Оригинал статьи — Jon Hirschtick. INTRODUCING PARAMETRIC MODELING 2.0 — любезно согласился перевести директор по технологиям компании «Топ Системы» Сергей Козлов; он же сделал свой комментарий, который помещен в конце этой публикации.
Вкладом системы OnShape в параметрическое моделирование 2.0 стали новые возможности, представленные в статье Configurations and Standard Content. Однако прежде, чем мы представим эти новые возможности, давайте вернёмся и вкратце поясним, почему 1988 год стал таким важным для пользователей CAD систем.
На самом базовом уровне основным преимуществом подхода, основанного на параметрическом моделировании, является то, что для инженеров стало возможным создание упорядоченного списка понятных операций моделирования (эскиз, выталкивание, фаска, оболочка и т.д.) и изменение этих операций при помощи редактирования значений размеров, редактирования исходных данных, изменения порядка или удаления, в результате которого результирующая геометрия обновляется автоматически. Параметрическое моделирование 1.0 сделало процесс твердотельного моделирования практически полезным и стало средством экономии огромного количества времени.
Использование упорядоченного списка параметрических операций для надлежащего моделирования деталей широко распространено и по сей день. Однако этот механизм обладает рядом недостатков «на границах» параметрического моделирования. Инструменты, наиболее востребованные пользователем, не всегда работают хорошо. Некоторые инструменты пользователи также опасаются применять из-за их запутанности и ненадёжности. Эти слабые места проявляются при редактировании в контексте, одновременном проектировании нескольких деталей, при работе с пользовательскими операциями, при использовании конфигураций.
Самым запутанным из таких запутанных инструментов было редактирование деталей в контексте сборки. Старый подход к параметрическому моделированию обещал мощные инструменты по разработке деталей в контексте сборки, но, к сожалению, во всех старых системах параметрического моделирования они никогда не работали достаточно хорошо. Изменение или перемещение деталей в сборке часто вызывало непредсказуемые изменения геометрии, ломающие модель данных CAD системы. Эти проблемы проявлялись столь часто, что многие компании практически полностью отказались от использования механизмов ссылок, создаваемых в контексте сборки!
Те же, кто по-прежнему рискуют, вскоре пожалеют об этом. Один инженер компании, занимающейся анализом радиации, недавно рассказал мне, как наблюдал за тем, как отверстия на задней панели сборочной модели «неожиданно уплывали со своего места» в последний раз, когда он пробовал использовать приёмы моделирования в контексте сборки в своей старой параметрической CAD системе. Нет необходимости говорить о том, проектируешь ли ты детектор радиации или шариковую ручку, модели в CAD системе не должны принимать решения самостоятельно.
Шесть причин, почему параметрическое моделирование 2.0 фундаментально лучше
Все ключевые элементы параметрического моделирования 2.0 в каком-то виде существовали и в параметрическом моделировании 1.0. Разница в том, что они были в лучшем случае неуклюжими (как те ненадёжные держатели для стаканов на автомобильных окнах) и неприменимыми или даже опасными в худших случаях (те же гироскутеры, которые в любой момент могут воспламениться).Параметрическое моделирование 2.0 заявляет о значительных улучшениях во многих областях, таких как:
- Одновременное моделирование множества деталей
- Конфигурации
- Библиотеки стандартных элементов
- Управляемое моделирование в контексте сборки
- Инструменты моделирования листового металла в разных представлениях
- Пользовательские операции
1. Одновременное моделирование множества деталей
Не будем скрывать: одновременное создание нескольких деталей в старых CAD системах всегда было неким искусством. Да, это может быть сделано (в конечном счёте), однако подходы к созданию многотельных деталей реально сложны и трудоёмки. Когда вы создаёте несколько деталей, вы вынуждены вести отдельное дерево операций для каждой из них. Вы можете создавать единую деталь с несколькими телами, но реально вы не можете создать настоящие отдельные детали, управляемые единым параметрическим деревом операций. С первого взгляда разница может показаться небольшой, однако на практике она огромна. Onshape расширил возможности параметрического моделирования от одной детали до множества взаимосвязанных деталей, которые используются независимо друг от друга в сборках, спецификациях и вертикальных приложениях.В системе Onshape не является проблемой, если вы хотите просверлить отверстие сквозь две детали. Или, например, если вы хотите выполнить скругление для всех рёбер пары деталей, то это можно сделать за одну операцию.
Используя старую CAD систему, при выполнении операций с несколькими телами вам придётся это делать несколько раз. Если вы хотите затем поместить эти детали в сборку и использовать их как независимые детали, вы не можете это делать напрямую. Потому что в старой CAD системе деталь является файлом. Соответственно, вам придётся создавать отдельный файл для каждого из результирующих тел. Оборачивается это тем, что вы вынуждены управлять отдельными файлами для каждой из деталей в составе сборки.
В системе Onshape при использовании модуля Multi-part Part Studios все детали, имеющие отношение друг к другу, могут разрабатываться в одном месте, что в данном случае наиболее естественно. Это позволяет использовать единое дерево операций с целью надёжного управления взаимосвязями между множеством деталей, обеспечивая при этом реальное моделирование по технологии «сверху вниз». Определяя общие операции и их влияние одновременно на несколько деталей, вы можете быть уверенными, что результаты изменения ваших моделей будут предсказуемыми и устойчивыми.
Как вывод – моделирование одновременно нескольких деталей теперь даёт гораздо более качественные результаты.
2. Конфигурации
Механизм конфигураций является способом создания семейств параметрических моделей, использующим различные наборы параметров и их опций, которые могут быстро переключаться. Простым примером могла бы быть конфигурация телефона в двух размерах: «Плюс» и «Обычный».Старые CAD системы требуют, чтобы все опции конфигураций были представлены в одной таблице, в которой присутствуют строки для всех возможны перестановок параметров, что в некоторых случаях может приводить к появлению тысяч строк в одной таблице. По мере того как конфигурации становятся более сложными из-за большего числа опций, таблица начинает расти экспоненциально. Это приводит к тому, что её невозможно понять, ею невозможно управлять, а также в ней становится невозможным исправлять ошибки.
Подход Onshape состоит в том, чтобы пользователям было удобно создавать и использовать конфигурации моделей, которые часто нужны современному инженеру. Для этого Onshape позволяет разрабатывать сложные семейства деталей, создавая небольшие отдельные таблицы для каждого из независимых наборов опций конфигурации. Это значительно сокращает общее число необходимых строк и ячеек таблиц. Гигантские таблицы теперь больше не нужны. Для примера, в старой CAD системе простая скоба с 5-ю значениями длин, 5-ю значениями высот и 5 способами размещения отверстий для управления моделью должна содержать таблицу из 375 ячеек, содержащихся в непонятным образом подключаемом файле формата Excel. В Onshape для управления теми же конфигурациями необходимы 3 таблицы, в каждой из которых имеется по 5 ячеек. И эти таблицы редактируются в интуитивно понятном для пользователя интерфейсе.
Вторым серьёзным отличием является то, что именно вы можете конфигурировать. При помощи старой CAD системы конфигурированию подлежат только некоторые параметры, такие как определённые значения размеров и подавление операций. Используя параметрическое моделирование 2.0, вы можете конфигурировать практически всё, включая такие вещи, как произвольные (не табличные) значения и даже наборы исходных элементов операций.
Третье существенное отличие проявляется при вставке деталей в сборки. В старой CAD системе пользователи вынуждены искать нужную комбинацию параметров в составе длинного списка строк, в которых не видно значений опций, соответствующих конфигурациям. В Onshape пользователю показывается понятное и простое меню, предлагающее выбрать именно значения опций конфигураций, что обеспечивает простоту поиска пользователем требуемой комбинации.
3. Библиотеки стандартных элементов
В старой CAD системе мы имеем дело с дополнительными программными модулями, обеспечивающими поддержку работы со стандартным крепежом, что является источником двух проблем для пользователей. Первая проблема заключается в том, что работа с крепежом обеспечивает очень ограниченную автоматизацию по соединению элементов друг с другом при использовании в составе сборки, при использовании в комбинации с другим крепежом, и т. д.В Onshape каждый элемент крепежа содержит встроенный коннектор, обеспечивающий более упорядоченное расположение стандартных изделий и упрощающий его позиционирование. Onshape обеспечивает управление соединением крепёжных элементов.
Вы можете легко создавать «пакеты» крепёжных элементов, такие, например, как болт-шайба-шайба-гайка в любом порядке, какой вам нужен. Если вы добавляете любой новый элемент крепежа между другими, остальные элементы раздвигаются без необходимости ручного удаления, добавления или проверки их соответствия.
Стандартные изделия доступны для выбора непосредственно в стандартном диалоге вставки компонента сборки системы Onshape. Таким образом, вам не нужно их искать, загружать, проверять доступность лицензии и т.д. Вам также не придётся управлять этими библиотеками – они уже есть и готовы к использованию тогда, когда вам это нужно. Кроме этого, вы можете добавить в библиотеку стандартные изделия своей компании.
В связи с тем, что во многих старых параметрических CAD системах библиотеки стандартного крепежа реализованы в виде дополнительных программных модулей, коллеги и поставщики часто встречаются с проблемами при работе со сборками, содержащими эти стандартные элементы. Причины заключаются в следующем: либо у них нет кода лицензии, необходимого для работы данного программного модуля, либо копии этого модуля на различных рабочих местах имеют различные метаданные.
Стандартные элементы теперь очень легко позиционируются в сборке, а также легко распространяются среди всех членов команды разработчиков.
4. Управляемое моделирование в контексте сборки
Большинство CAD систем предлагают пользователям возможность добавления отношений между деталями в контексте сборки, при использовании которых изменения одной детали приводят к изменению другой. К сожалению, изменение деталей, созданных в контексте сборки, или их родительских сборок в старых CAD системах, основанных на файлах, приводит к тому, что часто ошибочно меняются какие-то другие детали, причём достаточно непредсказуемым образом.Такие досадные несоответствия происходят довольно часто по причине того, что множество отношений хранится раздельно в файлах, и, следовательно, усложняется процесс ручного управления этими отношениями. Даже простое перемещение элементов механизма может привести к неверному изменению формы его деталей.
Разработчики абсолютно беспомощны в этой ситуации, у них отсутствуют средства управления процессом обновления таких сложных отношений: иногда они пересчитываются при обновлении деталей, иногда при обновлении сборки, иногда в тех случаях, когда была изменена деталь, которая, казалось бы, не имеет к этому никакого отношения. Причём она была сохранена когда-то ранее.
Многие компании, использующие старые CAD системы, в настоящий момент полностью отказались от методики задания отношений между элементами модели в контексте сборки в связи с непредсказуемостью результатов. Некоторые инструменты старых CAD систем даже имеют настройки, управляемые пользователем, которые позволяют блокировать создание таких отношений.
Используя собственную уникальную архитектуру базы данных, новая система Onshape решила все эти проблемы. При использовании инструмента «Управляемое редактирование в контексте сборки» системы Onshape модели обновляются всегда, предсказуемо и управляемо, в отличие от механизма «исторических снимков» сборочной модели.
Кроме этого, перемещение элементов более не влияет на отношения, устанавливаемые в контексте сборки. Теперь вы можете использовать сразу несколько различных контекстов сборки с целью редактирования единичной детали или набора деталей, а также изменять контекст сборки, если это необходимо. И запомните, даже в том случае, если вы совершили ошибку, Onshape всегда позволит вам перейти назад, в предыдущее состояние модели, чего не позволит сделать никакая другая CAD система.
И, наконец, вы можете снова безопасно пользоваться механизмом задания отношений в контексте сборки.
5. Инструменты моделирования листового металла в разных представлениях
В отличие от старых CAD систем, рассчитывающих «свёрнутое» и «развёрнутое» (плоское) представления моделей из листового металла в трёх отдельных несинхронизированных видах, Onshape рассчитывает и отображает все представления одновременно. Когда вы редактируете модель в одном виде, остальные виды синхронизируются автоматически, используя надёжную облачную архитектуру Onshape. Возможность видеть рядом модель в согнутом и разогнутом видах позволяет вам сразу увидеть ошибки и коллизии.Возможность редактирования листовой модели в табличном виде позволяет разработчику или даже человеку, занимающемуся производством, быстро менять такие вещи, как радиусы сгибания, их порядок или даже превращать сгибы в разрезы и наоборот. Когда вы изменяете значения в таблице, вы мгновенно видите изменения в обоих видах. Старые CAD системы требуют трудоёмких откатов, подавлений, удалений или создания новых операций для того, чтобы выполнить аналогичные изменения и увидеть их влияние на результат.
6. Пользовательские операции
Вы когда-нибудь мечтали о том, чтобы изменить поведение операций моделирования своей CAD системы? Все старые CAD системы предлагают использовать некоторые языки макропрограммирования или программный интерфейс (API) с целью разработки пользовательских операций моделирования, однако они всегда получаются не столь эффективными, какими являются операции, встроенные в систему.В состав Onshape входит язык программирования “FeatureScript”, который используется для создания всех собственных встроенных операций моделирования системы, например операции «Выталкивание» («Выдавливание», «Бобышка», прим. переводчика). Этот язык программирования обеспечивает для любого пользователя возможность создания собственных операций моделирования, которые будут вести себя аналогично встроенным операциям системы и будут обслуживаться «как пассажиры первого класса». Язык позволяет быть операциям «интеллектуальными», обеспечивая понимание окружения и выполняемых изменений модели, и того, что геометрия изменяется в соответствии с поставленной задачей. FeatureScript позволяет легко создать надёжные прикладные операции моделирования, которых нет в стандартных CAD системах.
Как сказал один из наших заказчиков, разработчик роскошной корпусной мебели: «Мы практически программируем свою собственную CAD систему, специализирующуюся на решении задач, возникающих при разработке корпусной мебели. Основной ценностью нашей компании является то, что мы разрабатываем свои собственные системы вместо того, чтобы привлекать консультантов, которые будут разрабатывать решения для нас. Тот факт, что мы можем писать код и разрабатывать изделия при помощи Onshape, делает данное решение действительно ценным для нас».
Так же, как другие компании делают параметрические модели специально для вас, FeatureScript обеспечивает возможность создания специфических операций моделирования специально для вашей работы. Это и есть параметрическое моделирование 2.0.
До появления Onshape единственным способом создания новой встроенной операции моделирования в вашей CAD системе было написать запрос компании разработчику и ждать решения месяцами, годами или бесконечно, до тех пор, пока ваша мечта сбудется. При помощи FeatureScript вы можете создать встроенные операции CAD системы оперативно, и поделиться ими с любым, с кем пожелаете.
Благодарности
Повторюсь, Onshape не изобрёл параметрическое моделирование, но мы фундаментально улучшили его. И нам нравится идея, состоящая в том, что вы сможете положиться на конструкцию гироскутера и сможете сконцентрироваться на своей технике балансировки. И вам не придётся беспокоиться, что ваш гироскутер взорвётся. Аналогично этому, если вы хотите создать одновременно несколько деталей с одной параметрической историей или добавить отношения между деталями в контексте сборки, вам не придётся беспокоиться за то, что ваша сборка взорвётся аналогичным образом.Я посвятил всю мою карьеру улучшению технологии CAD систем, и я горжусь ролью системы Onshape в модернизации технологий моделирования, которые позволяют вам делать свою работу лучше. Приношу свою благодарность всем пользователям, кто поделился своими невероятными идеями и отзывами, которые помогли нам развить каждый из аспектов параметрического моделирования 2.0
***
Комментарий Сергея Козлова
Я знаком с Джоном довольно давно лично. Мы несколько раз подробно обсуждали вопросы, связанные с разработкой такого сложного программного обеспечения, как параметрическая CAD система. Этому поспособствовала очень открытая и дружественная атмосфера конференции COFES, в которой мне удалось поучаствовать уже неоднократно. Джон, кстати, не пропускает это мероприятие.
По сути, мы делаем очень схожую работу. Он в своей системе, я в своей. Когда Давид предложил мне перевести эту статью, я поначалу отнёсся к этому довольно скептически. Ведь я должен написать про конкурирующий продукт! Но в результате счёл это очень интересным, как для своего собственного развития, так и для того, чтобы получить возможность высказать собственную оценку как в целом системе Onshape, так и объявленному переходу технологий параметрического моделирования на новый уровень.
Продукт Onshape, по моему мнению, является инновационным и очень интересным. По сути, это единственная на данный момент реально облачная система. Это даёт ей ряд преимуществ перед традиционными настольными CAD системами (кроме очевидных преимуществ возможности работы на любом рабочем месте и в любой ОС, включая мобильные). К ним относятся транзакционные механизмы сохранения данных, надёжность хранения, возможность отката рабочей модели на любую версию, возможности организации коллективной работы, отсутствие необходимости обновления версий системы и ряд других. Есть и очевидные недостатки. Например, это невозможность развёртывания в корпоративном облаке, из-за чего система, по понятным причинам, не будет в ближайшее время широко распространена в нашей стране.
Пользуясь возможностью, хочется отметить, что, объявляя о начале новой эры параметрического моделирования, Джон перечислил в составе ключевых признаков её прихода некоторые возможности, которые уже давно присутствуют в моей CAD системе, и для себя я делаю вывод, что эта новая эра началась несколько раньше. К таким возможностям можно отнести отсутствие привязки к таблицам, управляющим конфигурациями, свобода задания комбинаций параметров (и не только табличным способом), открытые библиотеки параметрических стандартных элементов, функциональность по использованию адаптивной геометрии и проектированию сверху вниз.
В то же время некоторые из возможностей, о которых автор пишет в своей статье, являются крайне важными и для нас как разработчиков отечественной параметрической CAD, и для разработчиков конкурирующих продуктов. В частности, это касается механизмов проектирования сборок сверху вниз с использованием взаимосвязей между деталями (а они могут быть реально полноценными только при использовании клиент-серверной архитектуры), одновременного проектирования нескольких деталей и корректного их обновления, пользовательских операций. Все эти темы являются актуальными сейчас и будут оставаться таковыми в ближайшем будущем.