16

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень ускорения научно-технического прогресса общества. Развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) опирается на прочную научно-техническую базу.

Это - современные средства вычислительньной техники, новые способы представления и обработки информации, создание новых численных методов решения инженерных задач и оптимизации. Системы автоматизированного проектирования дают возможность на основе новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать и совершенствовать методологию проектирования, стимулировать развитие математической теории проектирования сложных систем и объектов. В настоящее время созданы и применяются в основном средства и методы, обеспечивающие автоматизацию рутинных процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, преобразование технических чертежей, построение графических изображений и т.д..

1. Описание видов обеспечения САПР

Составные части САПР

Система автоматизированного проектирования (САПР) - это совокупность средств и методов для осуществления автоматизированного проектирования. Она состоит из нескольких составных частей, называемых техническим, математическим, программным, лингвистическим, информационным, методическим и организационным обеспечением .

Техническое обеспечение САПР - представляет собой совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих технических средств, предназначенных для выполнения автоматизированного проектирования. Техническое обеспечение делится на группы средств программной обработки данных, подготовки и ввода данных, средств отображения и документирования, архива проектных решений, средств передачи данных.

Средства программной обработки данных представлены процессорами и запоминающими устройствами, т.е. устройствами ЭВМ, в которых реализуются преобразования данных и программное управление вычислениями. Средства подготовки, ввода, отображения и документирования данных служат для общения человека с ЭВМ. Средства архива проектных решений представлены внешними запоминающими устройствами. Средства передачи данных используются для организации связей между территориально разнесенными ЭВМ и терминалами (оконечными пунктами).

Математическое обеспечение САПР - включает в себя математические модели (ММ) проектируемых объектов, методы и алгоритмы проектных процедур, используемые при автоматизированном проектировании. Элементы математического проектирования САПР чрезвычайно разнообразны. К ним относятся принципы построения функциональных моделей, методы численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений, постановки экстремальных задач, поиска экстремума и т.д. Специфика предметных областей проявляется, прежде всего, в ММ проектируемых объектов, она заметна и в способах решения задач структурного синтеза. Формы представления математического обеспечения также довольно разнообразны, но его практическое использование происходит после реализации в программном обеспечении.

Программное обеспечение САПР - объединяет собственно программы для систем обработки данных на машинных носителях и программную документацию, необходимую для эксплуатации программы. Программное обеспечение (ПО) делится на общесистемное, базовое и прикладное (специальное). Общесистемное ПО предназначено для организации функционирования технических средств, т.е. для планирования и управления вычислительным процессом, распределения имеющихся ресурсов, и представлено операционными системами ЭВМ и ВС. Общесистемное ПО обычно создается для многих приложений и специфики САПР не отражает. Базовое и прикладное ПО создаются для нужд САПР. В базовое ПО входят программы, обеспечивающие правильное функционирование прикладных программ.

В прикладном ПО реализуется математическое обеспечение для непосредственного выполнения проектных процедур. Прикладное ПО обычно имеет форму пакетов прикладных программ (ППП), каждый из которых обслуживает определенный этап процесса проектирования или группу однотипных задач внутри различных этапов.

Информационное обеспечение САПР - объединяет всевозможные данные, необходимые для выполнения автоматизированного проектирования. Эти данные могут быть представлены в виде тех или иных документов на различных носителях, содержащих сведения справочного характера о материалах, комплектующих изделиях, типовых проектных решениях, параметрах элементов, сведения о состоянии текущих разработок в виде промежуточных и окончательных проектных решений, структур и параметров проектируемых объектов и т.п. Основная часть информационного обеспечения САПР - банк данных, представляющий собой совокупность средств для централизованного накопления и коллективного использования данных в САПР. Банк данных (БНД) состоит из базы данных и системы управления базой данных.

База данных (БД) - сами данные, находящиеся в запоминающих устройствах ЭВМ и структурированные в соответствии с принятыми в данной БД правилами. Система управления базой данных (СУБД) - совокупность программных средств, обеспечивающих функционирование БД. С помощью СУБД производятся запись данных в БД, их выборка по запросам пользователей и прикладных программ, обеспечивается защита данных от искажений, несанкционированного доступа и т.п.

Лингвистическое обеспечение САПР - представлено совокупностью языков, применяемых для описания процедур автоматизированного проектирования и проектных решений. Основная часть лингвистического обеспечения - языки общения человека с ЭВМ.

Методическое обеспечение САПР - составляют документы, характеризующие состав, правила отбора и эксплуатации средств автоматизированного проектирования. Допускается более широкое толкование понятия методического обеспечения, при котором под методическим обеспечением подразумевают совокупность математического, лингвистического обеспечения и названных документов, реализующих правила использования средств проектирования.

Организационное обеспечение САПР - включает положения, инструкции, приказы, штатные расписания, квалификационные требования и другие документы, регламентирующие организационную структуру подразделений проектной организации и их взаимодействие с комплексом средств автоматизированного проектирования.

2.Критерии оценки САПР

Очевидно, что выбрать оптимальную САПР достаточно сложно, тем более что на рынке имеется множество систем, которые, на первый взгляд, делают одно и то же. Иногда САПР приобретается исходя из каких-то субъективных впечатлений, часто - благодаря эффектной подаче системы, ее слабые места начинают проявляться в процессе работы. Поэтому очень важно иметь объективные критерии, по которым можно оценить систему и сделать сознательный выбор.

К объективным можно отнести следующие критерии:

1. Перечень автоматизируемых этапов цикла «проектирование - подготовка производства - производство - учет и контроль - сбыт - планирование».

2. Используемые принципы автоматизации каждого этапа и их реализация в системе.

3. Наличие и характер связи между этапами.

Первый критерий показывает, что именно система автоматизирует, второй и третий отражают, как это делается. Поэтому для оценки САПР в целом необходимо проанализировать решение каждого этапа и взаимосвязь между ними.

В данной публикации рассматривается автоматизация конструирования, как одного из наиболее важных, сложных и трудоемких процессов этапа проектирования изделий. При конструировании выполняются следующие работы:

1. Разработка базовой конструкции изделия в одном размере.

2. Разработка модельной конструкции и лекал изделия.

3. Внесение изменений в конструкцию и лекала после примерки или при разработке новой модели на основе лекал ранее созданной модели; разработка производных и вспомогательных лекал.

4. Получение лекал в требуемом диапазоне размеров и ростов, в том числе и на индивидуальную фигуру; разработка табеля мер и другой документации.

Принципы автоматизации процессов конструирования и качество их реализации в системе обусловливают степень автоматизации процесса, производительность труда, точность построения, необходимое количество рабочих мест и периферийного оборудования для выполнения одинаковой работы. Даже при самом высоком качестве разработки, продуманности, "дружественности к пользователю" невозможно устранить недостатки основополагающих принципов системы.

САПР можно разделить на 4 типа в зависимости от того, какие принципы заложены при создании их программного обеспечения на этапе конструирования. Рассмотрим, как решаются эти задачи в САПР различных типов.

САПР, которые можно отнести к первому типу, как бы повторяют часть традиционной технологии работы конструктора, оставляя за рамками автоматизации процесс разработки первичных конструкций изделий. Например, у конструктора есть бумажные лекала, но нет записанного процесса их получения (методики построения и конкретных величин конструктивных параметров - прибавок, коэффициентов и т.д.). Эти лекала можно модифицировать методами конструктивного моделирования, например, изменить положение вытачек, ввести дополнительные членения, складки, сборки и т.д. Для этого на лекала наносятся модельные линии, по которым они разрезаются, передвигаются, затем обводятся новые контуры. После примерки в лекала обычно вносятся уточнения: где-то срезается, где-то добавляется, где-то изменяется конфигурация линии и т.д. Для получения лекал в диапазоне размеров конструктор продумывает, как должны перемещаться узловые точки контуров деталей от размера к размеру и от роста к росту; проставляет эти точки, вычерчивает новые линии контуров, проверяет их длину, сопряжение соответствующих срезов в каждом размере, при необходимости - уточняет положение некоторых точек и конфигурацию контуров. Получение лекал на индивидуальную фигуру тоже может осуществляться с использованием графических приемов, если конструктор знает, как при имеющихся отклонениях от размеров и формы типовой фигуры должна изменяться созданная на нее конструкция.

Практически по такому же принципу работают САПР первого типа. Информация о созданных вручную лекалах вводится в систему через периферийные устройства (дигитайзер, сканнер). Модификация лекал производится с помощью графических программ. Получение лекал в диапазоне размеров осуществляется путем создания (или выбора) для каждой конструктивной точки контура лекала правил перемещения (правила/нормы градации). После выполнения системой градации конструктор обязательно должен проверить длины, конфигурацию, сопряжения срезов во всех размерах, и при необходимости, откорректировать правила градации и повторить операцию.

В ряде подобных САПР для ускорения процесса разработки моделей в базе данных имеются конструкции изделий различных ассортиментных и половозрастных групп (как бы набор готовых выкроек). Но при разработке конкретной модели зачастую необходимо изменить некоторые параметры, заложенные в конструкцию, например, уменьшить прибавки по груди или к глубине проймы и ширине рукава, что не всегда можно получить графическим преобразованием готовой основы. Таким образом, в САПР первого типа, по-прежнему остается большая доля ручной работы, в том числе достаточно напряженной и рутинной - коэффициент автоматизации у них недостаточно высок.

В САПР, которые можно отнести ко второму типу, для ускорения получения базовых основ с конкретными параметрами предусмотрены автоматический расчет и построение основ конструкций (а иногда и выполнение отдельных элементов конструктивного моделирования) по конкретным, зашитым в программу, методикам, т.е. аналитическим способом. При этом пользователь может задать значения тех параметров, которые выведены разработчиком на экран. Моделирование целиком (или частично) осуществляется с помощью графических приемов.

Первым существенным недостатком этого подхода является отсутствие внутренней связи между аналитическим и графическим этапами разработки модели. Исходная для графического построения основа является подвижной, изменяемой (при задании других значений параметров), а графическое построение, привязанное к конкретным координатам точек и линий - одноразовой, неизменяемой «надстройкой». Поэтому, если, в результате примерки, понадобилось уточнить какой-либо параметр основы конструкции - например, прибавку, система перестроит основу, но вся графическая «надстройка», а иногда это значительная часть работы - исчезнет.

Вторым существенным недостатком этого подхода является закрытость системы, в частности, используемых методик построения. Т.е. можно получить основы только тех изделий, и только тем способом, как предусмотрено в системе. Например, если в систему заложено построение основ конструкций женских изделий по ЕМКО СЭВ или Мюллера, то основу по другим методикам вообще нельзя построить. А, как известно, не существует ни одной универсальной методики, гарантирующей без каких-либо изменений требуемое качество посадки разнообразных изделий из различных материалов. Кроме того, нельзя получить изделия других ассортиментных и половозрастных групп, например, мужских и детских. Для этих случаев системы второго типа работают как САПР первого типа

Третьим недостатком является традиционный способ получения лекал в диапазоне размеров, т.е. необходимость присвоения правил градации точкам и все связанные с этим «удовольствия».

Поэтому в некоторых системах, которые можно отнести к третьему типу, пытаются по-другому соединить аналитический и графический подходы. В этих системах можно записывать формулы и задавать переменные (Х1, Х2 и т.д.) для определения координат основных конструктивных точек. Более сложные построения пользователь выполняет в графическом режиме, а система запоминает выполненные действия (записывает так называемый протокол). При необходимости можно изменить значения переменной - система перестроит чертеж. При задании других значений измерений фигуры конструкция автоматически перестраивается в соответствии с созданной аналитической записью процесса и выполненными графическими действиями. В принципе, можно построить базовую основу конструкции по любой, устраивающей конструктора методике, однако чрезвычайно трудно разработать сложную конструкцию с длинным построением. Например, если в чертеже обнаруживается ошибка, или требуется по-другому выполнить графическую операцию (провести линию через другую точку, полученную в графическом режиме и т.п.), придется удалить (стереть) все графические построения, которые были выполнены после того момента, в который нужно внести исправления. Кроме того, в другом размере или при других значениях переменных какие-то линии могут не пересекаться, точки - не попадать на линии или наоборот. В результате видимая простота использования элементов аналитического и графического построения приводит к тому, что реальная работа в системе (построение, исправление ошибок и неточностей, внесение изменений после примерок, использование разработанных ранее лекал для создания новых моделей) становится трудоемким и очень напряженным процессом. Это объясняется отсутствием однозначной, легко читаемой и редактируемой записи процесса.

К четвертому типу можно отнести системы, в которых используется лишенный указанных недостатков принцип записи конструктором всех действий, которые должна выполнить система (расчетов, введения переменных, графических построений, логических условий), простым и удобным языком с параллельным отображением построения на экране. В аналитической записи для однозначности процесса у каждой точки и линии должно быть имя (задаваемое пользователем или системой). При этом очень важно качество реализации этого принципа в системе, обеспечивающее удобство ее использования, надежность и быстродействие. Должны предоставляться возможности: возврата назад на любое количество шагов и редактирование записи, копирование алгоритма целиком или частями, запись любых комментариев, создание и автоматический расчет необходимой документации (например, табеля мер) и многое другое.

Встречаются высказывания, что создание алгоритма - сложное дело, требующее специального склада ума и квалификации. Отнюдь нет. Любая методика конструирования, которую осваивают в школе, средних и высших учебных заведениях, содержит эти алгоритмы. В ней дана последовательность и описание способов получения точек и линий, при этом, естественно, каждая из них имеет собственное обозначение.

Хорошо разработанная САПР четвертого типа предоставляет возможности для решения всех вышеописанных задач конструирования, являясь высокоинтеллектуальным инструментом, выполняющим техническую, однообразную работу, оставляя за конструктором ее творческую часть. Такая САПР, по сравнению со всеми рассмотренными, обеспечивает максимальный коэффициент автоматизации процессов конструирования.

Например, в несколько раз ускорить проектирование новых моделей позволяет многократное использование повторяющихся в различных моделях процессов построения фрагментов конструкции, записанных конструктором в виде модулей.

Значительно быстрее, проще и с гарантированным качеством осуществляется внесение изменений в конструкцию после примерок и разработка новых моделей на базе ранее созданных. Это объясняется тем, что требуемые изменения вносятся в значения параметров или в текст алгоритма построения основных деталей, при этом производные и вспомогательные детали перестраиваются автоматически.

Комплекты лекал нужных размеров и ростов создаются системой автоматически последовательным выполнением алгоритма для каждого из заданных размеров с использованием соответствующих значений размерных признаков и других переменных. Это занимает от нескольких секунд до пары минут в зависимости от сложности построений, количества деталей, заданного количества размеров и типа компьютера.

Значительным преимуществом является также предоставляемые возможности накопления не только конечного результата в виде базы данных готовых конструкций, но и возможности быстрого просмотра на экране всех стадий построения и описания этого процесса. Благодаря этому конструктор в любой момент может использовать удачные решения в своей работе, например, методики построения различных конструктивных узлов - рукавов, воротников разнообразных покроев (в противном случае многое забывается). Кроме того, обеспечивается преемственность при вводе другого конструктора. Если же, по каким-то соображениям, методика расчета и построения не должна быть доступна другим лицам, алгоритм можно закрыть паролем.

Следующим критерием оценки САПР является наличие и характер связи между автоматизируемыми этапами процесса. В рамках поставленной в статье задачи важно рассмотреть связь между этапами конструирования и остальными, в которых используются данные о конструкции (площадь, конфигурация и количество деталей в модели, длины срезов, швов и др.). Например, что станет с раскладкой лекал, если в конструкцию после составления раскладки внесены уточнения? На различных этапах процесса возможны следующие варианты учета изменений в конструкции:

1. Отсутствие связи - пользователь должен сам отслеживать все изменения в конструкции и вносить изменения в последующую документацию.

2. Неконтролируемая связь - при изменении конструкции система заменяет устаревшие лекала новыми без предупреждения, из-за чего возможны наложения деталей в раскладке и другие технологические нарушения.

3. Частичная связь - система предупреждает о несоответствии новых исходных данных и полученных ранее результатов.

4. Полная связь - система предупреждает об изменениях и автоматически пересчитывает показатели, а если это невозможно без участия человека, выдает об этом сообщение. Например, выбрасывает из раскладки только те измененные детали, которые накладываются на соседние, или ложатся с нарушением заданных технологических зазоров.

Убедиться в объективности вышеописанных критериев можно, если специалисты, предлагающие конкретные САПР, при Вас выполнят на своих системах описанные виды работ на подготовленном Вами примере для сравнения результатов. Чтобы пример был достаточно информативен и не очень трудоемок, в нем обязательно должны присутствовать определенные моменты, которые, собранные в одном примере, могут выглядеть несколько искусственно, но на практике возникают достаточно часто. Поэтому следует выяснить, как они решаются в данной системе.

1. Возможность построения основы конструкции по любой методике. Достаточно проверить, можно ли получить узел разными способами (например, в юбках задать направления линий середины вытачек по вертикали или по перпендикуляру к линии верхнего среза), а также с использованием различных размерных признаков. Например, применить для определения положения балансовых точек верхнего среза юбки, измерения длин от линии талии до пола сзади, сбоку, спереди. Возможность использования любых измерений позволяет не только проектировать одежду на экспорт (что не для всех актуально), но и на индивидуальные фигуры по другим методикам, а также при изменении действующих размерных стандартов. Все стандарты периодически пересматриваются. Например, сейчас разработана новая размерная типология детских фигур, которая существенно отличается от предыдущей. Если размерные стандарты «зашиты» в систему, без разработчиков их нельзя переделать или дополнить новыми.

2. Задание длины и углов сопрягаемых срезов в базовом размере. Получение конструкции в широком диапазоне размеров и ростов. Проверка длины и углов сопрягающихся срезов, проверка конфигурации линий.

3. Возможность реализации логических условий. Например, «если разность между обхватами бедер и талии больше заданной величины, строить две вытачки на заднем полотнище, иначе - одну». Другой пример: «если фактическая посадка по окату рукава больше заданной на величину А, вернуться к началу построения рукава, изменив ширину рукава на В». Цикл должен выполняться до достижения значения посадки, удовлетворяющего условию.

4. Разработка модельной конструкции (МК) на основе базовой. В МК должны быть модельные линии, например, выреза горловины, борта, кокетки и производные или отделочные детали, связанные с модельными линиями (обтачки, подборта, карманы), а также деталь, правила градации которой не берутся напрямую (или в пропорции) из градации основных деталей. Например, деталь, построенная на основе соединения участков двух деталей.

5. Получение лекал в диапазоне размеров и ростов.

6. Корректировка конструкции путем уменьшения величины прибавки и изменения положения и конфигурации модельной линии. Изменение величин припусков на швы.

7. Проверка в измененной конструкции выполнения пунктов 2 (в части проверки длин и сопряжения срезов) и 5.

На рисунке дан пример, который может служить тестом для изучения возможностей различных САПР. Анализируя процесс реализации примера, прикиньте, насколько длиннее и сложнее может оказаться построение и отработка конструкций изделий Вашего ассортимента, и как Вы будете это делать в данной системе.

В заключение хочется выразить надежду, что данная публикация поможет Вам лучше ориентироваться в системах автоматизированного проектирования и сделать выбор, который поможет поднять Ваше производство на качественно новый, более высокий уровень.

Заключение

1. Анализ современного состояния в области автоматизированного проектирования технических систем показал, что в целях повышения эффективности конструкторско-технологической подготовки производства и финансово-хозяйственной деятельности предприятия в целом требуется глубокая конструкторско-технологическая, структурная и организационная перестройка, в целях разработки и создания комплексов функциональных задач САПР.

2. Комплексы функциональных задач САПР обладают рядом особенностей, значительно усложняющих расчет их экономической эффективности, что в свою очередь требует разработки новых подходов и методов в оценке результатов эксплуатации.

3. Проведенные исследования показали, что при формировании эффективной структуры комплекса функциональных задач САПР в качестве критерия следует использовать критерий максимума социально-экономической эффективности.

4. Анализ отечественной и зарубежной экономической литературы показал, что на сегодняшний день не существует эффективной методики оценки эффективности САПР, что определяет необходимость разработки новых подходов и методов в решении данной проблемы.

5. Разработана методика оценки социально-экономических результатов от реализации функциональных задач САПР.

6. Разработана система принятия решений по созданию и внедрению комплекса функциональных задач САПР.

7. Разработан алгоритм последовательности действий при реализации механизма выбора эффективной структуры комплекса функциональных задач САПР.

Литература

1. Булатова Е.Б., Ещенко В.Г., Гладкова Л.М., Журавлева О.В. Сквозное модульное проектирование изделий в САПР «Грация», Швейная промышленность, 2001, №5

2. Сурикова Г. И., Кузьмичев В.Е., Сурикова О.В. САПР «Грация» - универсальный инструмент для проектирования одежды. «В мире оборудования», 2001, №5-6

3. Кузьмичев В.Е., Сурикова Г.И., Ахмедулова Н.И. САПР «Грация» - открытая система с широкими возможностями для проектирования одежды. Швейная промышленность, 2003, № 2