(Я не принижаю значение других прорывов в сфере технологий, но такие вещи, как Интернет, 64-битные процессоры и облачные вычисления, в равной степени относятся ко всему программному обеспечению, а не только к MCAD.)
Самое последнее значительное нововведение появилось в MCAD в 2015 году, и появилось оно без большого шума. Эта новая технология призвана решить достаточно сложную задачу: как объединить операции редактирования трехмерного тела, представленного сетками и твердотельными моделями.
Источником сеточных моделей, как правило, являются данные, внешние по отношению к программному обеспечению MCAD, такие как данные от трехмерных лазерных сканеров, от реверс инжиниринга и генеративного дизайна. С другой стороны, твердотельные модели чаще всего получают с помощью программного обеспечения MCAD: они либо изначально создаются с нуля, либо импортируются из других MCAD пакетов. Иллюстрирующим примером может являться трехмерная скан копия колена пациента и последующее моделирование коленного сустава в виде трехмерного твердого тела.
Если в прошлом вы захотели бы работать одновременно с обоими типами моделей, вам нужно было бы преобразовать один тип в другой: либо сетки в твердые тела, либо твердые тела в оболочки и сетки. Такой способ не идеален, так как поверхностные данные при преобразовании могут потеряться, и вы можете получить ужасно выглядящий результат. В любом случае, сетки, создаваемые при 3D сканировании, обычно бывают огромными и сложными, и поэтому они не пригодны для твердотельного представления.
Гибридное моделирование
До недавнего времени лучшим способом было хранение данных органической сетки отдельно от твердотельных моделей. Но теперь у нас есть гибридное моделирование. Типичная операция редактирования включает в себя вырезание части сетки, полученной при сканировании, для того чтобы освободить место для твердотельного сустава; аналогичным образом твердотельный сустав может быть адаптирован к сеточной поверхности. Или колесо турбины в сеточном представлении, редактируемое в комбинации твердотельной частью. См. рис. 1.
Рис. 1. Polyhedra от Spatial редактирует солиды (слева) и сетки (справа)
Обратите внимание, что Polyhedra – это не конечно-пользовательское программное обеспечение, а API, который MCAD вендоры используют в своем программном обеспечении посредством геометрических ядер ACIS и CGM. Spatial называет импортированные трехмерные сканы «полигональными», а трехмерные твердотельные – «точными» моделями. См. www.spatial.com/products/cgm_polyhedra.
Конвергентное моделирование от Siemens
В мире геометрических ядер трехмерного моделирования основным конкурентом Spatial является Siemens PLM Software. Поэтому неудивительно, что недавно Siemens показал, что он также работает над гибридным моделированием для своего ядра Parasolid. Siemens называет свою технологию «конвергентное» моделирование, потому что оно сводит сетки (которые названы «фасетированными моделями») и твердые тела (или «классические b-rep’ы») в одну модель. См. www.plm.automation.siemens.com/en/products.Конкуренты публично критикуют друг друга. Siemens гордо подчеркивает, что его технология интегрирована в Parasolid и что ядро не делегирует ничего дополнительному компоненту моделирования, в то время как Polyhedra является дополнением к ядрам ACIS и CGM. С другой стороны, в одном из интервью со мной Spatial обвинил Siemens в том, что его решение поддерживает геометрические представления раздельно, вовсе не объединяя их по-настоящему. Забавно, что оба вендора используют в качестве демонстрации пример коленного сустава.
В этом году Siemens, будучи владельцем Solid Edge и NX, добавил в их новые релизы конвергентное моделирование. Компания планирует продолжать разработку технологии в ближайшие годы, впрочем, так же, как это делает Spatial.
Что нового в Solid Edge ST10
Когда компания вышла на рынок с синхронной технологией для смешанного редактирования (прямого и на основе истории построения), Siemens подчеркнул большое значение этой технологии тем, что перезапустил систему нумерации Solid Edge. Тогда то, что именовалось бы Solid Edge 21, было названо Solid Edge ST (от Synchronous Technology) и должно было ознаменовать начало новой эры в проектировании. Однако этого не произошло: для новой эры в первом выпуске и даже в последующих выпусках ST не хватало многого. Затем последовало десятилетие обновлений продукта, но и сегодня пользователям по-прежнему сложно работать с ST.Летний релиз Solid Edge этого года назван ST10 в честь десятой годовщины синхронной технологии, но у Siemens теперь появился новый генеральный план: MCAD программы будут охватывать весь процесс проектирования – сначала реверс-инжиниринг, затем проектирования и, наконец, воплощение в 3D печати. Siemens называет этот подход «проектированием следующего поколения», но теперь не изменил систему нумерации Solid Edge, а жаль: Solid Edge NG (от New Gereration) выглядел бы круто.
Проектирование нового поколения включает в себя: реверс инжиниринг, конвергентное моделирование, генеративный дизайн и трехмерную печать. См. рис. 2.
Рис. 2. План концепции проектирования следующего поколения для Solid Edge
Реверс инжиниринг. Это когда чертежи для деталей не существуют, и мы могли бы создать их с нуля. Или мы могли бы использовать сканеры, чтобы сделать это быстрее. Сканер использует лазер, чтобы определить положение (x, y и z) тысяч точек на детали и расстояния между ними. Программное обеспечение соединяет каждые три точки ребрами, создавая модель трехмерной сетки из треугольников.
Затем проектировщик очищает модель сетки, удаляя лишние грани, заполняя отверстия и сглаживая сетку в Solid Edge. После очистки сетки могут быть переведены в нативные для Solid Edge поверхности с помощью инструмента идентификации областей (регионов).
Конвергентное моделирование. Для работы с сетками и твердотельными моделями Siemens предлагает конвергентное моделирование, как я описал выше. (см. рис. 3). Команды, которые раньше предназначались для редактирования b-rep, теперь также работают с фасетированной геометрией, без необходимости конвертировать одно трехмерное представление в другое.
Рис. 3. Вычитание зеленого твердотельного объекта из сетки в конвергентном моделировании
Генеративный дизайн. Инженеры любят проектировать детали с большим запасом прочности, чтобы гарантировать их надежность, но для таких отраслей, как аэрокосмическая промышленность, из соображений цены, веса или габаритов предпочтительнее, чтобы производство деталей требовало минимум необходимого материала. Генеративный дизайн, также известный как оптимизация топологии, автоматически перерабатывает деталь, удаляя материал, который не нужен с точки зрения прочности (см. рис. 4). Результат часто выглядит странно, вызывая ощущение, что деталь спроектирована инопланетянами.
Рис. 4. Генеративное моделирование снизило вес красной рамы в механизме швейной машины
3D печать. Siemens делает резкий поворот в сторону к 3D печати, называемой также аддитивным производством. Это неудивительно, учитывая, что компания производит всё: от крошечных медицинских устройств до железнодорожных поездов. Siemens теперь хочет, чтобы его программное обеспечение тоже участвовало в аддитивном производстве изделий компании.
Но между 3D моделью и напечатанной деталью нужен интерфейс. У моделируемой детали стенки могут быть слишком тонкие для разрешения, обеспечиваемого 3D принтером; она может иметь достаточно большие полости, способные привести к разрушению; она, возможно, даже не сможет вертикально стоять на столе 3D принтера. Программное обеспечение проверяет эти и другие уязвимые места, а затем позволяет настроить реальный процесс печати по данной модели. См. рис. 5.
Рис. 5. Solid Edge предупреждает пользователя о том, что модель содержит дефекты, препятствующие успешной печати
Как только деталь готова к печати, Solid Edge конвертирует ее в формат STL или новый формат Microsoft 3MF. Есть вариант с прямой передачей в приложение Microsoft 3D Builder или выгрузкой на онлайн сервис 3D печати.
Итак, в результате получаем последовательность проектирования: от реверс-инжиниринга до 3D печати.
Что об этом думает Ральф Грабовски
«Проектирование следующего поколения» – это фундаментальная концепция Siemens, которая охватывает процесс проектирования, включая все его стадии. Я считаю это впечатляющим дополнением к Solid Edge, но основные пользователи Solid Edge, вероятно, воспримут его в качестве периферийного функционала. Они в основном по-прежнему сосредоточены на 3D моделировании, 2D чертежах и усовершенствовании конструкций – как и большинство MCAD пользователей, независимо от того, в каком программном пакете они работают.Между прочим, большой Solid Edge University, ранее проходивший каждый октябрь, больше не проводится. В течение года он проводился в виде ряда отдельных мероприятий в разных городах и странах. Это меня не удивило, учитывая тот факт, что на ежегодном мероприятии появлялось всего около 500 энтузиастов, что весьма мало по сравнению с заявленным Siemens полумиллионом пользователей.
Тем не менее добавление «проектирования нового поколения» и дальнейшее развитие других разделов Solid Edge радует, потому что доказывает серьёзность отношения Siemens к поддержке Solid Edge в будущем. Я уверен, что со временем гибридное моделирование просочится во все формы MCAD, так же, как произошло с прямым редактированием десять лет назад. www.solidedge.com.
PS. Терминология, применяемая Spatial и Siemens, часто означает одно и то же:
