NX (ранее «Unigraphics») — флагманская CAD/CAM/CAE-система производства компании Siemens PLM Software^{[1] [2]} (до 1 октября 2007 года называлась UGS). Программа использует ядро геометрического моделирования Parasolid.

NX поддерживает широкий спектр операционных систем, включая UNIX и Linux, Mac OS X, Windows с возможностью одновременного использования нескольких ОС^[3].

Основными конкурентами программы являются CATIA компании Dassault Systèmes и Creo Elements/Pro (ProEngineer) компании PTC.

История создания

Первоначально система носила название «Unigraphics» и была разработана американской компанией United Computing. В 1976 году компания McDonnell Douglas (сегодня Boeing) приобрела United Computing и впоследствии была образована McDonnell Douglas Automation Unigraphics Group. Компания EDS приобрела данный бизнес в 1991 году. После приобретения EDS компании Structural Dynamics Research Corporation в 2001 году, продукт Unigraphics был объединен с САПР I-DEAS, разработанной SDRC. Постепенное добавление функциональных возможностей I-DEAS в основной код системы «Unigraphics» стало основой существующей линейки продуктов NX.

Дополнительные функциональные возможности продукта «Imageware» были интегрированы в систему NX с целью развития функционала по обработке сканированных данных (облаков точек и данных в формате STL) для поддержки процессов реверс-инжиниринга ^[4].

Решения NX

Проектирование (CAD)

Набор приложений, входящий в пакет NX CAD, позволяет решать задачи разработки полного электронного макета всего изделия и его составных частей для последующего использования в процессах технологической подготовки производства.

Функционал приложений позволяет автоматизировать этапы проектирования изделия и выпуска конструкторской документации в различной форме представления. Поддерживаются технологии проектирования как «снизу-вверх», так и «сверху-вниз» с возможностью построения сквозных процессов разработки от требований к изделию до этапа выдачи данных для производства.

Промышленный дизайн

Средства промышленного дизайна в NX предназначены для разработки внешнего облика (или интерьера) проектируемого изделия и анализа его эстетических и визуальных характеристик. Данный функционал позволяет автоматизировать процессы разработки дизайна от оцифровки или создания двумерных скетчей до анализа технологических процессов изготовления элементов внешнего облика и проектирования соответствующей оснастки.

Средства автоматизации разработки дизайна представлены следующими группами инструментов:

• Моделирование поверхностей (Freeform Shape) — инструментарий для создания параметрических поверхностей любой степени сложности, а также набор средств анализа качества геометрии.
• Свободное моделирование (Realize Shape) - инструментарий, позволяющий создавать точную геометрию, используя алгоритм поверхностей подразделения (subdivision), при котором пользователь модифицирует геометрию путем перетаскивания управляющих точек-маркеров. Данный способ позволяет создавать любые формы без использования комплексных параметрических зависимостей и, в то же время, получать геометрию, с которой далее можно работать на всех последующих этапах без конвертации.
• Динамический рендеринг (Dynamic & Photorealistic Rendering) — набор механизмов, позволяющих получать реалистичное изображение изделия как в режиме реального времени, так и в последовательном режиме. В режиме реального времени система автоматически обновляет и перегенерирует получаемое изображение при любом изменении геометрии. При генерации изображения учитываются источники света, материалы, текстуры, параметры окружающей среды, наложение теней и другие параметры, влияющие на качественные характеристики получаемого изображения. Рендеринг может производиться как в интерактивном режиме, так и в фоновом, а при необходимости может использоваться механизм удаленного рендеринга на специализированных серверах.

В дополнение к этим группам инструментов в системе NX CAD имеется набор функционала для задач реверс-инжиниринга, которые могут возникать в процессах разработки промышленного дизайна. Данный функционал позволяет оперативно обработать сканированные данные, которые приходят в формате STL или в виде облака точек, и получить точную геометрию, которую можно дальше использовать при разработке.

Разработка механических систем

Система NX CAD позволяет выполнить моделирование деталей и сборок изделия, провести анализ пересечений и расчёт массы, подготовить 2D-документацию — чертежи или 3D-документацию с использованием PMI (размеры и аннотации наносятся на 3D-модель). С помощью инструментария приложений моделирования деталей и сборочных единиц, пользователь может создать полный цифровой аналог разрабатываемого узла или единичной детали, содержащий точную геометрию, рассчитанные массово-инерционные характеристики, свойства материалов, а также все требования необходимые для изготовления и контроля.

Возможности системы позволяют моделировать изделия любой степени сложности и размерности – от бытовой техники до изделий корабельной и авиакосмической промышленностей. Электронные модели, создаваемые в приложениях NX CAD используются далее в модулях инженерного анализа и технологической подготовки производства.

Разработка систем маршрутизации

В системе NX CAD представлено несколько приложений закрывающих задачи проектирования электрических и трубопроводных систем различного назначения. Функционал данных приложений позволяет моделировать системы с учетом физических ограничений (провисание, радиусы гиба, прямые участки и т.д.), а также подбирать компоненты системы по одному или нескольким критериям. В текущей версии NX доступны следующие приложения:

• “Проектирование электрики” – содержит полный набор инструментов для создания электрического описания разрабатываемого изделия, анализа технологичности и подготовки необходимых данных и документации для производства. Данное приложение интегрируется со всеми основным ECAD системами, в которых создается схемная часть электрического описания изделия или его частей.
• “Проектирование трубопроводов” – включает инструменты для проектирования гидравлических, пневматических, топливных и прочих трубопроводных систем, состоящих из жестких компонентов.
• “Логическая маршрутизация” – позволяет разрабатывать схемное описание изделия для трубопроводных систем и связывать его с 3D макетом для обеспечения трассировки и контроля соответствия проложенных трасс схеме.

Mechatronics Concept Design (MCD)

Приложение MCD предназначено для моделирования поведения мехатронных систем на ранних стадиях проектирования. Пользователю предоставляется среда виртуального моделирования, в которой он может описать разрабатываемое изделие, используя физические характеристики его компонентов, задать граничные условия, действующие силы и параметры среды. Далее, проводя симуляцию поведения системы в режиме реального времени пользователь может анализировать её поведение с помощью виртуальных датчиков и сигналов.

Также в среде MCD реализован функционал виртуальной пуско-наладки, который позволяет проводить симуляцию объединяя физические и виртуальные компоненты изделия, в частности объединив реальный цифровой контроллер с виртуальной цифровой моделью механизма^[5].

Инженерный анализ (CAE)

Набор средств инженерного анализа в системе NX представляет собой приложение пре- и постпроцессинга (Pre/Post) и подключаемых к интерфейсу расчётных решателей^[6]. В качестве решателей может выступать как пакет NX Nastran, так и программные пакеты других разработчиков. Среда инженерного анализа может работать как независимо, так и в интеграции с PLM системой Teamcenter^[7]. В последнем случае все расчетные данные сохраняются в PLM системы и управляются с точки зрения прав доступа, ревизионности, процессов выпуска и согласования, и т.д.

Приложение пре/постпроцессинга построенно на базе общей платформы приложений NX CAD и использует все возможности геометрического ядра Parasolid. Расчётные модели связаны с исходными 3D моделями, и при необходимости внесения каких-то изменений или упрощений у пользователя есть возможность редактировать ассоциативно связанную геометрию, не влияя на оригинальную модель, но отслеживая все изменения.

Функционал инструментов входящий в пакет инженерного анализа NX позволяет проводить анализ статического нагружения конструкции, поиск собственных частот (динамика), аэродинамический и тепловой анализ, а также решать ряд прикладных специализированных задач.

14 июня 2016 года компания Siemens PLM Software представила Simcenter - комплексный портфель продуктов для инженерного анализа, включающий в себя инструменты для проведения 1D- и 3D-расчётов, физических испытаний, управления данными инженерного анализа, прогнозирования технических характеристик и поведения изделия^[8].

Проектирование оснастки

В дополнение к приложениям, отвечающим за конструкторскую проработку самого изделия, система NX CAD предлагает ряд решений, отвечающих за проектирование средств технологического оснащения:

• Mold Wizard — пакет проектирования элементов пресс-форм для изделий, получаемых литьем.
• Progressive Die Wizard — пакет проектирования штампов последовательного действия.
• Die Engineering и Die Design — модули проектирования штампов и структуры штампов.
• One Step Formability — одношаговый анализ формуемости для оценки возможности получения листовой детали методом холодной штамповки.
• Electrode Design — модуль проектирования оснастки для электроэрозионной обработки.

Приложения созданы с учётом принципа мастер-модели и обеспечивают ассоциативную связь как с изделием (CAD), так и с проектом обработки оснастки в CAM.

Программирование станков с ЧПУ (CAM)

NX CAM — модуль подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ^[9].

Поддерживает различные виды обработки: токарную обработку, фрезерную обработку на 3—5-осевых станках с ЧПУ, токарно-фрезерную, электроэрозионную проволочную обработку. Система NX CAM поддерживает прогрессивные виды обработки и оборудование: высокоскоростное фрезерование, обработку на основе элементов, токарно-фрезерные многофункциональные станки. Содержит встроенный модуль симуляции обработки на станке, работающий в кодах управляющей программы (G-кодах), который используется для анализа УП и обеспечивает контроль столкновений.

Ассоциативная связь между исходной моделью и сформированной траекторией инструмента обеспечивает автоматическое обновление данных при внесении изменений.

Программирование координатно-измерительных машин и анализ данных измерения

Модуль по программированию координатно-измерительных машин (КИМ) обеспечивает подготовку управляющих программ для КИМ и анализ данных измерения, в том числе сравнение данных измерения с 3D-моделью. Программа проведения измерений может быть создана с использованием объектов PMI – информации о допусках размеров и отклонений форм и поверхностей. В этом случае снижается объем ручного ввода данных, и программа контроля может быть ассоциативно связана с исходной моделью и, соответственно, отслеживать изменения. Поддерживается симуляция процесса измерения на КИМ на основе кода УП (обычно DMIS^[10]).

Средства расширения функционала системы

Система NX предоставляет набор механизмов, позволяющий расширять стандартный функционал и разрабатывать собственные средства автоматизации на базе платформы NX. Для разработки могут быть использованы основные языки программирования, такие как .NET, C++, Python, Java. Также система предоставляет возможность использовать внутренний KBE (knowledge based engineering) язык программирования.

Синхронная технология

Разработанная Siemens синхронная технология моделирования^{[11] [12]} впервые была реализована в версии NX 6, выпуск которой состоялся 30 июня 2008 года. Эта технология позволяет работать с топологическим описанием геометрии модели, не учитывая параметрические зависимости или их отсутствие. Традиционные средства параметрического моделирования имеют ряд известных ограничений при работе с непараметризованной геометрией или при наличии сложных параметрических зависимостей. Синхронная технология даёт возможность работать с такими моделями и редактировать их, автоматически распознавая геометрические элементы и связи между ними.

Применение

NX широко используется в машиностроении, особенно в отраслях, выпускающих изделия с высокой плотностью компоновки и большим числом деталей (энергомашиностроение, газотурбинные двигатели, транспортное машиностроение и т. п.) и/или изготавливающих изделия со сложными формами (авиационная, автомобильная и т. п.). В частности, систему используют такие крупные компании, как Daimler^{[13] [14]}, Chrysler^[15], Boeing^[16], Bosch^[17], NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL)^{[18] [19] [20]}, Land Rover BAR^[21], Red Bull Racing^[22], ММПП «Салют»^[23], «ОКБ им. Сухого»^[24], «МВЗ им. Миля»^[25], ПАО «КАМАЗ»^[26], «ГКНПЦ им. Хруничева»^[27], ОАО «Авиадвигатель»^[28], ОАО «Метровагонмаш»^[29], ОКБ «Аэрокосмические системы»^[30], НПО «Сатурн»^[31], ПКО «Теплообменник»^[32], ООО «Всесоюзный научно-исследовательский центр транспортных технологий» (ВНИЦТТ)^[33] и др. NX широко используется компаниями, производящими товары народного потребления, медицинское оборудование, электронику^[34].