7.11 Case – технологии

Современный рынок программного обеспечения автоматизации конструкторско-технологической под­готовки производства насыщен самыми разнообразны­ми CAD/CAM-, CAE-, TDM- и PDM-системами, способными существенно облегчить работу конструк­тора и технолога проектного и производственного отделов. Их разработкой занимаются специалисты самих промышленных предприятий, использующие полученные решения для собственных нужд, вузы — преимущественно для ведения научных исследований и специализированные софтверные фирмы, существую­щие за счет тиражирования программных решений или разработок систем на заказ. Таких программ по всему миру создано уже сотни тысяч, а спрос на но­вые решения постоянно растет и неизменно опережает предложение [23].

Несмотря на огромное число универсальных инст­рументальных средств автоматизации инженерной де­ятельности, все они недостаточно эффективны для вы­полнения комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства конкрет­ного изделия на конкретном заводе. Обязательно найдется круг задач, выпадающих из списка решаемых проблем с использованием той или иной универсаль­ной САПР. Это привело к тому, что разработчики программного обеспечения серьезно взялись за создание программных инструментальных средств, позволяющих на основе базовой САПР программировать модули для решения ряда специфичных задач пользователя.

Наличие инструмента, позволяющего создавать пользовательские программные модули, интегрирован­ные с базовым продуктом, становится все более неотъем­лемым условием, выдвигаемым со стороны пользова­телей САПР.

Использование универсальных систем для автома­тизации производства — один из наиболее понятных и распространенных путей развития промышленных предприятий, но не единственный.

История возникновения и развития любой из су­ществующих универсальных САПР показывает, что все они начинали свой жизненный путь как программы, ориентированные на решение вполне конкретных про­изводственных задач. Одни разрабатывались в стенах заводов, другие — по заказу промышленников в ву­зах и НИИ. Итак, главное — программные разработ­ки изначально были призваны решать конкретные производственные задачи (кстати, это привело, в ча­стности, к тому, что современные универсальные САПР все-таки имеют некоторую специализацию, где их применение наиболее эффективно). Потребность в создании универсальных программ с целью их тиражирования появилась как результат использования малоэффективных инструментальных средств и техно­логий программирования. Кроме того, с точки зрения бизнеса тиражирование программного решения — са­мый простой путь развития компании-разработчика.

Лучшая система автоматизации производства — система, разработанная на заказ.Если опросить пользователей разных промышленных предприятий, какую САПР они предпочли бы видеть на своем рабочем месте, мы получим примерно один и тот же ответ: программу, в которой присутствует только одна кнопка, нажав на которую можно полу­чить готовый комплект конструкторско-технологической документации на изготовление нового изделия. Это идеал, к которому в конечном счете стремятся все раз­работчики программного обеспечения.

Однако этот идеал не столь иллюзорен. Оказывается, «систему с одной кнопкой» для решения несложных ло­кальных задач сегодня уже можно получить даже с при­менением универсальных САПР со встроенными сред­ствами программирования и настройки. Однако в рам­ках автоматизации всего производства без создания си­стемы на заказ построить «систему с одной кнопкой», манипулируя универсальными САПР разного уровня, практически невозможно. Впрочем, построение заказной системы с использованием современных визуальных сред программирования класса Delphi, Borland C++, Visual Basic и Visual C++ не менее утопично. Более того, опыт создания систем на заказ показывает, что без привлечения специалистов, для которых они разрабатываются, успех данного мероприятия также сомните­лен, поскольку в противном случае мы рискуем получить очередное «программистское решение» — красивое и изящное, но неработоспособное. Ста­новится очевидным, что пользователь сам должен участвовать в разработке и поддержке системы, с помощью кото­рой он на своем рабочем месте сможет эффективно решать стоящие перед ним производственные задачи.

Необходимость привлечения не­посредственно к процессу создания программ предметных специалистов, не обладающих углубленными зна­ниями в области программирования, привела к появлению CASE-средств.

Наиболее заметные успехи в этом направлении на сегодня достигнуты в индустрии компьютерных игр, при создании которых разработчики используют специальные программные средства, позволяющие быстро проектировать различные лабиринты, движущиеся объекты, создавать монстров и определять правила игры. Некоторые компьютерные игры сегодня даже поставляются вместе с таким инструмен­том — для дальнейшего их развития усилиями самих пользователей (например, DOOM).

Немало специализированных CASE-средств сегод­ня используется и для разработки различных автома­тизированных систем управления.

Хуже обстоят дела в области машиностроительных CASE-средств. С уверенностью можно назвать только две серьезные разработки, высокоэффективные и доступные на сегодня пользователям различных промыш­ленных предприятий. Это CAS.CADE от французской фирмы MATRA Datavision и СПРУТ от российской компании «СПРУТ-Технология».

СПРУТ – инструментальная среда быстрой разработки систем проектирования.Необычность решений, предлагаемых «СПРУТ-Технологией» потенциальным потребителям САПР, заключается­ в том, что наряду с классическими универсаль­ными программами автоматизации инженерной дея­тельности (CAD, САМ) пользователям предлагается инструмент по быстрому созданию специализирован­ных компьютерных программ, ориентированных на решение задач, возникающих на этапе конструкторско-технологической подготовки производства и непосред­ственно в процессе производства готовых изделий.

В своей деятельности специалисты «СПРУТ-Технологии» выделяют два основных направления:

1. Автоматизация предприятия и конструкторско-технологической подготовки производства.

2 Автоматизация разработки программных средств автоматизации предприятия и конструкторско-технологической подготовки производства.

Основной упор делается на сокращении сроков и себестоимости создания прикладных САПР, с вклю­чением в процесс разработки предметных специали­стов-экспертов. Для лучшего понимания идеи и принципов, заложенных в системе СПРУТ, поясним суть системы автоматизированного проектирования изделия.

Любая система автоматизированного проектирова­ния представляет собой некую программу, на входе которой подаются исходные данные, а на выходе по­лучаются результаты их обработки в виде цифр, гра­фиков или чертежей, как правило, оформленных в виде отдельных документов. Ни одна система автоматизированного проектирования не существует аб­страктно. САПР может быть чего-либо конкретно, на­пример, штамповой оснастки, электродвигателя, автомобиля или утюга. Другими словами, САПР — это объект некоторого проектирования, структура которо­го должна содержать как минимум пять основных составляющих:

- объект проектирования, под кото­рым подразумевается описание структуры и свойств проектируемого изделия;

- пользовательский интерфейс, соответствующий объекту проектирования, для задания исходных данных на привычном предметному спе­циалисту, в лице которого выступает пользователь системы, языке;

- вспомогательные данные, участвующие в процессе проектирования (нормативы, стандарты, графики и т.п.);

- методики расчетов, использование которых ведет к получению конеч­ного результата работы программы;

- документирование результатов ра­боты программы.

Это общая структура любого про­граммного модуля, из которых может складываться система.

Теперь применительно к структу­ре прикладной системы автоматизи­рованного проектирования рассмот­рим укрупненную структуру СПРУТ:

- для описания структуры и характеристик объекта проектирования разработано соответствующее визуаль­ное интерактивное средство описания объекта в виде графа И/ИЛИ с возможными заменами и описани­ем свойств каждой структурной единицы. Описание структуры объекта проектирования — за­дача предметного специалиста, далеко не всегда владеющего программированием. Поэтому пользовате­лю предлагается удобное интерактивное средство, требующее (разумеется, помимо экспертных знаний), только умения владеть мышью и клавиатурой. Объект при этом может постоянно изменяться и до­полняться пользователем по мере необходимости в процессе развития системы;

- для создания пользовательских интерфейсов имеет­ся соответствующее интерактивное средство, позво­ляющее усилиями самих пользователей быстро ви­зуально создавать любые окна с размещением на них любых стандартных Windows-компонентов;

- для создания баз данных в системе СПРУТ также предусмотрены все необходимые визуальные средства, исключающие труд программиста. Кроме того, здесь пользователь с помощью мыши может связывать часть параметров объекта с имеющимися в базе данными. Для интеграции с уже разработан­ными на производствах базами данных в СПРУТ поддерживаются BDE- и ODBC-интерфейсы;

- для создания баз знаний или методик расчетов пред­метному специалисту предлагается инструмент, по­зволяющий в удобном для него виде непосредственно описывать методики расчета. При описании методик могут использоваться, в частности, табли­цы, графики, монограммы и т.п. При этом в систе­ме СПРУТ поддерживается естественная форма опи­сания методик и алгоритмов выполнения всех эта­пов проектирования изделия. Если у пользователей имеются собственные программные разработки, их подключение осуществляется в данном блоке. На этом этапе разработки прикладной САПР, как это ни парадоксально, приоритет остается за специали­стом, а не за программистом. Не каждый програм­мист способен правильно разработать алгоритм, а ведь именно здесь особенно важно четкое понима­ние физики процесса. На практике нередко возни­кают ситуации, когда справочные материалы, ис­пользуемые для описания методик расчета, содержат ошибки в виде опечаток, своевременно выявить ко­торые могут только предметчики. Все закладываемые методики документируются и при необходимости могут быть распечатаны для дополнительного конт­роля и анализа ошибок, допущенных на стадии опи­сания, и утверждения окончательного варианта руководством;

- для документирования результатов работы приклад­ной системы в СПРУТ также имеются соответству­ющие интерактивные средства, позволяющие созда­вать любые шаблоны документов и связывать их с результатами расчета программы.

Таким образом, все необходимое для визуального создания прикладных систем автоматизированного проектирования силами предметных специалистов практически в полном объеме представлено на сегодняшний день в системе СПРУТ. Конечно, на прак­тике может оказаться, что не все за­дачи могут быть описаны легко и про­сто, без привлечения программиста.

Возьмем, к примеру, в качестве объекта проектирования простой вы­рубной штамп. Пользователю САПР может понадобиться спроектировать вырубной штамп для детали, наруж­ный контур которой имеет сложную несимметричную форму. В этом слу­чае для определения центра давления штампа необходимо рассчитать центр тяжести плоской фигуры — точнее, вырубаемой детали. Или для опреде­ления усилия штамповки может потребоваться рассчитать периметры всех контуров профиля. Для автоматического выполне­ния этих расчетов в прикладной системе на этапе со­здания методик расчетов необходимо будет написать соответствующую программку, а это требует привлечения программиста. Но, согласитесь, такое вмешательство программиста ничтожно мало по сравнению с ручным программированием всей системы.

В процессе визуального создания прикладной сис­темы автоматизированного проектирования в системе СПРУТ пользователь, сам не ведая того, «пишет» программу. Вернее, программа незаметно для пользова­теля генерируется автоматически системой СПРУТ, в то время как ее «автор» описывает контуры будущей САПР.

Сгенерированная в системе СПРУТ программа до­ступна и для ручного редактирования. Более того, все, что создается системой СПРУТ, автоматически может быть написано программистом вручную на языке СПРУТ. Таким образом, систему СПРУТ мож­но условно разбить на две взаимосвязанные части:

- интерактивные средства;

- средства программирования.

Другой важной особенностью является то, что со­зданное в СПРУТ приложение является независимым от платформы и без потерь переносится из одной опе­рационной системы в другую.

Универсальные программы. Несмотря на то что все программные разработки «СПРУТ-Технология» являются составляющими одной системы СПРУТ, некоторые из них успешно продви­гаются на рынке САПР как автономные программные продукты. К ним относятся:

- SprutCADдля 2D-параметрического моделирования;

- SprutCAMдля проектирования управляющих про­грамм 3D ЧПУ-обработки;

- СПРУТ-ТП для проектирования технологических процессов.

Наиболее широкое распространение за последние полтора года получила программа SprutCAM. И если по функциональным возможностям она пока усту­пает некоторым ведущим западным разработкам, то по интерфейсной части считается наиболее удачной среди существующих мировых аналогов. Для того чтобы приступить к работе с программой, техноло­гу более чем достаточно пройти однодневный курс обучения, при этом обучаемый необязательно должен иметь предварительный опыт работы в области ЧПУ-обработки.

SprutCAMуже более года успешно продается в Рос­сии и на Западе. Известная итальянская компанияSintesi(Милан), специализирующаяся в области поста­вок CAD/CAM-систем в Италии и ряде стран Запад­ной Европы, три года назад заключила с компанией «СПРУТ-Технология» соглашение, в рамках которого была разработана САМ-система SprutCAM,продвигаемая на Западе фирмой Sintesiпод торговой маркой SinteCAM. Интерес к САМ-системе SprutCAM со стороны западных пользователей не мал. Каждый день на Web-сайт компании «СПРУТ-Технология» за­ходят и скачивают демонстрацион­ную версию программы в среднем два представителя дальнего зарубе­жья. В настоящее время SprutCAM предоставлена в опытную эксплуата­цию компании «Роллс-Ройс» в Нор­вегии.

Пример создания прикладной САПР в системе СПРУТ.Для иллюстрации возможностей си­стемы СПРУТ рассмотрим конкрет­ный пример создания прикладной САПР проектирования оснастки для изготовления резиновых манжет и колец круглого сечения на Коломен­ском заводе резинотехническис изделий (КЗ РТИ). Здесь решалась вполне конкретная за­дача проектирования оснастки для изготовления резиновых армированных манжет и резиновых колец круг­лого сечения.

Основной трудностью при проектировании пресс-формы является большое количество разновидностей манжеты, отличающихся не только параметрически, но и структурно. Поэтому незначительное отличие про­ектируемой манжеты от манжет, выпускавшихся ранее, зачастую приводит к проектированию пресс-формы практически «с нуля». В связи с этим основной задачей при разработке системы автоматизированного про­ектирования явилась возможность структурного и па­раметрического формирования требуемого вида манже­ты и автоматическая генерация комплекта чертежей на пресс-форму для изготовления манжеты.

В случае с САПР пресс-форм резиновых колец существует другая сложность: резиновое уплотнительное кольцо модифицируется только параметрически, зато используется множество вариантов пресс-форм – как одноместных, так и многоместных. При проектировании требуются умение грамотного выбора типа и вида пресс-формы, а в случае отсутствия в базе данных подходящего аналога — синтез нового вида пресс-формы. При этом правила синтеза, описываемые в базе зна­ний, должны управлять много­критериальным поиском наиболее подходящего решения.

Для решения такой задачи не подходят привычные продукты. Попытки выполнить расчеты, в частности, с использованием Microsoft Excelи затем выполнить параметризацию подготовленной модели в CAD-системе оказались бесплодными. В настоящее время САПР как отечественного, так и зарубежного производства облада­ют хорошо развитой возможнос­тью параметрического редактирова­ния чертежа. Но в данном случае такой подход оказался неприемлем из-за большого разнообразия про­ектируемых типов манжет и требо­ваний, предъявляемых к уплотнительным кольцам (направление разъема пресс-формы, количество колец на одной пресс-форме и т.п.). Ведь для получения комплекта чертежей пресс-форм на каждый вид коль­ца пришлось бы заводить собственную параметризированную модель, что ведет к неоправданным затратам. Возникла острая потребность в структурной генерации манжеты, а на ее основе — и пресс-формы, что возмож­но только при наличии соответствующего инструментария в системе разработки.

Для решения этой задачи была использована ин­струментальная среда автоматизированного проекти­рования СПРУТ.

Геометрическая модель детали была создана средствами SprutCAD,предназначенной для быстрой разработ­ки геометрических моделей изделия с одновременной генерацией программы, описывающей эту модель. В результате интерактивных действий пользователя автоматически генерируется текст программы на языке СПРУТ. Любое интерактивное изменение элемента приводит к корректировке его текстового оп­ределения, и наоборот, редактирование текстового оп­ределения любого элемента автоматически отражается на чертеже. При этом в обоих случаях система не толь­ко изменит редактируемый элемент чертежа, но и по дереву построения автоматически переопределит все элементы, имеющие отношение к изменению.

Все знания о проектировании данного вида изделий были получены в КБ завода. Эти знания были фор­мализованы в базе знаний. Таким образом были созданы программные модули прикладной САПР, осуществляющие структурный и параметричес­кий синтез.

Результатом использования данной системы на КЗ РТИ являются:

- сокращение времени создания комплекта конструктор­ской документации на пресс-формы до 10-20 минут;

- повышение надежности принимаемых решений;

- снижение требований к квалификации работающего персонала.

Тенденции развития.Последний год двадцатого века был для компании ООО «Центр СПРУТ-Т» непростым. В августе 2000 года ушел из жизни один из основателей компании Андрей Алексеевич Крючков, возглав­лявший ее на протяжении двенадцати лет. Но направление деятельности компании с при­ходом нового руководства не изменилось. «Стратегия разви­тия компании заключается в разработке инструментальных средств создания прикладных САПР, — говорит генераль­ный директор ООО «Центр СПРУТ-Т» Борис Владимиро­вич Кузьмин. — Решения, предлагаемые компанией, оста­ются неизменными:

- оказание промышленным предприятиям услуг в виде инженерного аудита и разработки проектов автомати­зации производств;

- разработка прикладных систем на заказ для конкретных промышленных предприятий (это могут быть как локальные, так и комплексные задачи);

тиражирование программных средств среды СПРУТ для разработки пользователями прикладных САПР».

Продолжается развитие интерактивных средств со­здания специализированных систем, дальнейшее раз­витие получат SprutCAM, SprutCADи СПРУТ-ТП, планируется более активное развитие в системе СПРУТ TDM/PDM-технологий и закрепление достиг­нутых позиций в различных отраслях промышленно­сти, в частности:

- в автомобильном и сельскохозяйственном машино­строении;

- нефтехимическом машиностроении;

- мебельной промышленности;

- шинной промышленности (проектирование оснастки для изготовления шин);

- производстве асинхронных электродвигателей;

- инструментальном производстве (в первую очередь проектирование штамповой оснастки для холодной листовой и объемной штамповки) и др.