Процедуры обмена геометрическими моделями изделия и согласованными с
ними данными на базе стандартов STEP: опыт разработки комплекса стандартов
предприятия
В.А. Злыгарев,
директор отделения
П.С. Шильников,
Ведущий инженер
В.Н. Юрин
Научный консультант
д.т.н., профессор
Москва
Рабочее
проектирование изделия связано с созданием с помощью интегрированных систем
автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства
(CAD/CAM/CAE) комплекта рабочей конструкторской документации, включающей
согласованную и взаимоувязанную графическую и текстовую информацию об изделии.
Это ограничивает возможности обмена информацией между участниками процесса
проектирования изделия (и соответственно между их CAD/CAM/CAE системами) с
помощью известных символьных форматов передачи графической (типа IGES, DXF,
SAT) и текстовой информации (типа языков SGML, XML).
Использование
различных автоматизированных систем (АС) независимых разработчиков в процессах жизненного цикла изделий
порождает проблему информационной совместимости этих систем, ограничивающую
возможность использования одних и тех же данных и обмена ими.
Кардинальным
решением рассмотренных проблем является внедрение CALS-технологий. «CALS — это
единая стратегия правительства и промышленности, концентрирующаяся на перестройке
существующих бизнес-процессов в высокоавтоматизированный и интегрированный
процесс управления жизненным циклом оборонных систем» [1] Основной инструмент
CALS — это SDE (Shared data environment — среда совместно используемых данных).
В русскоязычной литературе чаще используется термин «единое информационное
пространство» (ЕИП).
Является
ли CALS-технология (имеется в виду CALS в соответствии с [1], а не некоторые
вольные интерпретации, известные как ИПИ) единственным возможным решением при построении
ЕИП? Существует альтернатива CALS – т.н.
PLM.
Эти
понятия часто путают, а некоторые даже наивно полагают, что речь идет об одном
и том же. В действительности же, несмотря на некоторое сходство, CALS и PLM —
это два противоположных подхода к достижению единой цели, которая заключается в
полном объединении всех задач, решаемых с помощью компьютера, на всех этапах
жизненного цикла изделия: маркетинг, подготовка производства (проектирование,
конструкторская и технологическая подготовка производства),
материально-техническое снабжение, производство, контроль, упаковка и хранение,
распределение, эксплуатация и утилизация (см. стандарты серии ISO 9000).
Подход
PLM, суть которого отражена на рис. 1, состоит в том, чтобы обеспечить решение
всех задач с помощью набора взаимоувязанных программных продуктов одного
крупного разработчика программного обеспечения. На этом же рисунке
просматривается и основная возникающая при этом проблема — зависимость
пользователя от программных продуктов одного разработчика [2].
Рис. 1 PLM-решение
Подход
CALS, наоборот, заключается в том, чтобы освободить пользователя от зависимости
от одного разработчика. Основа подхода — это вышеупомянутое SDE, или единое
информационное пространство, построенное на применении международных стандартов
представления данных. Основным стандартом является ISO 10303 STEP (STandard for
Exchange of Product model data — Стандарт обмена данными модели изделия).
Статус международного стандарта обеспечивает два важных свойства STEP — стабильность (стандарт пересматривается примерно
раз в пять лет, и новые версии не изменяют и не отменяют, а дополняют старые) и
общедоступность (необходимые для практической работы материалы по стандарту
либо находятся в свободном доступе в Интернете, либо могут быть куплены в
официальных органах стандартизации, например во ВНИИКИ).
Рис. 2 CALS-технология на основе ISO 10303 STEP
В
силу сложившихся обстоятельств на рассматриваемом предприятии используются два
крупных программных комплекса, которые могут рассматриваться как PLM-решения,
т.е. сложилась ситуация, изображенная на
Рис. 1. Следовательно, построение ЕИП на
предприятии возможно только на основе CALS-технологий [5], [6].
Составление
проекта внедрения CALS-технологий на предприятии представляет собой сложную
техническую проблему, требующую применения специальных методик [3], [4], и в данной
работе на этом вопросе мы подробно останавливаться не будем.Оснащение
предприятия трансляторами АС – STEP и STEP – АС для каждой из применяемых
разновидностей АС – условие необходимое, но недостаточное, т.к. в силу
сложности структуры передаваемой информации, разных способов представления
одних и тех же объектов (особенно геометрических и топологических) в различных
АС конвертирование данных приводит к ошибкам, составляющим, как показывает
отечественная и зарубежная практика, не менее 10 % от объема передаваемой
информации (см. Рис. 3).
Рис. 3 – Результаты конвертации файлов за 1999-2002 гг по материалам STEP Tools, Inc.
Для
обеспечения надежной и устойчивой работы в условиях ЕИП (особенно при больших
объемах передаваемой информации, характерных для наукоемкого машиностроения)
нужно специализированное программное и нормативно-методическое обеспечение.
Такое программное обеспечение – набор специализированных приложений,
обеспечивающих просмотр «проблемных» передаваемых файлов, анализ, проверку полученных
данных, локализацию ошибок конвертирования и коррекцию данных, которыми
обмениваются АС.
Рис. 4 Анализ геометрических и топологических данных, содержащихся в STEP-модели
При
анализе проблем, возникающих в ходе обмена данными между приложениями, был сделан
вывод, что некоторые из проблем вызваны не столько ошибками и недоработками в
используемом программном обеспечении, сколько неквалифицированными действиям
пользователей-конструкторов при построении геометрических моделей и при их
конвертации в/из нейтральное представление.
Разработка
нормативно-технического обеспечения обусловлена необходимостью регламентирования
процедур обмена и более подробного разъяснения конечным пользователям стандартов
STEP, как их понимать и рационально использовать в конкретных условиях
предприятия, чтобы минимизировать объем «проблемных» файлов.
Стандарты
ИСО 10303 – это по своей сути справочные пособия, дающие точное однозначное
толкование того, как должны представляться отдельные аспекты изделия. Эти стандарты не могут рассматриваться как
методические пособия ни для разработчиков проекта внедрения стандартов, ни для
разработчиков программного обеспечения, ни, тем более, для конечных
пользователей. Сообществом разработчиков
и пользователей ИСО 10303 разработан ряд документов серии «Рекомендуемые приемы
работы со STEP», но эти документы, доступные через Интернет, охватывают далеко
не все аспекты применения STEP и не учитывают особенностей отдельных
предприятий.
Задача
обеспечения приемлемого качества электронных моделей требует разработки комплекта
методических материалов, ориентированных на конкретные отрасли промышленности,
а в некоторых случаях – и на конкретные предприятия. Возможно, потребуются и тренировка и обучение
исполнителей [7], [8], [9], [10], [11].
НИЦ АСК по заказу промышленности разработан комплекс
нормативно-технической документации «Процедуры обмена геометрическими моделями
изделия и согласованными с ними данными. Этап рабочего проектирования изделия»,
включающий:
• стандарт предприятия «Процедуры обмена
геометрическими моделями изделия и согласованными с ними данными. Этап рабочего
проектирования изделия», определяющий порядок осуществления обмена данными и
устанавливающий состав и последовательность работ при использовании обменного
файла, формируемого в соответствии с требованиями стандартов STEP, а также
способы осуществления контроля качества данных в процессе обмена данными между
передающей и принимающей АС
• стандарт предприятия «Представление
геометрических моделей изделия и согласованных с ними данных на базе стандартов
серии ИСО 10303», являющийся руководством по использованию прикладных
протоколов AP 203, 214 (ГОСТ Р ИСО 10303-203-2003, ISO 10303-214-2003),
интегрированных ресурсов по ГОСТ Р ИСО 10303-41-99, ISO 10303-42-2003, ГОСТ Р
ИСО 10303-43-2002, ГОСТ Р ИСО 10303-44-2002
• стандарт предприятия «Типовые настройки
CAD/CAM/CAE систем «Unigraphics» и «CATIA», устанавливающий настройки,
обеспечивающие при импорте и экспорте моделей максимальное соответствие последних
стандартам ГОСТ Р ИСО 10303-203-2003, ISO 10303-214-2003
• методическая инструкция «Структура
обменного файла в форматах STEP AP 203 и STEP AP 214 на базе стандарта ИСО
10303-21», являющаяся руководством по применению обменного файла в форматах STEP
АР203, STEP АР214 систем Unigraphics NX и CATIA с учетом содержания полей по
ГОСТ Р ИСО 10303-21-2002.
Данный
комплекс нормативно-технической документации может служить персоналу предприятий
руководящим техническим материалом по практическому применению стандартов STEP
для повышения эффективности информационного обмена в условиях ЕИП. Внедрение
набора нормативных документов предприятия позволит сократить количество
«проблемных файлов».
Литература
1. NATO CALS Handbook, Version 2, June 2000
2.
Шильников П.С. Путь НТЦ АПМ в Единое информационное пространство. САПР и Графика №2, 2005.
3.
Казарновский А. Ю., Шильников П. С. Методика применения формата STEP
для отображения документов. Труды
конференции «Информационные технологии в науке, образовании и промышленности»
Архангельск, 12-14 мая 2005 г.
4. ISO TC 184/SC4 N535:1998(E) Guidelines for the development and approval
of STEP application protocols
5.
Шильников П. С. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНТЕРОПЕРАБЕЛЬНОСТИ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММНЫХ
ПРОДУКТОВ КАК ОСНОВА ПОСТРОЕНИЯ ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА. Труды конференции CAD/CAM/PDM – 2003, М.
14-17 апреля 2003
6.
Вишневская Т. М., Сычев А. П., Шильников П. С. ПРОБЛЕМЫ ИНТЕГРАЦИИ
МАЛЫХ И СРЕДНИХ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ В ЕДИНОЕ ИНФОРМАЦИОННОЕ
ПРОСТРАНСТВО Труды конференции CAD/CAM/PDM – 2003, М. 14-17 апреля 2003
7.
Шильников П.С. Методические указания по лабораторной работе «Работа с данными в формате ISO 10303
STEP». Размещено в Интернет по адресу:
http://www.engineer.bmstu.ru/res/rk9/shilnikov/step_2004_06_02/
8.
Злыгарев В.А., Шильников П.С., Юрин В.Н. Проект стандарта предприятия «Представление геометрических моделей изделия
и согласованных с ними данных на базе международных стандартов ISO 10303»
9.
Злыгарев В.А., Шильников П.С., Юрин В.Н. Методическая инструкция.
«Структура обменного файла в форматах STEP АР203, STEP АР214»
10.
Злыгарев В.А., Шильников П.С., Юрин В.Н. Проект стандарта предприятия «Процедуры обмена геометрическими моделями
изделия и согласованными с ними данными между интегрированными системами
«Unigraphics» и «Catia»».
11.
Злыгарев В.А., Шильников П.С., Юрин В.Н. Проект стандарта предприятия.
«Типовые настройки
конвертора/транслятора STEP систем «CATIA» и «Unigraphics NX»»