Обзор современных систем автоматизированного проектирования (САПР)

   Особенно глубокая  интеграция системы UG реализована  с PDM-системой iMAN, (также продукт  компании Unigraphics Solutions). iMAN — полнофункциональная  и легко настраиваемая система  PDM, позволяющая управлять всеми знаниями об изделии и процедурами как на стадии проектирования и производства, так и на стадии эксплуатации и утилизации. Графические интерфейсы в iMAN используют современные решения Web-технологий, что дает оптимальное использование Internet- и Intranet-технологий. iMAN является системой PDM, реально работающей на российских предприятиях.

   Еще одно ценное  качество системы Unigraphics — интеграция  с системой среднего уровня Solid Edge. В настоящее время обе системы  имеют одинаковый интерфейс (Microsoft). Solid Edge сама имеет мощный моделинг, включающий твердотельное и поверхностное моделирование, очень хорошие средства проектирования листовых деталей, проектирования трубопроводов, возможность создания сборок с ассоциативными связями геометрии одного компонента с геометрией другого. С системой Solid Edge поставляются библиотеки стандартных элементов. Система позволяет создавать чертежи в соответствии с ЕСКД, имеет полную русскую локализацию, описание на русском языке, а также совершенную обучающую программу на русском языке. При этом система Solid Edge обладает уникальной интеграцией с системой высшего уровня Unigraphics. В UG можно открыть файл Solid Edge и наоборот. Детали и сборки, созданные в Solid Edge, могут входить в сборку Unigraphics c сохранением ассоциативности, а элементы, созданные в UG, могут входить в сборку Solid Edge также с сохранением ассоциативности. Таким образом, кроме решения самостоятельных задач, Solid Edge можно использовать для расширения фронта моделирования сложных изделий, проектируемых в Unigraphics, или в Solid Edge можно оформлять чертеж на изделие, созданное в UG. При изменении этого изделия в Unigraphics чертеж в Solid Edge обновится автоматически. На основе такого двухуровневого комплекса полностью обеспечивается концепция единой среды разработки изделия.

2.1.2 Средний класс САПР

   В мире САПР  средний класс возник позднее  двух остальных — в начале 90-х. До этого средствами трехмерного  твердотельного моделирования обладали  лишь дорогие тяжелые системы, а легкие программы служили для двумерного черчения. Средние САПР заняли промежуточное положение между тяжелым и легким классами, унаследовав от первых трехмерные параметрические возможности, а от вторых — невысокую цену и ориентацию на платформу Windows. Они произвели революционный переворот в мире САПР, открыв небольшим конструкторским организациям путь для перехода от двумерного к трехмерному проектированию.

              Рис. 2.1.2.1      Тенденции  развития мирового рынка САПР

   Важную роль в становлении среднего класса сыграли два ядра твердотельного параметрического моделирования ACIS и Parasolid, которые появились в начале 90-х годов и сейчас используются во многих ведущих САПР. Геометрическое ядро служит для точного математического представления трехмерной формы изделия и управления этой моделью. Полученные с его помощью геометрические данные используются системами CAD, CAM и САЕ для разработки конструктивных элементов, сборок и изделий. В настоящее время Parasolid принадлежит фирме EDS, а ACIS — компании Dassault, которые продают лицензии на их использование всем желающим. Таких желающих немало — эти ядра составляют основу более сотни САПР, а число проданных лицензий перевалило за миллион. Успех понятен — ведь использование готового ядра избавляет разработчиков системы от решения трудоемких задач твердотельного моделирования и позволяет сосредоточиться на пользовательском интерфейсе и других функциях.       Впрочем, это не значит, что все САПР среднего класса построены на базе этих механизмов. Многие компании ценят независимость и предпочитают разрабатывать собственные «движки». 
   К среднему классу аналитики относят системы стоимостью порядка 5—6 тыс. долл. за рабочее место (цены в США). Для сравнения: у тяжелых САПР рабочее место обходится примерно в 20 тыс. долл., но в последнее время поставщики выпустили облегченные версии продуктов, которые стоят дешевле.

   По прогнозу  аналитической компании Daratech рост среднего класса будет продолжаться, и предполагается, что до 2008-го рынок будет увеличиваться на 11% в год. Причина такой положительной динамики состоит в активном притоке новых пользователей из обоих смежных лагерей — тяжелых и легких систем. Так, по мнению аналитиков, сейчас становится все больше производителей, недовольных слабой окупаемостью своих инвестиций в дорогие продукты и ищущих более дешевые варианты. С другой стороны, глобализация, нарастание конкуренции и спад мировой экономики заставляют малые и средние предприятия переходить c двумерных САПР на трехмерные, чтобы ускорить выпуск новых изделий в продажу и повысить их качество. Процесс перехода подстегивает улучшение совместимости между 2D- и 3D-системами и увеличение преимуществ САПР среднего класса для повышения производительности труда.  

                   Рис. 2.1.2.2     Возможности ведущих САПР среднего класса 

   У средних САПР  сейчас существует обширный круг  потенциальных потребителей, и они  вольно или под давлением рынка  будут вынуждены рано или поздно их внедрить. На руку “середнякам” играет и расширение функциональных возможностей этих продуктов. В результате у предприятий, которые хотят получить надежный инструмент для трехмерного моделирования, но могут обойтись без высокоразвитых средств тяжелых САПР, появились дополнительные варианты для выбора ПО. Ведь раньше поставщики утверждали, что средние САПР обладают 80% функций тяжелых продуктов, а их цена составляет всего 20% от стоимости дорогих систем. Теперь, считают аналитики из Daratech, по возможностям “середняки” приближаются к 90%, а по стоимости — к 50%.  
Безусловно, даже этот 10%-ный разрыв нельзя сбрасывать со счетов. Например, предприятиям автомобильной и авиакосмической промышленности крайне необходим передовой функционал, присущий только “тяжеловесам”. Поэтому различие между этими двумя классами существует и сохранится в течение обозримого будущего, так как разработчики и тех и других систем не сидят сложа руки, а будут и впредь совершенствовать свои продукты.

   Пионером в области средних САПР стала компания SolidWorks. В 1993 г. она представила одноименный продукт, обладающий трехмерным геометрическим ядром, который, по утверждению создателей, по возможностям приближался к механизмам твердотельного моделирования тяжелых систем, но стоил гораздо дешевле. Вскоре примеру первопроходца последовала фирма Solid Edge, выпустившая одноименную САПР, а затем и Autodesk. Она сначала разработала трехмерную программу Mechanical Desktop на базе двумерной AutoCAD, а затем создала новое ПО Inventor. Помимо этих систем на рынке есть немало других САПР среднего класса, например think3, Cadkey, Alibre. Есть среди них и российские разработки. Так, компания АСКОН продвигает систему КОМПАС на базе собственного геометрического ядра, а фирма “Топ Системы” — программу  T-Flex на основе ядра Parasolid, принадлежащего UGS. Они также прошли длительный путь развития и обзавелись встроенными средствами поверхностного моделирования, управления документами (PDM), технологической подготовки производства (CAM) и т. д., но при этом стоят существенно дешевле зарубежных аналогов и изначально ориентированы на отечественные стандарты и приемы проектирования.

2.1.2.1 Solid Edge

   Solid Edge является  признанным лидером на рынке  3-х мерных CAD-систем среднего уровня. Являясь недорогой системой, Solid Edge основан на том же ядре твердотельного моделирования, Parasolid, что и система высшего уровня Unigraphics.

   Использование  мощного ядра твердотельного  моделирования и технологии STREAM, использующей принципы интеллектуального интерфейса, обуславливают сочетание эффективности системы с удивительной легкостью использования и обучения.

   Полностью локализованный  интерфейс Solid Edge в сочетании с  интерактивным руководством позволяет пользователям самим освоить систему за самое короткое время. Про Solid Edge можно сказать, что система работает так, как думает конструктор!

   Solid Edge поддерживает  обе техники создания сборок: как "сверху-вниз" (сначала разрабатывается общее компоновочное решение изделия, определяются габариты его составных частей. Затем созданная схема детализируется), так и "снизу-вверх" (сначала создаются математические модели всех деталей, которые потом собираются в общую сборку.). Это существенно упрощает процесс проектирования сборок и позволяет конструктору выбирать наиболее оптимальный и естественный способ их построения.

   Возможна одновременная работа нескольких конструкторов с одной сборкой (параллельное проектирование), при этом изменения, сделанные ими, становятся доступными для всех. Кроме этого, конструктора, выполняющие отдельные детали могут напрямую ссылаться на геометрию, определенную на уровне всей сборки.

   Возможность задания  ограничений на расположение  деталей позволяет управлять  геометрией сборки, используя ее  физическую суть, а способность  системы запоминать порядок ее  построения и использовать его  в аналогичных деталях сокращают время размещения деталей на 50%!

   Solid Edge включает  в себя набор мощных функций,  ориентированных на проектирование  деталей из пластмассового литья  и листового материала. Встроенный  модуль кинематических расчетов  позволяет имитировать и анализировать работу механизмов.

   Интегрированный  в Solid Edge пакет Engineering Handbook обеспечивает проведение многих инженерных расчетов и позволяет автоматически создавать детали типа пружин, зубчатых колес, болтовых соединений и т.д.

   Модуль Xpand3D автоматически  создает твердотельную модель  по ее двумерным проекциям,  эту функцию в первую очередь  оценят пользователи 2D-систем, так  как она позволяет работать  с чертежами деталей, импортированными из AutoCAD.

   Во многих системах  САПР разного уровня под взаимодействием  понимается только передача геометрических  данных о моделях. В связке CAD/CAM/CAE-системы Unigraphics с CAD-системой Solid Edge поддерживается полная ассоциативность и возможность обновления изменений в обоих направлениях.

Преимущества использования Solid Edge:

• встроенная PDM система, способная надежно хранить данные и управлять всем циклом проектирования изделия;
• понятный интерфейс;
• мощная функциональность, построенная на одном ядре с Unigraphics;
• ассоциативная связь с системой высшего уровня Unigraphics, предоставляющая предприятию возможности роста.

Применение:

Solid Edge применяется во многих отраслях промышленности: машиностроение, судостроение, авиация, нефтепереработка и др.

2.1.3 Легкие системы

   Программы данной  категории служат для двумерного  черчения, поэтому их обычно называют  электронной чертежной доской. К настоящему времени они пополнились некоторыми трехмерными возможностями, но не имеют средств параметрического моделирования, которыми обладают тяжелые и средние САПР.

   Первая чертежная  система Sketchpad была создана еще  в начале 60-х годов, а затем  появилось немало других продуктов такого рода, использующих достижения компьютерной графики. Однако подлинный расцвет в этой области наступил лишь в 80-е годы с появлением персональных компьютеров. Вслед за снижением стоимости оборудования последовал обвал цен и на САПР.          

   Пионером в  этой области стала компания Autodesk, которая в 1983 г. выпустила САПР  для ПК под названием AutoCAD. Успех  был феноменальным — уже в  1987 г. было продано 100 тыс. копий  AutoCAD, а сегодня это число превышает  четыре миллиона. В результате Autodesk удалось отхватить изрядную долю рынка САПР, вытеснив тяжеловесов из сегмента программ для двумерного черчения. Примеру первопроходца последовали и остальные игроки. Так, в 1984 г. фирма Bently представила программу Microstation, которая стала основным конкурентом AutoCAD’а. Кроме них сейчас существует множество других «легких» САПР, включая DataCAD одноименной компании, TurboCAD фирмы IMSI, SurfCAM от Surfware и другие. Эти продукты проще и дешевле (100 — 4000 долл.) тяжелых и средних САПР, поэтому пользуются спросом, несмотря на нынешний экономический спад. В результате «легкие» системы стали самым распространенным продуктом автоматизации проектирования, своего рода «рабочей лошадкой» мира САПР.

ВЫВОДЫ

   По единодушному  мнению аналитиков, мировой рынок САПР достиг зрелости. Он бурно развивался и рос на протяжении последнего десятилетия прошлого века. Но к 2000 г. все предприятия, которым были нужны САПР, обзавелись ими, и найти новых пользователей стало трудно. А когда на Западе начался экономический спад, рост рынка САПР замедлился: по оценке аналитической компании Daratech, в 1999 г. объем продаж систем CAD/CAM/CAE за год вырос на 11,1%, в 2000 г. — на 4,7%, в 2001 г. — на 3,5%, а в 2002 г. — на 1,3%. Одновременно прекратился и рост оборотов ведущих поставщиков САПР. В Daratech подсчитали, что в 2002 г. объем рынка САПР составил 6,2 млрд. долл. (расходы пользователей на ПО и услуги), в 2003 г. объем продаж сократился на 4,5%.

   Итак, на рубеже  веков для рынка САПР наступил переломный момент. В такой ситуации обычно происходит слияние компаний и поиск новых направлений для роста. Пример — покупка компанией EDS в 2001 г. двух известных разработчиков тяжелых САПР — Unigraphics и SDRC. Эта сделка произвела в сегменте САПР настоящий фурор. Правда, сейчас успех покупки вызывает сомнения, так как EDS собирается продавать подразделение UGS PLM, образованное слиянием Unigraphics и SDRC. Что касается поиска новых направлений — сейчас ведущие поставщики активно продвигают концепцию PLM (Product Lifecycle Management), подразумевающую управление информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла. Внедрение PLM сулит предприятиям немало преимуществ, но влечет за собой расходы на закупку дополнительного ПО (например, систем управления инженерными данными — PDM) и реорганизацию проектных процессов. 
   Таким образом, развитие рынка САПР идет двумя путями — эволюционным и революционным. В свое время революционный переворот произвели первые САПР для ПК и системы среднего класса. Сейчас рынок развивается эволюционно: расширяются функциональные возможности продуктов, повышается производительность, упрощается использование. Но, возможно, вскоре нас ждет очередная революция. Аналитики из Cambashi считают, что это произойдет, когда поставщики САПР начнут использовать для хранения инженерных данных (чертежей, трехмерных моделей, списков материалов и т. д.) не файловые структуры, а стандартные базы данных SQL-типа. В результате инженерная информация станет структурированной, и управлять ею будет гораздо проще, чем теперь.