Начиная с 1988 года, то есть с момента появления на рынке CAD/CAM/CAE-систем для предприятий машиностроительной промышленности, система Pro/ENGINEER фирмы РТС отличалась высокой динамикой продаж. По данным IDC, к 1995 году она вышла в лидеры в данном сегменте рынка. Что же способствовало достижению столь высокой популярности продукта?

История без русских не обходится

В период с 1974 по 1985 год эмигрировавший из России профессор Ленинградского государственного университета Семен Гейзберг работал в двух крупных компаниях, разрабатывающих CAD/CAM -системы, – фирмах Shlumberger и Соmputervision. Причем в последней он был одним из ведущих разработчиков системы CADDS 4X. Занявшись анализом существовавших в то время на рынке CAD/CAM-систем, Гейзберг выявил основные причины их недостаточно высокой эффективности: неразвитость или отсутствие связей между разными уровнями и частями проектов, отсутствие единых баз данных проектирования, сложность управления большими объемами проектной информации, трудности реализации каркасного и поверхностного моделирования – и, как результат, невозможность внесения изменений в готовые проекты (модификация на поздних стадиях разработки приводила к переделке до 80-85% объема работ).

Что не могли реализовать существовавшие системы, Гейзбер грешил воплотить в новой. В мае 1985 года он открывает собственную фирму Parametric Technology Corporation (PTC, г. Массачусетс, США). Сначала Pro/ENGINEER продавалась как дополнительное программное обеспечение к другим CAD/CAM-системам, а с января 1988 года – как самостоятельная система CAD/CAM/CAE.

Именно с этого времени многие машиностроительные корпорации начинают отказываться от традиционно используемых систем автоматизации проектирования и переходить на использование Pro/ENGINEER. Конкуренты изучают ее и делают попытки обновить свои системы САПР с использованием новшеств, изобретенных Гейзбергом. Как отметил журнал "Business Week" (25 сентября 1995 года), к 1996 году Pro/ENGINEER "становится неким национальным стандартом". Оборот фирмы РТС неуклонно растет (рис. 1), число машиностроительных компаний, использующих систему, достигает 8200, число проданных лицензий на установку системы составило более 48 тысяч. По оценкам фирмы ЮС, продажи Pro/ENGINEER на мировом рынке вывели фирму РТС в безусловные лидеры – на долю ее системы к концу 1995 года приходилось 17% от общего объема продаж систем CAD/CAM/CAE (рис. 2). Примечательно, что в течение 1995 года половина продаж системы состоялась за пределами США.

 Вот что говорит Рольф Нимц, ведущий конструктор компании Volkswagen AG: "Мы выбрали Pro/ENGINEER по результатам сложнейшего конкурса среди множества CAD/CAM/CAE-систем. Тесты показали, что Pro/ENGINEER ускорила процесс разработки моделей наших автомобилей на 50%, а конструктивные изменения стало возможным производить за несколько часов вместо нескольких недель. Система позволяет нам выиграть в скорости, необходимой для увеличения нашей доли автомобильного рынка и обеспечения должного уровня немецкого качества".

Чтобы лучше понять роль ключевых нововведений Гейзберга в составе созданной им системы, рассмотрим основные этапы развития систем CAD/CAM/CAE.

От разрозненности к интеграции

Принято выделять три этапа развития и совершенствования САПР. На первом из них создавались системы, в которых фактически был осуществлен частичный перенос на компьютеры чертежных работ, ранее проводимых вручную за кульманом, а также расчетов по технологической подготовке производства.

На втором этапе начали появляться законченные системы двухмерного черчения, которые позволяли выпускать законченную конструкторскую документацию. Несколько позже появились системы моделирования, позволяющие исследовать разрабатываемые изделия в виде так называемых каркасных (проволочных) и поверхностных моделей. Были разработаны программы анализа на основе метода конечных элементов, с помощью которых рассчитывались оптимальные размеры и конфигурации проектируемых изделий. Возник сектор систем САМ, которые помогали определять параметры различных технологических процессов и оснастки. Второе поколение CAD/ САМ-систем позволяло заметно сокращать сроки выполнения отдельных стадий проектирования и повышать качество проектов.

Но в целом сроки проектирования сокращались незначительно, так как процесс был по-прежнему последовательным. Несмотря на серьезные усилия разработчиков, CAD/CAM-системы второго поколения не смогли стать эффективным инструментом для проектировщиков, на это был ряд причин:

 – использование геометрического описания модели как базисного, в то время как важнейшие компоненты проектирования, обеспечивающие воспроизведение объекта на производстве (конструктивные параметры и элементы, расчеты внутренних напряжений и деформаций, описания технологических процессов, контроль качества), оставались вне рассмотрения, хотя геометрия является только составной частью описания проектируемого изделия;

 – сложность внесения изменений в проект, связанная с жесткой детерминированностью математических моделей, описывающих геометрию. Следствием этого являются ограничения на разработку конструкторской документации, которая создается вне моделирования и потому программно не связана с моделью;

 – разобщенность конструкторско-технологического процесса, которая возникала из-за наличия разнородных баз данных для одной и той же модели, дублирования и потенциальной опасности потери информации. Инженеры и конструкторы могли использовать различные независимые модели, например, конечномерные модели, 20-модели, каркасные и поверхностные модели и т.д., но не единую модель объекта.

Основная цель внедрения систем автоматизированного проектирования – сокращение времени разработки и снижение себестоимости изделия – оставалась не достигнутой на этом этапе развития систем автоматизированного проектирования.

Третье поколение систем CAD/ САМ/САЕ, основанных на использовании единой структуры базы данных проекта, заложило фундамент для так называемой параллельной инженерии (concurrent engineering). При таком подходе все проектировщики работают с одной единой математической моделью, а не с набором различных моделей. Возникла новая технология, интегрирующая все работы в цикле "проектирование-расчеты-технологическая подготовка-механообработка". Единая структура информации о проекте позволила реализовать полную двунаправленную ассоциативность на всех уровнях проектирования, что значительно ускорило процессы проектирования и снизило себестоимость разработок. Появилась возможность внесения изменений в проект на любой его стадии.

Pro/ENGINEER -система третьего поколения

Указанные качества в полном объеме были заложены Гейзбергом в систему Pro/ENGINEER, появившуюся в то время, когда на рынке шла жесткая конкурентная борьба между системами CAD/CAM/CAE второго поколения.

Ключевыми изобретениями Гейзберга, определившими успех Pro/ENGINEER, стали:

 – единая структура базы данных, сквозная параметризация и модульная структура построения системы, позволившие сделать систему полностью ассоциативной и осуществить возможность параллельной работы коллектива разработчиков над одним проектом;

 – проектирование с использованием фичерсов (объектно-ориентированных конструкторских операций) резко повысило производительность проектных работ и позволило ориентировать систему на конструкторов, инженеров и технологов, а не на специалистов в области высшей математики или вычислительной техники;

 – независимость от программно-аппаратной платформы позволила предприятиям самостоятельно закупать оборудование, выбирая между ценой и производительностью, или инсталлировать Pro/ENGINEER на уже существовавшую компьютерную технику.

Базовой моделью этой системы стала не геометрическая, а твердотельная модель проектируемого изделия. Только твердотельная модель содержит всю необходимую информацию, отвечающую требованиям проектирования, так как обладает полным описанием свойств объекта, в которое геометрия вошла как составляющая. Вследствие этого в любой момент можно получить информацию о масс-геометрических характеристиках, обнаружить взаимопроникновение частей и проследить термодинамические явления.

Это позволило проектировщикам использовать такие привычные конструкторские элементы (объекты), как отверстия, фаски, скругления, ребра жесткости и пр., предоставляемые самой системой. Для добавления любого из объектов (скажем, отверстия) достаточно выполнить одну из объектно-ориентированных конструкторских операций (фичерсов) – выбрать опцию "отверстие" из меню и указать место его расположения на детали, в то время как в традиционных представлениях нужно было выполнить операцию "удаления цилиндра из блока". При этом конструктивные элементы не являются предзаданными – они могут приобретать любые очертания, определяя собой будущую геометрию, а также содержат "знания" о своем окружении, т.е. информацию о том, как они соотносятся друг с другом. Можно также убирать и добавлять любые размеры, накладывать связи между ними. Система обладает обширной библиотекой таких операций, как зеркальное отображение, сглаживание, создание оболочки и т.д. Это помогает быстро создавать геометрию любой сложности.

В традиционных CAD/CAM-системах пользователь обязан сначала образмерить элемент конструкции (его собственную геометрию), а затем определить его местоположение на 30-модели, задав дополнительные размеры (рис. За). В Pro/ENGINEER использован иной подход, когда каждый вновь добавляемый элемент определяется геометрическими параметрами по отношению к уже существующей детали (рис. 3б). Таким образом, инженер может с легкостью оценить различные варианты конструкции, просто изменяя параметрические размеры объекта, когда геометрия становится "производной" от значения размеров и автоматически меняется при их изменении. А полная ассоциативность инженерных дисциплин обеспечивает прохождение всех изменений через всю цепочку цикла: 2D-чертеж–твердотельная модель–траектория резания–технологическая оснастка.

Положительной стороной такого подхода явилось и то, что все модули Pro/ENGINEER, которые используются на разных стадиях проекта (концептуальное проектирование, прочностный, термический, кинематический и динамический анализ, разработка конструкторской документации, технологическая подготовка производства и генерация программ для станков с ЧПУ), интегрированы на основе использования единой структуры данных, содержащей собственно данные об объекте, информацию об условиях его создания и взаимодействии с другими объектами, его геометрические и негеометрические свойства, параметрические размеры, информацию о взаиморасположении соседних объектов и другие конструкторско-технологические данные.

Это значит, что стало возможным внесение изменений в создаваемое изделие, когда модификации в точности передаются всем частям проекта. Вследствие полной ассоциативности всех модулей Pro/ENGINEER отпала необходимость в трансляторах для передачи модификаций.

Выше уже указывалось, что описания проектируемых в Pro/ENGINEER деталей содержат не только информацию о самих объектах разработки, но и данные о взаимном расположении их самих и геометрически сопрягаемых с ними других объектов. Этот способ структурной организации информации о проектируемых изделиях особенно эффективен при моделировании процессов механической сборки узлов машин, состоящих из множества деталей. Предположим, что в процессе динамического или термического анализа текущего варианта установлена необходимость повысить усталостную прочность и изменить размеры одной из деталей. Введенные новые размеры могут быть в этом случае восприняты системой только при условии фиксации соответствующих изменений всех деталей, сопряженных с модифицируемой, а значит, не будут нарушены условия нормального процесса сборки всего узла. Простоту и легкость изменения геометрии деталей и узла в целом автоматически обеспечит сама система, использующая параметрический способ задания новых размеров.

Важно не только "что", но и "как"...

Внести новую идеологию в построение системы CAD/CAM/CAE, как это сделал Гейзберг, конечно, было важно. Но нужно было ее еще реализовать так, чтобы обеспечить быструю разработку программного продукта и быстрое внесение изменений в его конфигурацию в соответствии с пожеланиями и требованиями заказчиков. А заказчиками таких систем становятся, как правило, крупные машиностроительные компании, каждая из которых хотела бы получить систему, ориентированную на специфику собственного производства, с учетом всех нюансов производственных процессов. Плюс к этому, система должна быть достаточно гибкой, перестраиваемой под новые, еще не внедренные технологии.

Нужно отдать должное как создателю Pro/ENGINEER, так и фирме РТС, которая смогла выполнить эти условия разработки. Функциональное ядро пакета программ системы создавалось как открытая, аппаратно независимая система, написанная на языке Си. Центральной частью системы является база данных Pro/ENGINEER, структура которой едина для всех остальных модулей и сторонних приложений. Для заказчиков это обеспечивает плавную, постепенную миграцию от текущей среды проектирования в среду Pro/ENGINEER с возможностью использования баз данных и расчетных пакетов.

Но не только архитектурные решения системы определили ее успех. Немалую роль в этом сыграла стратегия подготовки и внедрения Pro/ENGINEER у конкретных заказчиков.

Традиционно разработка ПО для крупной системы начинается с разработки ядра продукта, которое включает в себя максимум функциональных возможностей будущей системы, и потому этот этап растягивается на длительный период (рис. 4а). В это время исключается раннее знакомство пользователей с продуктом для участия в корректировке основных характеристик и функциональных возможностей ядра системы. 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 будущих систем, 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. 4б). 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. После чего РТС рассылает своим крупным заказчикам подготовленный продукт для бета-тестирования, в процессе которого выполняются наиболее значительные доработки и изменения, и лишь затем продукт выходит на рынок. Такой метод "быстрого применения прототипа" и постоянного "завертывания" во все новые слои ядра системы обеспечивает на выходе функционально полный продукт, отвечающий конкретным производственным задачам. Пользователи же получают самые ранние экземпляры системы, в которой они нуждаются.

 РТС, применяя такой подход, снижает объем переписываемых кодов существующих программ 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.

"Нельзя объять необъятное", -утверждал Козьма Прутков. Можно добавить; "в одиночку". Видимо, знание этой истины подтолкнуло руководителей РТС в 1995 году к шагам по подключению к работе над Pro/ENGINEER коллективов разработчиков из других фирм. Первый опыт оказался успешным, и фирма стала рассматривать подобные действия как "ключевое дополнение" к стратегии развития своей системы.

В апреле РТС приобрела у компании Evans & Shutherland Computer Corporation систему CDRS (теперь Pro/DESIGNER) и внедрила новейшую технологию промышленного дизайна и визуализации для концептуального проектирования и создания производственных моделей в оборонной и аэрокосмической промышленности, автомобилестроении и станкостроении.

 В августе 1995 года в продолжение намеченной линии РТС покупает корпорацию RASNA, по итогам 1994 года занимавшую 3-е место по динамике роста на рынке США, с ее системой MECHANICA ?теперь Pro/MECHANICA), в которой используется передовая технология структурного, термического, вибрационного, кинематического и динамического анализа конструкций и оптимизации проекта. Подобной агрессивной стратегии фирма РТС намерена придерживаться и далее, имея целью сохранить за своей системой Pro/EN-GINEER лидирующие позиции на рынке CAD/CAM/CAE.

А что же может лидер?

Приобретая пакет Pro/ENGINEER, предприятие-пользователь получает в руки программный продукт, в котором заложены базовые на настоящий момент функциональные свойства системы, позволяющие ^сразу же после инсталляции конструировать узлы и детали машин, проектировать сборочные процессы, разрабатывать проектно-конструкторскую документацию, а также визуализировать разработанные детали и узлы и управлять базой проектных данных.

При этом процесс конструирования деталей может включать в себя: создание плоских эскизов деталей с приданием им толщины и

объема, добавление конструктивных элементов-объектов (отверстия, пазы, фаски, ребра жесткости, скругления, оболочки, фланцы, литейные уклоны и т.д.), введение ссылочных базовых плоскостей, осей, точек кривых, систем координат, графиков, модификацию и переопределение объектов, наложение взаимозависимостей между размерами и параметрами, расчет масс-геометрических характеристик деталей или переопределение плотности материала деталей, определение допусков и чистоты поверхности и пр.

В процессе проектирования механических сборок могут выполняться операции по расположению сборочных частей, определению последовательности создания сборочных единиц, автоматической разборке узлов, модификации размеров деталей в сборке, созданию спецификаций и расчету инженерных параметров сборок.

Столь же полны возможности разработки конструкторских чертежей отдельных деталей, множественных моделей и сборок. А подготовленные чертежи могут быть экспортированы в виде стандартных IGES-файлов.

Но, конечно, эти базовые функции – лишь малая часть того, на что способна система. Ведь в ее состав на настоящий момент включено свыше 50 модулей и прикладных систем. Назовем лишь наиболее часто используемые:

Pro/ASSEMBLY – модуль управления параметрической сборкой, который поддерживает таблично-управляемую компоновку изделия и автоматическую замену одних частей другими в процессе сборки.

Pro/DETAIL – модуль создания чертежных документов прямо по 30-модели, поддерживающий все существующие чертежные стандарты ANSI, ISO (ЕСКД), DIN и JIS.

Pro/FEM-POST – модуль отображения результатов конечно-элементного анализа непосредственно в среде Pro/ENGINEER.

Pro/LJBRARYACCESS – модуль доступа к библиотекам стандартных моделей Pro/ENGINEER (инструменты, сборки и заготовки пресс-форм, электрические коннекторы, трубопроводная арматура и т.д.).

Pro/MFG-ADVANCED – модуль генерации программ для обработки деталей на оборудовании с ЧПУ.

Pro/PDM Server Connection – "менеджер параметрического проектирования", обеспечивает управление и координацию работы инженеров, занятых разработкой крупного проекта, ветвление и модернизацию проекта, одновременный доступ к данным.

Pro/PDM for ORACLE – модуль, осуществляющий интеграцию базы данных Pro/ENGINEER в общую базу данных предприятия, построенную с использованием СУБД ORACLE.

Кроме того, в систему включены модули, обеспечивающие прямую двустороннюю трансляцию проектных данных из Pro/ENGINEER в другие системы CAD/CAM/CAE (например, в систему CATIA фирмы IBM или PDGS корпорации Ford). Существуют модули, обеспечивающие обмен данными с другими системами проектирования на основе стандартных форматов представления информации IGES, VGA, SET, DXF, NEUTRAL и пр., а также нового международного стандарта (обмена информацией между гетерогенными CAD-, САЕ- и САМ-системами для передачи геометрической и негеометрической информации по ISO 10303), названного STEP.

При этом нельзя обойти вниманием шесть модулей системы Pro/MECHANICA, с помощью которых инженер может моделировать кинематические процессы для трехмерного абсолютно твердого тела, решать задачи статики, кинематики и динамики, исследовать и оптимизировать геометрию проектируемой конструкции для поддержания определенных тепловых режимов, моделировать воздействие вибраций и ударов.

Система может функционировать на различных платформах: Compaq, DEC, HP, NEC, SGI, IBM, Sun, Mitsubishi и др. (всего более 50), под управлением таких операционных систем, как UNIX, ULTRIX, VMS. В настоящее время поставляются версии полной системы для Windows NT и Windows 95.

Российское предприятие, приобретающее пакеты Pro/ENGINEER, не будет чувствовать себя одиноким в "море" модулей и документации системы. Фирма РТС отчетливо представляет себе сложность созданного ею продукта и проводит значительную работу не только по расширению продаж системы во всем мире, но по и текущей поддержке установленных систем. Для этого ею открыты 140 офисов в 26 странах мира, а число коммерческих партнеров, осуществляющих продажу Pro/ ENGINEER, возросло до 400. В странах СНГ эта система распространяется французской фирмой INTERSED на базе четырех региональных представительств (в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве и Минске), специалисты которых осуществляют комплексную поставку оборудования и программного обеспечения, обучение, техническое сопровождение, выполнение пилот-проектов, оказывают заказчикам другую необходимую помощь.

Тел. INTERSED в Москве (095) 229.85.39