САПР в УКРАИНЕ: хроника? шок? ремиссия? Взгляд первый

САПР в УКРАИНЕ: хроника? шок? ремиссия?
Цикл взглядов: чувства, цифры, факты, лица, тенденции
Взгляд первый: чувства, впечатления, тенденции

«Самая большая трата, какую только
можно сделать, - это трата времени»
(Теофраст)

Вместо преамбулы

САПР. Это набившее оскомину буквосочетание – феномен научный, технический, экономический, исторический, технологический, философский, мировоззренческий и еще мало-ли какой. Начиная цикл публикаций, давайте вначале подойдем к вопросу как прагматики, у которых тем не менее по данной теме возникает некая гамма чувств, впечатлений, предполагаемых тенденций. Рассмотрим эту гамму, тем более что за каждым посылом, приведенным в статье, стоит масса фактов (которые хлынут со страниц будущих публикаций). Итак, телеграфным стилем…

1. Анализ мировых тенденций и отечественного рынка

Те, кто регулярно просматривает журнальные публикации в «толстых», «тонких» журналах, на сайтах по данной тематике («САПР и графика», «CAD/CAM/CAE Observer»), осведомлены об основных «игроках» мирового рынка САПР, настроениях и тенденциях, которые на этом рынке царят. В качестве основных мировых тенденций систем класса CAD/CAM/CAE можно отметить:

• Интеграцию систем CAD/CAM/CAE/PDM «внутри класса», т.е. объединение функций геометрического моделирования, исследований, изготовления, управления проектом и баз данных в одной системе;
• Интегрирование систем CAD/CAM/CAE/PDM в общие информационные потоки систем MRP, ERP;
• Автоматизация всех основных сторон жизни предприятия и всех основных этапов проектирование-изготовление;
• Использование систем CAD/CAM/CAE/PDM как профессионального средства общения разработчиков разных фирм и разных специальностей;
• Разделение рынка между несколькими основными мировыми лидерами и некоторое сближение функциональных возможностей их флагманских продуктов.

Отечественный рынок в тенденции стремится отразить мировые направления развития. Однако за ним «тянется» хвост-тормоз из разноплатформенных решений. Кроме того, на ситуацию давит масштабный фактор: ресурсы отечественных предприятий совершенно недостаточны не то что для тотального внедрения САПР, но и для мало-мальски комплексного их применения.

2. Требования текущего момента

То, что сегодня и завтра будет для отечественных предприятий объективно велением времени:

• Требование легализации программного обеспечения;
• Требование интенсификации: сроки от начала проектирования до изготовления сокращается от лет до месяцев и до недель;
• Необходимость интегрируемости баз данных, «произошедших» от разных предприятий, организаций и программного обеспечения;
• Требования Всемирной торговой организации к разработке конструкторской документации в электронном формате, а также к проведению многочисленных исследований с применением лицензионного программного обеспечения.

И то плохо в данной ситуации, что ощущается дефицит времени, дефицит ресурсов. Но еще хуже, что сплошь и рядом ситуация развивается таким образом, что происходит дальнейшая потеря и ресурсов, и времени. И основной вопрос приобретает альтернативный вид: проблема не только и не столько в деньгах, а в рациональных вариантах внедрения систем CAD/CAM/CAE/PDM.

К традиционным бедам нашего «промышленного кредо» (устаревшая ориентация на «материальную» составляющую и игнорирование информационной, в т.ч. «САПРовской») добавляется актуальность, обусловленная качественно изменяющимися условиями существования предприятий, правовыми требованиями, к ним предъявляемыми, и экономической целесообразностью. А это все требует «взгляда со стороны», но в то же время заинтересованного, а также осмысления ситуации. Поэтому дальше - кое-какие замечания о том, размышления и посылы, являющиеся для большинства «секретом Полишинеля». Но все же, все же…

3. Анализ организационных и технологических моментов

Рассмотрим крайние варианты ситуации на отечественных фирмах.

I. Оптимистическая ситуация.

Не редкость в наше время ситуация, когда вновь созданная с ноля фирма продуманно проводит закупку лицензионного программного обеспечения, обучение персонала, осуществляет «привязку специалистов», обеспечивает им достойную зарплату, приобретает документацию. И потом, все это завязано на реальные проекты, заказы, производство. Тогда у такой фирмы появляются только «нормальные» задачи развития, а не проблемы, обусловленные недостатками проведенного или проводимого «оСАПРивания». Но: обычно лицензионных версий программного обеспечения – единицы (только прикрытие), а то они и вовсе отсутствуют. Кроме того, такие фирмы обычно конкурентоспособны на внутреннем рынке, но не обязательно - на внешнем. Вдобавок, зачастую исследовательская компонента (системы САЕ) у этих фирм «в загоне» (спасает либо старый багаж опытных специалистов, либо нетребовательность заказчиков, либо скорая оценка, прикидка «на глаз» результатов расчетов). В результате зачастую за внешне спокойной гладью угадываются подводные камни, которые рано или поздно обнажатся.

II. Пессимистическая ситуация.

Для многих средних и крупных заводов-производителей, КБ характерны следующие варианты развития ситуации с системами CAD/CAM/CAE/PDM.

Вариант А. На предприятии создается отдельная структура, в которой сконцентрировано: программное обеспечение, аппаратное обеспечение, часть персонала, ресурсы. Тогда возникают следующие противоречия:

1) слабая связь с конструкторскими и технологическими подразделениями;

2) противоречия с отделами по поводу форматов документации, сроков, качества выполнения заказов и обязанностей;

3) финансово-экономические противоречия: мало финансов – чахнет подразделение САПР – дискредитируется сама идея, и тогда - «разграбление по отделам остатков», «вяло текущее» состояние застоя, безразличие персонала. При этом квалифицированные кадры уходят. А кадры – основа любой системы, в том числе и CAD/CAM/CAE/PDM.

4) противоречия при решении вопроса источников и размеров финансирования: а) если в вопросах финансирования подразделению предоставлена самостоятельность, то возможна изоляция от остального коллектива предприятия и работа с более выгодными внешними заказчиками; б)централизация при определении источников и размеров финансирования зачастую приводит к нежеланию руководства тратить значительные средства на службу, которая самостоятельно не приносит явно заказы и деньги в кассу организации

Вариант Б. Все ресурсы - персонал, программное обеспечение, аппаратное обеспечение, финансирование – сосредотачиваются в подразделениях.

Плюсы: 1)тесная органическая связь с внутренними проблемами, задачами отдела и предприятия в целом, а также с заказчиком;

2)желание «работать на свою команду» заставляет персонал «сверхэффективно» использовать ПО, АО, рабочее время (не редкость – работа в 1,5 – 2 смены);

3) всегда проявляются через непосредственную «обратную связь» потребности в конкретном ПО, АО, персонале, литературе.

Минусы: 1) Отсутствие единой технической политики на предприятии: отделы «мигрируют» каждый в свою сторону ПО и АО, отсюда - нестыковка при передаче документации из отдела в отдел и из службы в службу, неэффективность, и опять же - дискредитация идеи САПР;

2) Непонимание некоторыми руководителями среднего звена и «неразумное» использование АО, ПО и персонала - вплоть до режима «пишущая машинка» для высокопроизводительных компонентов;

3) Просто некому заниматься обучением и переобучением персонала;

4) Никто не занимается согласованием и модернизацией АО, обновлением ПО;

5) Страдает система связи и передачи информации между отделами, не ведется единая база данных проектов;

6) Вместо единой сквозной цепочки от начальных этапов проектных работ до освоения производства в лучшем случае образовываются локальные циклы конструкторских и технологических подразделений, расчетных отделов;

7) Отсутствует единая политика распределения объемов работ, в т.ч. передача части работ внешним исполнителям;

8) Отсутствуют стандарты предприятия по организации САПР, по форматам данных, моделей и документации.

Таким образом, и в первом, и во втором случае происходит девальвация ценности и снижение эффективности использования САПР на предприятии, и руководство по принципу «мы потратили на вас кучу денег, а толку никакого, только очередные просьбы о деньгах» перестает уделять внимание данному направлению.

4. Состояние вопроса исследований физико-механических процессов

Что греха таить, конструкторские подразделения попадают под «оСАПРивание", так сказать, в первую очередь и естественным образом. Они продуцируют конструкторскую документацию: чертежи, электронные модели, которые: а) нужны; б)наглядны; в)уже признаны как данность. И потом: нынешние руководители психологически понимают САПР именно как CAD-систему, они и сами когда-то увлекались AutoCAD’ом в свою студенческую бытность.

В гораздо большем загоне технологические подразделения: во многих случаях они оснащаются АО, ПО и персоналом в последнюю очередь и по остаточному принципу. А ведь органическая взаимосвязь «конструктор-технолог» лишь тогда эффективна, когда они работают с данными на одной аппаратной платформе, одного формата и с организацией оперативного обмена с целью «отехнологичивания» конструкции и «оконструирования» технологии. Сейчас же часто складывается ситуация, когда документация в КБ оформляется в электронном виде, а ТД разрабатывается вручную или в другой системе. Получается: в едином процессе участвуют подсистемы с существенно разным «временем отклика»: конница уходит в отрыв, пехота отстает, согласованности нет.

Совсем в загоне третья составляющая триады CAD/CAM/CAE – система автоматизированного моделирования физико-механических процессов в машинах, механизмах, аппаратах. Причин несколько:

ü Отсутствие у руководства предприятий понимания всей важности данного направления. А ведь оно - неотъемлемый процесс проектирования. Более того, в соответствии с требованиями западных стандартов это обязательная часть проектных работ. Ни один заказчик, страховая фирма или потребитель не будут иметь дела с фирмой, которая не проводила всего комплекса необходимых исследований при проектировании, испытаниях, технологической подготовке производства новых изделий.

ü CAE-системы обладают очень высокой стоимостью одного рабочего места: в десятки и сотни раз больше, чем CAD или CAM.

ü Отсутствие до сих пор удовлетворительных технологий и форматов для автоматизированного формирования расчетных моделей по электронным данным, полученным из модулей CAD и CAM: до сих пор технология их формирования является все же сочетанием этапов автоматизированных и искусства расчетчика.

5. Анализ картины в целом

В Украине немало фирм и предприятий, в которых не просто освоены CAD/CAM/CAE-технологии, а они стали способом «мышления, общения», резко повышая эффективность при использовании систем PDM – способа управлять, согласовывать, структурировать все этапы проектирования. Но, к сожалению: а) их мало; б) на предприятиях, в т.ч. и с первого взгляда, успешных, до смешного мало лицензионных версий программных продуктов из серии CAD/CAM/CAE/PDM; в) при вступлении Украины во Всемирную торговую организацию резко нахлынут вопросы лицензирования и тотального перевода на CAD/CAM/CAE/PDM-технологию проектирования; г) требование резкого повышения технического уровня выпускаемой продукции и культуры производства в условиях «открытых границ» и «мировых стандартов» потребует одномоментной реакции по многим направлениям САПР.

Таким образом, возможен САПР-шок, который нужно предвидеть и предпринимать определенные превентивные меры.

6. Центр «Тензор» НТУ «ХПИ»

В Национальном техническом университете «Харьковский политехнический институт» приказом ректора Товажнянского Леонида Леонидовича как реакция на ситуацию (и еще больше – как стратегическая профилактика) создан центр компьютерных методов проектирования, исследования и изготовления машиностроительных конструкций «Тензор», эволюционирующий в государственный аналитический центр. Основные его цели:

1) Подготовка и переподготовка специалистов по информационным технологиям проектирования;

2) Проведение научных исследований по оптимальному проектированию элементов машиностроительных конструкций на основе глубокого анализа физико-механических процессов;

3) «Лицензионное» обеспечение отечественных разработок по направлению CAD/CAM/CAE/PDM: в центре сосредоточены лицензионные версии систем Pro/ENGINEER, ANSYS, Pro/Mechanica, Inventor, WinMachine, КОМПАС, LSDYNA-3D;

4) Формирование мощного, ударного «кулака» ученых (профессоров, преподавателей, научных сотрудников, аспирантов, инженеров) для решения актуальных, важных и масштабных задач в оперативном и сверх-оперативном режиме;

5) Создание мощных вычислительных ресурсов для исследования сложных и сверхсложных систем. В центре развернут комплекс 2-х процессорных компьютерных станций на базе процессоров Intel Pentium, Xeon, AthlonMP с объемом оперативной памяти 2-4 Гб и дисковым пространством 300-400 Гб каждая. Создан 10-узловой компьютерный кластер «Политехник-120» с объемом оперативной памяти 14 Гб, дисковым рабочим пространством 1,5 Тб. В результате возможно решение таких сложных задач, которые физически просто «не по зубам» рядовым компьютерам. Кроме того, созданы уникальные расчетно-экспериментальный метод и расчетно-экспериментальная установка, объединяющие метод конечных элементов и голографической интерферометрии;

6) Разработана технология обобщенного параметрического описания элементов сложных и сверхсложных механических систем, составляющая научную базу создаваемых специализированных интегрированных систем автоматизированного проектирования, исследования и изготовления;

7) Центр «Тензор» является тем волнорезом, который может принять на себя первый шквал исследований;

8) Центр, как «не продающий» ту или иную систему САПР, объективно заинтересован в сравнительном анализе возможностей, преимуществ и недостатков этих систем;

9) Центр является банком проектов, пополняемым в процессе выполнения, а также концентратором и носителем баз знаний в различных областях исследования физико-механических процессов в сложных и сверхсложных механических системах;

10) Центр является прекрасным «окном» за рубеж: существуя в стенах НТУ «ХПИ», он может на льготных условиях приобретать лицензионные версии различных программных продуктов, существенно облегчая груз затрат отечественных предприятий;

11) Научный, исследовательский и учебный центр «Тензор» представляет собой один из оптимальных вариантов получения услуг отечественными предприятиями «в складчину, в рассрочку и со скидкой»;

12) Центр обладает огромным опытом успешного выполнения нескольких десятков научно-исследовательских проектов по заказам министерств, предприятий и международных организаций.

Примеры успешных проектов: по заказу ХТЗ проводятся исследования корпусных элементов многоцелевых тягачей МТ-ЛБ, элементов систем охлаждения ДВС; для ГП «Завод им. Малышева» рассчитывались элементы трансмиссий, литьевых форм для изготовления сложнопрофильных фрагментов литьевых форм; в рамках гранта №1064 Научно-технологического центра в Украине исследовались густоперфорированные пластины и оболочки, элементы технологического обеспечения, элементы индивидуальной защиты, плиты с Т-образными пазами, пресс-формы, эндопротезы; по заказу ОАО «ГСКТИ» проведены исследования сварных рам ветровых корпусов энергоустановок; для завода «Свет шахтера» исследованы элементы шахтных конвейеров.

7. Предложения и заключение

Анализ отдельных тенденций позволяет заключить, что оптимальным путем для отечественных предприятий является, по нашему мнению, создание «смешанной» (рациональное сочетание централизованной – децентрализованной) службы САПР. Общее требование – комплексность и продуманность стратегии внедрения систем CAD/CAM/CAE/PDM как с точки зрения выбора самих систем, так и кадровых вопросов, организационных моментов, обучения, сопровождения. Пренепременно должна в качестве первого и очень важного этапа присутствовать выработка стратегии выполнения работ в данном направлении на предприятии, причем с привлечением мнения спектра фирм-дистрибюторов, с выполнением ряда пилотных проектов на этапе сравнительной опытной эксплуатации различных систем, но с учетом решающего мнения собственных специалистов предприятия. Экономия времени и средств на этом этапе чревата многократно большими потерями на последующих. Результаты данного этапа должны быть оформлены документально.

В части систем CAE очевидным путем решения возникших и грядущих проблем является использование преимуществ догоняющих (по принципам: «дорогое - в складчину» и соединения преимуществ заимствованных зарубежных компьютерных систем и специализированных оригинальных модулей), а отсюда – необходимость создания центров систем CAD/CAM/CAE/PDM. В частности, уже создан центр «Тензор» НТУ «ХПИ», который проводит оперативное выполнение заказов и «олицензировывание» исследований. При этом созданы новые технологии исследований, позволяющие соединить научные разработки отечественных ученых и передовые технологии компьютерного моделирования машиностроительных конструкций, получены в результате качественно более совершенные системы. Организована структура центра «Тензор», позволяющая цивилизованно решать все возникающие перед предприятиями проблемы, причем по доступным ценам и в короткие сроки. Разработана технология и направление исследований, решающие проблемы достоверности и точности исследований при помощи специально созданных расчетно-экспериментальных методов и установок.

В итоге можно заключить, что та ситуация, когда не ясно, в каком направлении идти (и при этом никто никуда не ступает, - ступорно-патовость, неопределенность, неуверенность), - эта ситуация испарилась: уже ясно, куда идти, да и налицо достаточно успешное продвижение по пути творческого развития и применения систем CAD/CAM/CAE/PDM в сочетании с оригинальными научными разработками. Знамя прагматизма, творческого подхода, комплексности, компетентности, поднятое производственными и научными коллективами, позволяет и тем, и другим подняться с колен, ощутить свою полноценность, востребованность, способность влиться в мировые процессы не в качестве вечно отстающих, но партнеров и конкурентов.

Искренне Ваш, Ткачук Николай Анатольевич.