isicad: SolidWorks: проектирование на основе баз знаний

Введение

В настоящее время во многих областях производства сложилась ситуация, когда клиента становится всё сложнее привлечь типовыми изделиями. Значительное конкурентное преимущество в таком случае получает тот производитель, который готов внести в проект изменения, отвечающие требованиям каждого отдельно взятого заказа. Концепция проектирования под заказ становится наиболее эффективной, когда сроки и трудоемкость внесения этих изменений минимальны. В некоторых случаях вопрос ставится еще жестче: заказчик просто не готов пойти на длительную адаптацию проекта – результаты должны быть готовы “еще вчера”.

Зачастую, при внесении корректив в проектную документацию, достаточно большая часть времени уходит на выполнение однотипных рутинных действий. Логичное решение этой проблемы – консолидировать опыт проектировщиков в электронном виде в форме правил базы знаний. Затем, при помощи уже структурированных и формализованных правил, выполняется частичная или полная автоматизация этих повторяющихся операций. Такой подход широко известен под названием KBE (англ. Knowledge-based Engineering, проектирование на основе баз знаний). О его применении в среде SolidWorks мы и поговорим в этой статье.

Configuration Publisher

Этот инструмент знаком многим пользователям SolidWorks. Configuration Publisher присутствует на каждом рабочем месте SolidWorks и позволяет создать в модели собственный менеджер свойств, который будет появляться всякий раз, когда данную модель вставляют в сборку в качестве компонента (рис. 1). Это позволяет организовать удобную библиотеку типовых узлов и деталей: менеджер позволяет как выбрать конфигурацию, увидев в наглядной форме характерные размеры вставляемого компонента, так и подобрать нужную конфигурацию по этим размерам. Configuration Publisher сам заблокирует недопустимые сочетания параметров – те, которым не соответствует ни одна конфигурация в модели. В таком режиме этот модуль работает, когда в модели уже созданы все необходимые конфигурации. Однако, существует и другой режим – создание новых конфигураций. Он, так же, как и первый, требует наличие в модели таблицы параметров, но активируется, когда она содержит всего одну конфигурацию.

Рис.1. Модель шпильки, её таблица параметров и менеджер свойств Configuration Publisher при вставке в сборку

В интерфейс менеджера свойств в редакторе добавляются элементы управления, соответствующие столбцам таблицы параметров – текстовые и числовые поля ввода, списки значений и т.д. Между элементами можно устанавливать связи типа “родитель–потомок”. Тогда значение в элементе-родителе может влиять на видимость, доступность или список допустимых значений элемента-потомка (рис. 2). При помощи таких правил можно реализовать достаточно сложную логику создания конфигураций. Значения для столбцов, подлежащих автоматическому заполнению, могут задаваться средствами Excel непосредственно в самой таблице параметров.

Рис. 2. “Лесенка” в правой части окна Configuration Publisher – допустимые значения потомка в зависимости от значения в элементе-родителе

При вставке такого компонента в сборку, возможны две ситуации: либо будет использована существующая конфигурация, подходящая по параметрам, либо будет создана новая, если такая конфигурация найдена не была. Одновременно будут автоматически настроены атрибуты модели, необходимые для отображения в текстовой и графической документации.

Ваши разработки одинаковые, но разные? – Автоматизируйте!

С указанным в заголовке слоганом обращается к нам разработчик, предлагая использовать модуль DriveWorks. Линейка модулей DriveWorks – пожалуй, один из наиболее функциональных комплексов в области KBE для SolidWorks. Он легко масштабируется от индивидуального рабочего места до распределенной системы уровня предприятия, способной по заказу через интернет в автоматическом режиме выдать клиенту готовые документы на заказ, а в производство – полный комплект КД на изделие. Звучит интригующе, однако, обо всём – по порядку.

На начальном этапе работы выбирается проект-прототип, содержащий полный комплект трехмерных моделей, чертежей, ведомостей и других документов. При этом не требуется специально автоматизировать модели средствами SolidWorks (добавлять уравнения, таблицы параметров, создавать контекстные связи между компонентами сборки и так далее). В некоторых случаях это может быть даже вредным, так как усложнит реализацию проекта в DriveWorks. Все правила, уравнения и логические зависимости будут заданы на более поздних этапах автоматизации.

Затем производится так называемый “захват” модели: отмечаются те документы SolidWorks (детали, сборки, чертежи) и их части, которыми планируется управлять при помощи DriveWorks. Этими частями могут быть состояния погашения элементов, размеры модели, свойства пользователя и многое другое – конкретный список объектов, подлежащих управлению, зависит от варианта поставки DriveWorks. Всего их три (в порядке возрастания функциональности): Xpress, Solo и Pro. Это позволяет выбрать наиболее подходящий выпуск в зависимости от потребностей предприятия.

Далее, создается пользовательский интерфейс, позволяющий вводить исходные данные для вновь создаваемых заказов. Он может включать одно или несколько диалоговых окон с различными элементами управления. Их перечень тоже различается от выпуска к выпуску. Следующий, и, пожалуй, самый важный этап настройки проекта – создание правил. Именно они определяют поведение модели в зависимости от входных данных по заказу. Правила могут как напрямую использовать значения, введенные пользователем в элементы управления форм, так и задаваться достаточно сложными выражениями, включающими математические, логические и текстовые функции. Они могут управлять не только захваченными на предыдущем этапе объектами, но и многим другим. Эта тема вполне достойна более подробного рассмотрения – этим мы и займемся чуть позже.

Вот и всё. С этого момента проект готов к тому, чтобы по прототипу получать модели и документацию ко всё новым и новым заказам. Для этого пользователю достаточно заполнить формы ввода и запустить генерацию. DriveWorks создает новые файлы по правилам, заданным в проекте (в отличие от Configuration Publisher, который формирует новые конфигурации в исходном файле). Это позволяет получить комплект документов минимального размера, что, в свою очередь, положительно влияет на быстродействие.

DriveWorks Xpress

Традиционно для продуктов линейки Xpress, этот тип DriveWorks предоставляет пользователю базовый функционал. Вы получаете его совершенно бесплатно: он включен в состав каждого рабочего места SolidWorks. Несмотря на свой скромный по сравнению с остальными выпусками набор возможностей, он подходит для многих повседневных задач. Для захвата и управления доступны структура сборки, размеры элементов и их эскизов, состояния погашения самих элементов, а также свойства пользователя. Также пользователь может указывать, какую из существующих конфигураций требуется использовать для каждого из файлов под управлением DriveWorks: ту, в которой компонент присутствует в сборке-прототипе, или имя которой получается в результате вычисления правил.

С другой стороны, DriveWorksXpress крайне прост в работе. Интерфейс этого модуля полностью интегрирован в SolidWorks в виде одной из закладок панели задач и привычен любому пользователю. А это значит, что с ним легко и быстро освоится специалист с любым уровнем подготовки: главным условием является только уверенное владение SolidWorks.

Рис. 3. Проект передвижной опоры, выполненный в DriveWorksXpress. В правой части окна видна вкладка панели задач с интерфейсом модуля

Как принято для модулей, включенных в поставку SolidWorks, помимо полноценного справочного руководства, DriveWorksXpress имеет интерактивное обучающее пособие. Этот урок отнимет буквально полчаса времени, но позволит быстро освоиться в системе. Производитель предлагает и еще несколько учебных проектов – их можно свободно загрузить с официального сайта.

Также, DriveWorksXpress позволяет быстро и без затрат оценить целесообразность автоматизации того или иного изделия на предприятии и, при необходимости, выбрать один из более старших выпусков системы – тот, в котором есть необходимый функционал, отсутствующий в DriveWorksXpress.

Для хранения данных проекта DriveWorksXpress использует базу данных Microsoft Access. С её выбора или создания и начинается работа с модулем. Его интерфейс построен в виде мастера, который проводит пользователя через ряд уже знакомых нам шагов: захват моделей, создание форм ввода, определение правил, и, наконец, запуск проекта. Впоследствии, для создания новых модификаций изделия, пользователь сразу переходит к последнему этапу работы мастера, где вводит исходные данные в форму и получает готовый вариант конструкции.

DriveWorks Solo

Этот продукт рассчитан на тех, кому для решения своих задач уже недостаточно возможностей DriveWorks Xpress. Вариант Solo, как и DriveWorksXpress, работает в однопользовательском режиме, но для хранения данных проекта использует уже собственный формат файлов – проект и группа, включающая несколько проектов. При этом, наработки из младшей версии не будут потеряны: проекты DriveWorksXpress можно импортировать в Solo без каких-либо проблем. Различия в той или иной мере коснулись всех этапов работы над проектом. Наиболее значимое из них – расширенный список объектов прототипа, для которых можно создать правила. К ним добавлены:

цвет, материал и текстура моделей;
допуски размеров;
расширенные свойства элементов (например, наличие или отсутствие уклона у бобышки, пропускаемые экземпляры массива и т.д.) – свои для разных типов элементов;
настройки отверстий под крепеж;
свойства специальных типов моделей – сварных и листовых;
управление отдельными экземплярами компонента в сборке.

Огромные возможности открываются, когда дело доходит до создания чертежей. Как правило, при создании нового исполнения модели меняются её габариты. При этом чертежи, созданные на прототип, либо перестают вмещать модель с изменившимися размерами, либо напротив, отображают её слишком мелко. И если DriveWorksXpress лишь создает чертежи, аналогичные существующим в прототипе, которые впоследствии потребуют ручной доработки, то DriveWorks Solo позволяет получать готовые чертежи в автоматическом режиме. При помощи правил можно контролировать масштаб всего листа, а также положение и масштаб отдельных видов; естественно, размеры и примечания при этом тоже должны перемещаться. DriveWorks позволяет указать выравнивание примечаний относительно вида (рис. 4).

Рис. 4. Настройка правил выравнивания примечаний на чертеже

Начиная с варианта Solo, в DriveWorks появляется возможность статической и динамической замены компонентов. Пояснить суть этого процесса можно на примере. Допустим, предприятие выпускает межкомнатные двери на заказ. Покупатель может выбирать фурнитуру на свое усмотрение. Смоделировать такую сборку можно, включив в модели соответствующих компонентов конфигурации для всех допустимых вариантов. Далее, создается правило, определяющее активацию нужной конфигурации в зависимости от выбора клиента. Такой способ вполне имеет право на жизнь, но, по мере роста каталога фурнитуры, такие модели будут становиться всё более и более объемными, что сильно скажется на производительности. Есть и альтернативное решение этой проблемы: создается библиотека фурнитуры, где каждый вариант петли, ручки и других изделий представлен отдельным файлом. В исходной сборке-прототипе на местах этих изделий вставлен один из вариантов исполнения (им вполне может быть компонент-заглушка, содержащий только базовую геометрию). В зависимости от результата вычисления соответствующего правила, компонент будет заменен на соответствующий вариант из библиотеки. Этот процесс и называется статической заменой. Если, к тому же, модель, на которую производится замена, сама находится под управлением DriveWorks, то это уже будет динамическая замена. Для того чтобы такая операция стала возможна, компоненты под замену должны быть специальным образом подготовлены: необходимо обеспечить совпадение внутренних идентификаторов у объектов сопряжений во всех вариантах исполнения. На практике, при выполнении нескольких несложных рекомендаций, проблем эти действия не вызывают.

Как правило, на предприятиях с концепцией проектирования под заказ существует набор типовых узлов и деталей. Их выбор должен осуществляться по определенным критериям. На деле же ведение библиотеки таких типовых решений – достаточно трудоемкая в организационном плане задача. О наличии уже готового исполнения, подходящего по параметрам, обычно знает только несколько наиболее опытных сотрудников, и, если такое исполнение быстро найти не удалось, то создается новое – под конкретный заказ. При такой работе за достаточно короткое время в библиотеке появляется большое количество дублирующих друг друга исполнений. DriveWorks, начиная с варианта Solo, позволяет вести такие каталоги автоматически. При генерации моделей для очередного заказа такой типовой узел или деталь помещается не в папку проекта, а в библиотеку. Если требуемое исполнение в ней уже существует, то вместо создания нового используется именно оно.

Значительно более развит по сравнению с Xpress-версией и функционал создания пользовательского интерфейса. В Solo появляется отдельный полноценный конструктор форм ввода с широким выбором элементов управления. Большинство свойств элементов управления (таких, как видимость и доступность элемента, перечень элементов списка, изображение в графическом поле и так далее), могут быть динамическими, то есть задаваться при помощи правил. Форм может быть и несколько, что позволяет группировать элементы управления по разделам. Тогда они формируют многостраничный диалог (мастер), в котором последовательность перехода между страницами задается при помощи динамически управляемой навигации.

В том, что касается создания правил, работа также становится более удобной: в Solo имеется отдельный мощный редактор правил со встроенным отладчиком. Пользователю доступно более 70-ти функций различного назначения: математические, логические, функции для работы с текстом, табличные. Для повторного использования результатов вычислений могут применяться переменные. Исходные данные могут быть заданы элементами управления форм, константами и даже таблицами. Отличия коснулись и этапа создания моделей: теперь, заполняя формы ввода, можно активировать предварительный просмотр моделей, а затем вернуться к редактированию заказа. При окончательной же генерации, чертежи и модели могут быть экспортированы во многие распространенные файловые форматы.

DriveWorks Pro

Этот выпуск предназначен для создания распределенных систем уровня предприятия. DriveWorks Pro – общее название для целого комплекса модулей, позволяющего организовать групповую работу с проектами, интеграцию с другими корпоративными информационными системами и многое другое. Все эти компоненты могут быть установлены на одном рабочем месте для однопользовательской работы. Однако, наиболее эффективной будет типовая схема развертывания, приведенная на рис. 5. Выглядит запутанно, но на деле всё достаточно просто. Давайте разберемся.

Итак, первый модуль называется Administrator. Он представляет собой отдельное приложение со своим специальным интерфейсом (сходным по виду с главным окном Solo) и работает совместно с SolidWorks. Позволяет создавать проекты, пользовательский интерфейс, определять правила – одним словом, автоматизировать прототип. Кроме того, помимо встроенных шаблонов, доступно получение выходных отчетов в формате XML или в виде документов Microsoft Word и Excel. Табличные данные могут загружаться в режиме реального времени напрямую из Microsoft SQL Server, а также из других источников через драйвер ODBC. Туда же могут выгружаться результаты конфигурирования – например, при создании задачи на производство в ERP-системе.

Рис. 5. Типовая схема развертывания DriveWorks Pro

Группы и проекты, созданные в администраторе, могут быть как однопользовательскими, так и разделяемыми. В последнем случае вся информация по проекту хранится в базе данных и управляется централизованно при помощи модуля Server. Таким образом, выстраивается классическая трехзвенная система “клиент – сервер приложений – сервер баз данных”. Однопользовательские группы DriveWorks Pro, группы DriveWorks Solo и проекты DriveWorksXpress могут быть в любой момент преобразованы в разделяемые группы Pro модуля Server.

Новые спецификации на заказ могут создаваться непосредственно в администраторе, либо в модуле User. Он является, по сути, тем же администратором, из всех функций которого доступны только инструменты для работы с заказами. Непосредственной генерацией моделей на этом рабочем месте занимается, разумеется, SolidWorks.

Используя модуль Live, администратор может предоставить доступ к серверу приложений через web-интерфейс. С его помощью создавать спецификации могут как локальные пользователи предприятия, так и удаленные – сотрудники в командировке, в офисах продаж, или даже сами заказчики. Стиль оформления и разделы Live-портала могут быть легко настроены. На сайте DriveWorks Live можно познакомиться с разнообразными примерами web-конфигураторов (рис. 6).

Рис. 6. Пример с driveworkslive.com, оптимизированный под сенсорный ввод: сконфигурировать и заказать изделие из любой точки мира теперь проще простого

Созданная спецификация может затем последовательно пройти через несколько состояний. Этот бизнес-процесс может настраиваться в широких пределах: администратору системы доступны ветвления последовательности задач по условию, выполнение различных автоматических операций на входе в состояние и на выходе из него. Если при создании моделей и документации на заказ есть некоторые работы, которые сложно или нецелесообразно автоматизировать, то администратор может создать соответствующий этап бизнес-процесса и добавить рассылку оповещений о необходимости ручного вмешательства как автоматическое действие на входе в это состояние. DriveWorks Pro поддерживает создание пользователей и групп с последующей настройкой прав доступа к спецификациям и инструментам работы с ними.

Один из заключительных этапов жизненного цикла спецификации – генерация документов. Для этого соответствующее задание отправляется в модуль Autopilot, установленный на графической станции. Этот модуль в автоматическом режиме создает модели, чертежи и отчеты и размещает их на файловом сервере или в хранилище SolidWorks Enterprise PDM; в последнем случае выполняется их автоматическая регистрация. Для генерации моделей и чертежей на этой машине также устанавливается SolidWorks. Здесь же в процессе формирования заказа осуществляется автоматическое создание трехмерной графики для его визуализации при заполнении форм ввода. Эти модели в компактном формате могут создаваться как в режиме реального времени, так и заранее.

По окончании генерации моделей и документов модуль Server отправляет уведомительное письмо заказчику, к которому могут быть прикреплены как документы на заказ (спецификация, счет и т.д.), так и модели будущего изделия в формате eDrawings.

Заключение

В последнее время заметен нарастающий интерес к KBE-системам. Многие предприятия видят в них решение, позволяющее сократить время реакции на поступающие заказы. В рамках одной статьи невозможно охватить все подробности столь обширной темы – в ней рассмотрены только основные возможности программных продуктов. Однако, она вполне может стать отправной точкой, чтобы задуматься об автоматизации своих проектных работ. Специалисты компании SolidWorks Russia всегда готовы ответить на возникшие вопросы.