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

16 €нвар€ 2014

 ак создавать редактируемые модели в параметрических CAD

ƒмитрий ”шаковƒмитрий ”шаков

ќт редакции isicad.ru: Ќа нашем портале периодически вспыхивают дискуссии о сравнении параметрического моделировани€ на основе истории построени€ с пр€мым моделированием. —вежий пример — 25 комментариев к статье «¬ариационное пр€мое моделирование — революционна€ парадигма дл€ 3D». ∆елающим ознакомитьс€ с другими мнени€ми на эту тему предлагаем прочитать 31 комментарий к статье «ѕараметрическое пр€мое моделирование», 61 комментарий к обзору « ому и зачем нужно пр€мое моделирование? ќбзор конкурентных технологий» или 121 комментарий к отчету о конференции пользователей Rhino «ƒоспехи дл€ носорога».

¬ чем видитс€ корень этих дискуссий? –азработчики и пользователи систем пр€мого моделировани€ указывают на недостатки параметрического моделировани€ на основе истории построени€, но приверженцы последнего подхода зачастую отказываютс€ эти недостатки признавать. »х можно пон€ть — многие из них успешно примен€ли CAD-системы на основе истории построени€ многие годы, сжились со всеми их достоинствами и недостатками, и теперь не в состо€нии отделить одно от другого. Ѕезусловно, при текущем уровне развити€ обоих технологий, во многих реальных случа€х моделированию на основе истории построени€ нет альтернативы. ѕоэтому важно не скрывать недостатки этой технологии, а напротив осознать их природу и предложить методы борьбы с ними.

»менно такого рода работа была недавно проделана –ичардом √ебхардом (Richard Gebhard), президентом американской компании Assembly Technology Inc., предлагающей услуги по проектированию и сборке электронных приборов. –ичард обладает двадцатилетним опытом работы с машиностроительными —јѕ– (MCAD). ѕредложенна€ им —тратеги€ ”пругого ћоделировани€ (Resilient Modeling Strategy) позвол€ет минимизировать недостатки моделировани€ на основе истории построени€ и получать в рамках этого подхода надежные, очевидные и готовые к повторному использованию CAD-модели.

–ичард √ебхард представил свою стратегии на Solid Edge University 2013 (слайды его мастер-класса на соответствующую тему можно посмотреть здесь). »спользование Solid Edge в данном случае непринципиально — предлагаемую стратегию можно примен€ть в Creo, SolidWorks, Inventor и других серийных MCAD-системах. —тратегию –ичерда √ебхарда широко разрекламировал Ёван ярес в серии своих публикаций «Ќесбывшеес€ обещание параметрических CAD» : части 1, 2, 3, 4, 5 и 6.

 ак вспоминает Ёван ярес, эра трехмерного параметрического моделировани€ (в его современном понимании) началась в сент€бре 1987 г. с покупки двух первых лицензий Pro/Engineer компанией Deere & Company. ѕервый пользователь был в восторге: «Pro/ENGINEER €вл€етс€ лучшим примером того, как должно работать твердотельное моделирование. —ила продукта заключена в его механических конструктивных элементах с возможностью параметрического изменени€. ѕреимуществом такой комбинации €вл€етс€ более дружественный пользовательский интерфейс и интеллектуальна€ геометрическа€ база данных».

—амуил √ейзберг

—амуил √ейзберг

—амуил √ейзберг, основатель PTC и отец Pro/ENGINEER, целилс€ в свое врем€ на создание «системы, котора€ была бы достаточно гибкой дл€ того, чтобы вдохновить инженеров на легкое рассмотрение множества вариантов проекта. ј стоимость внесени€ изменений должна быть как можно ближе к нулю».

ѕолучилось ли у него добитьс€ поставленной цели? Ќесомненный коммерческий успех Pro/E, а также последующа€ реализаци€ технологии параметрических конструктивных элементов практически во всех MCAD-системах лишь отдал€ют нас от ответа на этот вопрос. ¬от что думает на этот счет ƒэвид ¬айсберг (David Weisberg), пионер компьютерной графики и автор знаменитой книги «Engineering Design Revolution»:

«ѕроблема с параметрическим проектированием, основанным на методе регенерации модели из дерева ее истории, состоит в том, что добавл€ема€ в модель геометри€ зависит от созданной ранее. Ёта методологи€, описываема€ отношением родитель-ребенок, которое может распростран€тьс€ на много уровней в глубину. ”даление или изменение родительского элемента может оказывать неожиданный эффект на дочерние элементы. ¬ предельных случа€х пользователь вынужден полностью перестроить свою модель.»

ќбратна€ сторона отношени€ родитель-потомок

ƒействительно, дерево конструктивных элементов модели в традиционной MCAD-системе типа Pro/E строитс€ на основе отношени€ родитель-ребенок. Ќапример, если вы получаете тело выт€гиванием двумерного профил€, а затем создаете отверстие в одной из граней тела, то конструктивный элемент «отверстие» становитс€ ребенком элемента «выт€гивание». —обственно, именно отношение родитель-ребенок и €вл€етс€ основным способом выражени€ конструктивной концепции модели (design intent) в традиционных MCAD-системах, основанных на истории построени€.

Ёто отношение находитс€ в «сп€щем» режиме до тех пор, пока вы не захотите отредактировать модель. Ќо проблема этой концепции в том, что детали редко редактируютс€ в процессе создани€, поэтому многие отношени€ родитель-ребенок остаютс€ непротестированными. ћомент истины наступает в момент первого редактировани€.  то не видел «деталей из ада» — тех, редактировать которые нет никакой возможности, так как процесс их редактировани€ подобен дуновению ветра на карточный домик?

ќсновна€ проблема существующего способа редактировани€ в параметрических CAD заключаетс€ в том, что авторы моделей создают их без какой-либо огл€дки на последующее редактирование. „асто эти «карточные домики» проще создать заново, чем пытатьс€ редактировать. ¬о многих случа€х дерево конструктивных элементов модели €вл€етс€ настолько «зашифрованным», что его способен пон€ть только автор модели, но если он уволитс€ или просто забудет свой проект, модель становитс€ нередактируемой. Ќаконец, практически никто и никогда не создает новую деталь копированием и редактированием существующей — большинство предпочитают создавать новую деталь с нул€, свод€ тем самым на нет одно из важнейших преимущества параметрического моделировани€.

—тратеги€ ”пругого ћоделировани€

≈сть ли способ преодолеть эти проблемы? »менно дл€ этого служит предложенна€ –ичардом √ебхардом —тратеги€ ”пругого ћоделировани€ (англ. Resilient Modeling Strategy). ќна состоит в применении согласованного набора правил проектировани€ с целью получить:
  1. редактируемую модель со структурированным набором конкруктивных элементов,
  2. €вную модель, котора€ не основана на чьей-то персональной интуиции,
  3. модель, готовую к повторному использованию.

ѕеред изложением стратегии полезно вспомнить, что процесс редактировани€ параметрической модели состоит из четырех шагов. ƒл€ начала необходимо изучить дерево конструктивных элементов (feature tree). ƒаже если эта модель была создана вами лично, не помешает вспомнить принцип ее построени€. ƒалее, необходимо определить конкретную стратегию редактировани€. Ёто может быть редактирование существующего конструктивного элемента, вставка нового элемента или замена элемента. ќпределившись со стратегией, необходимо выполнить задуманное изменение. Ќа последнем шаге требуетс€ проверить измененную модель — корректно ли была перегенерирована ее геометри€? Ќе изменилось ли в модели что-то еще помимо задуманного изменени€? ѕо€вились ли ошибки? ¬есь процесс редактировани€ €вл€етс€ циклическим — при неуспехе последнего шага требуетс€ проанализировать ошибку и вернутьс€ к одному из предыдущих шагов.

—тратеги€ упругого моделировани€ нацелена на то, чтобы снизить сложность описанного выше процесса редактировани€ модели. ѕервое впечатление об этой стратегии можно получить из следующей картинки:

ѕроектирование детали хрупким (слева) и упругим (справа) способами

ѕроектирование детали ломким (слева) и упругим (справа) способами (нажмите дл€ увеличени€)

«десь представлено два возможных дерева конструктивных элементов дл€ одной и той же детали: слева неустойчивое (ломкое), справа — отказоустойчивое (упругое). ¬нимательный анализ правого дерева показывает, что все конструктивные элементы в нем разбиты на шесть групп, заданных в строгом пор€дке друг за другом.

1. Ёлементы-ссылки (Ref)
ќни задают начальные требовани€ к проекту детали. Ёто могут быть уже существующие (нередактируемые в рамках этой модели) твердые тела, системы координат, двумерные эскизы, чертежи, отсканированные рисунки и т.п. Ќа основе этих элементов-ссылок стро€тс€ остальные конструктивные элементы модели. —ами же элементы-ссылки, как правило, делаютс€ невидимыми.

2. Ёлементы конструкции (Construction)
¬спомогательные кривые и поверхности, которые ниже в дереве будут использоватьс€ дл€ создани€ твердотельной геометрии.   этой же группе относ€тс€ конструктивные элементы, которые редактируют грани поверхностей — «расширение», «обрезание», «расщепление».

 ак и в случае элементов первой группы, элементы конструкции часто делаютс€ невидимыми после финального построени€.

3. ќсновные элементы (Core)
ѕризматические конструктивные элементы, которые фиксируют общую форму и ориентацию модели. —юда включаютс€ только создающие объем элементы. Ќа грани, ребра и вершины этих элементов будут ссылатьс€ детальные элементы (см. ниже).

—мысл выделени€ этой группы элементов состоит в том, чтобы зафиксировать в дереве то место, где внос€тс€ большие изменени€ в базовую форму детали. ¬начале рекомендуетс€ располагать элементы типа «выт€гивание», «по сечени€м», «по траектории», а в конце группы — элементы типа «придание толщины».

4. ƒетальные элементы (Detail)
 онструктивные элементы, которые подепл€ютс€ к основным элементам. ¬ отличие от элементов предыдущей группы, их редактирование должно вызывать лишь малые изменени€ модели. ѕо большей части эти элементы не добавл€ют, а удал€ют объем из модели.   группе детальных элементов относ€тс€ бобышки, карманы, отверсти€ и т.п.

ƒетальные элементы не должны ссылатьс€ друг на друга, но только на элементы трех предыдущих групп. ≈сли этого нельз€ избежать (например, требуетс€ сделать отверстие в бобышке), то необходимо выделить соответствующие св€занные элементы в отдельную подгруппу.

5. ћодифицирующие элементы (Modify)
 онструктивные элементы, которые модифицируют существующую геометрию — такие как уклоны, зеркальные отражени€, шаблоны и т.п. ¬ эту же группу надо включать все конструктивные элементы, которые измен€ют трансформированную или скопированную геометрию.

¬ цел€х экономии размера файла, конструктивные элементы этой группы рекомендуетс€ сохран€ть в погашенном (скрытом) состо€нии.

6. »золированные элементы (Quarantine)
 осметические конструктивные элементы — резьбы, фаски, скруглени€ и т.п. ќни не могут быть родител€ми никаких других элементов. —круглени€ рекомендуетс€ упор€дочить по размеру (от больших к меньшим). —ледует избегать ситуации, когда в результате скруглени€ полностью исчезает одна из определ€ющих его граней.

¬ чем смысл такого структурировани€ конструктивных элементов в дереве?
—труктура дерева определ€ет редактируемость модели: после изменени€ родительского конструктивного элемента его «дети» могут изменитьс€, а если дети и сами €вл€ютс€ родител€ми других элементов, то возникает бесконтрольный эффект падающих кост€шек домино.

–ичард √ебхард называет модели, получаемые в результате систематического применени€ описанной стратегии, €вными — в отличие от интуитивных моделей, которые опираютс€ на интуицию автора. ≈сли автор модели использует свои собственные предположени€ о том, что €вл€етс€ очевидным, а что нет, то где гаранти€, что пользователь модели встанет на тот же уровень интуитивного понимани€? Ѕолее того, чем более опытен автор модели, тем более неуловимой становитс€ его интуици€ и вместе с этим возрастает сложность понимани€ его моделей.

 онструктивна€ концепци€ — это еще и правильные имена!
 огда вы создаете конструктивный элемент в MCAD-системе, дл€ него обычно генерируетс€ им€ по умолчанию типа «Ѕобышка-07» или «ќтверстие-03». “акое им€ не несет особой информации об элементе — ведь его тип также определ€етс€ по иконке, расположенной слева от имени элемента. ѕоэтому намного больше смысла в том, чтобы помен€ть им€ элемента по умолчанию на более значимое. Ќапример, заменить «Ѕобышка-07» на «÷илиндр 60 диа x 20×35ID», а «ќтверстие-03» на «ќтверстие 35мм». “акой подход позвол€ет значительно облегчить чтение дерева элементов. Ќе менее важно правильно именовать детали по принципу  атегори€ — Ќомер — ¬ариант — –евизи€.

Ќекоторые могут возразить на это, что переименовывать вручную каждый создаваемый элемент — непозволительна€ роскошь, привод€ща€ к увеличению времени создани€ модели. ќднако, по мнению –ичарда √ебхарда, этот довод не идет ни в какое сравнение с возможностью редактировать модель в будущем.

¬озможность создани€ моделей, подход€щих дл€ повторного использовани€, была одним из главных обещаний создателей концепции параметрического моделировани€.   сожалению, обещание это до сих пор не сбылось. –ичард √ебхард уверен, что дело тут только в отсутствии правильной методологии. ѕредложенна€ им стратеги€ упругого моделировани€ призвана стать такой методологией.

–еализаци€

 ак опытный инженер, –ичард √ебхард не просто предлагает свою стратегию, но и описывает конкретные шаги по ее реализации на предпри€тии. Ќачать он предлагает с создани€ документа с перечнем минимальных требований к оформлению трехмерных параметрических моделей, об€зательных к исполнению на всем предпри€тии.

¬торым шагом может стать создание «–уководства по лучшему опыту» — в этом документе должны подробно описыватьс€ несколько примеров создани€ с нул€ правильных моделей, типичных дл€ конкретного предпри€ти€.

“ретий важный документ — список контрольных вопросов дл€ проверки соответстви€ любой модели прин€тым требовани€м. ¬ отличие от «–уководства», этот документ может быть предельно простым — за образец можно вз€ть рисунок ниже:

ѕример списка контрольных вопросов

ѕример списка контрольных вопросов (нажмите дл€ увеличени€)

«≈сли бы программисты строили дома...»

Ќи в презентации –ичарда √ебхарда, ни в публикаци€х Ёвана яреса нет никаких доказательств тому факту, что в результате применени€ описанной стратегии действительно получаютс€ редактируемые модели. Ќе€сна и коммерческа€ выгода от ее внедрени€ на предпри€тии — соответствующий эксперимент, похоже, еще не проводилс€.

“ем не менее, такую инициативу можно только приветствовать. ћне приходит в голову похожа€ ситуаци€ в области программировани€. “ам необходимость повторного использовани€ стоит еще острее, чем в CAD, поэтому программисты давно разработали набор правил, стандартизирующих использование €зыковых конструкций с целью сделать исходный код пон€тным дл€ чтени€ и редактировани€. —юда относ€тс€ правила именовани€ объектов, классов и методов, синтаксического оформлени€ кода, ограничени€ на использование отдельных €зыковых возможностей, и конечно же шаблоны проектировани€, обобщающие лучшие практики решени€ типичных задач. ѕохоже, инженеры наконец-то созрели до аналогичной идеи!

ј что же пр€мое моделирование?

–ичард √ебхард не упоминает пр€мое моделирование, хот€ соответствующие возможности сейчас доступны в большинстве попул€рных MCAD-систем. ¬идимо, все дело в том, что никто до сих пор не предложил удобный метод интеграции пр€мого моделировани€ с историей построени€.

ƒописывание операций пр€мого редактировани€ в конец дерева построени€ (подход Creo Parametric/Direct и Inventor/Fusion) создает новые отношени€ родитель-ребенок, чреватые проблемами в будущем. —инхронные конструктивные элементы Solid Edge лишь увеличивают общую сложность дерева и затрудн€ют его понимание.

¬ то же врем€, возрастающа€ с каждым релизом мощь «чистых» (не обременных историей построени€) систем пр€мого моделировани€ — типа BricsCAD и SpaceClaim — показывает, что конструктивна€ концепци€ вполне может существовать и без необходимости регенерации геометрии. ќдно из обещающих направлений в рамках пр€мого моделировани€ — так называемые локальные конструктивные элементы. ќни не образуют отношени€ родитель-ребенок — каждый из таких элементов можно удалить или изменить независимо. ѕодобно своим упор€доченным собрать€м, локальные конструктивные элементы имеют параметры, с помощью которых можно редактировать их форму и размеры. ќперации пр€мого редактировани€ используют степени свободы локальных элементов и тем самым просто перестраивают их, не измен€€ конструктивную концепцию и не добавл€€ никакой лишней информации к списку конструктивных элементов. явные и не€вные геометрические и размерные ограничени€ могут св€зывать локальные элементы между собой, опеспечива€ глобальной изменени€ параметрической модели.

ѕример конструктивных элементов в системе пр€мого моделировани€ BricsCAD

ѕример конструктивных элементов в системе пр€мого моделировани€ BricsCAD (нажмите дл€ увеличени€)

ѕример реализации локальных конструктивных элементов на основе декларативного подхода (с помощью скрытых от пользовател€ геометрических и размерных ограничений) можно найти в подсистеме моделировани€ изделий из листового металла, доступной в BricsCAD Platinum. –азработчики BricsCAD делают ставку на эту технологию, котора€ получит дальнейшее развитие в релизе V15 (он будет выпущен в окт€бре 2014 г.)


„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: ÷ифровой тройник
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

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. © 2004-2019 √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.