 Рис. 1. Схема процесса эскизного проектирования |
| Дмитрий Мотовилов (PTS, Москва) |
Не секрет, что процесс разработки технических изделий сегодня не является актом интеллектуального озарения гениального конструктора-одиночки – эти времена давно и безвозвратно прошли. В настоящее время разработка, перейдя на промышленные рельсы, предполагает использование технологий, обеспечивающих параллельную синхронизированную работу целых коллективов и всемерное использование накопленного конструкторами и технологами опыта предыдущих проектов. Проведенные авторитетными экспертами исследования, касающиеся процессов разработки сложных технических изделий, показывают, что такие меры, как простое уменьшение итераций на разных этапах проектного процесса, устранение "узких мест" в совместной работе конструкторов и технологов, а также уменьшение ресурсных затрат на повторную разработку типовых конструкторских решений – всё это позволяет сократить время разработки на 30 и более процентов.
Одним из самых действенных способов повышения эффективности процесса разработки и сокращения времени выхода продукции на рынок, является широкое внедрение методологии использования типовых процессов конструирования и технологической подготовки производства.
Идеальным представляется тот случай, когда на предприятии создается интегрированная среда разработки изделия, в которой, с одной стороны, аккумулированы знания об изделии, его структуре и составляющих элементах, а с другой стороны – заложены все типовые процессы разработки изделия, максимально использующие опыт и ноу-хау предыдущих разработок. Основополагающим принципом создания и дальнейшего использования типовых процессов является стандартизация как самих процессов, так и возможных конструкторских и технологических решений, относящихся к конкретным типам изделий или целым классам изделий. Лозунг "Всё, что может быть стандартизировано – должно быть стандартизировано!" является в промышленном проектировании как никогда актуальным.
Предметом настоящей статьи является рассмотрение вопросов практической реализации ряда типовых конструкторских и технологических процессов в разработанной компанией РТС системе Pro/ENGINEER. В качестве конкретной иллюстрации методологии реализации типовых процессов взяты результаты совместной работы специалистов компаний PTC и Toyota Motor Corp., которые относятся к разработке типовых процессов проектирования и производства автомобильных двигателей.
В указанном контексте будут рассмотрены следующие типовые процессы:
Нужно понимать, что автомобилестроение взято лишь как пример. Такой же подход может быть реализован для любого предприятия, так как все решения, о которых пойдет речь далее, универсальны и не ориентированы на определенную отрасль.
Основными "строительными материалами", или базой знаний для стандартизированного эскизного проекта в Pro/ENGINEER могут являться следующие библиотеки:
На рис. 1 представлена схема процесса эскизного проектирования, которая иллюстрирует процесс создания мастер-геометрии изделия с применением типовых шаблонов.
|
Рис. 1. Схема процесса эскизного проектирования |
Рассмотрим, какие инструменты системы Pro/ENGINEER используются для создания "управляющей модели" изделия и как компоненты этой "управляющей модели" взаимодействуют друг с другом, образуя единую структуру.
Самым простым способом задания облика проектируемого изделия в системе Pro/ENGINEER является создание его двумерной компоновки. Для этого существует специальный инструмент, который называется Layout (рис. 2).
 Рис. 2. Layout для управления типовым конструктивным решением “кривошипно-шатунный механизм”. Данные вносятся непосредственно в таблицы и автоматически передаются в управляемую модель |
Это специализированное хранилище параметров и соотношений, в котором можно рисовать схемы, создавать таблицы параметров с описаниями, прописывать зависимости между ними и логику поведения, предупреждая о вводе некорректных значений параметров. Любое число параметров, определяемых как глобальные, из любого набора деталей и сборок могут одновременно управляться из Layout.
Для подключения к Layout нужно выполнить команду Declare из контекста детали, узла или мастер-геометрии и сослаться при этом на Layout. В двумерной компоновке, кроме возможности задавать таблицы параметров с описаниями, есть возможность вставлять в качестве вспомогательных иллюстраций типовые эскизы или растровые изображения из библиотеки. Комментарии и ссылки (Hyperlink) позволяют щелчком мыши на надписи открывать в навигаторе системы Pro/ENGINEER Wildfire присоединенные документы – например, техническую документацию. В результате создается удобная среда управления процессом компоновки изделия. Также следует отметить, что на одно изделие можно задать целую систему различных компоновок – общую, на отдельные узлы и сборки. Все компоновки будут связаны между собой, и параметры будут передаваться из одной компоновки в другую.
Следующий, и, пожалуй, наиболее популярный инструмент эскизного проектирования – это трехмерная компоновка, или мастер-геометрия (Skeleton). Трехмерная компоновка геометрически описывает структуру сборки, требования к размещению и стыковке узлов, а также прочие характеристики, которые затем могут использоваться для определения геометрии проектируемых узлов.
Трехмерные компоновки представляют собой либо обычные детали и сборки, либо Skeleton в сборке. Аннотирование трехмерной модели дает возможность отобразить гиперссылки, характерные размеры и комментарии непосредственно на трехмерной компоновке. В дереве модели-компоновки создаются конструктивные элементы, содержащие геометрию для последующей передачи в тот или иной проектируемый узел. Они называются Publish Geometry. Во вновь проектируемом узле разработчик извлекает те данные обстановки из трехмерной компоновки, которые адресованы именно ему, и делает ссылки на них. Всё, что относится к передаче различных элементов геометрии, находится в меню Shared Data. Следует обратить внимание на то, что если в мастер-геометрии применено многократное копирование элементов (например таблично-управляемый массив осей для размещения крепежа), то внешние ссылки автоматически его отрабатывают.
Проектирование на основе внешних ссылок от мастер-геометрии дает возможность синхронных ассоциативных изменений в узлах, не принадлежащих пока общей сборке.
Третьим способом, применяемым на этапе эскизного проектирования, является использование стандартных элементов и типовых технических решений. Остановимся на этом подробнее. Есть несколько важных моментов, которые следует учитывать при создании типовых элементов и решений.
Во-первых, есть смысл типизировать не только отдельные детали, но и конструкторские решения для отдельных элементов деталей и сборочных узлов. Для быстрого создания мастер-геометрии, все типовые присоединительные элементы также должны быть сохранены в библиотеке как эскизы.
Во-вторых, можно существенно упростить работу, если достаточно продуманно и четко проработать параметрическое управление стандартными деталями и решениями.
И третье – самое важное. Pro/ENGINEER позволяет хранить в описании модели не только информацию о геометрии, но и все данные о правилах поведения модели. Набор функций модуля Behavioral Modeler (BMX) позволяет просто и удобно формализовать требования к функциональному назначению детали или узла на ранней стадии эскизного проектирования. Или, говоря другими словами, задать правила поведения модели. Расчетная схема с расположением закреплений и нагрузок также может являться неотъемлемой частью истории модели. Behavioral Modeler позволяет задавать интегральные критерии оптимизации модели – с точки зрения особенностей её геометрии, массо-инерционных, прочностных и температурных характеристик, а также кинематического и динамического анализа.
Говоря об этапе эскизного проектирования и об инструментах создания компоновки и облика изделия, следует отметить, что именно на этом этапе можно найти (в ходе необходимого числа проектных итераций) оптимальные конструкторские решения – как элементов изделия, так и изделия в целом. Возможность оптимизации обеспечивается за счет наличия типовых процессов и библиотек типовых двумерных и трехмерных компоновок, библиотек типовых эскизов, деталей и конструкторских решений. Никого не надо убеждать сейчас в том, что хорошая проработка конструкции на этапе эскизного проекта (до разработки рабочей документации и, тем более, до создания изделия в "железе") является предпосылкой значительного повышения качества конструкторских работ на последующих этапах, а также снижения трудоемкости технологической подготовки производства.
В качестве иллюстрации сказанного рассмотрим конкретные примеры.
Стандартное конструктивное решение для проектирования головки блока цилиндров имеет в своем составе геометрию камеры сгорания, расположение клапанов, свечей и инжекторов (рис. 3). В это решение заложен механизм реагирования на изменение входных параметров решения. Этот механизм базируется на так называемых аналитических элементах (Analysis Feature), задаваемых в Pro/ENGINEER. С их помощью описываются правила поведения для данного стандартного решения – например, контролируется минимальное расстояние между клапанами и отверстиями для свечей; так же введен и контроль степени сжатия, а для впускного и выпускного канала заложены правила оптимального соотношения входного и выходного сечений.
 Рис. 3. В типовом конструктивном решении для головки блока внесены аналитические элементы, и заданы правила их ограничения. В данном случае применен тип анализа, называемый Multi-Objective Design Study. Задавая значения или области допустимых значений управляющих критериев (входных параметров и результатов анализа), конструктор получает оптимальное решение для конкретной проектируемой модели двигателя |
Еще один пример относится к типовой подсистеме "секция коленчатого вала – шатун – поршень". При проектировании подсистемы были заданы критичные размеры и правила оптимального расположения центра масс. Более того, поскольку расчетный модуль Structural and Thermal Simulation является неотъемлемой частью системы Pro/E, в качестве правил можно заложить расчетные схемы для комбинированного прочностного и теплового анализа. Они также сохраняются как элементы истории построения каждой модели (рис. 4).
 Рис. 4. Расчетная модель сохраняется как элемент истории построения, ассоциативный с геометрией |
Для описания поведения детали, узла, конструктивного решения не требуется знания языков программирования или обширных познаний в области конечно-элементного анализа. Средства описания правил просты и легки в освоении.
В системе Pro/ENGINEER реализован переход от типовых параметризованных элементов к элементам, управляемым инженерными критериями. В результате создается задел в виде централизованной базы шаблонов конструктивных решений и узлов, наделенных знанием о функциональном предназначении.
Взятое из базы данных типовое решение подключается посредством команды Declare к таблице глобальных параметров (Layout) текущего проекта и становится его частью, подчиняясь общей системе управления через глобальные параметры.
Пройдя стадию эскизного проектирования, изделие (представляющее собой шаблон, состоящий из двумерной компоновки, трехмерной мастер-геометрии, а также стандартных элементов и решений) сохраняется в базе данных и переводится на стадию рабочего проектирования.
В следующем номере мы расскажем о второй стадии процесса проектирования изделия – этапе рабочего проектирования.