`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

CAD/CAM/CAE: за границами цифрового производства

Статья опубликована в №20 (637) от 27 мая

+33
голоса

Людям невнимательным и не склонным к рассуждениям на отвлеченные темы в современном мире жить намного легче – изобилие и доступность откуда-то берущихся предметов, совсем недавно считавшихся роскошью, таких людей и не удивляет, и не вынуждает додумываться порой до весьма неприятных вещей.

Мир систем автоматизированного проектирования долго был достаточно спокойным. Пять-шесть лет назад отгремели последние залпы «первой геометрической войны», в которой победили потребители, но никто не проиграл, и которая открыла имена новых компаний, сегодня уже кажущихся ветеранами. Очередные релизы и знаменитых систем, и удачных программ-новичков были скорее улучшениями, чем революциями. Но, похоже, период затишья подходит к концу. Настоящие гиганты программной индустрии начинают пробовать «на зубок» новые подходы как к решению задач моделирования, так и к формированию своей пользовательской базы. Мощные пакеты с минимальными ограничениями (как PTC CoCreate Modeling PE) или вообще без ограничений (как двумерная система параметризированного черчения Solid Edge 2D) раздаются легально бесплатно всем желающим для использования в любых целях. Но самое главное то, что техническая эволюция наконец превращает технологии прямого цифрового производства из совсем недавней фантастики в реальность.

Материалы, собранные в этом тематическом выпуске, естественно, ориентированы не на профессиональных конструкторов и специалистов. Их задача – по возможности кратко и ясно ознакомить читателя с благородной и благодарной областью человеческой деятельности – проектированием с помощью компьютера.

Многие наверняка знакомы с термином «цифровая межа» (digital divide). Этому удивительно удачному синтаксически (люди, связанные с информационными технологиями, похоже, патологически неспособны создавать хорошие названия) термину приписывается, в общем-то, банальный смысл. Цифровая межа – барьер между людьми, имеющими возможности получать и способными эффективно использовать доступ к современным цифровым технологиям, и, соответственно, не имеющими и (или) не способными. Столь размытое определение с такими смутными критериями, как «эффективно», позволило свести очень важные вещи чуть ли не к буффонаде с участием технократов-затейников, предлагающих голодным и безграмотным в качестве панацеи для преодоления цифровой межи дешевые персональные компьютеры. Жизнь, конечно, расставила все по своим местам, уже никто не верит в подобные панацеи, да из них и ничего не получилось, кроме обильного шума, но самое неприятное заключается в том, что толкование понятия «цифровой межи» так и осталось без уточнений, все таким же неопределенным и размытым. А между тем в современной практике мы можем отыскать столь яркие примеры, после демонстрации которых термин «цифровая межа» фактически не потребует дополнительных пояснений.

Итак, в свежем, майском, ориентированном на профильных специалистов американском журнале «Технология производства пресс-форм» приведено примерно следующее (перевод не дословный) описание одного из крупнейших производителей детских игрушек США (кстати, пожелавшего остаться неназванным по причинам, которые могут быть понятны из дальнейшего краткого рассказа). Речь идет о компании, выпускающей свыше 1500 новых наименований продукции ежегодно (!), для чего ей требуется, без преувеличения, ошеломляющее количество и моделей деталей игрушек, и средств технологической оснастки для их производства – свыше 12 тысяч. Еще совсем недавно конструкторские и технологические отделы компании насчитывали более 200 человек. После реорганизации, внедрения действительно современных технологий и тщательного подбора персонала с этими объемами работы справляются всего 6 (!) конструкторов и технологов. Работа ведется в трехсменном 24-часовом режиме, причем дистанция, отделяющая момент заказа от момента получения моделей, – те же 24 часа, и каждая группа из двух человек (конструктора и технолога) параллельно работает над пятью-шестью заказами. В ходе работы, естественно, задействована самая тяжелая «интеллектуальная артиллерия» – от явных лучших систем автоматизации проектирования (САПР, CAD), лучших систем моделирования и анализа инженерных и технологических процессов (Computer Aided Engineering, CAE, все эти термины весьма условны), лучших станков и систем быстрого прототипирования (о них – далее) до менее явных, но безукоризненно функционирующих структур долгосрочного планирования, управления финансами, логистики, и наконец, – до вовсе уж латентной системы высшего образования (поверьте, но, например, результативное решение задачи моделирования процессов, происходящих при термопластической обработке полимеров, даже с использованием лучшего программного обеспечения, требует от специалиста высочайшего уровня подготовки в самых разных прикладных областях).

Давайте еще раз вдумаемся в эти цифры – всего 6 человек за год фактически создают огромную долю технологического обеспечения 1500 новых продуктов, для чего проектируют, моделируют и выпускают технологическую оснастку более чем для 12 000 деталей! Мы можем даже провести мысленную границу, очерчивающую область такого «сверхпроизводства» с колоссальными скоростью и интенсивностью обновления модельных рядов, с высокой технологической сложностью продукции, с очень большими ее тиражами, с крайне низкой численностью исключительно высококвалифицированного персонала. Эта граница и есть пресловутая цифровая межа, отделяющая цифровое производство (да, уже есть такой термин – digital manufacturing) сегодняшнего и завтрашнего дня от всего, что было привычным ранее. Никакие копеечные ноутбуки для бедных, никакие благие идеи и никакие программы сами по себе никоим образом не помогают в преодолении этого барьера – слишком много всего требуется не только от конкретного производителя, но и от общества в целом, чтобы производитель мог попасть в очерченную область.

CAD/CAM/CAE за границами цифрового производства
CoCreate Modeller PE – редкая возможность для всех желающих самостоятельно освоить перспективную технику 3D-моделирования

На самом деле у этого отступления, которое, конечно же, вовсе не о расхожем толковании понятия «цифровая межа», есть главная задача – показать, что программные системы хоть и сами по себе могут быть безоговорочно прекрасными (большинство тех, которые мы упомянем, таковыми и являются), но ни в коем случае не могут стать тем «шестом», с помощью которого можно легко запрыгнуть за цифровую межу, в область «сверхпроизводства». Поразительно, но факт – до сих пор еще встречаются люди, в том числе и на весьма высоких должностях, как упорно не верящие в то, что современное программное обеспечение инженерно-конструкторского и технологического назначения действительно исключительно высококлассное и функциональное, так и безоговорочно верящие в то, что с приобретением пакета X «все сразу улучшится».

Учитывая специфику нашего журнала, вспомним хорошее простое и действенное эмпирическое правило – чем выше «наукоемкость» программы, чем больший и более разносторонний интеллектуальный потенциал был необходим для ее разработки, тем неизбежно выше будут требования к ее пользователям. И не стоит забывать, что соответствие этим требованиям – продукт многолетней деятельности социальной среды и очень многих неподвластных никаким технологическим ухищрениям институтов: семьи, начальной, средней и высшей школы, трудовых коллективов. Эти соображения в 99% случаев помогают избежать участия в непродуктивных и бессмысленных «битвах пристрастий» при обсуждении тех или иных программных систем и сконцентрироваться на решении поставленных задач.

В качестве завершения вступления следует предупредить читателя о том, что, на первый взгляд, весьма фривольное обращение автора с аббревиатурами полностью обосновано. Ввиду отсутствия четких критериев, позволяющих относить программные продукты к конкретным категориям, мы будем использовать аббревиатуру САПР для обозначения наиболее общей категории, включающей прочие распространенные англоязычные аббревиатуры.

САПР – рынок и ROI

CAD/CAM/CAE за границами цифрового производства
Несмотря на «непромышленную» технику моделирования, многие альтернативные системы предлагают развитые методы решения типовых конструкторских задач

Автору было бы очень удобно просто избежать этого раздела статьи. Но никак не получается. Из-за самого важного целевого назначения всех систем инженерного и конструкторско-технологического характера. Они созданы для того, чтобы увеличить эффективность трансформации не имеющих цены (пусть это несколько возвышенно, но можно сказать и бесценных) идей и замыслов в реальные, имеющие стоимость (причем не какую-нибудь, а привлекательную для потенциальных покупателей) продукты. Так что хотим мы того или нет, а в ходе обсуждения CAD/CAM/CAE-систем необходимо иметь представление о том, что такое «рентабельность инвестиций» (ROI, return on investment).

Мировой рынок САПР в последние несколько лет переживает настоящий бум. Полный перечень причин этого явления мы обсуждать не будем, но среди очевидных сугубо «околокомпьютерных» нельзя не упомянуть массовую доступность производительных 64-битовых ПК, практически окончательно поставивших точку в истории рабочих станций. Кроме того, и программные средства САПР столь убедительно доказывают, что их создатели довели свои детища до той степени развития, которая при всех прочих равных показателях производителей дает реальные преимущества.

В прошлом году суммарные доходы специализирующихся на выпуске ПО САПР-класса компаний оценивались примерно в 5,3 млн долл. По сравнению с аналогичным показателем 2006 г. рост составил впечатляющие 20%. На те же 20% в 2007 г. выросла и инсталляционная база программ класса САПР и составила 5,31 млн копий. Несмотря на то что большинство компаний, использующих автоматизацию проектирования, пока остаются приверженцами систем, поддерживающих двухмерное проектирование (т. е. фактически применяют компьютеры и программы для повышения удобства решения задач черчения), популярность полноценных трехмерных САПР продолжает расти. В каком-то смысле именно 2007 г. можно назвать переломным, ведь именно в прошлом году трехмерное проектирование, проигрывая в численности, добилось перевеса в эффективности. 63% всех пользователей САПР, предпочитающие 2D-проектирование и соответствующие системы, принесли 47% всех доходов, полученных от решения проектных задач. В то же время доля доходов меньшего количества (37%) 3D-проектировщиков оказалась большей (53% соответственно). Впрочем, на примере производителя игрушек мы уже ознакомились с этой особенностью развитых САПР – с «взрывным» в определенных условиях увеличением «отдачи» от работы каждого специалиста. Ну а то, что в общей картине перевес доходов от 3D-проектирования пока трудно назвать «взрывом», можно объяснить пока еще не полностью раскрытым потенциалом новых проектных технологий.

Доступные данные за этот год уже позволяют достаточно точно прогнозировать рост рынка САПР. Он несколько уменьшится и составит порядка 15%, причем все эксперты соглашаются в том, что общее снижение темпов роста обусловлено насыщением только одного сегмента рынка САПР – архитектурного.

Анализ динамики доходов отдельных производителей ПО САПР позволяет если не выявить тенденции, то говорить о некоторых приоритетах в интересах потребителей. Так, в последнем квартале 2007 г. на 20%–30% (по сравнению с аналогичным периодом 2006 г.) выросли доходы ведущих производителей систем моделирования технологических процессов и инженерного (структурного) анализа. Корпорация Moldflow продуктовая линейка которой предназначена для моделирования процессов литьевого формования и термопластической обработки полимерных материалов, показала 27%-ный рост доходов, такое же значение продемонстрировала MSC Software один из лидеров CAE-сегмента рынка, а ее коллега-конкурент, корпорация ANSYS – вообще 30%. По сравнению с этими цифрами рост доходов большинства компаний CAD-сегмента выглядит куда скромнее. Все это, вероятно, означает – потребители САПР всерьез заинтересовались моделированием и оптимизацией технологических процессов на основе его результатов. Отсюда в том числе следует и вывод об ожидаемой перспективности на рынке труда хорошо подготовленных инженеров соответствующих специальностей, но он, увы, банален – инженер, понимающий и свободно владеющий, например, методами конечных и граничных элементов (которые является математической основой программ всех перечисленных производителей), и без того птица редкая и востребованная. Второй отчетливо наблюдаемый интерес потребителей на рынке САПР ПО – системы, в той или иной степени соответствующие идеологии управления жизненным циклом изделий (PLM, Product Lifecycle Management, о ней мы некогда уже писали). Ну а в сегменте классических конструкторских CAD-продуктов ситуация мало того что далеко не такая простая, так и спровоцировавшая многочисленные весьма эмоциональные дебаты, и о ней мы поговорим отдельно.

Показания экономических индикаторов подтверждаются и уточняются отчетами аналитиков. Так, согласно данным, полученным Aberdeen Group в результате опросов профильных специалистов, 100% промышленных производителей, титулованных «лучший в своем классе», используют моделирование на ранних этапах проектного процесса. Такой подход позволяет существенно сократить расходы времени и средств на последующих фазах проектирования, особенно связанных с испытаниями и доводкой опытных образцов.

CAD/CAM/CAE за границами цифрового производства
Несмотря на бесплатность, CoCreate Modeller PE вовсе не игрушка – это полноценный пакет с несущественными для непромышленного применения ограничениями

Рост спроса на моделирование стал причиной явления, о котором можно говорить как о тенденции – унификации CAD- и CAE-систем. С одной стороны, стремящийся максимально утилизировать возможности своих проектных подразделений производитель заинтересован в минимизации затрат на всевозможные «согласования» и «взаимодействия», в том числе и возникающие между рабочими группами конструкторов. С другой – высококлассный инженер-конструктор, освоивший методы моделирования и анализа, резко повышает свою ценность для работодателя и, соответственно, увеличивает стоимость своего труда. Иными словами, и владельцы производства, и работники заинтересованы в том, чтобы граница между геометрической моделью (которая создается в CAD-программе) и задачей моделирования на основе этой модели (которая решается CAE-системой), была как можно более тонкой. И интегрированные CAD-CAE-системы предлагают оптимальное решение этой задачи минимизации, полностью устраняя упомянутую границу.

Специфика рынка САПР проявляется и в еще одной, весьма любопытной тенденции. Здесь следует оговориться – в отличие от массового потребительского ПО успех наукоемкого программного обеспечения, имеющего четко очерченную целевую направленность, может определяться очень тонкими деталями, например используемой алгоритмики. Проявления именно этого эффекта и наблюдаются сейчас на рынке... приобретениями и слияниями компаний. Как это ни странно, но специфическая общая логика и алгоритмика работы систем трехмерного моделирования стали причиной повышенной «аппетитности» некоторых компаний для настоящих гигантов САПР-рынка. Этому явлению мы еще уделим внимание.

Впрочем, технические детали и особенности проектных процессов хоть и важны, но они уже вовсе не в такой степени «делают погоду», как это было буквально пять лет назад. Основная тенденция САПР-рынка как раз в этом и заключается – достаточно пробежаться по содержанию отраслевых журналов, страниц сайтов и тематических форумов, чтобы заметить: уже вовсе не технические детали волнуют специалистов, а одна постоянно повторяющаяся аббревиатура – ROI. О рентабельности инвестиций в САПР говорят все – конструкторы, потому что оценка ROI позволяет обосновывать запросы средств на модернизацию проектных отделов, бизнесмены, потому что ROI – это их мир, разработчики САПР ПО, потому что в этой области повышение качества продукции можно измерить. Хотя с измерениями как раз все непросто. Единой методики, позволяющей выделить из общих доходов производителя долю, полученную от эксплуатации проектных подразделений, не существует. Кроме того, проектирование – область деятельности, фундаментальным свойством которой являются самые разнообразные риски и неприятие каких-либо правил. Производитель может инвестировать миллионы в проектные подразделения, но не найти своевременно на рынке труда специалистов, способных «выжать» из этих инвестиций максимум, наем лучших дизайнеров и конструкторов ни в коей мере не гарантирует рыночный успех созданного ими изделия, любые корпоративные наставления по инновационной политике и «изобретательству» (такие в действительности существуют и иногда представляют собой весьма обширные документы) не работают. Добавим к этим сведениям очевидное правило проектирования «инвестируй или умри» и получим одно из объяснений, почему каждый желающий всерьез заниматься автоматизированным проектированием, должен знать и понимать основы оценки ROI.

Ну а сугубо для демонстрации масштабов ROI приведем данные, полученные в результате исследования работы 1500 британских производственных компаний в прошлом году – каждые 100 фунтов инвестиций в проектные подразделения принесли за 2007 г. этим компаниям в среднем по 225 фунтов.

Цифровое производство

CAD/CAM/CAE за границами цифрового производства
Еще сравнительно недавно пакет IronCAD считался «новичком», сейчас это популярная и хорошо зарекомендовавшая себя система

ROI и digital manufacturing – то, о чем в мире САПР сейчас говорят все. Цифровое производство (часто для усиления используют префикс «непосредственное», direct digital manufacturing, DDM) – пример принципиально нового, возникшего в результате пусть быстрой, но все же эволюции. Традиционное высококлассное САПР-подразделение состоит из рабочих мест конструкторов и технологов, а также средств быстрого прототипирования, позволяющих оперативно материализовать модель разрабатываемого изделия. История прототипирующих машин насчитывает более 15 лет, существует несколько технологий, позволяющих без классической машинной обработки создавать материальные предметы (например, управляемые напыление-спекание или полимеризация, лазерное вырезание слоев с последующим их склеиванием или спеканием и т. д.). За последние годы техника прототипирования стала одновременно доступнее и совершеннее. Причем настолько совершеннее, что появилась возможность с ее помощью создавать не прототипы, а непосредственно изделия. Достоинств (и недостатков при современном уровне развития) у такого производства много. Но главные достоинства оправдывают все – сокращение фактически до нуля дистанции от машинной модели до материального предмета и фундаментальная возможность создания предметов с геометрией, недоступной любым известным способам машинной обработки. Не следует думать, что речь идет о чем-то экспериментальном или экзотическом. «Цеха» digital manufacturing уже вовсю работают у самых требовательных к качеству производителей. Например, концерн BMW в цехах DDM изготовляет корпуса для ручных инструментов, используемых работниками на конвейерах. Так как люди проводят весь рабочий день с этими инструментами в руках, их вес является очень важным показателем. DDM позволяет изготовлять корпуса одновременно более прочные и на 75% менее тяжелые, чем классические способы обработки – и то и другое достигается за счет тщательно спроектированной и смоделированной геометрии и возможности ее воплощения «в металле».

Компании, слияния, продукты

Рынок программного обеспечения CAD/CAM/CAE нельзя назвать ни сверхдинамичным, ни застывшим без движения. Здесь очень долго выходят в лидеры и еще дольше расстаются с лаврами (если такое вообще возможно). Связано это с тем, что потребители САПР мало того что обычно слишком хорошо знают, чего хотят от инструментария (намного лучше, чем, например, потребители универсального ПО бизнес-назначения), так еще и серьезно от него зависят. Соответственно, здесь формируются настоящие долгосрочные альянсы между разработчиками и потребителями ПО, в жизнеспособности которых крайне заинтересованы обе стороны. И все же...

CAD/CAM/CAE за границами цифрового производства
Выбор координатных (направляющих, на снимке экрана отображается зеленым прямоугольником) плоскостей в CoCreate Modeller PE и приемы модификации трехмерных тел реализованы на отлично

Тенденция слияния CAD- и CAE-продуктов, о которой мы уже говорили, проявляется не только в аналитических материалах и статьях, но и в действиях, изменяющих рыночную ситуацию. Только корпорация Moldflow продемонстрировала впечатляющим ростом доходов и резко увеличившимся количеством лицензиатов востребованность ее продуктов – и вот она уже приобретается гигантом САПР-рынка Autodesk (хотя пока речь идет только о намерениях, но материалы сайта Moldflow позволяют утверждать, что сделка состоится). Кажется, только что появились доступные многоядерные 64-битовые процессоры для ПК, производительность которых позволяет в полной мере утилизировать возможности мощных CAD-программ, особенно в области моделирования сборок из отдельных деталей. В свою очередь это явление породило увеличение интереса к системам проектирования, ранее считавшимся нишевыми или, в каком-то смысле, альтернативными. Здесь стоит вспомнить, что в основе большинства классических CAD-систем лежат методы конструктивной геометрии, и, по большому счету, эти системы являются не чем иным, как... интерпретатором весьма специфических команд, «программу» для которого «пишет» конструктор. Каждое изменение в этой «программе» (например, какого-либо параметра одной из команд в системах параметрического моделирования) требует ее полного повторного «выполнения». В сборочном проектировании и моделировании каждая деталь и сама сборка – отдельная «программа». Доступные 64-битовые ПК, позволившие существенно увеличить объемы оперативной памяти и, соответственно, количество быстро обрабатываемых «программ», как будто резко изменили ситуацию – теперь развитое сборочное моделирование стало доступным. Но с учетом одного «но» – производительности процессоров. Ее стало ощутимо не хватать для обеспечения быстрого пересчета «программ» геометрических моделей деталей сборки, катастрофически разрастающейся на финальных этапах проектного процесса. Соответственно, возрос и интерес к альтернативным системам, в которых принят иной подход к моделированию, именуемый «прямым» или EM (explicit modeling). В результате входящая в первую пятерку производителей CAD/CAM/CAE ПО корпорация PTC приобретает разработчика EM-систем CoCreate (и, к слову, беспрецедентно раздает всем желающим персональную редакцию пакета моделирования CoCreate Modeling PE c ограниченным до 60 количеством деталей в сборке). Уже набравшая силу IronCad и новая, основанная в 2005 г., компания SpaceClaim своими неожиданно удачными продуктами заставляют нервничать производителей первой пятерки. И вот уже такой гранд, как Dassault Systemes, объявляет о планах использования EM в своей системе CATIA, и Siemens PLM (бывшая UGS) реализует EM в моделирующей части своей CAD NX5.

Безусловно, крупнейшим событием на рынке CAD/CAM/CAE ПО стало приобретение за 3,5 млрд долл. в прошлом году концерном Siemens корпорации UGS, программные системы которой установлены более чем на 50 тыс. рабочих мест производителей мирового уровня.

Рынок EMEA

На фоне мировых показателей роста рынка CAD/CAM/CAE регион EMEA (к которому относится и наша страна) выглядит скромно, но не печально. 7%-ный роста доходов поставщиков САПР ПО при объеме продаж порядка трех миллиардов долларов – цифры, в общем, неплохие. Лидерство в области САПР машиностроительного назначения в EMEA устойчиво принадлежит «четверке гигантов» – Dassault Systemes, Siemens PLM, PTC и Autodesk, причем картина распределения первых четырех мест не меняется с 2005 г. Политика «двух систем» – легкой и полномасштабной – таких производителей, как Dassault Systemes (легкая система – SolidWorks, полномасштабная – CATIA), оказалась весьма действенной.

+33
голоса

Напечатать Отправить другу

Читайте также

Андрей, на сколько сейчас в Украине востребованны специалисты, работающие в том же ANSIS с расчетами напряженн-деформированного состояния конструкций? Ведь эти решения далеко не из дешевых, и производство у нас больше ориентированно на сырье.

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT