Вопросы принятия решений при выборе CAD-систем

Предметом данной публикации является краткий анализ проблемы рационального выбора системы проектирования.

Целевое назначение САПР

По целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования [1,2]:

1. CAD (англ. Computer-aided design / drafting) — средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации срок обозначает средства САПР, предназначены для автоматизации двумерного и / или трехмерная геометрического проектирования, создание конструкторской и / или технологической документации, и САПР Общее назначение.2.
2. CAE (англ. Computer-aided engineering) — средства автоматизации инженерных расчетов, анализа и СИМуляция физических процессов, осуществляют Динамическое моделирование, проверку и оптимизацию изделий.
3. CAM (англ. Computer-aided manufacturing) — средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивающих автоматизацию программирования и управления оборудования с числовым программным управлением или ГАВС (гибкий автоматизированного производственных систем). Украинский аналогом термина является АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки производства.
4. CAPP (англ. Computer-aided process planning) — средства автоматизации планирования технологических процессов применяются на стыке систем CAD и CAM.

Многие системы автоматизированного проектирования сочетают в себе решение задач, которые относятся к разным аспектам проектирования — CAD / CAM, CAD / CAE, CAD / CAE / CAM. Такие системы называют комплексными или интегрованими.

В данной публикации рассматриваются основные вопросы связанные с выбором систем CAD, CAE и CAD / CAE.

Основные свойства САПР

К основным свойствам систем проектирования, на которые будущие пользователи обращают внимание при выборе, можно отнести следующие [3-5]:

1. Степень сложности в освоении и наличие всех необходимых функций для решения поставленных задач.
2. Степень открытости системы для настройки пользовательского интерфейса и подключения дополнительных программных модулей.
3. Ориентированность на определенный тип графики.
4. Кроссплатформенность — желательно, чтобы система функционировала на различных аппаратных и программных платформах.
5. Условия получения доступа — свободный/ платный, в т.ч. цена.
6. Возможность создания спецификаций и поддержка различных стандартов оформления документации.
7. Возможность интеграции в единую систему документооборота предприятия в том числе с настройкой языковых функций региона использования и т.д.

На практике, указанных вопросов может быть значительно больше и все они достаточно специфические, а порой и противоречивые. Поэтому в настоящее время некоторые разработчики и дилеры продающие ПО (программное обеспечение) для проектирования задумываются над разработкой экспертных систем, которые позволят достаточно четко определить потребности клиента при выборе рационального программного инструмента для проектирования [6]. Данные экспертные системы должны в интерактивном виде позволить клиенту и поставщику ПО выбрать наиболее рациональный программный продукт для решения производственных задач.

Выбор САПР

В качестве примера, задачу выбора системы проектирования можно представить графически в виде дерева принятия решений (рис.1).

Как видно из рис.1. и приведенных ранее соображений можно составить представление насколько сложным и неоднозначным является решение задачи выбора рационального программного инструмента для проектирования. Учитывая длительный период внедрения таких систем на предприятиях, сопряженные, как правило, со значительными капиталовложениями наиболее рациональным представляется взаимодействие со специалистами по обучению работе в различных системах проектирования и дальнейший взвешенный выбор наиболее приемлемого варианта ПО.

Также обращает на себя внимание ряд фактов, на которых следует остановиться подробнее. Они могут быть спорными с точки зрения различных пользователей, но безусловно являются важными и интересными.

Распространенность и вид доступа к ПО это очень интересный момент при выборе системы проектирования. Если говорить о системах со свободным доступом, то для выполнения простейших производственных задач и для использования внутри одного предприятия они вполне приемлемы. Однако, когда речь идет работах над сложными проектами в рамках крупного предприятия и необходимости взаимодействия с другими организациями, то важным является расширение функционала ПО, и таким требованиям, как правило, отвечают коммерческие системы типа Inventor, Solidworks, Компас, Solid Edge, SIEMENS NX и т.п.

Широта применимости с учетом региональных особенностей производства — предпочтение в языке интерфейса, наличие библиотек стандартных изделий, техподдержка, совместимость со средствами проектирования, используемыми предприятиями партнерами, является очень важным элементом в варианте, если выбран коммерческий многофункциональный инструмент для проектирования.

Так, зачастую, на многих предприятиях стран СНГ предпочтение отдают использованию КОМПАС-3D ввиду более низкой себестоимости, хорошей техподдержке и наличию в библиотеках широкого набора инструментов для оформления конструкторской документации в соответствии с региональными стандартами. Несмотря указанные преимущества Компаса, у него есть ряд очевидных недостатков, основным из которых является недостаточно хорошо развитые CAM и CAE модули, отсутствие возможности нанесения текстур на детали и т.п. И в этом плане Компасу создают существенную конкуренцию SOLIDWORKS и Autodesk Inventor, которые имеют значительно более широкий функционал в плане моделирования технологии изготовления деталей и узлов, а также физических процессов.

Кроссплатформенность — это проблема практически любой современной системы проектирования, особенно у мощных коммерческих продуктов. Так КОМПАС-3D, Inventor, Solid Edge и SIEMENS NX разработаны исключительно для работы в среде Microsoft Windows. Отличие составляет Solidworks, который наряду с Microsoft Windows поддерживает также MacOS. Некоторые читатели могут возразить, утверждая, что это не так, и возможна установка указанных программ под другие операционные системы.

Да, действительно, установка критически важных проектных инструментов под UNIX-подобные операционные системы, которые являются более устойчивыми к вирусам и шпионскому ПО, выглядит достаточно привлекательно, и в ряде вариантов вполне осуществима с использованием специальных настроек компьютерного оборудования с использованием драйверов и программ, в том числе, Wine. Однако, это является трудоемким процессом и не всегда позволяет достичь хороших результатов.

Обмен графическими данными между системами проектирования является важным вопросом, который приходится решать производственным и проектным организациям при выборе систем. Сложность проектируемых изделий, наличие глобализации удаленного проектирования с использованием подрядчиков, частое слияние или разделение и трансформация предприятий приводят к тому, что предприятиям приходится использовать проекты, созданные в различных CAD-системах.

В работах [7,8], проведены исследования, результаты которых кратко отражены в табл. 1-3. Приведенные данные позволяют составить представление о типичных особенностях обмена графическими данными в некоторых из наиболее распространенных систем проектирования.

Табл.1. Методы обмена данными по моделям деталей

Табл. 2. Методы согласованного обмена данными по деталям между системами

1.  Импортируется поверхность.
2.  Некорректный ассоциативный чертеж.

Табл. 3. Результаты обмена данными чертежей между системами

1. Результат взаимного обмена в КОМПАС в форматах DWG, DXF.
2. Результат взаимного обмена в КОМПАС в формате IGES.
3. Результат экспорта из КОМПАС V11 в форматах DWG, DXF в КОМПАС V11 LT.
4. Результат экспорта из Inventor и SolidWorks в КОМПАС в формате DWG.
5. Результат экспорта из SolidWorks в Inventor в формате DWG.
6. Результат экспорта из Inventor в SolidWorks и AutoCAD в формате DWG.
7. Результат экспорта из КОМПАС в Inventor в формате DWG.
8. Для лучшего понимания информации в табл. 1-3 приведена расшифровка основных форматов файлов.

Форматы обмена данными

ACIS — общее наименование для данных, с которыми работает лицензируемое (то есть доступное сторонним разработчикам) ядро системы геометрического моделирования ACIS. Ядро ACIS для своих программ, в частности, использует корпорация Autodesk (Inventor, Mechanical Desktop). Для выводимых данных применяются форматы SAT и SAB.

DWG (Drawing Database) — один из основных форматов системы AutoCAD.

DXF (Drawing Interchange Format) — формат, много лет назад ставший де-факто стандартом для обмена чертежами в различных CAD-системах.

IGES (Initial Graphics Exchange Specification) — нейтральный формат обмена данными для CAD-систем. Поддерживает традиционные инженерные чертежи и трехмерные модели.

Parasolid — ядро системы геометрического моделирования, в настоящее время используемое в таких САПР, как Unigraphics, SolidWorks, T-FLEX и других.

STEP — стандарт ISO для компьютерного представления и обмена индустриальными данными. Чаще всего STEP используется для обмена данными между CAD-, CAM-, CAE- и PDM-системами.

VRML — стандартный формат файлов для демонстрации трехмерной интерактивной векторной графики, чаще всего используется в WWW.

X_B — текстовый формат экспорта САПР, основанных на ядре Parasolid.

X_T — бинарный формат экспорта САПР, основанных на ядре Parasolid.

Системные требования в большинстве вариантов для современных систем проектирования очень близки и подробно рассматривать их не имеет смысла так как они указаны на стартовых страницах официальных сайтов разработчиков. Единственное, что хочется подчеркнуть это размер экрана — как показывает опыт, если работа не ведется в условиях командировки, сопряженной с постоянным перемещением от объекта к объекту, то наиболее приемлемым является работа с размером экрана не менее 24 дюймов.

В завершение следует отметить, что достаточно рациональным при выборе программного обеспечения для проектирования является предварительное начальное знакомство и обучение с базовыми принципами работы в различных системах, возможно даже с использованием демонстрационных версий или посещения курсов обучения. При таком подходе специалист сможет непосредственно на практике оценить особенности предлагаемых на рынке систем.

Список используемой литературы:

• Малюх В.Н. Введение в современные САПР: Курс лекций. — М.: ДМК Пресс, 2010. — 192с.
• Норенков И. П. Основы автоматизированного проектирования: учеб. для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. — 430с.
• Mares A., Senderska K. Criteria for selecting the CAD system — How to choose CAD system. Transfer inovácií. 24/2012. p.220-222.
• 9 criteria for choosing a 3D CAD system
  https://www.solidworks.com/sw/docs/Top9_WP_2010_ENG_FINAL.pdf
• Kannan, G., Vinay, V.P. Multi-criteria decision making for the selection of CAD/CAM system. Int J Interact Des Manuf 2, 151 (2008).
• Солодкая Н.А. Бухтоярова Д.М. Разработка прототипа экспертной системы по выбору программного обеспечения для проектирования. Тези доповідей XXII міжнародної науково-практичної конференції «Інформаційні технології: техніка, технології». – Харків, 2014. – С.164.
• Большаков В.П., Бочков А.Л., Лячек Ю.Т. Проблемы обмена графическими данными между CAD-системами. Компьютерные инструменты в образовании. 2013. №2. С.37–46.
• Большаков В.П., Бочков А.В., Лячек Ю.Т. Твердотельное моделирование деталей в CAD-системах: AutoCAD, Компас-3D, SolidWorks, Inventor, Creo. СПб.: Питер, 2015. 480с.