Система CATIA

1
6.2.3. Система CATIA
Разработчиком данной системы является корпорация IBM. Она создала
крупный центр для разработок в области судостроения (IBM Shipbuilding
Competency Center), основной задачей которого являются аналитические
исследования и техническое сопровождение в области судостроения. В штате
центра работают специалисты, имеющие опыт работы в судостроительной
промышленности и знакомые с проектированием корпуса и другими областями
деятельности, относящимися к судостроению.
Тесное сотрудничество с компанией Dassault Systems, одним из основных
разработчиков CAD/CAM систем для машиностроения, строительства и анализа
деятельности
предприятия,
позволило
IBM
создать
собственную
интегрированную систему для судостроения.
Решение IBM в области судостроения базируется на системе CATIA,
технологиях Dassault Systems и других фирм. В комплексе это представляет
собой единую систему, приложения которой обеспечивают:
концептуальное проектирование;
эскизное и рабочее проектирование;
проектирование и размещение механических систем;
трассировку трубопроводов и размещение оборудования;
планирование производства;
подготовку данных для станков с ЧПУ;
моделирование производственных процессов.
CATIA представляет собой набор CAD/CAM/CAE приложений общего
назначения, базирующихся на технологии твердотельного моделирования с
интегрированным моделированием поверхностей. В дополнение к CAD системе
машиностроительного назначения CATIA поддерживает трассировку кабелей,
инженерный анализ и подготовку данных для станков с ЧПУ.
Там, где у IBM не было своих решений, например в концептуальном
проектировании корпуса, в систему интегрировались продукты третьих фирм,
зарекомендовавшие себя у судостроителей. Сюда были включены приложения,
поддерживающие проектирование строительных конструкций, трубопроводов,
автоматизацию и моделирование производственных процессов – продукты
фирмы Deneb, управление данными продукта (Product Data Management – PDM)
– разработчик фирма Enovia.
Все решения основывались на большом опыте IBM и Dassault Systems в
использовании систем CAD/СAM (прежде всего, в строительстве) и CATIA в
машиностроении, многие из которых хорошо зарекомендовали себя в других
отраслях: проектирование поверхностей – в аэрокосмической и автомобильной
промышленности, размещение оборудования и трассировка трубопроводов – в
строительстве, моделирование производственных процессов – во многих
2
отраслях промышленности, проектирование конструкций – в машиностроении и
строительстве.
Для использования системы IBM в судостроительной промышленности
разработан ряд приложений:
Plant Structure Design – проектирование, размещение силовой установки.
Hull Steelwork supports the design of a ship’s structural elements –
проектирование стальных конструкций судна.
Process – процесс.
Hvac – оборудование.
Electrical – электротехника.
Project Drawings – чертежные работы проекта.
Процесс проектирования судна основывается на определении каркасной
модели корпуса. Здесь используется методология моделирования поверхностей
CATIA. Форма корпуса может быть импортирована в формате IGES из других
приложений по проектированию формы корпуса (Napa, Maxsurf и Fast Ship и
др.). Система CATIA предоставляет ряд возможностей по моделированию и
анализу поверхностей, позволяющих пользователям:
импортировать поверхности в нескольких форматах;
создавать поверхности по граничным данным;
строить много – сегментные поверхности;
сопрягать поверхности по множеству точек;
сопрягать созданные поверхности;
объединять сегменты и разделять поверхности на множество сегментов;
сглаживать поверхности;
разрезать, подгонять и делить поверхности;
сохранять непрерывность на границах;
устранять разрывы;
оценивать характеристики поверхностей (площадь, центр тяжести и другие);
растягивать поверхность с целью изменения ее формы;
зеркально отражать поверхности;
исследовать кривизну поверхностей;
отслеживать отверстия, разрывы и пересечения сегментов поверхностей.
Каркасная модель, лежащая в основе формы корпуса, дает возможность
автоматизировать многие процессы проектирования. Так, например,
автоматически определяются границы и элементы конструкций на поверхности
корпуса. Ассоциативные и объектно-ориентированные связи между различными
стадиями проектирования используются для автоматического изменения
элементов конструкций в процессе проектирования формы корпуса, переборок
и др.
Система позволяет пользователю разделять судно на строительные районы,
секции, флоры, палубы. Мощным средством проектирования CATIA является
3
возможность разделять процесс проектирования на рабочие зоны. Деление на
зоны может производиться по следующим признакам:
географическому (координаты, палубы, переборки, районы, флоры и т.д.);
технологическим признакам конструкции;
электрооборудованию;
механизмам;
желанию пользователя.
Эта возможность позволяет ограничивать объем информации, необходимой
для работы с выбранными зонами, ускорять процесс проектирования за счет
уменьшения погрешностей, вызванных необходимостью исследования
большого объема информации, что поможет проектантам легко проверять
внутренние связи между различными судовыми системами такими, как
кабельные, трубопроводы, элементы конструкций. Объемы, весовые
характеристики, центры тяжести и другие характеристики могут быть
рассчитаны для каждой зоны.
Для дальнейшего упрощения и ускорения доступа к данным IBM предлагает
альтернативное геометрическое представление любого элемента или сборочной
единицы. Например, сложная сборочная единица может быть представлена как
множество подробных геометрических моделей либо как альтернативное
представление в виде "черного ящика" с подробными связями. Проектанты
могут переключаться с одного представления на другое в любое время.
Для того, чтобы помочь пользователям перемещаться в сложном проекте,
IBM разработала броузер, получивший название граф сборочных
спецификаций, который демонстрирует сборочные единицы, компоненты,
зоны, базы знаний и правила, информацию по подготовке производства и
анализ, а также много других элементов иерархического графа. Пользователи
могут перемещаться по дереву в поисках необходимой информации. Система
имеет возможность проверки на пересечения. Все типы геометрических
моделей могут быть протестированы: конструкции, оборудование, кабели,
трубопроводы и др. Пересечения изображаются графически, могут вычисляться
в динамике, что позволяет проверять механизмы.
IBM сотрудничает с верфями и проектными центрами по согласованию
стандартов на постройку судов. Это прежде всего относится к выполнению
чертежей конструкций.
Программные продукты IBM для судостроения обеспечивают широкий
спектр возможностей по проектированию и постройке судов. Dassault Systems
продолжает разрабатывать свои продукты, добавляя новые возможности и
интегрируя с другими продуктами. Компания уверена, что судостроительная
отрасль будет и в дальнейшем потребителем современных технологий.
Преимущества от использования решений IBM для судостроения значительно
превосходят затраты на поставку и внедрение. Для некоторых
4
судостроительных предприятий использование этих программных продуктов
помогает повысить их конкурентоспособность.
6.2.4. Система COMPUTERVISION
COMPUTERVISION является крупным поставщиком систем автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и
управления инженерными данными для судостроительной промышленности.
COMPUTERVISION обеспечивает поддержку проектантам-судостроителям по
разработке изделия и управления данными на протяжении всего жизненного
цикла изделия.
COMPUTERVISION в настоящее время поставляет программное
обеспечение для поддержки всего жизненного цикла судна, включающего в
себя разработку предэскизного, эскизного, технического и рабочего проектов,
постройку, эксплуатацию, ремонт, переоснащение и утилизацию.
Структура ИМС, которую предлагает система COMPUTERVISION,
представлена на рис.6.3.
ИМС содержит всю информацию, хранящуюся в виртуальной базе данных,
которая связана с судном. Вся информация управляется и контролируется с
помощью системы управления инженерными данными (EDM). В ее состав
входит четыре основных компонента:
1. Графика. Графическая информация содержит описание геометрии и
материалов судна и создается с помощью системы CADDS. Система включает в
себя мощное программное обеспечение. Графическая информация может быть
трехмерной или двухмерной, параметрической или "в размер". Кроме
графической информации, в базу данных может быть добавлено
неограниченное количество атрибутной информации. Формируются выходные
чертежные документы.
2. Базы данных. Информация баз данных обычно содержит такие текстовые
данные, как ведомости заказа материалов, перечни деталей, каталоги с
ограничительными перечнями применяемых компонентов.
3. Передача данных. Система COMPUTERVISION поставляет программное
обеспечение для прямой передачи данных в другие
системы
автоматизированного проектирования и технологической подготовки
производства. Для таких операций оказывается полезным применение мощного
языка макрокоманд CVmac.
4. Концепция. Это интеграция быстро развивающихся технологий:
визуализации, виртуальной реальности, гиперсреды, системы баз знаний и
экспертные системы. COMPUTERVISION поставляет свою собственную
программу визуализации – CVpvs. Программа позволяет осуществлять
"прогулки" внутри модели в интерактивном режиме, определять наложение
объектов друг на друга и расстояния между ними, проверять установку
5
оборудования и удалять трассы систем, создавать видеоизображение.
COMPUTERVISION поставляет программный продукт "Визуализация",
который позволяет создавать интегрированную мультисреду.
Программное обеспечение используется для разработки и представления
проекта судна на этапе формирования "модели изделия". Это обеспечение
позволяет проектантам и конструкторам выполнять свою работу, начиная с
эскизного проекта до рабочего проекта включительно.
Программное обеспечение фирмы COMPUTERVISION применяется во
многих
отраслях
промышленности,
включая
аэрокосмическую
и
автомобильную.
Новый программный продукт, называемый CV Ship, обеспечивает:
1. Разработку всего проекта судна с учетом всех специализаций и их
взаимосвязи между собой в среде параллельной разработки.
2. Формирование электронной "модели изделия" всего судна, которая
содержит всю необходимую технологическую информацию и может быть
доступна всем пользователям.
3. Формирование выходной документации, форма и содержание которой
удовлетворяют требованиям конечных пользователей.
В настоящее время CV Ship включает следующие основные модули:
1. CV Ship Environment (Среда CV Ship) – для создания среды пользователя,
которая может быть приспособлена для конкретных потребностей каждого
пользователя на судостроительном предприятии.
2. CV Hull (CV Корпус) – для формирования информации, необходимой для
эскизного проекта до технологической подготовки проектирования
конструкции судна на всех стадиях подготовки производства и данных для
сборки.
3. CV Ship Outfitting (Насыщение CV Ship) – для улучшения программного
обеспечения по формированию судовых систем.
Рассмотрим более подробно возможности некоторых из модулей.
CV Hull разработан на основе требований предприятий, которые заняты в
военном и гражданском судостроении. В его основе новое программное
обеспечение CADDS, которое определяет конструкцию корпуса в
параметрической среде. Разработано оно с учетом следующих основных
требований:
на стадии эскизного проекта
обеспечение возможности эффективного формирования вариантов проекта;
формирование данных для планирования расписания верфи;
на стадии технического проекта
автоматизация определения полотнищ и деталей секций;
интеграция конструкций корпуса с другими проектными специализациями;
на стадии технологической подготовки производства
6
автоматизация формирования выходной документации и данных, которые
соответствуют возможностям верфи.
CV Ship Outfitting включает в себя следующие прикладные программы:
трубопроводные системы – двухмерные схемы, трехмерное размещение с
помощью задания трасс осевых линий, формирование изометрических
чертежей;
система отопления, вентиляции и кондиционирования (UVHC) – двух- и
трехмерное размещение с помощью задания трасс осевых линий,
автоматическая развертка стандартного насыщения и формирования данных для
резки на оборудовании с ЧПУ;
электрочасть – двухмерные схемы, ввод данных в предпочтительные
системы прокладки кабеля, трехмерное размещение кабельных трасс и жгутов.
Все специализации, занимающиеся насыщением, могут иметь доступ к своим
данным. Насыщение может быть показано вместе с конструкциями корпуса для
проверки взаимопересечений объектов.
6.2.5. Система NUPAS
Разработчиком системы NUPAS является финская фирма NUPASCADMATIC.
Система, представляет собой мощное средство, позволяющее автоматизировать весь процесс от проектирования до постройки судна и состоит из
набора модулей, объединенных в группы по функциональному назначению.
Модули взаимодействуют между собой через общую базу данных – ИМС, в
которой хранится вся информация о судне: форма корпуса, расположение
оборудования, списки деталей, расположение сварных швов.
С помощью группы модулей "Интеграция и обмен данными" возможен
обмен данными с другими CAD/CAM системами. Общая структура системы
приведена на рис.6.4.
Группа модулей "Конструирование и проектирование". Данная группа
состоит из набора модулей, позволяющих конструктору подготовить всю
информацию по изделию, до запуска в производство. Базовая модель системы
NUPAS-CADMATIC 2D-Contek (Генерация трехмерной модели корпуса)
позволяет сгенерировать трехмерную модель корпуса.
С использованием модулей NUPAS-CADMATIC 3D-Show Extended
(Проектирование корпусного набора) и NUPAS-CADMATIC 3D-Contek
(Трехмерное проектирование корпусных конструкций), на основании уже
созданной трехмерной модели, осуществляется проектирование корпусного
набора и корпусных конструкций. За подготовку всех чертежей по корпусу
отвечает модуль NUPAS-CADMATIC Plantek. Модуль позволяет получить
чертеж общего расположения, чертеж мидель-шпангоута, схему безопасности,
расположение палуб, схему люков и т.д. Для проектирования трубопроводов
7
предназначен модуль NUPAS-CADMATIC Diagram. Это целая система для
конструирования трубопроводов и связанного с ними оборудования. В качестве
выходных документов модуль создает схемы прокладки трубопроводов, схемы
расположения оборудования, списки клапанов и других элементов.
Благодаря модулю NUPAS-CADMATIC Plant Modeller существует
возможность трехмерного моделирования расположения судовых машин и
механизмов. Модуль выдает чертежи расположения машин, механизмов, списки
материалов и оборудования, аксонометрические, перспективные проекции и
эскизы.
Группа модулей "Производство". Модули данной группы позволяют
автоматизировать процесс запуска изделия в производство.
Модуль NUPAS-CADMATIC Cam Part Lists дает возможность управлять
всей информацией по сборочным единицам: число сборочных единиц, вес,
расположение. С помощью NUPAS-CADMATIC Autopart (Генерация деталей
набора и обшивки) автоматически генерируются листовые элементы обшивки
корпуса. Геометрическая информация содержит все необходимое для плазовых
работ – разметку, вырезы и т.д. Из модели корпуса автоматически генерируются
детали набора. Необходимые балки получаются из стандартных профилей.
Модуль NUPAS-CADMATIC Seams & Butts (Швы и кромки) позволяет
добавлять сварные швы и кромки листов в базу данных модели и свободных
кромок листов обшивки, с использованием модуля NUPAS-CADMATIC Shell
Plates (Листы обшивки) все листовые детали пересчитываются в плоские
заготовки. Программное обеспечение отслеживает изменениея длины деталей и
предоставляет всю информацию по изгибу в табличной форме.
Для оптимизации резки листового материала предназначен специальный
модуль NUPAS-CADMATIC Nesting (Резка листов). Модуль позволяет
формировать данные для газовых, плазменных и лазерных резательных станков.
Предоставляет такие возможности, как нанесение разметки – маркировка,
оптимизация контуров, вычисление длины разрезов и т.д.
NUPAS-CADMATIC Pipe (Производство и монтаж трубопроводов) – это
работающий с базой данных модуль, который позволяет эффективно генерировать изометрические чертежи, списки материалов и другую
информацию, необходимую для производства и монтажа трубопроводов.
Группа модулей "Интеграция и обмен данными". Эта группа имеет два
типа модулей: первый для обмена данными с другими CAD/CAM системами,
второй – для обмена данными между модулями самой системы.
Hull Shape – позволяет импортировать форму корпуса из других
CAD/CAM-систем (Napa, SARC, 3D-PXF и т.д.).
2D-DXF Plantek – дает возможность обмениваться двухмерными чертежами
с другими системами в формате 2D-DXF.
8
3D NUPAS-CADMATIC IN/DUT – обеспечивает ввод данных из одного
модуля системы в другой. Например, позволяет вводить в модуль Plant Modeller
(Проектирование судовых систем) трехмерную модель корпуса из модуля Hull.
Программное обеспечение NUPAS-CADMATIC является достаточно
эффективной системой автоматизированного проектирования и подготовки
производства. Ее внедрение может не только повысить производительность
труда конструкторов и проектировщиков, но и улучшить технологическую
подготовку производства.
Если на предприятии существуют автоматизированные системы управления производством и станки с ЧПУ, то система NUPAS-CADMATIC
способна активно с ними взаимодействовать, сокращая прохождение изделием
жизненного цикла – от проектирования до производства.
6.3. Подготовка производства на основе САПР/АСТПП
Конечной целью внедрения любого программного обеспечения является
снижение затрат на производство путем повышения производительности труда
на стадии проектирования и строительства.
Используемая в последнее время на судостроительных предприятиях
интегрированная система TRIBON предназначена для автоматизации процесса
проектирования и постройки судна. Один из основных модулей системы
обеспечивает разработку проектно-конструкторской документации и
технологической подготовки производства (модуль Work Preparation – WP). В
системе TRIBON все модули тесно взаимосвязаны, что позволяет использовать
информацию и инженерам-конструкторам и инженерам-технологам. При этом
важно отметить, что любые изменения ИМС, будь то модернизация отдельных
узлов или замена материалов, становятся сразу известными для всех участников
процесса создания судна.
Система TRIBON обеспечивает:
взаимосвязь проектной и конструкторско-технологической информации;
выдачу полного объема информации об изготавливаемых деталях и узлах
строящегося судна;
хранение ассоциативных связей между объектами ИМС.
Основное назначение модуля WP – представление информации
конструкторской и технологической подготовки постройки судна. Информация
представляется в виде иерархической структуры сборочных единиц.
Использование модуля WP позволяет получать необходимые для производства
документы: спецификации, сборочные чертежи, расчет веса и центра тяжести
конструкций, а также описывать технологию процесса сборки.
Реализация этих функций модуля WP основана на способности создавать,
хранить и получать данные, относящиеся к структуре сборочных единиц из
ИМС. При этом структура сложного объекта представляется в виде дерева
9
сборочных узлов, состав которых определяется требованиями производства на
конкретном предприятии.
Дерево состоит из сборочных узлов и деталей, а корневой узел представляет
собой все проектируемое судно. Листьями древовидной структуры сборочных
узлов являются объекты, определенные в различных модулях системы TRIBON.
При этом соблюдается принцип единства хранения информации. Благодаря
этому внесение изменений в конструкцию детали или узла автоматически
учитываются во всех элементах конструкции изделия в целом, где
задействованы эти детали.
Каждая сборочная единица имеет имя, причем система контролирует
отсутствие повторяемости имен в пределах сборочного узла и обеспечивает
следующие операции со сборочными узлами:
создание сборочного узла – узел создается "с нуля" и помещается в
определяемое пользователем место в структуре изделия;
удаление сборочного узла – при этом удаляются все входящие в него
подузлы с составляющими их деталями; данная операция воздействует только
на сборочную структуру изделия, а не удаляет данные из модели;
изменение положения узла в иерархической структуре изделия;
копирование сборочного узла – создается новый узел, при этом копируются
все свойства существующего узла;
переименование узла;
редактирование узла.
После формирования общей структуры дерева сборочных узлов и
определения всех составляющих его деталей можно задавать связи между
сборочными узлами и деталями модели. Это можно сделать путем выбора
деталей в графическом представлении ИМС и связыванием их с конкретным
узлом в иерархии сборочных единиц. При этом можно пользоваться
различными фильтрами, позволяющими отбирать детали из модели в
соответствии с определенными пользователем критериями. Кроме того, можно
вручную вводить ссылки на внешние детали, т.е. детали, не определенные в
модели.
Как и все составляющие информационной модели, данные модуля WP
хранятся в банке данных, обеспечивающем многопользовательский доступ, что
имеет первостепенное значение для организации работ над проектами. При этом
сохраняются все механизмы защиты целостности данных, т.е. система
устойчива к внесению противоречащих друг другу изменений разными
пользователями. Несмотря на это, структуру дерева сборочных узлов
необходимо тщательно продумывать с целью избежания многочисленных
взаимных блокировок при многопользовательском доступе к взаимосвязанным
узлам.
Выходные документы модуля WP. Спецификация сборочного узла.
10
В модуле WP под спецификацией сборочного узла понимается отчет,
получаемый по данным, хранящимся в информационной модели, содержащей
перечень всех подузлов и деталей, входящих в заданный сборочный узел. По
желанию пользователя в этот отчет можно включать все атрибуты и описания,
связанные со сборочным узлом.
Сборочный чертеж. С учетом требований производства для каждого
участка можно выпускать чертеж на те узлы, которые там фактически
собираются.
Внедрение модуля TRIBON Work Preparation в составе интегрированной
CAD/CAM системы окажет существенное влияние на интенсификацию
процесса технологической подготовки производства и рационализацию
документооборота между проектными подразделениями и производственными
участками. Существенной особенностью системы TRIBON является интеграция
в
общей
модели
проектно-конструкторского
и
конструкторскотехнологического подразделений. Период технологической подготовки
производства можно сократить не только за счет автоматизации и ускорения
выполнения отдельных операций, но и за счет некоторого распараллеливания
выполняемых работ. Так, концепция модуля WP предусматривает определение
стратегии постройки судна на ранних этапах проектирования, когда отсутствует
детальная информация по каждому узлу. Листья дерева сборочных узлов можно
связывать с деталями, хранящимися в модели по мере появления достаточной
для этого информации.
Изменяется также структура потока документов из проектного центра к
производственным участкам. При этом увеличивается количество видов
документов, а количество экземпляров каждого документа сократится с 12...18
копий, в зависимости от вида документа, до двух. Таким образом,
документооборот становится более адресным и информативным, так как
каждый производственный участок будет получать только необходимую ему
информацию по сборке в готовом виде, а не извлекать ее из чертежа,
охватывающего большое количество узлов. В свою очередь реализуется
принцип "нужная информация в нужном месте".
Эти свойства модуля WP позволяют ему сыграть значительную роль в
сокращении построечной стоимости судов. Для наиболее успешного его
применения требуется внести ряд изменений в структуру сложившихся
процессов судостроительного производства и соответственно изменить роль и
задачи подразделений, участвующих в технологической подготовке
производства.