История моделирования и CAE-систем

Имитационное моделирование (ИМ) развивается с 60-х годов ХХ века.

Язык имитационного моделирования GPSS был создан в 1961 году Дж.Гордоном. В 1978 г. Дж. Хенриксеном (компания Wolverine Software) разработана программа GPSS/H. В 1984 компанией Minuteman Software под руководством С. Кокса разработана программа GPSS/PC для компьютеров IBM PC, а в 2000 году – новая версия GPSS World 2000. В новых версиях увеличено число операторов, добавлены средства моделирования аналоговых и гибридных систем, расширены средства графического интерфейса, дополнительно включен PLUS -язык программирования нижнего уровня моделирования.

В 1963 г. в Rand corp. H.Markowitz с коллегами создал общецелевой язык моделирования SIMSCRIPT.

Первым объектно-ориентированным языком программирования стал язык имитационного моделирования Симула-67 (Simula 67). Он разработан и программно реализован в конце 60-х годов норвежцами К. Нюгором и У.-Й. Далем.

Сети Петри впервые описаны Карлом Петри в 1962 году.

В системах инженерных расчетов и анализа CAE центральное место занимают программы моделирования полей физических величин, прежде всего это программы анализа прочности по методу конечных элементов (МКЭ).

Метод конечных элементов разработан к 1950 г. специалистами, работающими в областях строительной механики и теории упругости. В 1963 г. был предложен сравнительно простой способ применения МКЭ для анализа прочности путем минимизации потенциальной энергии. Появились программно-методические комплексы для анализа и моделирования на основе МКЭ.

В 1965 г. NASA для поддержки проектов, связанных с космическими исследованиями, ставит задачу разработки конечно-элементного программного пакета. К 1970 г. такой пакет под названием NASTRAN (NAsa STRuctural ANalysis) был создан и начал эксплуатироваться. Стоимость разработки, продолжавшейся 5 лет, составила 3-4 млн долларов. Одной из компаний, участвовавших в разработке, была MSC (MacNeal-Schwendler Corporation). С 1973 г. MSC (с 1999 г. компания называется MSC.Software Corporation) самостоятельно продолжает развивать пакет MSC.NASTRAN, который стал мировым лидером в своем классе продуктов. Одна из версий NASTRAN под именем NX NASTRAN включена с состав САПР Unigraphics.

В 1976 г. разработан комплекс DYNA3D (позднее названный LS-DYNA), предназначенный для анализа ударно-контактных взаимодействий деформируемых структур.

К числу лидеров программ CAE следует отнести также комплекс Ansys (ядро Parasolid). Интересно отметить, что с помощью средств многоаспектного моделирования, реализованных в Ansys, продемонстрирована возможность совместного моделирования электромагнитных, механических и тепловых процессов при проектировании микроэлектромеханических устройств.

Мировым лидером среди программ анализа на макроуровне считается комплекс Adams, разработанный и развиваемый компанией Mechanical Dynamics Inc. (MDI). Компания создана в 1977 г. Основное назначение Adams (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) – кинематический и динамический анализ механических систем с автоматическим формированием и решением уравнений движения.

Для проектирования систем, функционирование которых основано на взаимовлиянии процессов различной физической природы, важное значение имеет возможность многоаспектного моделирования. Теоретические основы многоаспектного моделирования на базе аналогий физических величин рассматривались Г.Ольсоном (1947 г.), В.П.Сигорским (1975 г.) и были реализованы в программах моделирования ПА6 – ПА9, разработанных в МВТУ им. Н.Э.Баумана в 70-80-е годы. Основные положения многоаспектного моделирования в 1999 г. были закреплены в стандарте IEEE, посвященном языку VHDL-AMS.

Системы инженерных расчетов и моделирования в машиностроении появились позже систем моделирования в радиоэлектронике. В 1971 г. П. Хэнретти (Patrick Hanratty) основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), которой суждено на многие годы быть ведущей компанией в области машиностроительных CAE систем. В частности, компания MSC Software разработала или обладает правами распространения таких известных продуктов, как MSC.Nastran, MSC.Patran, ADAMS и др.

В 1999 г. EDS Unigraphics приобрела компанию Applicon, известного игрока в области автоматизации проектирования электронных приборов и устройств. В 2001 г. компания была переименована в UGS. EDS выкупила все акции и приобрела SDRC – бывшую компанию конкурента Unigraphics и объединила их в единое направление бизнеса под названием EDS PLM Solutions. В 2004 г. EDS продала EDS PLM Solutions частной группе компаний, состоящей из Bain Capital, Silver Lake Partners и Warburg Pincus. В 2005 г. UGS приобрела компанию Tecnomatix Technologies Ltd.[4]

24 января 2007 года концерн Siemens AG объявил о намерении приобрести компанию UGS Corp. – разработчика программного обеспечения PLM и PDM за $3,5 млрд. Сделка была завершена 4 мая 2007 года, UGS Corp. стала Siemens PLM Software и вошла в состав подразделения Siemens Industry Automation Division.

История CALS (ИПИ)

История CALS (Continuous Acquisition and Life cycle Support) или его русскоязычный аналог ИПИ (информационная поддержка процессов жизненного цикла изделий) связана с развитием промышленных автоматизированных систем.

Необходимость создания и использования CALS-технологий была понята в процессе роста сложности проектируемых технических объектов. Работы по CALS были инициированы в оборонной промышленности США. Возникновение CALS многие относят к периоду попыток США выполнить программу "звездных войн" – СОИ (стратегической оборонной инициативы) в середине 80-х годов.

Поэтому неудивительно, что среди имеющихся CALS-стандартов фигурирует большое число стандартов и рекомендаций DoD (министерства обороны США). Для реализации планов СОИ требовались совместные усилия многих промышленных компаний и предприятий в проектировании, производстве и логистической поддержке сложных изделий, а это означало необходимость унификации представления данных об изделиях. Было осознано, что для взаимодействия автоматизированных систем разных предприятий нужна унификация не только формы, но и содержания (семантики) проектной, технологической, эксплуатационной и т.п. информации о совместно производимой продукции. Другими словами, требовалось создание единой информационной среды взаимодействия всех крупнейших фирм американского военно-промышленного комплекса.

Оказалось, что это чрезвычайно сложная проблема, решение которой требует длительной и многосторонней проработки в масштабах, выходящих за пределы одной страны. Выяснилось также, что создание единой информационной среды требуется не только для уникальных программ типа СОИ, но и для производства любых сложных систем, в первую очередь, военной техники, если их производство основано на взаимодействии многих предприятий.

Попутно требовалось совершенствование управления материально-техническим обеспечением армии. Требовалось сократить затраты на организацию информационного взаимодействия и документооборот государственных учреждений США с частными фирмами в процессах заказа, поставок и эксплуатации военной техники, т.е. между заказчиками, производителями и потребителями продукции. Для удовлетворения этих потребностей и предназначались CALS-технологии.

Первоначально аббревиатура CALS расшифровывалась как Computer-Aided of Logistics Support (компьютерная поддержка логистических систем).

Однако расширение задач CALS-технологии привело к ряду смен трактовки термина CALS. В 1988 г. его стали расшифровывать как Computer-Aided Acquisition and Support (компьютеризированные поставки и поддержка), в 1993 г. – Computer-Aided Acquisition and Lifecycle Support (поддержка непрерывных поставок и жизненного цикла), т.е. информационная поддержка жизненного цикла изделий (ИПИ). Последний вариант принят и сегодня.

Работы по CALS ведутся в направлениях: стандартизации языков и форматов представления, хранения и обмена данными; интегрированной логистической поддержки изделий; создания систем управления данными на всех этапах жизненного цикла изделий; развития интерактивных электронных технических руководств.

В связи с возникшими практическими потребностями рядом комиссий и комитетов в рамках международных организаций были начаты работы по созданию информационных технологий взаимодействия предприятий и выражающих их международных стандартов Так, например, в ISO (International Standard Organization) этими вопросами занимается подкомитет SC4 комитета TC184. В SC4 имеется несколько рабочих групп, занимающихся конкретными сериями стандартов. В настоящее время в ведущих индустриальных странах мира созданы национальные органы, координирующие работу в области CALS-технологий. В международном масштабе развитием CALS, помимо ISO, занимаются такие организации, как ICC (Международный CALS конгресс), EIA (Electronics Industry Association), IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) и др. В России в рамках Госстандарта создан комитет №431 "CALS-технологии".

Международная организация стандартизации принимает в 1986 г. стандарт на язык разметки SGML; в 1988 г. – стандарт EDIFACT; в 1991 г. разработан проект языка Express и в 1994 г. утверждены первые стандарты ISО-10303 STEP (Standard for Exchange of Product Data), задающие язык Express и методы его реализации для описания моделей изделий в разных приложениях. При создании этих стандартов были учтены более ранние разработки по функциональному и информационному моделированию процессов и приложений. Это прежде всего методика SADT, разработанная Д.Россом в 1973 г. и послужившая основой для спецификации IDEF0 в рамках выполнявшейся в США программы ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). В 1999 г. первые стандарты STEP, переведенные на русский язык, становятся также стандартами России.

Большой объем данных, используемых при проектировании, необходимость поддержания их целостности (достоверности и полноты), сложность управления проектированием привели в 80-е годы к созданию в составе САПР системных сред, называемых системами управления проектными данными PDM (Product Data Management).

Дата добавления: 2014-01-04