Не всё так гладко в мире САПР: о сопряжениях в КОМПАС-3D, nanoCAD и Fusion 360

Выполнить сопряжения на ребрах готовой модели — тривиальная, на первый взгляд, задача в САПР. Оказывается, обращаясь к ее решению на высоком уровне многих современных систем, можно получить достаточно неоднозначные результаты.

Одним из отличий CAD-систем от других программ трехмерного моделирования и дизайна является высокоуровневый подход к формообразованию. Дело при этом не в том, что для реализации 3D-модели в САПРовских инструментах от пользователя требуется владение особенно «высоким искусством». Скорее, даже наоборот, — инженеру-конструктору не требуется заботиться о каждой точке, образующей ту или иную поверхность, его в первую очередь беспокоит конструкция и работоспособность объекта, которая в этой форме реализуется. Другое дело — 3D-художник, он «лепит» геометрию из кусочков, мало заботясь о том, какая физика будет воплощаться в модели. Вернемся, однако, к нуждам конструктора. Если ему, например, понадобится, чтобы между двумя плоскими или криволинейными гранями был переход-сопряжение, то в соответствующей программе желательно только указать радиус скругления (на «высоком» уровне), после чего приложение должно самостоятельно без помощи человека проложить переходную поверхность между указанными гранями (уже на своем «низком» уровне).

Посмотрим, как обстоит дело с решением подобной задачи в некоторых отечественных и зарубежных САПР. Итак, на сцене (или ринге?!) — наши «родные» АСКОН КОМПАС-3D [1] и Нанософт nanoCAD [2], а также «заезжий гастролер» Autodesk Fusion 360 [3]. Версии программ — наиболее «свежие» на весну 2023 года. Сразу оговоримся, что мы намеренно будем подходить к задаче только со стороны пользователя, не пытаясь сойти с его «высокого» уровня до тех аспектов, которые, по идее, взяли на себя разработчики (ведь программное обеспечение, как и многое в нашей жизни, является сервисом, причем не бесплатным).

Деталь-заготовка построена из двух последовательных элементов выдавливания, при этом второй вычитается из первого, образуя сегментную выемку (рис. 1). Именно она будет предметом нашего пристального внимания во время опытов по скруглению ее кромок.

Рис. 1

КОМПАС-3D, как мы уже убедились (см. рис. 1), справился с подготовкой исходной детали. Аналогичные манипуляции были успешно выполнены также во Fusion 360 (рис. 2) и nanoCAD (рис. 10).

Рис. 2

Теперь приступаем к скруглению кромок выемки. В КОМПАС-3D вызываем команду Скругление, указываем ребро на дне выемки и задаем радиус сопряжения. Все просто, «высокоуровнево» и с хорошим результатом (рис. 3).

Рис. 3

А теперь Fusion 360: Fillet, Edge, Radius — язык Марка Твена и Джека Лондона сути не меняет, результат налицо — сопряжение по внутреннему ребру выемки также построено (рис. 4).

Рис. 4

Благодаря предыдущей операции наружная кромка выемки теперь образует касательный контур, к которому теперь попробуем применить следующее скругление. Попытка КОМПАС-3D — ребро-кромка выбрано, радиус указан, итог… Итог получен, хотя на стыке новых криволинейных граней обнаруживается что-то подозрительное (рис. 5). При ближайшем рассмотрении замечаем артефакт — вздутие на стыке ребер в сопряжении.

Рис. 5

При еще более детальном увеличении становятся заметны задиры на проблемном участке (рис. 6).

Рис. 6

А специальный инструментарий КОМПАС-3D — Проверка гладкости поверхности — показывает, что на самом сопряжении-скруглении гладкость отсутствует (рис. 7). По всей видимости, команда Скругление с поставленной задачей справилась нехорошо, но может быть сама постановка была некорректна, и мы требуем невозможного?

Рис. 7

Проверяем Fusion 360. Задаем параметры для второго скругления (радиус и кромку-ребро) (рис. 8). С первого взгляда — результат нормальный, артефактов не видно.

Рис. 8

Рис. 9

Мы совсем забыли о еще одном участнике нашего эксперимента — nanoCAD. Наверстаем это упущение. С моделью-заготовкой и первым сопряжением эта программа справилась хорошо. А вот второе сопряжение по внешнему контуру выемки поставило продукт от Нанософт в тупик (рис. 10). Геометрия не построена, только в структурном дереве модели появилась индикация о сбойной операции Скругления.

Рис. 10

Таким образом, с поставленной перед программами-конкурсантами задачей более или менее нормально справился только Fusion 360. Специалисты-САПРовцы скорее всего согласятся, что задание не выглядело экстремально сложным. Делать далеко идущие выводы из этого небольшого эксперимента вряд ли стоит, но имеет смысл призадуматься о двух вещах.

Во-первых, за внешней стороной «кнопочек» в любой программе стоит кропотливый труд разработчиков. В данном случае это серьезный математический аппарат, учитывающий форму и размеры сопрягаемых граней и рассчитывающий новую переходную поверхность (отнюдь не тривиальную). Насколько разработчикам целесообразно глубоко погружаться в эту проблематику и насколько достигнутые результаты будут востребованы?! Вопрос достаточно сложный, но он связан со следующим аспектом, на который стоит обратить внимание.

Любая компания-производитель предлагает на рынок коммерческий продукт и в попытке обойти конкурентов, естественно, старается придать своему детищу максимальную функциональность. Сложности с «обкаткой» тут неизбежны. Важно, чтобы на этом пути верно выбирались приоритеты и пользователь при решении прикладных задач как можно реже оказывался перед необходимостью «нырять» с верхних уровней сервиса в «неизведанные» глубины. А если вдруг такое произошло, то, может быть, ему стоит выбрать за свои средства другой инструмент?

В качестве постскриптума для пытливых читателей рискнем предложить ознакомиться с результатами проведенного испытания по созданию сопряжений в тестовой детали на базе рассмотренного ПО (КОМПАС-3D, nanoCAD, Fusion 360), а также испытать возможность Вашей любимой CAD-системы (возможно, не вошедшей в тест-обзор) на базовой заготовке [4].

Полезные ссылки

1. КОМПАС-3D — Система трёхмерного моделирования // https://ascon.ru/products/7/review/
2. Платформа nanoCAD — Профессиональный инструмент для воплощения инженерных идей // https://www.nanocad.ru/products/platform/
3. Fusion 360: More than CAD, it's the future of design and manufacturing // https://www.autodesk.com/products/fusion-360/overview
4. Проект, рассмотренный в материале // https://disk.yandex.ru/d/29ZlfuZTV4Ux9w