Вариационное прямое моделирование в КОМПАС-3D V14

Обзор истории развития технологии прямого моделирования, причины и предпосылки её появления в КОМПАС-3D

С появлением нового КОМПАС-3D V14 с технологией вариационного прямого моделирования для конструкторов появляются новые инструменты для работы с импортированной геометрией — геометрией без истории построения. Эти инструменты позволяют практически мгновенно редактировать модели других САПР, изменяя размеры их элементов. Что же такое вариационное моделирование? Каковы предпосылки его появления в КОМПАС-3D и каковы перспективы использования и развития этой технологии?

В основу технологии вариационного прямого моделирования в КОМПАС- 3D положена технология VDM (Variational Direct Modeling) от компании Bricsys NV. Её суть заключается в наложении геометрических и размерных ограничений на 3D-объекты с последующим решением этих ограничений вариационными методами. Технология прямого моделирования — это новая технология не только для КОМПАС-3D и его пользователей, но и сравнительно молодая технология для всей отрасли САПР в целом.

Традиционно практически все САПР основываются на использовании технологий с историей построения — history-based design и parametric feature-based modeling. Это и Pro/Engineer, CATIA, SolidWorks, Inventor, T-FLEX CAD, а также многие другие, и конечно же КОМПАС-3D.

Несмотря на успешную реализацию такой технологии в различных САПР, около пяти лет назад начали появляться первые попытки использования новых технологий для моделирования. Одним из ярких примеров можно считать приложение SpaceClaim — система так называемого прямого моделирования, созданная Майклом Пейном. При моделировании в этом приложении история построения отсутствует абсолютно. Следует отметить, что Майкл Пейн, работавший в PTC и участвовавший в разработке SolidWorks, имеет огромный опыт создания приложений, основанных на технологии с историей построения.

Однако любая технология имеет свои недостатки и определённые трудности в её освоении и применении. Появление новых технологий, нацеленных на решение тех же задач, позволяет более явно выявить эти трудности и недостатки, а также их подчеркнуть. Противопоставляя две технологии моделирования, можно оценивать преимущества и недостатки каждой из них.

Говоря о затруднениях, которые могут возникнуть при моделировании с применением технологии с историей построения, можно отметить, что сама история построения и является основным источником возникновения трудностей. Они возникают и наиболее ощутимы, главным образом, когда необходимо отредактировать какую-нибудь сложную модель. Редактирование одной из операций, созданных вначале процесса моделирования, требует последовательного выполнения всех последующих операций, оно требует привнесения изменений в перестроение целой цепочки в модели. Удаление же одной из формообразующих операций может привести к нежелательному удалению других элементов, находящихся в иерархической зависимости от удаляемой операции. При удалении одного из элементов дерева модели в КОМПАС-3D появляется диалог, который информирует о том, какие зависимые операции построения будут неизбежно удалены автоматически.

Рис.1 Диалог удаления операции в КОМПАС

Если искать существующие аналогии рассмотренных технологий в системах двумерного проектирования, то можно вспомнить противопоставление ранних версий КОМПАС-График и T-FLEX CAD. T-FLEX CAD изначально работал на иерархической модели. Т.е. в нём можно было создавать цепочку построений и получалось «ветвистое дерево». И удаление одного из элементов могло привести к удалению других элементов — целой «ветки дерева». А в КОМПАС-График все элементы — геометрические примитивы — были независимы. Можно было безболезненно удалять выделенную часть изображения, перемещать её, добавлять новую геометрию.

В системах, основанных на использовании истории построения, конечно же существуют инструменты и приёмы, позволяющие бороться с нежелательными последствиями редактирования или удаления какой-то одной операции. Можно менять дерево модели, изменяя порядок построения путем перемещения определённых операций по дереву, если это позволяют иерархические связи.

Рис.2.1 и 2.2 Пример перемещения операции «Скругление:2» по дереву модели КОМПАС

Рис.3 Дерево модели КОМПАС в режиме отката

Рис.4 Контекстное меню для изменения плоскости эскиза

Первые системы, которые объединяют возможности параметрического моделирования со средствами прямого редактирования моделей, это системы от Siemens PLM Software с так называемой синхронной технологией. Сначала синхронная технология была реализована в Solid Edge, а затем и в NX и продолжает активно развиваться в настоящий момент.

Кроме того, у компании LEDAS появилась своя технология параметризации трёхмерных объектов. Она основывается на взаимодействии вариационного геометрического решателя LGS 3D от LEDAS с функциями любого геометрического ядра САПР. Эта технология позволяет работать с «чужой» геометрией путём наложения различных ограничений трёхмерного пространства. С октября 2011 года все права интеллектуальной собственности на исходные коды LGS 3D принадлежат компании Bricsys NV.

Возвращаясь к описанной выше аналогии с 2D-проектированием, технологию прямого вариационного моделирования можно сравнить с добавлением параметризации в КОМПАС-График. Эта технология точно также позволяет накладывать геометрические и размерные ограничения на элементы и геометрические объекты, только уже трёхмерного пространства. Таким образом, технология VDM — своеобразный параметризатор пространственных геометрических объектов.

Появление и развитие новой технологии моделирования в отрасли САПР, наличие работоспособной технологии VDM у LEDAS, а также, что немаловажно, выделение компанией АСКОН собственного геометрического ядра C3D в отдельный компонент, позволили представить пользователям КОМПАС-3D новую технологию моделирования. Именно появление C3D сделало технически возможным сотрудничество АСКОН и LEDAS в направлении добавления технологии прямого вариационного моделирования в КОМПАС-3D. Сначала она была доступна для ознакомления и работы как прикладная библиотека для пользователей КОМПАС-3D V13 SP2, а с выпуском новой версии V14 системы КОМПАС-3D технология вариационного прямого моделирования была включена в базовый функционал системы.

Особенности применения инструментов прямого моделирования в КОМПАС-3D

В качестве примера приведем изменение размеров корпуса и вала:

Применение системы КОМПАС-3D с технологией вариационного прямого моделирования позволит это сделать быстро, без необходимости перестроения габаритной модели заново и необходимости построения дополнительных эскизов для пояснения сути вносимых изменений своему коллеге. Модифицированную модель под свои потребности можно отправить обратно для дальнейшего согласования.

Даже если конструкторы работают в одной и той же системе на одном предприятии, у них всех всё равно разные подходы к моделированию, разный уровень владения функционалом САПР. Нередко одному конструктору необходимо применить модели другого, модифицировать их под свои задачи. В этом случая бывает тяжело разбираться в незнакомой истории построения. Используя технологию, можно эффективно пользоваться функцией «деталь-заготовка» и успешно дорабатывать модель согласно своим размерным критериям уже инструментами прямого вариационного моделирования.

Также эта технология позволяет использовать свои собственные наработки, выполненные в другой САПР. Она позволяет не просто сохранить результат моделирования в другом CAD-пакете, но и продолжать его успешно дорабатывать и модифицировать, внося новые исполнения и создавая прототипы на основе импортированной детали средствами прямого моделирования в КОМПАС-3D.

Описанные случаи встречаются в работе если не 100% конструкторов, то 95% точно.

Технология вариационного прямого моделирования в КОМПАC-3D будет удобна для освоения особенно тем пользователям, которые привыкли работать в 2D и в эскизах именно в параметрическом режиме. Среди её команд — команды наложения геометрических и размерных ограничений, а также команды выведения информации о наложенных на модель ограничениях. Однако, если в 2D для полного контроля над эскизом необходимо полностью увязать все геометрические примитивы между собой с помощью различных ограничений, то технология вариационного моделирования содержит так называемые интеллектуальные автоограничения. Она не требует от пользователя на 100% определить модель, а пытается добавить некоторые ограничения самостоятельно, сохраняя намерения проектировщика. То есть эти ограничения позволяют сохранить имеющуюся конструктивную концепцию детали — design intent. Например, если в модели детали имеются две цилиндрические поверхности, расположенные на одной оси, то при изменении расстояния от какой-нибудь поверхности, условно принятой за базовую до одного из этих отверстий, второе отверстие переместится автоматически, и после редактирования они останутся соосными. Конфигурация изделия в этом случае не поменяется.

Рис.5 Результат изменения расстояния до одного из отверстий, расположенных на одной оси

Как требование к моделям для работы с ними функциями вариационного прямого моделирования можно выделить то, что импортированная геометрия должна быть опознана, т.е. она должна быть прочитана и топологически целостна. Следует отметить также ограничения по сложности модели. Насыщенную модель с большим числом граней технология вряд ли сможет редактировать, главным образом, из-за интеллектуального подхода добавления ограничений на основании конструктивной концепции модели. В настоящее время технология может работать только с элементарными поверхностями, так называемыми аналитическими поверхностями: плоскость, цилиндр, конус, сфера, тор. Технология VDM пока не применима к сложным сплайновым поверхностям и рассматривает их как жесткие объекты.

Рис. 6 Пример импортированной геометрии с нарушенной топологией

Некое смещение в сторону применения и популяризации технологий прямого моделирования состоялось. Доступная ранее пользователям SolidEdge и NX в виде синхронной технологии, технология прямого моделирования стала теперь доступна и пользователям КОМПАС-3D в форме технологии вариационного моделирования. Команды прямого моделирования доступны пользователям SolidWorks через команду «подвинуть грань», хотя в этом случае перестроение модели идёт по «обычному сценарию» с записью изменений в дерево построения.

При популяризации использования технологии синхронного моделирования в Solid Edge и NX основной упор делается на скорость внесения изменений в модель и скорость перестроения модели. Используя технологию вариационного моделирования, пользователи КОМПАС-3D также получают выигрыш в скорости редактирования моделей. Обе технологии базируются на функциях прямого моделирования, однако поддержка намерений в них реализована по-разному. В синхронной технологии при перемещении грани необходимо дополнительно задать геометрические ограничения, указав, например, параллельные и перпендикулярные грани, а инструменты вариационного моделирования старается их установить самостоятельно.

Новый КОМПАС-3D V14 становится более «демократичным» и открытым к работе с моделями других САПР. КОМПАС-3D с технологией вариационного прямого моделирования делает своих пользователей более адаптивными к внешней среде, позволяя повысить эффективность их взаимодействия с пользователями других CAD-пакетов и получить максимально полезный результат от применения в своей деятельности моделей с импортированной геометрией.