- Вариант первый или "Ставка на монстра"
- Вариант второй или "Ставка на массовость"
- Вариант третий или "Зоопарк"
В последнее время довольно актуальной стала проблема выбора CAD/CAM/CAE-систем для предприятия. Об этом можно судить и по участившимся публикациям.
В чем здесь дело? Во-первых, предприятиям стало однозначно ясно, что без применения элементов автоматизации в области проектирования и производства, дальнейшее существование в условиях конкуренции не возможно.
Во-вторых, самостоятельные разработки в этой области, как правило, стали убыточными или прекратили свое существование вследствие оттока квалифицированных кадров.
В-третьих, несмотря на устоявшиеся авторитеты, cреди CAD/CAM-систем появляются все новые и новые продукты и занимают определенные места на рынке. Это вызывает тревогу у специалистов САПР и раздражение у руководителей предприятий, которым необходимо принять решение.
В публикациях на тему выбора, как правило, рассматриваются технические характеристики различных систем, цены, вопросы поддержки пользователей. Множество статей, написанных в рекламных целях, не редко сбивают с толку. Например, можно прийти к выводу об одинаковых возможностях систем, принадлежащих разным весовым категориям. Вообще принадлежность к тому или иному классу также достаточно условна. Некоторые авторы даже умудряются группировать системы чуть ли не по национальному признаку (сделано в России или нет).
Следует отметить, что успех системы на каком-либо предприятии не может являться абсолютным критерием оценки качества продукта. Очевидно, что для каждого предприятия, конструкторского бюро или цеха существует свой спектр решаемых задач, свои приоритеты, свое распределение объемов производства.
Возможно ли при существующем разнообразии найти общие рекомендации к проблеме выбора CAD/CAM-систем?
Попытаемся отвлечься от конкретных продуктов, предлагаемых на рынке, и рассмотрим ряд абстрактных характеристик, свойственных этой задаче.
Спектр решаемых задач (виды работ)
Для большинства предприятий и научно-производственных объединений основные задачи, которые подпадают под концепцию автоматизации с помощью CAD/CAM/CAE-систем можно разделить на следующие крупные группы:
Как правило, любой из сотрудников предприятия связан сразу с несколькими видами деятельности. Например, инженер-конструктор производит и геометрические (провязки), и оформительские (выпуск чертежа и спецификации), и расчетные (расчет прочности по упрощенным моделям), и информационные (подбор стандартных элементов) работы. Наиболее современные предприятия стремятся сосредоточить в руках одного человека не только конструкторские, но и технологические задачи. Все чаще можно встретить конструктора, доводящего свои разработки до управляющих программ для станков с ЧПУ.
Если произвести анализ затрат на выполнение различных видов работ, то можно получить график распределения затрат по спектру решаемых задач. В качестве иллюстрации приведем график затрат на различные виды механообработки для обычного предприятия.
Относительная эффективность системы
Под относительной эффективностью E решения задачи i будем понимать соотношение:
Ei = (Ti-Tsi)/Ti,
где:
Далее термин "относительная" для краткости опускаем.
Величина Ei, как правило, изменяется в интервале от 0 до 1. Если ее значение отрицательное, то либо система не эффективна для решения данной задачи, либо измерения сделаны в период еще не завершившегося внедрения или же вообще неверны.
Достижение же единицы означает беззатратное решение задачи и является теоретическим пределом.
В качестве примера приведем график эффективности выполнения "тяжелой" CAD/CAM-системой задач механообработки различной сложности.
Рассмотрим два крайних варианта распределения эффективности.
Вариант 1: узкоспециализированная система, например, для 3-x координатного фрезерования.
На рынке CAD/CAM подобный вариант встречается крайне редко. Одна из причин состоит в том, что эффективности применения системы для различных видов работ связаны друг с другом. Например, довольно сложно представить систему с высокой эффективностью в области 2-x координатного фрезерования без качественного графического редактора или графический редактор без системы поиска графической информации.
Вариант 2: универсальная система с равными показателями эффективности по всем видам работ.
Существование данного варианта также проблематично, хотя согласно рекламным проспектам многие системы желают претендовать на универсальность.
Если рассмотреть существующие системы, то можно заметить одну интересную особенность. Как бы не изменялась стратегия развития системы во времени, наиболее сильной частью ее остается та, с которой программный продукт начал свое развитие.
Система, изначально разработанная для объемной компоновки в КБ, как правило, имеет менее развитую CAM-часть, чем система, которая родилась на производстве.
Однако существуют и редкие исключения. Это случается в результате слияния двух фирм в единое целое как, например, это произошло с продуктом ADEM, когда объединились две фирмы, одна из которых специализировалась в области CAD , другая - в CAM. Обратите внимание - объединились для создания нового продукта, а не просто для совместного распространения двух систем!
Поэтому, чтобы оценить распределение эффективности CAD/CAM- системы следует взглянуть на историю ее создания.
Если Вас заинтересуют системы по вариантам 1 или 2, то нужно внимательно изучить их, а лучше всего попытаться взять в опытную эксплуатацию. Почему ?
Узкоспециализированные системы могут оказаться применимы только к конкретным условиям производства и реальное применение на Вашем заводе или в КБ будет невозможно. Универсальная система, которая может чертить, точить, создавать объемные компоновки, управлять проектом, готовить кофе и иметь цену несколько сотен долларов, скорее всего делает все это очень плохо . Кстати сказать, многие фирмы-разработчики, даже очень крупные, здорово обожглись, претендуя на комплексность автоматизации.
Еще несколько слов об универсальности систем. Ну, а что если у Вас есть возможность приобрести даже самую дорогую "супер-универсальную" систему ? Еще более внимательно взгляните на нее. Если Вы занимаетесь, например, плоскими задачами, а система требует создания трехмерной модели, даже для выполнения простейшего чертежа, то наверное следует потратить деньги на что-то иное.
Кстати, стремление работать с моделями, имеющими меньшую размерность пространства, есть тенденция вполне оправданная и положительная.
Закон полной спектральной эффективности
Введем понятие полной спектральной эффективности системы, как сумму эффективностей системы для всех возможных типов задач.
Es = E1 + E2 + ... + Ei + ... + En,
где n - число различных задач (полный спектр задач), которые может решать система.
Для каждой системы полная спектральная эффективность имеет конкретное значение, не зависящее от условий ее эксплуатации:
Es = const.
Значение этой константы находится в зависимости от капиталовложений в развитие системы и характеризует ее ценность. Другими словами, чем больше средств было вложено в развитие системы, тем выше ее спектральная эффективность.
Каким образом можно оценить значение константы? К сожалению сделать это довольно сложно, даже имея полную информацию о размере инвестиций в разработку продукта. Дело в том, что в связи с бурным развитием средств программирования за доллар, вложенный сегодня, можно получить результат значительно больший, чем например в 1976 году. К тому же существуют и другие экономические факторы, влияющие на соотношение константы и затрат.
Косвенным критерием может служить цена продукта. Однако, этот параметр так же подвержен различным флуктуациям, не связанным с ценностью системы (пример, демпинговые цены).
Представим, что нам задан размер затрат на создание системы. В результате разработки может появиться система с тем или иным распределением по спектру, однако площадь под кривой спектра будет постоянна.
Иными словами, за одни и те же деньги может быть создана (куплена) узкоспециализированная система, очень эффективно проектирующая, например, болты или универсальная система, которая может производить все виды работ с относительно невысокой степенью эффективности.
Итак, согласно закону о полной спектральной эффективности, при ограниченных средствах на разработку системы (или на ее приобретение и внедрение), возможно лишь одно направление поиска оптимальной системы - подобрать систему или несколько разных систем для создания оптимального распределения эффективности.
Оптимальное распределение эффективности
Учитывая выше изложенное, задачу об оптимальной системе можно сформулировать как задачу об оптимальном распределении эффективности по спектру задач, решаемых предприятием.
Интуитивно мы понимаем, что у оптимальной системы распределение эффективности должно соответствовать распределению затрат на производство. Так ли это?
Возьмем в качестве критерия оптимальности минимум затрат на проектирование и производство изделия в целом после внедрения системы. Тогда формализация будет выглядеть следующим образом:
определить Ei при i = 1... n, обеспечивающие минимум затрат на производство
при условии
где Тi - как и выше, существующие затраты на решение i задачи.
Для краткости опустим промежуточные выкладки и запишем результат решения задачи. Минимум затрат на производство будет получен в случае, когда все Еi будут равны нулю, за исключением одного, соответствующего области спектра, где наблюдаются максимальные затраты.
То есть, оптимальной будет узкоспециализированная система для автоматизации вида работ, требующего максимальных затрат.
Иными словами: для получения максимального эффекта все ресурсы на автоматизацию должны быть сосредоточены в области проетирования или производства с максимальными затратами!?
Почему данный результат противоречит предлагаемому нами? Дело в том, что предложенная формализация, соответсвует, грубо говоря, одноразовому преобретению системы и неучитывает ни количества инсталляций системы, ни этапность автоматизации. Иными словами, это решение задачи о том "куда выстрелить один раз и убить больше зайцев".
После первого этапа автоматизации кривая распределения затрат наверняка изменится, максимум сдвинется и на втором этапе потребуется уже иная система.
Три типовых варианта внедрения САПР
Рассмотрим три подхода, которые встречаются на предприятиях в различных странах мира.
Для начала примем за основу классификацию CAD/CAM, предложенную О.В.Чекалиным (см. журнал "Автоматизация проектирования", #1, 1996г.)
Иными словами, это системы с принципиально различными распределениями эффективности.
Вариант первый или "Ставка на монстра"
Выбирается одна из тяжелых CAD/CAM-систем, претендующих на универсальность. Построение схемы САПР и автоматизация начинаются сверху, как правило, с проектного бюро. При переходе к автоматизации конструкторских бюро уже не хватает средств на закупку рабочих мест. В целях экономии докупаются лишь отдельные модули, например чертежные, при этом сразу же нарушается концепция единой мастер-модели.
Если же средств достаточно для оснащения большинства рабочих мест, то, как правило, наблюдается положительный эффект на участках, связанных с проектированием и производством обводообразующих деталей и снижается количество ошибок при объемной компоновке изделия.
Однако, у большинства конструкторов возрастает объем работ, что связано с избыточностью 3D моделирования для решения "простых" задач (ведь плоских задач значительно больше, да и множество объемных задач имеют хорошее решение с использованием легких систем).
Вариант второй или "Ставка на массовость"
Выбирается одна из легких CAD-систем, работающая на дешевой аппаратной платформе. Построение схемы САПР ведется на основе разрастающихся "островков" автоматизации. Основной задачей является координация действий различных групп.
Наблюдается положительный эффект при выпуске чертежно- конструкторской документации, при обмене данными. Укорачиваются итерационные циклы, связанные с внесением изменений в проект.
Попытки решения объемных задач имеют место, но не приносят ожидаемого эффекта. Есть тенденция к наращиванию возможностей САПР за счет докупки или самостоятельной разработки специализированных надстроек. В результате - переход к третьему варианту.
Вариант третий или "Зоопарк"
Основная идея этого варианта - применять для конкретного вида работ ту систему, которая лучше подходит. Те, кому нужна объемная модель, получают тяжелый CAD, кому достаточно плоской - легкий CAD, кому надо обслуживать станки с ЧПУ - обеспечиваются CAM-системой и т.д.
Эта стратегия является довольно логичной, так как для каждого дела (а иногда и для каждого пользователя) подбирается оптимальный инструмент.
Однако, приверженцев этой стратегии ждут неприятные сюрпризы, связанные с обменом данными между различными программными продуктами:
Даже если две системы устойчиво обмениваются файлами друг с другом, то это еще не означает адекватности представления моделей. Особенно это касается вопросов интерпретации объемных моделей и вопросов точности.
В результате, проектирование изделия сопровождается многократным повтором ввода информации в CAD и CAM-системы. Например, при переходе к программированию станков с ЧПУ технолог нередко вынужден заново создавать трехмерную модель в CAD/CAM-системе по чертежам, выпущенным с использованием другой CAD-системы.
Интегрированные и распределенные
Сформулируем ряд требований к идеальной CAD/CAM-системе, которая имела бы все достоинства и не имела бы недостатков, указанных выше:
Поскольку мы ведем разговор не только о конструкторской части, но и о технологии, то немаловажными условиями являются следующие:
Если система отвечает всем этим требованиям, то возможно оптимальное распределение ресурсов автоматизации. Вы можете придерживаться любой стратегии расходования Ваших средств.
Например, если пик затрат приходится на выпуск рабочей документации, то на первом этапе автоматизации Вы можете приобрести лишь чертежную часть системы, а на следующем этапе решать вопрос о закупке подсистемы объемного моделирования или программирования для станков с ЧПУ.
Требования, которые мы сформулировали, с одной стороны, определяют систему как интегрированную, с другой - требуют распределения функций по видам работ. Возможно ли существование подобной системы?
Рассмотрим традиционную схему построения CAD/CAM - системы. Условно обозначены:
Структура системы ADEM - одна из первых интегрированных CAD/CAM-систем с распределенными функциями.
Здесь 2D выведен на уровень независимого модуля и является ядром системы для плоских задач. Таким образом ADEM может быть легкой и тяжелой интегрированной CAD/CAM-системой, потому что возможно существование самостоятельных вариантов.
Распределение функций между 2D и 3D ядрами приводит к возможности рационального распределения ресурсов на автоматизацию. При этом, для Вашего предприятия может быть получена формула, например, следующего вида:
28 x (2D) + 2 x (3d) + 7 x (3D + 2D) + 8 x (2D + + NC2) + 2 x (3D + NC3)
Если вместо условных обозначений модулей поставить цены, то Вы получите сумму затрат на закупку комплексного решения.
Вариант применения системы с распределенными функциями похож на вариант "Зоопарк", но в данном случае Вы гарантированы от ошибок при обмене данными самой фирмой-разработчиком программного обеспечения. Последнее для производств, использующих CAD/CAM, является едва ли не самым важным фактором. Слишком дорого обходятся ошибки в процессе, куда вовлечены сотни, а то и тысячи людей.
Заключение
Мы рассмотрели лишь некоторые аспекты проблемы автоматизации КБ и производств. Примеры, приведенные в статье, касаются в основном машиностроения. Однако, принципы, положенные в основу анализа:
справедливы и в других областях человеческой деятельности.