Система PRO/Engineer.

PRO/Engineer принадлежит корпорации РТС.

Пакет программ PRO/Engineer создан в 1985 году, а сейчас ему принадлежит 15 % мирового рынка программных продуктов этого профиля.

В 1985 году Гейзберг занялся анализом существующих САПР и выявил у них ряд недостатков, в частности следующие:

· Неразвитость или отсутствие связей между разными уровнями и частями проекта.

· Отсутствие единых баз данных при проектировании.

· Сложность управления большими объемами проектной информации.

· Большие трудности в реализации каркасного и поверхностного проектирования и, как следствие, невозможность внесения изменений в готовые проекты.

Гейзберг решил устранить в PRO/Engineer все эти недостатки. Сначала пакет продавался как дополнительный программный пакет к CAD/CAM системам, а с 1988 года - как самостоятельная система в рамках предприятия.

Выделим три этапа в развитии САПР:

1. На первом этапе создавались системы, в которых фактически был осуществлен частичный перенос чертежных работ, ранее создаваемых вручную, а также расчеты по технологической подготовке производства.

2. На втором этапе стали появляться законченные системы двухмерного черчения, позволяющие выпускать полные пакеты конструкторской документации, несколько позже возникли системы моделирования, позволяющие исследовать разрабатываемые изделия в виде так называемых каркасных и поверхностных моделей. Также были разработаны программы анализа на основе метода конечных элементов. С помощью этих программ рассчитывались оптимальные размеры и конфигурация проектируемых изделий. Возник сектор систем САМ, который помогает определить параметры различных технологических процессов и оснастки.

Второе поколение CAD/CAM систем позволило заметно сократить сроки выполнения отдельных стадий процесса проектирования и повысить качество проектов, но в целом сроки проектирования снизились незначительно, так как процесс разработки модели был последовательным.

У систем второго поколения был ряд недостатков, к числу которых можно отнести следующие:

· Использование геометрического описания модели как базисного, в то время как важные компоненты проектирования оставались без рассмотрения. К их числу относятся конструкторские параметры и элементы, расчеты внутреннего напряжения и деформаций, описание технологического процесса, контроль качества - все эти компоненты, обеспечивающие воспроизведение объема на производстве не рассматривались в системе второго поколения, хотя геометрия - только составная часть описания проектируемого изделия.

· сложность внесения изменения в проект, связанная с жесткой детерминированностью частей, основывающих геометрию модели.

· разобщенность конструкторско-технологического процесса, которая возникла из-за наличия разнородных бах данных для одной и той модели. И как следствие, дублирование информации и ее потеря. Инженеры и конструкторы могут использовать различные независимые модели, поверхностные и каркасные, но не единую модель объекта.

3. Третье поколение систем CAD/CAM/CAE было основано на использовании единой базы данных проекта, что создало условия для параллельной инженерии.

При таком подходе проектировщики работают с единой математической моделью, а не с набором различных моделей.

С созданием таких систем возникла новая технология САПР, включающая в себя следующие этапы проектирования:

· проектирование

· расчеты

· технологическая обработка

· специализированный технологический процесс обработки изделий. Все указанные качества в полном объеме были заложены Гейзбергом в систему PRO/Engineer.

Ключевыми изобретениями Гейзберга, определившими успех, стали:

· единая структура базы данных, сквозная параметризация, модульная структура построения системы;

· проектирование с использованием объектно-ориентированных конструкторских операций, что позволило резко повысить производительность конструкторских работ и ориентировать систему на конструкторов, инженеров, технологов, а не на специалистов по программированию;

· независимость от программно-аппаратной платформы, что позволило предприятиям самостоятельно покупать оборудование для САПР или устанавливать PRO/Engineer на существующее оборудование.

Базовой моделью системы PRO/Engineer стала не геометрическая, а твердотельная модель, которая содержит всю необходимую информацию, отвечающую требованиям проектирования, поскольку обладает полным описанием свойств объекта и геометрия входит как составная часть. Поэтому в любой момент можно получить информацию о масс-геометрических характеристиках, обнаружить взаимопроникновение частей, проследить термодинамические явления. Это становится возможным с использованием таких конструкторских элементов, предоставляемых самой системой, как отверстия, фаски, скругления и так далее.

При этом конструкторские элементы не являются заранее заданными, они могут приобретать любые очертания, определяя будущую геометрию изделия, а также содержат сведения о своем окружении, то есть информацию о том, как они соотносятся друг с другом.

Можно так же добавлять и убирать любые размеры, накладывать связи между ними. Система обладает обширной библиотекой таких операций как зеркальное отображение, сглаживание, создание оболочки изделия и так далее. Все это позволяет создать геометрию любой сложности.

При традиционном проектировании пользователь обязан сначала образмерить элемент конструкции, а затем определить его местоположение на трехмерной модели, задав дополнительные размеры (рис. а).

В PRO/Engineer каждый вновь добавляемый элемент определяется геометрическими параметрами по отношению к уже существующей детали(рис. б). Это позволяет оценить различные варианты конструкции, просто изменяя параметрические размеры объекта. Таким образом, геометрия объекта становится производной от значения размеров и автоматически изменяется при их изменении.

Создание готового изделия представляет собой следующую цепочку: двумерный чертеж, твердотельная модель, автоматическая траектория резания детали, технологическая оснастка.

Положительной стороной такого подхода к изготовлению изделия в PRO/Engineer является интеграция на основе единой структуры данных, включающей в себя информацию об объекте, условиях его создания, взаимодействие с другими объектами, его геометрические и негеометрические свойства, параметрические размеры, информацию о взаимном расположении соседних объектов и другие конструкторско-технические данные.

Стадии проектирования в PRO/Engineer включают

· концептуальное проектирование

· прочностный, термический, кинематический, динамический анализ

· разработку конструкторской документации

· технологическую подготовку производства

· генерацию программ для станков с ЧПУ.

Описание создаваемых в PRO/Engineer деталей содержит данные не только об объекте, но и геометрически сопрягаемых с ним других объектов. Такой способ структурной организации информации о проектируемых изделиях является наиболее эффективным при разработки моделей, процессов механической сборки узлов, машин, состоящих из множества деталей.

При создании систем автоматизированного проектирования PRO/Engineer основной задачей было обеспечение быстрой разработки программного продукта и быстрое внесение изменений в его конфигурацию в соответствии с требованиями заказчика. Функциональное ядро пакета программ системы создавалось как открытая программно-независимая система (на языке СИ). Центральной частью системы является база данных PRO/Engineer, структура которой едина для всех модулей и сторонних приложений.

Традиционно разработка ПО для крупной системы начинается с разработки ядра продукта, которое включает в себя максимум функциональных возможностей будущей системы, и поэтому этот этап растягивается на длительный период (рис. а). Бета - тестирование проводится значительно позже, в процессе окончательной доработки, и обычно требуется еще значительное время на качественную доработку программы. Кроме того, ошибки, допущенные в период построения ядра системы, могут быть выявлены уже после выхода продукта на рынок, и тогда начинается кропотливое полное переписывание программы.

Фирма РТС выбрала иной путь, который назвала методом «быстрого применения прототипа», позволяющий сократить до минимума сроки внесения необходимых поправок в создаваемую систему. Заказчики в своих технических заданиях определяют весь спектр функциональных возможностей будущей системы, но на первом этапе разработки системы задают лишь основные характеристики и функции необходимого им ПО. И только эти основные, критичные для заказчика функции реализуются в компактном ядре системы, которое предоставляется пользователю как прототип будущего продукта (рис. б). В силу малого первоначального объема ядра оно может быть быстро изменено в соответствии с пожеланиями пользователей. Затем система наращивается путем интеграции в разработанное ядро дополнительных функций и характеристик.

Применяя такой подход, снижается объем переписываемых кодов существующих рограмм до одной трети(в течение года), а полный цикл переработки занимает 3 года, после чего продукт оказывается полностью обновленным в соответствии с новыми запросами заказчиков.

В состав программы в настоящий момент входит от 50 модулей. Основной модуль - модуль управления параметрической сборкой. Он поддерживает автоматическую замену одних частей другими в процессе сборки, осуществляет табличную компоновку изделия.

Модуль создания чертежных документов по трехмерной модели поддерживает все существующие чертежные стандарты.

Модуль отображения результатов и анализа на основе метода конечных элементов.

Модуль доступа к библиотекам стандартных модулей PRO/Engineer.

Модуль генерации программ для обработки деталей на оборудовании с ЧПУ.

Менеджер параметрического проектирования обеспечивает управление и координацию работы инженеров, занятых разработкой трудного проекта, обеспечивает модернизацию проекта и одновременный доступ к данным.

Модуль, осуществляющий интеграцию базы данных PRO/Engineer в общую БД предприятия.

Кроме того, в систему включены модули, обеспечивающие трансляцию объектных данных из PRO/Engineer в другие системы в масштабе предприятия.

Система CADDS-5.

фирма Computer Vision для проектно-технологической и производственной сферы разработала оригинальную концепцию электронного описания изделия (ЕРД), которая позволяет связать в единую систему все службы предприятия, участвующие в проектировании нового изделия и технологической подготовки его производства, а также подразделений, занимающихся планированием, снабжением и сервисом.

Технология ЕРД предполагает, что информационная модель используется на протяжении всего жизненного цикла изделия, который включает в себя эскизную разработку, разработку технического проекта, рабочей документации, ТПП, изготовление, эксплуатацию, ремонт, переоборудование и утилизацию.

Ключевым фактором эффективной и производительной организации труда является создание информации, организация доступа и управление информацией, необходимой участникам проектирования и производства.

CADDS-5 является интегрированной САПР, включающей в себя СТПП, систему разработки конструкторской документации и технологии изготовления изделий объектов машиностроения, но может быть ориентирована на производство изделий других отраслей промышленности.

В настоящее время в систему входят 85 отдельных программных модулей, которые выполняют функции эскизного проектирования, рабочего проектирования, синтеза геометрических моделей, инженерный анализ, разработку чертежно-конструкторской документации и подготовку производства.

CADDS - интегрированная среда систем проектирования, способная работать на любых аппаратных платформах и взаимодействовать с другими прикладными программами, относящимися к CAD/CAM/CAE системам, и с программируемым производственным оборудованием.

Геометрическое моделирование.

Parametric Design - модуль параметрического конструирования для создания геометрических моделей с использованием каркасного, поверхностного и твердотельного метода. В модуль включены функции вариационной геометрии, эскизирования, решения ДУ, описывающих модель, вывода изображений с затенением и раскраской, а также расчет масс-геометрических характеристик модели объекта.

Для объединения параметрические и непараметрические методы каркасного, поверхностного и твердотельного моделирования существует модуль Hybrid Modeler, с помощью которого можно синтезировать геометрические модели любой сложности, состоящие не только из компонентов, полученных при помощи различных методов моделирования, но и импортируемых из других систем, представленных различным форматом.

Nurbs Surface Design позволяет моделировать поверхности любой сложности. В отличие от других методов он позволяет создавать модели с небольшим числом поверхностей. В распоряжении пользователя широкий набор средств редактирования, модификации и анализа геометрии (деформация поверхности до ее соответствия условиям непрерывности и касания, удлинение поверхности). Модуль позволяет генерировать плоскую развертку любой поверхности.

Parametric Multipart Design - модуль параметрического многокомпонентного проектирования. Служит для эффективного моделирования сборочных единиц и обеспечивает связь параметров деталей и простое ориентирование по структуре изделия (навигация). Из модуля могут быть вызваны любые функции расчета и контроля конструкции для проверки корректности использования производства и наличия коллизий проектирования, которые отведены для данной сборки. Работа модуля основана на использовании программных средств по управлению проектными данными, включая создание документации, спецификаций, внесение изменений в ранее созданные документы.

Программный продукт CAMU является одним из основных, использующих концепцию ЕРД. Всем участникам процесса проектирования предоставляется возможность одновременного и согласованного использования средств системы CADDS-5 для создания, анализа и модификации компонентов модели сборочной единицы. Модуль является расширенной версией Parametric Multipart Design. Благодаря управлению правами доступа к модели обеспечивается такая схема работы, при которой в данный момент времени только один пользователь может изменять определенную деталь или сборочный узел. В любой момент времени каждый участник процесса проектирования может получить представление о текущем состоянии сборки и всех внесенных в нее и утвержденных изменениях.

Модуль Assembly Interference Detection позволяет определить некорректные ситуации внутри сложных сборок и обнаруживать потенциальные пересечения компонентов. Модуль работает с полными гибридными и смешанными сборками механических, электрических. инженерно-технических и архитектурных объектов.

Physical Properties предназначен для расчетов масс-геометрических характеристик (объема, площади, массы, моментов).

Конструирование изделий из листового металла автоматизировано в модуле Sheet Metal Design. Этот модуль является эффективным средством создания деталей любой конфигурации из металлического листа и генерации геометрии листовой заготовки для станков и машин с ЧПУ.

Средства инженерного анализа.

Stress Lab - модуль прочностного анализа. Позволяет инженерам-конструкторам на основе метода конечных элементов МКЭ производить анализ и решать задачи линейной статики и динамики конструкции. Для конкретной области, указанной пользователем, автоматически генерируются сетки, состоящие из прямоугольных или треугольных тонкостенных сегментов для поверхностных моделей или из трехмерных тетраэдров для твердотельных моделей. Данные, полученные в результате расчетов МКЭ модели, функционально связываются с анализируемой геометрией и любое изменение в исходной модели приводит к их автоматическому перерасчету. Результаты анализа представляются анимацией деформируемых структур и цвето-тоновым распределением напряжений в соответствии с выбранной шкалой.

Therma Lab - модуль для анализа и расчета теплопередачи с учетом теплопроводности и конвекции объекта.

Plastics Lab - для анализа заполнения форм пластмассами. Здесь осуществляется анализ пластических деформаций и оценка технологических особенностей изготовления деталей методом инжекционного литья. На основании модели, полученной в результате анализа тонкостенной структуры по МКЭ, моделируется процесс заполнения литьевой формы пластмассой с анализом послойного заполнения с учетом изменения температуры. Этот модуль позволяет оптимизировать затраты на литье, помогает установить тип и количество используемого материала, интенсивность инжекции, температуру охлаждения и так далее. Опираясь на результаты предварительного анализа, проектировщик всегда может выполнить корректировки параметров конструкции для обеспечения необходимого качества и плановой производительности установки.

System Lab - здесь синтезируются кинематические модели механизмов машин. Для анализа динамики механических систем модели могут дополняться массами и другими характеристиками.

Design Optimizer - реализует технологию оптимизации конструкции по тому или иному выбранному критерию. Используя механизм решения связывающих уравнений, конструктор может оптимизировать такие параметры, как масса, объем, площадь поверхности, момент инерции, положение центра тяжести изделия, другие переменные, определенные в технологическом задании. Все это необходимо для снижения материалоемкости продукции, упрощения процесса изготовления изделия и поддержания требуемых эксплуатационных характеристик.