¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

10 апрел€ 2013

¬ариационное пр€мое моделирование в  ќћѕј—-3D V14

¬ладимир ѕанченко

¬ладимир ѕанченко
ѕредисловие ƒмитри€ ”шакова: ѕ€ть лет назад € написал статью «¬ариационное пр€мое моделирование, или как сохранить намерени€ проектировщика в —јѕ– без истории построени€», в которой предложил способ «умного» редактировани€ твердотельных геометрических моделей без истории построени€. “ехнологи€ вариационного пр€мого моделировани€ (¬ѕћ) основана на локальной модификации граничного представлени€ тела в результате решени€ геометрических и размерных ограничений в трехмерном пространстве. ќграничени€ здесь могут как задаватьс€ пользователем, так и автоматически генерироватьс€ системой проектировани€ на основе данных о геометрии и топологии тела, а также образующих его конструктивных элементов. Ќа основе ¬ѕћ можно реализовать интеллектуальную систему параметрического твердотельного моделировани€, сочетающую достоинства систем на основе истории построени€ и пр€мого моделировани€, но лишенную присущих им недостатков (дл€ систем на основе истории построени€ — это сложность освоени€ и использовани€, неудовлетворительна€ производительность при параметрической модификации сложных деталей, невозможность работы с импортированными данными; дл€ систем пр€мого моделировани€ — это невозможность задани€ конструктивной концепции).

“ехнологи€ ¬ѕћ родилась не на пустом месте — до этого более семи лет специалисты компании Ћ≈ƒј— разрабатывали технологию эффективного решени€ геометрических ограничений в двумерном и трехмерном пространствах, получившую коммерческое воплощение в программных компонентах LGS. “радиционные приложени€ трехмерного решател€ в —јѕ– ограничивались построением трехмерных каркасов, проектированием сборок, анализом кинематики механизмов и моделированием движени€. ќднако, ¬ѕћ позвол€ет реализовать абсолютно новый класс приложений. ћы не могли просто описать преимущества этой технологии в стать€х — нам пришлось доказывать их на практике. ƒл€ этого мы создали специальную надстройку над решателем LGS 3D, получившую названием LIM 3D, и приступили к реализации демонстрационного приложени€.

¬ качестве такового после долгих споров выбрали систему трехмерного моделировани€ SketchUp. ќсновна€ причина состо€ла в том, что система была бесплатной и обладала огромной пользовательской базой. ћы создали плагин Driving Dimensions for SketchUp дл€ параметрического контрол€ создаваемой геометрии с помощью размерных ограничений в 3D.   сожалению, эта реализаци€ ¬ѕћ была существенно ограничена особенност€ми полигонального движка SketchUp. Ёто побудило нас предприн€ть более серьезную и ресурсоемкую попытку, внедрив ¬ѕћ в Rhino 3D, дл€ чего нам пришлось самосто€тельно реализовать отсутствующие в движке этой системы локальные операции. Ќаконец, в 2011 мы интегрировали LGS/LIM 3D с €дром твердотельного моделировани€ ACIS — признанным королем на рынке пр€мого моделировани€ — в рамках системы BricsCAD.

 ак известно нашим посто€нным читател€м, эти исследовани€ Ћ≈ƒј— завершились продажей прав интеллектуальной собственности на технологию ¬ѕћ и всех сопутствующих программных компонент и конечно-пользовательских приложений компании Menhirs (Ѕельги€). явл€€сь ныне директором российской дочки Menhirs («јќ «Bricsys Technologies Russia»), € с огромным удовлетворением наблюдал за интеграцией технологии ¬ѕћ в  ќћѕј—-3D — одну из самых попул€рных в –оссии трехмерных —јѕ–.

” этого проекта было много замечательных особенностей: это и беспрецедентна€ коопераци€ трех фирм (ј— ќЌ, Bricsys и Ћ≈ƒј—), и совершенно новый способ использовани€ €дра C3D, но особенно важно подчеркнуть, что технологи€ ¬ѕћ впервые была внедрена в систему, в которой уже была трехмерна€ параметризаци€ на основе истори€ построени€! » мне крайне любопытно было узнать, как ¬ладимир ѕанченко, директор по продукту ѕриложени€ направлени€ CAD/AEC, ј— ќЌ, чей интерес и напор породил этот проект и гарантировал его успешное завершение, обосновывает преимущества наличи€ технологии ¬ѕћ в такой развитой —јѕ–. ѕриглашаю и вас ознакомитьс€ с его аргументами!


ќбзор истории развити€ технологии пр€мого моделировани€, причины и предпосылки еЄ по€влени€ в  ќћѕј—-3D
ћоделирование в трехмерном пространстве сейчас уже в полной мере стало стандартом проектировани€ и объективной необходимостью. ƒл€ успешной интеграции в состав своей разрабатываемой конструкции узлов и деталей от других производителей современному конструктору уже недостаточно только взгл€нуть на двухмерный эскиз. ƒл€ качественного выполнени€ своих функций его интересует объЄмна€ модель примен€емой составной части. ”спешна€ интеграци€ при совместном проектировании сторонней модели в 3D-пространство своей —јѕ– совместно с собственными разработками обеспечит в дальнейшем быстрый и безошибочный процесс изготовлени€ и сборки издели€. ћногообразие различных —јѕ– со своими собственными форматами файлов моделей деталей и моделей сборочных единиц такую интеграцию несколько затрудн€ет. ѕо той же причине затруднено и успешное взаимодействие конструкторов двух предпри€тий, которые используют разные —јѕ– и работают над созданием единого издели€.

— по€влением нового  ќћѕј—-3D V14 с технологией вариационного пр€мого моделировани€ дл€ конструкторов по€вл€ютс€ новые инструменты дл€ работы с импортированной геометрией — геометрией без истории построени€. Ёти инструменты позвол€ют практически мгновенно редактировать модели других —јѕ–, измен€€ размеры их элементов. „то же такое вариационное моделирование?  аковы предпосылки его по€влени€ в  ќћѕј—-3D и каковы перспективы использовани€ и развити€ этой технологии?

¬ основу технологии вариационного пр€мого моделировани€ в  ќћѕј—- 3D положена технологи€ VDM (Variational Direct Modeling) от компании Bricsys NV. ≈Є суть заключаетс€ в наложении геометрических и размерных ограничений на 3D-объекты с последующим решением этих ограничений вариационными методами. “ехнологи€ пр€мого моделировани€ — это нова€ технологи€ не только дл€  ќћѕј—-3D и его пользователей, но и сравнительно молода€ технологи€ дл€ всей отрасли —јѕ– в целом.

“радиционно практически все —јѕ– основываютс€ на использовании технологий с историей построени€ — history-based design и parametric feature-based modeling. Ёто и Pro/Engineer, CATIA, SolidWorks, Inventor, T-FLEX CAD, а также многие другие, и конечно же  ќћѕј—-3D.

Ќесмотр€ на успешную реализацию такой технологии в различных —јѕ–, около п€ти лет назад начали по€вл€тьс€ первые попытки использовани€ новых технологий дл€ моделировани€. ќдним из €рких примеров можно считать приложение SpaceClaim — система так называемого пр€мого моделировани€, созданна€ ћайклом ѕейном. ѕри моделировании в этом приложении истори€ построени€ отсутствует абсолютно. —ледует отметить, что ћайкл ѕейн, работавший в PTC и участвовавший в разработке SolidWorks, имеет огромный опыт создани€ приложений, основанных на технологии с историей построени€.

ќднако люба€ технологи€ имеет свои недостатки и определЄнные трудности в еЄ освоении и применении. ѕо€вление новых технологий, нацеленных на решение тех же задач, позвол€ет более €вно вы€вить эти трудности и недостатки, а также их подчеркнуть. ѕротивопоставл€€ две технологии моделировани€, можно оценивать преимущества и недостатки каждой из них.

√овор€ о затруднени€х, которые могут возникнуть при моделировании с применением технологии с историей построени€, можно отметить, что сама истори€ построени€ и €вл€етс€ основным источником возникновени€ трудностей. ќни возникают и наиболее ощутимы, главным образом, когда необходимо отредактировать какую-нибудь сложную модель. –едактирование одной из операций, созданных вначале процесса моделировани€, требует последовательного выполнени€ всех последующих операций, оно требует привнесени€ изменений в перестроение целой цепочки в модели. ”даление же одной из формообразующих операций может привести к нежелательному удалению других элементов, наход€щихс€ в иерархической зависимости от удал€емой операции. ѕри удалении одного из элементов дерева модели в  ќћѕј—-3D по€вл€етс€ диалог, который информирует о том, какие зависимые операции построени€ будут неизбежно удалены автоматически.

–ис.1 ƒиалог удалени€ операции в  ќћѕј—

—истемы на основе пр€мого моделировани€, наоборот, позвол€ют работать непосредственно с тем элементом, который подлежит редактированию, т.е. напр€мую с геометрией, которую видит человек.

≈сли искать существующие аналогии рассмотренных технологий в системах двумерного проектировани€, то можно вспомнить противопоставление ранних версий  ќћѕј—-√рафик и T-FLEX CAD. T-FLEX CAD изначально работал на иерархической модели. “.е. в нЄм можно было создавать цепочку построений и получалось «ветвистое дерево». » удаление одного из элементов могло привести к удалению других элементов — целой «ветки дерева». ј в  ќћѕј—-√рафик все элементы — геометрические примитивы — были независимы. ћожно было безболезненно удал€ть выделенную часть изображени€, перемещать еЄ, добавл€ть новую геометрию.

¬ системах, основанных на использовании истории построени€, конечно же существуют инструменты и приЄмы, позвол€ющие боротьс€ с нежелательными последстви€ми редактировани€ или удалени€ какой-то одной операции. ћожно мен€ть дерево модели, измен€€ пор€док построени€ путем перемещени€ определЄнных операций по дереву, если это позвол€ют иерархические св€зи.

–ис.2.1 и 2.2 ѕример перемещени€ операции «—кругление:2» по дереву модели  ќћѕј—

—уществуют также так называемые функции отката истории построени€ наверх, позвол€ющие вернутьс€ к истокам моделировани€ и добавить новые элементы на начальных этапах процесса построени€ модели.

–ис.3 ƒерево модели  ќћѕј— в режиме отката

ќперацию «разместить эскиз» в  ќћѕј—-3D, котора€ позвол€ет изменить плоскость эскиза, также можно отнести к инструментам дл€ минимизации негативных последствий редактировани€. Ёта операци€ помогает переопределить иерархические св€зи между элементами построени€ в истории модели.

–ис.4  онтекстное меню дл€ изменени€ плоскости эскиза

ќднако все эти действи€ представл€ют собой довольно непростой процесс, требующий понимани€ истории построени€ модели, определЄнных навыков работы в —јѕ–, а также внимани€, сосредоточенности и тщательности. ¬едь не только важно свести к минимуму нежелательное удаление объектов геометрии, но и необходимо, прежде всего, найти требуемый геометрический элемент в дереве построени€, пон€ть историю моделировани€. „то особенно сложно, если модель была создана задолго до необходимости еЄ изменить и отредактировать или была создана кем-то другим. »менно на быстрое и простое изменение моделей без наложени€ дополнительных ограничений и были ориентированы первые и ныне существующие системы пр€мого моделировани€. “ак сказать, моделирование в режиме «нарисовал, не понравилось — стЄр». ќчевидным недостатком таких систем €вл€етс€ полное отсутствие параметризации, что значительно сужает возможности моделировани€. —реди примеров — упом€нутый ранее SpaceClaim и SketchUp.

ѕервые системы, которые объедин€ют возможности параметрического моделировани€ со средствами пр€мого редактировани€ моделей, это системы от Siemens PLM Software с так называемой синхронной технологией. —начала синхронна€ технологи€ была реализована в Solid Edge, а затем и в NX и продолжает активно развиватьс€ в насто€щий момент.

 роме того, у компании LEDAS по€вилась сво€ технологи€ параметризации трЄхмерных объектов. ќна основываетс€ на взаимодействии вариационного геометрического решател€ LGS 3D от LEDAS с функци€ми любого геометрического €дра —јѕ–. Ёта технологи€ позвол€ет работать с «чужой» геометрией путЄм наложени€ различных ограничений трЄхмерного пространства. — окт€бр€ 2011 года все права интеллектуальной собственности на исходные коды LGS 3D принадлежат компании Bricsys NV.

¬озвраща€сь к описанной выше аналогии с 2D-проектированием, технологию пр€мого вариационного моделировани€ можно сравнить с добавлением параметризации в  ќћѕј—-√рафик. Ёта технологи€ точно также позвол€ет накладывать геометрические и размерные ограничени€ на элементы и геометрические объекты, только уже трЄхмерного пространства. “аким образом, технологи€ VDM — своеобразный параметризатор пространственных геометрических объектов.

ѕо€вление и развитие новой технологии моделировани€ в отрасли —јѕ–, наличие работоспособной технологии VDM у LEDAS, а также, что немаловажно, выделение компанией ј— ќЌ собственного геометрического €дра C3D в отдельный компонент, позволили представить пользовател€м  ќћѕј—-3D новую технологию моделировани€. »менно по€вление C3D сделало технически возможным сотрудничество ј— ќЌ и LEDAS в направлении добавлени€ технологии пр€мого вариационного моделировани€ в  ќћѕј—-3D. —начала она была доступна дл€ ознакомлени€ и работы как прикладна€ библиотека дл€ пользователей  ќћѕј—-3D V13 SP2, а с выпуском новой версии V14 системы  ќћѕј—-3D технологи€ вариационного пр€мого моделировани€ была включена в базовый функционал системы.

ќсобенности применени€ инструментов пр€мого моделировани€ в  ќћѕј—-3D
¬  ќћѕј—-3D технологи€ вариационного моделировани€ своих функций моделировани€ как таковых не имеет, она нацелена на редактирование и модифицирование уже готовой геометрии любого происхождени€. “аким образом, еЄ применение в конструкторской работе дл€ пользователей  ќћѕј—-3D позвол€ет повысить эффективность взаимодействи€ при решении одной общей задачи с конструкторами, работающими в других —јѕ–. ¬едь очень часто при работе над совместным проектом в процессе разработки рассматриваютс€ различные варианты креплени€ и совместного размещени€ различных узлов. Ќапример, разработчик составного узла предлагает свои варианты габаритных и присоединительных размеров. ј конструктор основного издели€ дл€ обеспечени€ более оптимальной ув€зки составных частей в составе всей конструкции может предложить что-нибудь изменить: подвинуть, сдвинуть, уменьшить, увеличить, раст€нуть или даже переместить.

¬ качестве примера приведем изменение размеров корпуса и вала:

ѕр€мое моделирование в  ќћѕј—-3D.  орпус

ѕр€мое моделировани€ в  ќћѕј—-3D. ‘ланец

ѕрименение системы  ќћѕј—-3D с технологией вариационного пр€мого моделировани€ позволит это сделать быстро, без необходимости перестроени€ габаритной модели заново и необходимости построени€ дополнительных эскизов дл€ по€снени€ сути вносимых изменений своему коллеге. ћодифицированную модель под свои потребности можно отправить обратно дл€ дальнейшего согласовани€.

ƒаже если конструкторы работают в одной и той же системе на одном предпри€тии, у них всех всЄ равно разные подходы к моделированию, разный уровень владени€ функционалом —јѕ–. Ќередко одному конструктору необходимо применить модели другого, модифицировать их под свои задачи. ¬ этом случа€ бывает т€жело разбиратьс€ в незнакомой истории построени€. »спользу€ технологию, можно эффективно пользоватьс€ функцией «деталь-заготовка» и успешно дорабатывать модель согласно своим размерным критери€м уже инструментами пр€мого вариационного моделировани€.

“акже эта технологи€ позвол€ет использовать свои собственные наработки, выполненные в другой —јѕ–. ќна позвол€ет не просто сохранить результат моделировани€ в другом CAD-пакете, но и продолжать его успешно дорабатывать и модифицировать, внос€ новые исполнени€ и создава€ прототипы на основе импортированной детали средствами пр€мого моделировани€ в  ќћѕј—-3D.

ќписанные случаи встречаютс€ в работе если не 100% конструкторов, то 95% точно.

“ехнологи€ вариационного пр€мого моделировани€ в  ќћѕјC-3D будет удобна дл€ освоени€ особенно тем пользовател€м, которые привыкли работать в 2D и в эскизах именно в параметрическом режиме. —реди еЄ команд — команды наложени€ геометрических и размерных ограничений, а также команды выведени€ информации о наложенных на модель ограничени€х. ќднако, если в 2D дл€ полного контрол€ над эскизом необходимо полностью ув€зать все геометрические примитивы между собой с помощью различных ограничений, то технологи€ вариационного моделировани€ содержит так называемые интеллектуальные автоограничени€. ќна не требует от пользовател€ на 100% определить модель, а пытаетс€ добавить некоторые ограничени€ самосто€тельно, сохран€€ намерени€ проектировщика. “о есть эти ограничени€ позвол€ют сохранить имеющуюс€ конструктивную концепцию детали — design intent. Ќапример, если в модели детали имеютс€ две цилиндрические поверхности, расположенные на одной оси, то при изменении рассто€ни€ от какой-нибудь поверхности, условно прин€той за базовую до одного из этих отверстий, второе отверстие переместитс€ автоматически, и после редактировани€ они останутс€ соосными.  онфигураци€ издели€ в этом случае не помен€етс€.

–ис.5 –езультат изменени€ рассто€ни€ до одного из отверстий, расположенных на одной оси

“ехнологи€ вариационного пр€мого моделировани€ в  ќћѕјC-3D может также примен€тьс€ и дл€ комбинированного моделировани€. ¬едь часто бывают случаи, когда недостаточно просто изменить размеры каких-нибудь элементов модели, а уже, наоборот, необходимо изменить еЄ конфигурацию, добавив или отн€в другие геометрические элементы. ¬ этом случае, после изменени€ размеров средствами пр€мого моделировани€, можно применить стандартные формообразующие операции системы  ќћѕј—-3D. ¬ыполнение операции скруглени€ после изменени€ геометрических параметров модели инструментами пр€мого моделировани€ выгл€дит следующим образом:

“ехнологи€ вариационного моделировани€, как отмечалось ранее, может работать с любой геометрией. Ёто могут быть родные модели  ќћѕј—-3D, модели  ќћѕј—-3D с удаленной историей построени€, импортированные модели из распространЄнных поддерживаемых форматов: *iges; *step; *sat (ACIS); *x_t (Parasolid). “акже это могут быть модели в форматах таких —јѕ–, как CATIA V4, CATIA V5, Pro/ENGINEER, Unigraphics NX, Autodesk Inventor, загруженные в  ќћѕј—-3D с помощью набора трансл€торов KompasVidia.

 ак требование к модел€м дл€ работы с ними функци€ми вариационного пр€мого моделировани€ можно выделить то, что импортированна€ геометри€ должна быть опознана, т.е. она должна быть прочитана и топологически целостна. —ледует отметить также ограничени€ по сложности модели. Ќасыщенную модель с большим числом граней технологи€ вр€д ли сможет редактировать, главным образом, из-за интеллектуального подхода добавлени€ ограничений на основании конструктивной концепции модели. ¬ насто€щее врем€ технологи€ может работать только с элементарными поверхност€ми, так называемыми аналитическими поверхност€ми: плоскость, цилиндр, конус, сфера, тор. “ехнологи€ VDM пока не применима к сложным сплайновым поверхност€м и рассматривает их как жесткие объекты.

–ис. 6 ѕример импортированной геометрии с нарушенной топологией

ћодели, к которым были применены инструменты редактировани€ технологии пр€мого вариационного моделировани€, с точки зрени€ последующего использовани€ результата ничем не отличаютс€ от «родных» моделей системы  ќћѕј—-3D. ќни точно также могут быть переданы в чертежи, использованы в составе сборочной модели, экспортированы в другой поддерживаемый формат, переданы в приложение дл€ прочностного расчЄта APM FEM или какую-либо CAM-систему.

Ќекое смещение в сторону применени€ и попул€ризации технологий пр€мого моделировани€ состо€лось. ƒоступна€ ранее пользовател€м SolidEdge и NX в виде синхронной технологии, технологи€ пр€мого моделировани€ стала теперь доступна и пользовател€м  ќћѕј—-3D в форме технологии вариационного моделировани€.  оманды пр€мого моделировани€ доступны пользовател€м SolidWorks через команду «подвинуть грань», хот€ в этом случае перестроение модели идЄт по «обычному сценарию» с записью изменений в дерево построени€.

ѕри попул€ризации использовани€ технологии синхронного моделировани€ в Solid Edge и NX основной упор делаетс€ на скорость внесени€ изменений в модель и скорость перестроени€ модели. »спользу€ технологию вариационного моделировани€, пользователи  ќћѕј—-3D также получают выигрыш в скорости редактировани€ моделей. ќбе технологии базируютс€ на функци€х пр€мого моделировани€, однако поддержка намерений в них реализована по-разному. ¬ синхронной технологии при перемещении грани необходимо дополнительно задать геометрические ограничени€, указав, например, параллельные и перпендикул€рные грани, а инструменты вариационного моделировани€ стараетс€ их установить самосто€тельно.

Ќовый  ќћѕј—-3D V14 становитс€ более «демократичным» и открытым к работе с модел€ми других —јѕ–.  ќћѕј—-3D с технологией вариационного пр€мого моделировани€ делает своих пользователей более адаптивными к внешней среде, позвол€€ повысить эффективность их взаимодействи€ с пользовател€ми других CAD-пакетов и получить максимально полезный результат от применени€ в своей де€тельности моделей с импортированной геометрией.


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: Ёффективное производство неэффективного продукта или неэффективное Ц эффективного?

Ѕлог:  Ћ≈ƒј—: виндсерфинг, катамаран и другое

ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

¬ыбор железа дл€ DWG — јлексей  ононенко, технический директор Bricsys –осси€ (18 июл€ 2016)
isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2016 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.