7.9. Catia: орудие производителя ххi века

В последнее время в зарубежной прессе, освещающей CAD/CAM– проблемы, все чаще появляется идея о том, что мировое промышленное производство меняет свой характер. Во-первых, оно становится все более кооперативным и интернациональным. Кооперация расширяется как по агрегатному, так и по технологическому признаку. Во-вторых, работа компаний – разработчиков изделий машиностроения становится все более привязанной к конкретной производственной теме6 не изделие формируется под существующие ресурсы, а ресурсы создаются под определенное изделие. Это относится не только к производственной базе, но и к программно-техническому комплексу, кадрам и базе знаний[21].

В-третьих, на баланс бюджета разработки современных изделий в новой форме кооперации становятся не только материальные ресурсы, но и время:

- время использования лицензии на программное обеспечение;

- время пользования средствами коммуникаций;

- контрактное время специалистов – участников разработки;

- консалтинг.

В-четвертых, заказчик продукции машиностроения уже почти выбирает из готовой продукции, все реже выступает в роли поставщика задач и все чаще – в роли наблюдателя (инспектора) хода выполнения работ и даже становится участником процесса разработки изделия. Поэтому он все глубже вовлекается в работу программно-технических средств, используемых при разработке конечного продукта. И последним важным фактором является то, что развивается отношение к объекту разработки. Понятие проекта изделия расширяется и детализируется за счет новых дисциплин. В состав его определения, например, «втягивается» производственное оборудование и оснастка, производственные процессы и многое другое. Проект изделия в системе будущего – это не статическое его описание, пусть даже и очень подробное. Проект «оживает» и становится динамически меняющимся во времени. В него на равных правах с геометрией включаются его поведение – в реальной жизни, при производстве, при обслуживании. В него также могут входить и последствия жизненного цикла продукта – от начала разработки до утилизации.

Соответственно этим тенденциям и развивается CATIAверсии 5. Этот продукт открывает принципиально новое направление в семействе программных продуктовCATIA, удовлетворяющее самым последним требованиям промышленных производителей и учитывающее прогнозы на начало следующего тысячелетия. В нем реализована концепция независимости от аппаратного обеспечения – система работает как в средеUNIX, так и в средеWindows. Формат и структура производимых данных при этом не имеют различий. Новая архитектура программных продуктов опирается на современные стандартыSTEP, JAVA, COBRA и OLE.

В настоящее время CATIAпятой версии поставляется в двух вариантах – платформы Р1 и Р2. Платформа Р1 по функциональности есть часть функций платформы Р2. Это позволяет системеCATIAуспешно конкурировать с системами среднего уровня по критерию «цена/производительность».

Платформа Р1.CATIA Р1 обеспечивает базовые инструменты моделирования для мелких и средних промышленных предприятий, планирующих развитие своего спектра деятельности до внедрения концепции электронного цифрового макета (Digital Mock-Up).Платформа Р1 работает вWindows 95/98/NT, а также вUNIX. Интерфейс, эргономика и поведение системы для всех платформ одинаковы и просты для понимания и освоения конечными пользователями.

Рассмотрим основные модули, входящие в состав Р1.

CATIA – Assembly Design 1 – моделирование сборок.Модуль сборкиAssembly Design 1 обеспечивает легкость создания и управления структурой сборки двумя путями. Компонент может быть вставлен в определенное место в структуре сборки и наделен механическими связями с другими компонентами либо создан «по месту», опираясь на окружающую его конструктивную обстановку. Структура сборки может иметь неограниченное количество уровней.

В CATIA V5R2обеспечено параллельное проектирование несколькими пользователями благодаря тому, что каждый компонент сборки имеет свою собственную спецификацию, но может быть применен в различных местах сборки несколько раз, без дублирования данных. Когда модули трехмерного проектирования и сборки используются вместе, любой элемент, вовлеченный в сборку, может быть изменен как индивидуально, так и в контексте сборки.

Конструктор может позиционировать компонент в пространстве относительно других компонентов несколькими способами: буксировкой курсором мыши, трансформацией типа переноса и вращения и совмещением по граням и кромкам. Одновременно к компоненту могут быть приложены механические связи с другими компонентами (соосность, компланарность, эквидистанта, угловая константа и др.). Они являются полноправными элементами описания изделия и входят в его спецификацию.

Компоненты сборки можно модифицировать (изменять геометрические параметры), «растаскивать» в пространстве произвольным образом, при этом не разрушая присвоенные им механические связи, а затем автоматически приводить всю конструкцию в собранное состояние.

CATIA – Part Design 1 – ядро геометрического моделирования.CATIA – Part Design разработан в целях решения задач трехмерного проектирования и конструирования деталей для всех отраслей машиностроения и обеспечения их использования для инженерного анализа, технологической подготовки производства, графического документирования и других задач машиностроительного предприятия.

Важнейшими критериями для разработчика этого модуля были требования заказчиков по обеспечению высокой производительности, единого представления всей системы данных о разрабатываемом изделии во всех его аспектах, интеграции всех дисциплин, вовлеченных в процесс разработки и обеспечения их параллельной согласованной работы.

Модуль CATIA – Part Design имеет возможность выполнять обновление (рекалькуляцию) измененной геометрии как на каждом шаге модификации, так и по требованию пользователя. Это также относится к его совместному использованию с другими программными продуктамиCATIA(черчение, прочность, кинематика, сборка и др.).

CATIA – Wireframe and Surface 1 – трехмерное каркасное моделирование и поверхности.ДополняетCATIA–Part Designинструментами создания базовой каркасной геометрией (точками, прямыми, кривыми, сплайнами, плоскостями и граничными условиями) и построением поверхностей. В соответствии с общей стратегиейCATIA V5R2, эти геометрические элементы имеют редактируемую историю построения (систему свойств и параметров). Продукт существенно расширяет сферу примененияCATIA за счет поддержки дисциплин, связанных со сложными способами формоопределения. Как и система в целом, модуль обладает высокоэргономичным пользовательским интерфейсом и контекстной поддержкой диалога.

CATIA – Sheetmetal Design 1 – проектирование листовых деталей.Модуль посвящен созданию деталей из листового материала. Реализован подход методом конструктивных элементов – типовых схем построения, наделенных редактируемыми параметрами и свойствами. Позволяет вести параллельное проектирование как конечной детали, так и ее плоской развертки. Моделирование может быть начато как с типовой схемы построения, так и с набора предварительно заданных параметров.

Продукт полностью интегрирован с остальными продуктами CATIA пятой версии (проектирование на основе твердых тел (солидов) и поверхностей, выпуск чертежей, создания сборок, инженерный анализ и др.), поскольку выполнен с единым по структуре объектно-ориентированным подходом. Предусмотрены меры по обеспечению взаимодействия с предприятиями-смежниками.

CATIA – GENERATIVE DRAFTING 1 – производство чертежей на основе трехмерных моделей. Модуль предназначен для автоматизированного создания чертежной графики на основе трехмерных моделей. Для этой цели специально разработан «Ассистент чертежника», упрощающий действия пользователя по созданию видов, сечений и разрезов до простейших манипуляций мышью. Создав базовую графику, пользователь вносит в оформление чертежа необходимые тексты и размеры. Чертежные размеры могут быть автоматически перенесены из параметризованной3D-геометрии на поле чертежа. Чертежная графика сохраняет свою связь с трехмерной моделью и может обновляться как автоматически, так и по команде пользователя. Конструктор может одновременно работать над созданием трехмерной геометрии и ее чертежа. Для обмена данными с другими чертежными приложениями предусмотрен интерфейс, поддерживающий форматыDXFиDWG.

CATIA – Interactive Drafting 1 – интерактивное черчение. Модуль представляет собой инструмент высокопроизводительного производства чертежей деталей, независимо от того, были ли они созданы в трехмерном режиме. Продукт разработан таким образом, чтобы его освоение пользователями устаревших систем или людьми, незнакомыми с компьютерами было делом одного-двух дней. Низкий уровень требований к подготовке пользователей, простота диалога и эргономичность – это те отличительные качества модуля, которые создают условия для массового вовлечения специалистов второго уровня в компьютеризированный цикл разработки изделия. Интерактивный модуль черчения имеет два функциональных раздела – двухмерный геометрический моделлер и средства оформления чертежа (штриховки, аннотации, размеры, поддержка стандартов).

CADAM Drafting for V5 – чертежный пакет CADAM.Предназначен для адаптации пользователей приложенияCADAM к новой технологииCATIA V5R2 и переноса чертежных данных изCADAM вCATIA V5R2. Содержит функцию востановления сканированной чертежной графики в векторном формате.

CATIA - DMU Space Analysis 1 - анализ геометрических конфликтов на уровне Электронного Цифрового Макета.Содержит высокопроизводительные алгоритмы измерения, вычисления и представления результатов анализа зазоров, контактов и пересечений компонентов изделия, независи­мо от их количества, сложности и расположения. В резуль­тате применения модуля пользователь получает список «кон­фликтующих» компонентов и подробное описание каждого конфликта (характер столкновения, абсолютный минималь­ный зазор, минимальный зазор вдоль данного направления, величина зазора, глубина пересечения, объем области пересечения и направление кратчайшего разнесения элемен­тов для ликвидации конфликта). Для большей наглядности результатов анализа в системе имеется средство динамической визуализации сечения объектов.

Для просмотра и изучения результатов анализа пользо­ватель может выделять конфликтующие элементы цветом и автоматически позиционировать их по центру экрана. Одновременно эти элементы можно видеть выделенными на древовидной структуре сборки. К элементам сборки можно добавлять текстовые аннотации для упрощения выполнения исправлений в конструкции. Результат и условия выполне­ния сеанса контроля сборки на геометрические конфлик­ты может быть легко документирован в специальном фай­ле, хранящем условия выполнения анализа, аннотации и результаты расчета. Его можно применять для повторного или контрольного анализа и использовать как протокол серти­фикации создаваемого изделия.

DMU Space Analysisприменим не только к объемным объектам, но и к точкам, линиям, кривым, плоскостям и поверхностям.

Конструктор может несколькими разными путями опре­делить одно, два или несколько множеств объектов, подле­жащих анализу, используя любые наборы свойств и призна­ков — тип, имя, цвет и т.д.

CATIA - DMU Navigator 1 - навигатор Электронного Цифрового Макета.Навигатор является превосходным средством визуального кон­троля больших и сложных конструкций без привлечения специальных дорогих аппаратных средств. Пользователь может имитировать свое движение («полет» или «прохождение») внутри сборки. Объекты изделия, которые видит и анализирует инспектор, имеют то же происхождение, что и конструкторские модели, в соответствии с объектно-ориентированной идеологией CATIA пятой версии. Важное преимущество состоит в том, что система не перегружает себя информацией, не относящейся к задаче навигации сборки, до тех пор, пока пользователь сам не переходит от режима навигации к режиму проектирования.

Модуль позволит создавать текстовые аннотации непосредственно на объектах сборки и присваивать им URL-связи с любыми другими документами, вовлекая тем самым специалистов разных областей знаний со всего предприятия в раз­работку изделия на основе электронного цифрового макета.

DMU Navigator— удобное средство для проведения рабочих совещании, конференций, зашиты и презентации проекта.

САТIА - Generative Part Structural Analysis 1 — приложение для анализа на прочность. Предназначен для выполнения быстрого предварительного анализaконструкции на прочность. Модуль адресован спе­циалистам, не имеющим специальных знаний в области рас­четов методом конечных элементов. Схема его использова­ния сведена к простейшим процедурам:

- присвоения марки материала;

- указания мест и условий закрепления;

- указания мест и условий нагружения.

После автоматической генерации сетки конечных элемен­тов, выбора оптимального расчетного метода и собственно расчета, модуль представляет результаты в наглядной и легко понимаемой форме. На основании этих результатов конструктор может легко сделать вывод о том, как нужно изменить деталь, чтобы оптимизировать ее механические характеристики.

CATIA - Real Time Rendering 1 -фотореалистическая визуализация. CATIA позволяет присвоить детали материал, наделенный не только маркой, удельным весом, модулем упругости и пре­делом прочности, но и оптическими характеристиками — текстурой. Модуль Real Time Renderingсоздает фотореалисти­ческие изображения объектов на основе присвоенных им текстур, а также позволяет создавать и модифицировать сами текстуры. Как и механические свойства материалов, текстуры записываются в специальную библиотеку.

Все аппаратно-графические функции CATIA (масштаби­рование, вращение) работают в условиях примененной тек­стуры в реальном масштабе времени.

CATIA — Team PDM 1 — система управления данными для команды пользователей CATIA.CATIA — Team PDM1 обеспечивает решение базовой груп­пы задач управления проектом. Он определяет режимы хранения и использования данных проекта и поддерживает всю необходимую «внешнюю» сопроводительную информацию об инженерных данных.

Продукт легко инсталлируется, осваивается пользовате­лями всех уровней квалификации. Он прост в практическом применении, а также не требует больших инвестиций в под­держку внедрения. Продукт эффективен для мелких и сред­них промышленных предприятий и для поставщиков комп­лектующих для других производителей.

CATIA - Team PDM1 интегрирует CATIA пятой версии с программным продуктом SmarTeamкомпании Smart Solutions Ltd.

CATIA - СADAM Interface 1 - интерфейс обмена данными STEP AP203.Данный модуль обеспечивает существующих пользователей системы CADAMвозможностью работать в едином систем­ном пространстве с пользователями CATIA и в едином фор­мате чертежных данных. Для этого предусмотрена мигра­ция чертежных стандартов из CADAM в CATIA.

CATIA - STEP AP203 Interface I - интерфейс обмена данными STEP АР203.Обеспечивает пользователю интерактивное чтение и запись его данных в формате STEPAP203. CATIA обеспечивает единый пользовательский интерфейс для всех существующих фор­матов обмена, поддерживает все стандарты управления фай­лами (Открыть, Закрыть, Копировать, Переименовать, Со­хранить, Сохранить как...) и имеет автоматическое распоз­навание типа файла по его расширению (.dxf, .igs, .stl, .wrl и .stp).

CATIA - ICES Interface 1 -интерфейс обмена данными IGES.Обеспечивает пользователю интерактивное чтение и запись его данных в формате IGES. CATIA обеспечивает единый пользовательский интерфейс для всех существующих фор­матов обмена, поддерживает все стандарты управления фай­лами (Открыть, Закрыть, Копировать, Переименовать, Со­хранить, Сохранить как...) и имеет автоматическое распознавание типа файла по его расширению (.dxf, .igs, .stl,.wrl и .stp). Последняя поддерживаемая версия IGES — 5.3.

CATIA - Object Manager 1 - базовый модуль управления объектами CATIA. Является ядром всех продуктов и конфигураций CATIA пя­той версии, определяющим единый пользовательский интерфейс, единую систему управления объектами, базовые системные и аппаратные функции и интеграцию всех при­ложений. Базовые функции включают создание иллюстра­ций, вывод на печать, поддержку стандартных форматовSTL, VRML3D documents, TIFF, CGM, JPEGи BMP.К ним относятся также поддержка OLE(для Windows),журналирование и применение макрокоманд Visual Basic(дляWindows).

Платформа Р2.CATIA Р2 обеспечивает предприятиям особые условия для моделирования изделий, связанных с ними технологических процессов и планирования производственных ресурсов, тем самым реализуя современную концепцию электронной модели предприятия. Платформа Р2 предлагает рас­ширенный набор программных средств, основанных на использовании базы знаний предприятия (Knowledge Based Design)и технологии гибридного моделирования. САТIА Р2 располагает средствами интeрактивного программирования, связывающими параметры разрабатываемою продукта с функциями на основе математических выражений (формул) и логических зависимостей. Этот инструмент создан для практической реализации в среде проектиро­вания знаний и опыта предприятия, которые до сих пор могли существовать и применяться только как справочники, технические условия, методические инструкции или прототипы. Этот модуль доступен для аппаратных плат­форм Windows NTи UNIX.

CATIA - Wireframe аnd Surface 2 - каркасное моделирование и поверхности.CATIA — Wireframe and Surface2 дополняет модуль CATIA -Part Design2 средствами создания трехмерного каркаса и поверхностей. Объектно-ориентированный подход в системе CATIA позволяет использовать точки, линии, сплайны, плос­кости и поверхности как аргументы построения объемной геометрии деталей. Древовидная структура компонента из­делия позволяет включать в себя эти виды элементов в ка­честве ссылочных (reference geometry),относительно кото­рых могут задаваться параметры (размеры) и которые участвуют в операциях ограни­чения форм. Пользо­ватель может имплантировать, удалять, изменять параметры и заменять любой из этих элементов в процессе проектиро­вания, с последующим автома­тическим обновлени­ем результирующей геометрии.

CATIA - Generative Shape Design 2 -проектирование сложных поверхностей.Модуль Generative Shape Designявляет­ся дальнейшим развитием продукта 5626-GSM Generative Shape Modelingв CATIAвер­сии 4.2. В его основе лежит идея определе­ния сложных геометрических форм через их спецификацию, представленную в виде сетевой структу­ры. В отличие от иерархической структуры (в виде дерева), сетевая структура позволяет одному элементу несколько раз участвовать в булевых операциях и занимать несколько по­зиций в спецификации объекта (истории построения) без дуб­лирования. Такая возможности позволяет достичь полной управляемости геометрии по параметрам, тем самым суще­ственно повысив производительность. Модуль незаменим при проектировании сложных изделий, где требуются частые и кардинальные модификации.

Модуль полностью интегрирован с объектно-ориентиро­ванным ядром CATIAпятой версии и обладает общими с ним преимуществами: интуитивным пользовательским ин­терфейсом, эргономичностью, средствами поддержки диалога и непосредственным доступом к параметрам и свойствам объекта.

Геометрия, построенная с использованием этого модуля, благодаря средствам редактирования ее истории построения может повторно использоваться как образец или стандарт. Схема построения прототипа может быть скопирована в дру­гой проект или часть проекта и применена с новыми пара­метрами. Таким образом, продукт Generative Shape Designможет использоваться как средство поддержки стан­дартов компании и накопления опыта проектирования.

CATIA — Circuit Board Design 2 — проектирование электросистем.Предоставляет пользователю двухсторонний интерфейс об­мена данными с внешними системами проектирования элек­тросистем. Конструктор, создающий пространственную компоновку и деталировку с участием агрегатов электрообору­дования в CATIA,может экспортировать результат своей работы в ECADдля расчета электрических цепей и других специальных задач. И наоборот, электросхема, разработан­ная в ECAD, может быть импортирована в систему для ее пространственной компоновки. Предусмотрена возможность обмена данными со многими ECAD-системами.

CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 — анализ сборок на прочность.Расширяет возможности модуля Generative Part Structural Analysis2 от анализа одной детали до анализа целой сбор­ки, обеспечивая качественный расчет статической прочно­сти и вибраций. Соединения конечных элементов для расчетной схемы сборки выполняются так, чтобы учесть реальную картину механических связей между компонентами, с учетом их деформаций. Расчетная схема сохраняет социативную связь с геометрией, на основании которой она была сделана. Благодаря этому после модификации геометрии требуется не полное переопределение расчетной схемы, а только ее повторная калькуляция.

Модуль CATIA — Generative Assembly Structural Analysis 2 заметно повышает уровень технологии проектирования благодаря высокой интеграции инженерно-аналитических задач с конструкторскими и объектно-ориентированной идеологии CATIA.

СATIA - Knowledge Advisor 2 - инструмент использования в проектировании базы знаний предприятия.Этот программный продукт открывает новое направление; развития компьютерных средств проектирования, конструирования, инженерного анализа и технологической подготовки производства. До сих пор CAD/CAMслужил инструментом для воплощения в реальность того, что являлось плодом твор­чества исключительного самого конструктора, аналитика или технолога — обладателя квалификации и опыта в определенной области знаний.

С выходом пятой версии системы открылась возможность непосредственно контролировать характеристики разрабатываемого объекта по результатам логических и алгебра­ических вычислений, заложенных в базу знании предприятия. База знаний — это система функций, законов и правил, которая работает на основе характеристик разраба­тываемого объекта, выполняет вычисления по заданным формулам и логическим операциям, производит новые; параметры или свойства и присваивает их изделию. Пользо­ватель может проверить свою гипотезу методом «что, если...», прежде чем принимать какое-либо ответственное решение.

Благодаря тому что в CATIA реализован классическиий объектно-ориентированный подход, входными параметрами (аргументами) для вычислений могут служить любые гео­метрические или негеометрические характеристики объек­та, с которыми инженер считает нужным работать, — мас­са, объем, координаты центра тяжести, площадь омываемой поверхности, момент инерции, марка материала и другие.

Таким образом, арсенал инженера пополнился инструмен­том, способным хранить и использовать его профессиональные знания. Для создания базы знаний предприятия не требу­ется квалификации программиста. Модуль Knowledge Advisor содержит средства интерактивного программирования и от­ладки содержимого базы знаний.

Вместо выводов.Обе платформы, CATIA P1и CATIA P2,построены на об­шей архитектуре CATIA пятой версии, дающей пользовате­лю большую свободу роста его CAD/CAM/CAE-оснашения как количественно, так и качественно. Многоуровневый и многоплатформный подход к позиционированию системы CATIA позволяет охватить различные отрасли машиностро­ения — автомобилестроение, авиастроение, общее и транспортное машиностроение, включая железнодорожный транс­порт, станкостроение, производство технологического обо­рудования и оснастки, а также производство товаров народ­ного потребления.