сторонним программистам осуществлять прямой доступ к данным. Однако, практически все системы (ACAD, T-Flex, ProEngineer, SolidWorks, SolidEdge, Unigraphics) в рамках концепции открытой архитектуры реализуют именно этот подход. Это позволило приложениям, решающим узкоспециализированные задачи, интегрироваться с крупными проектами на более высоком уровне, чем обмен через нейтральные форматы: общее представление данных; реализация единообразного интерфейса. При этом, САПР общего назначения превратились в вычислительные платформы, на которых могут строиться любые достаточно сложные комплексные решения при минимальных затратах компаний на собственные разработки.

Как правило, большинство инструментальных средств для САПР было реализовано на общесистемном уровне разными разработчиками. Это объясняется двумя факторами:

Поэтому, существует несколько геометрических ядер, используемых в разных системах: ACIS от фирмы Spatial Technology Inc., Parasolid от Unigraphics Solutions Inc.; Open CASCADE от фирмы MATRA Datavision. При том что пакеты ACIS и Parasolid используют одинаковый подход в представлении данных, можно выделить два основных различия между этими продуктами:

Оба пакета не лишены недостатков. Однако текущее состояние рынка позволяет сделать вывод о преимуществах выбора Parasolid в качестве геометрического ядра моделирования. При этом, как отмечалось ранее, обеспечивается интеграция на уровне обмена геометрической информацией в форматах самого пакета.

Open CASCADE - это библиотека для геометрического моделирования, созданная на основе ядра CASCADE, которое легло в основу таких систем высокого уровня, как EUCLIDE 3 и CATIA V. Она представляет собой набор функций и объектов для разработки специализированных научно – технических и профессиональных приложений в таких областях как САПР, метрология, измерительные машины, биомеханика, трехмерная картография, оптика, разработка дизайна внешних форм изделий и т.д.

При относительном разнообразии геометрических ядер большинство систем используют один и тот же параметризатор английской фирмы D-CUBED. Тот же самый параметризатор используется в AutoDesk Mechanical Desktop, Unigraphics CATIA, I-DEAS и т.д. Параметризатор D-CUBED включает в себя два компонента – скетчер, предназначенный для построения параметрического профиля, на основе которого будет создана 3D-операция, и библиотеку, позволяющую связывать отдельные детали в сборочные конструкции.

Поскольку параметризатор является ключевым элементом современной САПР, использование одного и того же ядра приводит к тому, что возможности практически всех систем находятся в зависимости от функциональности и идеологии D-CUBED. Его ограничения становятся ограничениями всех систем, не нем базирующихся. Однако, достаточно большая сложность разработки своего параметризатора, плюс жесткая конкуренция, накладывающая временные ограничения, вынуждает производителей САПР отказываться от планов собственных разработок в этой области. Исключением является лишь параметризатор Pro Engineer, который очень похож  на D-CUBED и исторически ему предшествовал, а также параметризаторы систем Varimerix и Medusa, которые не получили большого рыночного распространения.

После появления идеологии D-CUBED, которая мало ориентирована на использование в чертежах,   никто фактически не предложил ничего нового в области параметризации. Среди наиболее удачных разработок в этой области – система Genius, являющаяся приложением к AutoCAD, которую как правило используют при создании библиотек несложных параметрических чертежей и которая  прекратила развитие после покупки фирмы разработчика фирмой Autodesk.

Примером принципиально иного подхода к параметризации является САПР T-FLEX CAD. Выделение подмножества «линейных» или «квазилинейных» отношений в геометрической модели как способа задания связей между элементами модели приводит систему уравнений, описывающих модель, к готовому решению. Следовательно,  происходит качественный прорыв в повышении скорости работы системы, надежности и «предсказуемости» получаемых решений.

Один из важных аспектов производительности системы – эффективность и наглядность представления данных. Здесь лидером в области средств визуализации, безусловно, является Silicon Graphics. Разработчик стандарта на интерфейс графического трехмерного порта OpenGL, используемого в качестве базового средства визуализации трехмерных данных, компания предоставляет различные надстройки, в порядке усложнения функциональности, обеспечивающей оптимизацию использования ресурсов для больших проектов и более гибкие средства организации взаимодействия с пользователем. Примером такого пакета является Open Inventor, реализующий объектную парадигму описания проблемной области. Если говорить о средствах реализации общего интерфейса приложения, то  следует отметить прямую зависимость выбора инструментов от операционной системы. В принципе, задача выбора пакетов реализации интерфейса не является специфической для САПР, и здесь рассматриваться не будет.

До последнего времени полную совместимость на уровне данных не предоставлял не один разработчик инструментальных средств в области САПР. Такой решение недавно появилось у компании PTC в рамках проекта Granite. Компания заявляет о появлении нового стандарта ядра для систем CAD/CAM/CAE – ядра, поддерживающего не только геометрическое моделирование, но и функциональную совместимость приложений.

Помимо представления всей линейки программных продуктов общесистемного уровня, включая модуль организации доступа к элементам модели, предлагается расширение набором инструментов для прикладного уровня: обеспечение совместимости на уровне собственных форматов файлов; моделирование с использованием интеллектуальных операций - фичерсов; встроенные трансляторы.

Цель такой интеграции – создание универсальной вычислительной  и информационной среды инженерной разработки.

Проведенный выше обзор предлагаемых решений позволяет сделать ряд выводов о тенденциях развития рынка инструментальных средств для САПР:

1. Стремление крупных компаний, ведущих самостоятельные разработки по основным направлениям развития функциональности САПР, к интеграции с другими производителями программного обеспечения, решающего узкий круг задач;
2. Обеспечение интеграции через представление собственной функциональности. Для этого используются два подхода: импорт функций; выделение некоторых аспектов функционирования системы в отдельные коммерческие пакеты;
3. Намерение ведущих разработчиков САПР сделать собственное представление данных едиными стандартами обмена информации вместо промышленных форматов, предлагаемых комитетами стандартизации.

Использованы материалы статьи, которую вы можете прочитать на magazine.stankin.ru