D-Cubed и ЛЕДАС как флагманы параметризации в САПР

Опубликованная в upFront.eZine статья «Все о 2D DCM от D-Cubed» содержит интересные факты об этом продукте, его прошлом и будущем, и мы решили, что читателям нашего портала будет интересно ознакомиться с её переводом на русский язык. Немаловажно, что в статье упоминается российская компания ЛЕДАС (это не совсем корректное упоминание послужило поводом для публикации в следующем номере upFront.eZine ответа Дмитрия Ушакова, директора по управлению продуктами ЛЕДАС. Перевод этого ответа мы также предлагаем вашему вниманию).

Все о 2D DCM от D-Cubed

Нил Ховарт (Neil Howarth) занимает в Siemens PLM Software пост управляющего по развитию бизнеса компонентов D-Cubed. Он выбрал время в своем напряженном графике, чтобы поговорить с upFront.eZine о бизнесе D-Cubed, в частности о чертежном процессоре (sketcher engine) 2D Dimensional Constraint Manager (2D DCM).

D-Cubed владеет технологией для решения геометрических ограничений в 2D и 3D, используемой Siemens PLM Software и многими другими разработчиками систем CAD, CAM и CAE. Разработчики лицензируют компоненты D-Cubed, чтобы быстро предоставить своим пользователям инструменты на основе ограничений, а также, чтобы сократить стоимость по сравнению с самостоятельной разработкой и поддержкой аналогичного ПО. Среди других компонентов компании Siemens PLM Software хорошо известно ядро геометрического моделирования Parasolid.

Первой известной д-ру Ховарту CAD-системой с возможностью решения геометрических ограничений была Sketchpad, разработанная в начала 1960-х гг. Айвэном Сазерлэндом (Ivan Sutherland), позднее основавшим известную компанию Evans and Sutherland. Соответствующая технология начала появляться в коммерческих приложениях в середине 1980-х гг., включая продукты фирмы Cognition (расположенной в Массачусетсе, США) и позднее – PTC. Решатель 2D DCM стал первым продуктом, представившим эту технологию как компонент для лицензирования в 1990 г.

Компания D-Cubed была основана в 1989 г. Джоном Оуэном (John Owen), который – с его опытом в математике и твердотельном моделировании – был главным исполнительным директором (CEO) и директором по технологиям (CTO) на протяжении первых 15 лет существования компании. Все разработчики имеют образование в области математики, физики, инженерии и информатики, многие имеют степень PhD (кандидатов наук). Компания была поглощена UGS в 2004 г., которая, в свою очередь, была поглощена частным инвестиционным фондом и затем продана концерну Siemens.

Бизнес D-Cubed состоит в производстве полудюжины пакетов компонентного ПО, из которых наибольшую известность получил 2D DCM, имя которого образованное аббревиатурой слов Управляющий Размерными Ограничениями (англ. Dimensional Constraint Manager), было выбрано людьми, не имеющими отношения к маркетингу, вскоре после образования компании.

Предназначение 2D DCM состоит в контроле эскизов в CAD-системах посредством применения к геометрическим объектам простых геометрических правил: быть горизонтальным, быть связанными, иметь фиксированное положение, быть определенного размера и т.п. Есть мнение, что параметрическое моделирование делает CAD-системы более сложными в использовании, потому что требуется время, чтобы понять, как его нужно применять на практике. Однако, все же превалирует точка зрения, что, овладев параметрическим моделированием, вы сразу сможете быстрее создавать и редактировать модели. Когда вы изучите его использование в одной CAD-системе, вы сможете пользоваться им и в других. Наконец, никто не принуждает вас использовать параметрическое моделирование, если вы не хотите этого.

Являясь базовым компонентом, 2D DCM не имеет собственного графического интерфейса, оставляя программистам CAD-вендора выбор того, какую часть возможностей стоит задействовать, и как они будут выглядеть на экране. CAD-программа вызывает функции DCM (создание геометрии, размеров и ограничений), получает ответ (положения геометрических объектов, которые удовлетворяют размерам и ограничениям) и самостоятельно обновляет на экране образ параметрически измененной модели. DCM работает с векторной геометрией любого происхождения, и не только эскизы в CAD-системах, но и программы для построения диаграмм типа Visio могут использовать этот компонент.

Д-р Ховарт показал мне собственное приложение D-Cubed, используемое для демонстрации и тестирования многих функций 2D DCM. Например, это демо-приложение подсвечивает размеры и ограничения, которые переопределяют эскиз. Пользователь может удалить любое из них, а не только последнее добавленное, для того, чтобы получить хорошо определенную модель. Приложение подсвечивает недоопределенную геометрию и позволяет пользователю перетаскивать такую геометрию по экрану. Функция демо-приложения под названием «Колебание» (Wobble) перемещает все не полностью ограниченные элементы, что позволяет пользователю увидеть «свободные биты», указывающие места, где должны быть добавлены новые размеры и ограничения, чтобы полностью определить эскиз. Функциональность автоматического добавления ограничений и размеров может самостоятельно доопределить модель, хотя окончательное расположение размеров должно быть затем уточнено пользователем. Демо-приложение позволяет вам увидеть, какие возможности все еще не реализованы в используемом вами CAD-пакете!

Вопросы и ответы

upFront.eZine: Почему CAD-вендор не может создать собственный DCM, ведь немало CAD-вендоров разработали собственные геометрические ядра?
Д-р Ховарт: Несколько вендоров разработали собственные решатели геометрических ограничений, предполагая, что они смогут контролировать собственную технологию. Те же, кто предпочел адаптировать DCM, должны учесть несколько факторов. Будучи в этом бизнесе с 1989 г., мы решили многие из общих проблем, приведя наш код к высоким стандартам. С нашими компонентами вендор может быть уверен в том, что он выйдет на рынок быстрее и с меньшей стоимостью разработки. Компонентная бизнес-модель в индустрии CAD, CAM, CAE имеет много общего с другими отраслями промышленности, например с автомобилестроением. Производители автомобилей обычно не делают самостоятельно все части автомобиля. То же самое справедливо для многих поставщиков CAD, CAM, CAE, которые предпочли строить свои приложения на основе программных компонентов, позволяющих их разработчикам лучше сфокусироваться на основной области специализации компании.

upFront.eZine: Кто является вашими конкурентами?
Д-р Ховарт: Их не так много. Рынок компонентов для решения геометрических ограничений достаточно мал по сравнению, скажем, с рынком конечно-пользовательских приложений CAD, и поэтому этот бизнес не способен прокормить многих поставщиков. Что касается компонентов для решения геометрических ограничений DCM, то компания ЛЕДАС из России является сравнительно недавним участником рынка. В долгосрочном плане мы всегда конкурировали с теми командами разработчиков приложений, которые предпочитали разрабатывать аналогичную функциональность самостоятельно, убеждая их в выгодах компонентной модели бизнеса вообще и нашей технологии в частности.

upFront.eZine: Что можно сказать о 3D?
Д-р Ховарт: У нас есть 3D DCM, который очень похож на 2D DCM с той дополнительной возможностью, что он может решать трехмерные модели. Он используется для решения размерных и геометрических ограничений, которые помогают позиционировать части в сборке или в кинематическом механизме, геометрические объекты в трехмерном эскизе, включая разметку трубопроводов и электропроводки, а также для прямого (без истории построения) контроля формы трехмерной детали.

upFront.eZine: Каковы направления будущего развития для DCM?
Д-р Ховарт: Что касается 2D DCM, то он достаточно интенсивно разрабатывался более двадцати лет и сейчас является вполне функциональным. Следовательно, фокус разработки состоит в удовлетворении детальных требований, которые приходят из очень большой пользовательской базы: новых возможностей, улучшенной производительности или исправлений ошибок. Интересно также текущее направление разработки, вызванное недавней адаптацией вендорами AEC (систем архитектурно-строительного проектирования) их собственной версии параметрического моделирования, включая информационное моделирование зданий (BIM), которое появилось в механических CAD более двадцати лет назад. В последние годы компоненты DCM стали лицензироваться AEC-вендорами. Интересно наблюдать, что в некотором смысле данный аспект технической истории рынка CAD, т.е. параметрическое моделирование, повторяет само себя.

3D DCM тоже присутствует на рынке достаточное время, но текущий прогресс разных способов его использования в приложениях более интенсивен, чем для 2D DCM, например, в качестве процессора для нового поколения приложений прямого моделирования, или как расширение технологии двумерного эскизного черчения в 3D. Технические вызовы в 3D всегда более интенсивны, чем в 2D.

upFront.eZine: Повлияла ли на DCM возросшая производительность компьютеров?
Д-р Ховарт: 2D DCM на типичных эскизах показывает вполне хорошую производительность с самого первого релиза, будучи достаточно интерактивным 20 лет назад и очень интерактивным сегодня. Такая производительность основана на использовании алгоритмов из оригинальных работах нашего основателя Джона Оуэна, постоянно «тюнингуемых» все эти годы. Однако, по мере того, как все больше CAD-систем становятся параметрическими, появляются очень большие чертежи с ограничениями, и быстрые компьютеры всегда здесь пригодятся. Решение в 3D с помощью 3D DCM всегда было более интенсивным, чем в 2D, и здесь доступность быстрых компьютеров всегда приносила пользу.

До сих пор мы не упоминали компоненты D-Cubed Hidden Line Manager (Управляющий Скрытыми Линиями) и Collision Detection Manager (Управляющий Определением Столкновений), хотя они как раз и являются самыми главными потребителями вычислительных ресурсов. Есть возможности для использования мощи мультипроцессорных систем в этих функциональных областях в самом ближайшем будущем.

upFront.eZine: Моя личная проблема при работе с ограничениями – это узнать, когда проект становится полностью определенным.
Д-р Ховарт: Хороший вопрос. Проект не обязан быть полностью определенным, но если он таков, это снимает большинство неопределенностей относительно поведения решателя. Поэтому, как мы видели в демо-приложении, существуют многочисленные подходы к решению этого вопроса. DCM может идентифицировать недоопределенные части модели и во многих случаях показать специфическую природу оставшихся степеней свободы, например, тот факт, что деталь все еще может поворачиваться вокруг некоторой оси. Пользователь может перетаскивать недоопределенные элементы, в результате чего получается движение, иллюстрирующее оставшиеся степени свободы. Функция «колебание» (wobble) может «перетрясти» объекты автоматически в соответствии с оставшимися степенями свободы, тем самым показывая проектировщику, какие части необходимо доопределить. Наконец, если пользователь предпочитает автоматическое решение, 2D DCM совместно с приложением может автоматически обеспечить наложение размеров и ограничений, которые будут полностью определять модель.

upFront.eZine: Что означает имя D-Cubed?
Д-р Ховарт: Оно образовано от D умножить на D умножить на D, обозначая тем самым связь с трехмерными геометрическими приложениям. DxDxD может быть записано как D в степени три, что по-английски читается “D Cubed” («D в кубе»). Мы еще добавили дефис.

http://www.plm.automation.siemens.com/en_us/products/open/d-cubed/index.shtml

ЛЕДАС отвечает D-Cubed

Статья «Все о 2D DCM от D-Cubed» привлекла мое особое внимание, потому что содержала упоминание имени компании, в которой я работаю (ЛЕДАС). Отвечая на вопрос upFront.eZine о конкурентах, д-р Ховарт из D-Cubed заявил: «Что касается компонентов для решения геометрических ограничений DCM, то компания ЛЕДАС из России является сравнительно недавним участником рынка». Могу я сделать небольшое пояснение к этому заявлению?

ЗАО «ЛЕДАС» было основано одиннадцать лет назад – в 1999 г. Семь лет назад мы начали продажи нашего технологического компонента LGS 2D, являющегося прямым конкурентом 2D DCM от D-Cubed. Наш компонент был разработан для поддержки параметрического черчения в двумерных и трехмерных приложениях классов CAD/CAM/CAE. С тех пор с десяток компаний-разработчиков ПО лицензировали LGS 2D, также как и его трехмерную версию LGS 3D (этот наш компонент является конкурентом 3D DCM от D-Cubed), и успешно встроили их в собственные приложения. Поэтому, хотя мы и на десять лет моложе D-Cubed, мы далеко не новички.

С нашей точки зрения, главное отличие между нашими компаниями состоит в том, что D-Cubed является частью большого вендора, Siemens PLM Software, а мы являемся независимой компанией. Siemens PLM Software конкурирует на рынке приложений CAD/CAM с другими компаниями, которые лицензировали компоненты D-Cubed. Получают ли эти компании техническую поддержку и функциональность того же уровня, что подразделения внутри Siemens? Например, есть ли у конкурентов возможность лицензировать синхронную технологию Siemens? Наши заказчики не задают нам таких вопросов, потому что все наши технологии полностью доступны им, так как мы не конкурируем с нашими клиентами.

Мы полностью в курсе выдающегося вклада д-ра Оуэна (основателя D-Cubed) в область решения геометрических ограничений. В то же время, стоит упомянуть вклад других исследователей. Среди них профессор Хоффманн из Университета Пердью (США), профессор Микелучи из Университета Бургундии и профессор Клеман из Dassault Systemes (оба - Франция), а также других исследователей, чьи работы по методам решения геометрических ограничений восходят еще к 1975 г.

Ограничения решаются для удовлетворения пользователя

Хотя алгоритмы решения ограничений были достаточно проработаны за последние тридцать лет, на рынке до сих пор представлено только несколько коммерческих решателей. По моему мнению, недостаточно просто решить задачу удовлетворения ограничения. Необходимо еще найти такое решение, которое лучше всего соответствует ожиданиям конечных пользователей – это называется натуральным поведением и часто зависит от субъективных мнений пользователей. Зрелость конкретной коммерческой технологии для решения ограничений основана на непрерывном улучшении качества решающей процедуры. Этот процесс управляется запросами заказчиков, которые используют решатель в различных контекстах.

ЛЕДАС проводит собственные исследования в области решения ограничений. Судя по всему, наша команда по своему научному и техническому уровню похожа на ту, с которой работает д-р Ховарт; в частности, примерно половина наших разработчиков имеют степени кандидатов наук, а многие другие имеют хорошие шансы защититься в будущем. «Мозговая» сила совершенно необходима, т.к. разработка компонентов CAD сочетает сильные ноу-хау в таких областях как математика, информатика и инженерия программного обеспечения. Мы активно сотрудничаем с университетами, примером чему служат ведущиеся сейчас исследования в Университете Пердью (США) в области пользовательских интерфейсов для CAD. Вместе мы улучшили основанное на ограничениях черчение «от руки», являющееся ключом к построению надежных систем для распознавания чертежей и чертежных интерфейсов к будущим CAD-системам.

Некоторые клиенты, лицензирующие нашу технологию, являются не традиционными CAD-вендорами (такими как Tecnos G.A. и CD-adapco), а фирмами, которые встраивают LGS 3D в собственные «домашние» CAD-системы. Joe Gibbs Racing, команда гоночной серии NASCAR, например, использует наше ПО для сборки деталей подвески на шасси. Другие клиенты предпочитают разработки собственных проприетарных компонентов заказать команде математиков ЛЕДАСа, например, разработанные нами компоненты для системы CATIA присутствуют на рынке уже несколько лет.

В прошлом году мы начали сотрудничать с Альянсом по Открытому Проектированию (Open Design Alliance), некоммерческим консорциумом более 2000 разработчиков ПО, с целью интеграции нашего решателя геометрических ограничений LGS 2D с платформой Teigha и обеспечения полной совместимости с форматом файлов DWG 2010. Сейчас наш решатель доступен членам ODA, которым требуется поддержка ограничений в рамках разрабатываемых ими приложений.

Технологии ограничений для будущего

Один из интересных моментов интервью д-ра Ховарта касался будущих направлений для решателей геометрических ограничений. Мы разделяем его точку зрения относительно возрастающего использования трехмерных решателей как процессоров для систем прямого моделирования нового поколения. Для нас это важное направление исследований. По мере того, как системы прямого моделирования становятся все более популярными, возникает вопрос, как сохранять конструктивную концепцию (design intent) в окружении без истории построения. Нашим ответом на этот вопрос является разрабатываемая в компании ЛЕДАС технология вариационного прямого моделирования (VDM от англ. Variational Direct Modeling).

Технология VDM позволяет пользователям интеллектуально модифицировать любой параметр в системах прямого моделирования, сохраняя конструктивную концепцию, которая автоматически распознается нашим процессором и выражается в виде набора геометрических и инженерных ограничений. Мы разработали подключаемый модуль (плагин) для системы прямого моделирования Rhinoceros от компании McNeel & Associates, который позволяет любому желающему оценить нашу технологию VDM.

Уверен, что это добавление к интервью д-ра Ховарта будет полезно читателям upFront.eZine. Я доступен для любых вопросов по адресу ushakov@ledas.com.

Дмитрий Ушаков – директор по управлению продуктами компании ЛЕДАС, Новосибирск, Россия
http://www.ledas.com