Твердотельное моделирование? Нет! — Проектирование
«Процесс проектирования с использованием CAD/CAM-систем», «переход на безбумажную технологию», «электронное определение изделия» — все это звучит уже почти привычно для нашего уха, но, к сожалению, для большинства наших предприятий все это великолепие пока напоминает замки Фата-Морганы — чем ближе, кажется, к ним приближаешься, тем больше они удаляются. Однако нет ни малейших сомнений в том, что «еще наше поколение» будет жить… в эпоху реальной сквозной автоматизации производственных процессов. Именно поэтому, в ожидании неизбежного, множество компаний, работающих на российском рынке САПР, стремятся приблизить это «светлое будущее» и уже сегодня ожесточенно сражаются за каждого клиента, стремясь захватить максимально большой сектор рынка.
Потенциальные и существующие потребители высоких технологий САПР от такой конкуренции только выигрывают, так как могут не только выбирать высокий уровень сервиса и квалифицированный персонал или высококлассные программы, но и направлять их развитие. Каждая система, естественно, пытается привнести что-либо, что могло бы выгодно выделить ее из среды конкурентов. Все дальше в прошлое уходят незабвенные «двухмерные рисовалки» и поверхностные моделировщики. Твердотельное моделирование, наличие параметризации, ассоциативность, сквозные технологии, адаптация с общей базой данных проекта и всего предприятия в целом — вот современные стандартные требования к системе. Требования по поддержке сборок, состоящих из тысяч компонентов, также уже давно никого не удивляют. Хорошо, когда разработчики могут с гордостью продемонстрировать, что их система полностью удовлетворяет всем вышеозначенным запросам. Гораздо хуже, когда при всем желании выдать желаемое за действительное, скрыть явные слабые места программы или объявить их достоинствами невозможно. Вот тогда и приходится, уподобляясь Эзоповой лисице, утверждать: «Виноград еще не созрел!» То есть убеждать клиентов в том, что им не нужны ни параметризация, ни твердые тела, ни процесс сквозного моделирования как таковой и т.д. Это одна сторона дела. Существует и другая.
Если посмотреть рекламные проспекты и демонстрации различных CAD-продуктов, то поначалу можно подумать, что речь идет об одном-единственном пакете или что все они — близнецы-братья. Все способны выполнять сложные проекты, все используют технологию твердотельного моделирования, параметризацию, а уж ассоциативность — это прирожденное качество… и т.д. Подобной информации достаточно много. Тем не менее любой CAD-продукт имеет какие-то нюансы, которым нет места в рекламе. Именно им, как правило, система обязана своими успехами или поражениями. В выигрыше оказываются те системы, разработчики которых уделяют внимание каждому щелчку мыши, удобству и простоте интерфейса, оригинальным находкам, позволяющим наращивать функциональность без «утяжеления» системы. Жизнь и конкуренция заставляют разработчиков уделять гораздо больше внимания самому пользователю, не забывая при этом о функциональности системы.
Компания SolidWorks с самого своего основания поставила перед собой задачу обеспечения удобства работы пользователя. Это условие является первоочередным даже по отношению к функциональности. Благодаря такому подходу система сохраняет яркую индивидуальность каждого решения и прочную базу для развития в будущем. Оригинальность и даже остроумность решений находятся в гармонии со стройной идеей процесса проектирования, основанного на твердотельной параметрической модели.
Так вот, к вопросу о «незрелом винограде» из известной басни... Противники
параметризации основным недостатком считают большое количество параметров, об
управлении которыми, якобы, должен помнить пользователь. На основании этого
они говорят о невозможности создания больших сборок и модернизации сложных деталей.
Придется их огорчить — о параметрах просто не надо помнить! Принцип построения
в SolidWorks изначально отличается от традиционного. Сохраняется не жесткая
геометрия элемента, а принцип его построения. Размеры и взаимосвязи между элементами
(касательность, параллельность, концентричность и др.) приобретают здесь особое
значение, они являются исходными данными для точного построения. Таким образом,
через реальное построение фактически записывается ход конструкторской мысли.
Но это вовсе не значит, что все ходы и модификации модели на будущее надо продумать.
Это означает лишь то, что заданная идея построения будет отрабатываться при
любых модификациях проекта в целом. Причем SolidWorks помнит способ построения
элемента всегда и по всей структуре проекта. Это особенно важно, когда необходимо
установить идеологическую зависимость между элементами различных деталей (стыковой
узел). Даже если конструктор на момент проектирования не знает исходных данных
(размеров) или будущих взаимосвязей, это не влияет на темп работы в будущем.
Любая зависимость может быть задана и отредактирована в тот момент, когда возникнет
такая необходимость. Косвенным доказательством вышесказанного можно считать
наличие среди наработок SolidWorks сборок, содержащих тысячи компонентов и большой
спектр сложных деталей типа картера двигателя. Такие проекты просто невозможно
реализовать, если заранее продумывать все взаимосвязи или иметь сложный механизм
их назначения и поддержки. 
Но вопрос все же остается. Как же так: с одной стороны — большая роль взаимосвязей и логики построения, а с другой стороны — более чем прохладное отношение к их «недопроставлению»? Как же тогда гарантировать будущие, заранее неизвестные модификации проекта? Как уже отмечалось выше, это необходимое условие для системы, ориентированной на конструктора, а не на моделировщика. Конечно, никакой конструктор не будет, как шахматист, заранее просчитывать все возможные ходы и модификации. Единственно приемлемыми в подобной ситуации являются простота поиска управляющих факторов и максимальное упрощение поиска и исправления возможных ошибок. Благодаря полной ассоциативности, легкости доступа к конкретному шагу построения, простоте работы с деревом модели, вопроса поиска управляющего параметра в модели SolidWorks практически не существует. В дереве проекта или непосредственно на модели через правую кнопку меню вы можете легко выйти на нужный уровень для внесения изменения. Это может быть простое изменение размера — в этом случае показываются размеры только конкретного, интересующего вас в данный момент шага построения. Могут быть изменены принципы построения данного шага или преобразован управляющий эскиз, вплоть до перемены его топологии, подмены существующих и назначения недостающих взаимосвязей. В том случае если ваши изменения будут касаться размеров или элементов, которые являются зависимыми, система предложит вам подгрузить исходные (родительские) элементы и вам будут предоставлены условия, когда эти взаимосвязи накладывались. Аналогично система предупредит вас о зависимости размера от заданных уравнений.
В процессе работы над проектом, а точнее при проведении корректировок размеров или в случае более глобального изменения в конструкции, реально возникают противоречия с ранее заданными взаимосвязями или назначенными размерами. Такая коллизия диагностируется системой как ошибка в модели. В этой ситуации без инструмента поиска места и типа ошибки реальная работа (исправление) над сложной сборкой или деталью практически невозможна. При появлении ошибок в модели SolidWorks выдает окно предупреждения и ставит специальные метки в дереве модели. Такими метками обозначается весь путь до ошибки: метка ставится против самого имени сборки, против имени узла, детали — и так до конкретной взаимосвязи или эскиза. Кроме того, в контекстном меню появляется строка «что неверно», через которую можно получить более подробную диагностику произошедшего события и рекомендации для последующих действий. При значительных размерах дерева модели можно воспользоваться режимом автоматического поиска по адресу (имени шага, размера) ошибки, указанной в этой подсказке. Естественно, после устранения причин возникновения ошибки или при отказе от внесения изменений (откатке) метки исчезают.
Наиболее распространенной проблемой при значительной переделке детали, входящей в сборку, является потеря условий сопряжения. Наилучшим из предлагаемых SolidWorks путем для решения подобных проблем является переход в режим отображения дерева модели «просмотреть по зависимым элементам». В этом варианте все условия сопряжения детали будут расположены не в отдельной закладке, а непосредственно под обозначением модели. При редактировании ошибочного сопряжения потерянная ссылка может быть легко подменена или само сопряжение заменено на новое.
Большое значение в процессе определения источника и пути исправления ошибки в SolidWorks имеет цветовая подсветка. Пользователь имеет возможность сам определить цветовые настройки для конкретных ситуаций, рабочего окна, отображение основных и вспомогательных линий. В данной статье условимся говорить о цветах, предлагаемых стандартной настройкой. Основной ошибкой при внесении изменений в проект или при копировании группы элементов из одной модели в другую является потеря взаимосвязи.
Такая ситуация типична при изменении топологии эскиза при удалении элемента построения, на который имеются ссылки. При редактировании такого шага или эскиза причину легко увидеть именно благодаря цветовой подсветке (цвет хаки). При последовательном или целевом просмотре взаимосвязей они обозначаются как «подвешенные». В инструменте просмотра взаимосвязей, в закладке «элементы» легко обнаружить и подменить конкретный геометрический элемент (ссылку при простановке размера), который был утерян. Надо отметить, что такие ошибки легко исправить, пользуясь интуитивностью и возможностью автоматического наложения взаимосвязей. При указании курсором ошибочного элемента на нем появляется красная точка, а тип потерянной ссылки легко определить по появившейся зеленой подсветке. Обычно достаточно перетащить красную точку на элемент существующей геометрии, подобный подсветке. Кроме того, механизм подмены взаимосвязей может быть использован как самостоятельный инструмент корректировки ранее принятых конструкторских решений.
Другим наиболее часто встречающимся вариантом ошибок при внесении изменений в проект является переопределенность геометрии. Это может произойти при назначении новых взаимосвязей, которые входят в конфликт с уже существующими, или при некорректном изменении размерной цепи. Не исключена такая ситуация из-за невнимательной работы и случайного автоматического захвата и автоматического назначения связи. Часто в этом случае ошибка диагностируется, а видимого геометрического перестроения не происходит. В режиме редактирования эскиза элементы, которых коснулось переопределение, будут подсвечены красным цветом. А при просмотре уже существующих взаимосвязей те, что являются противоречащими, имеют метку «переопределен». Исправление этой ошибки путем удаления переопределяющих размеров и взаимосвязей — наиболее быстрый путь к результату. Сообщение «Теперь возможно найти решение эскиза» говорит о восстановлении корректности логики построения и устранении ошибки.
Возможным результатом проведенных изменений может быть вырождение одного или нескольких геометрических элементов эскиза. Такие элементы подкрашиваются желтым цветом. Внесение корректировок в идеологию или топологию эскиза напрашивается само собой. Если такое решение неприемлемо, придется подумать о необходимости проведенных ранее изменений и «откатиться» на один или несколько шагов назад.
Одной из особенностей работы в SolidWorks является использование геометрии без простановки размеров (если конструктор почему-либо не хочет определять размерной цепочки). В то же время ссылка на грани такой детали происходит как в рамках работы над ней, так и в процессе проектирования сопряженных деталей в сборке. В любом случае такая неопределенность геометрии при редактировании эскиза обозначается синим цветом. Она доступна для простого передвижения ее элементов в рамках уже наложенных связей. Это свойство активно используется для определения типа и количества недостающих размеров при образмеривании или подгонке габаритов во время контекстной работы с деталью в сборке. Данный вид неопределенности не является явной ошибкой, но может привести к непредсказуемым результатам при модификации, вплоть до захлестывания контура эскиза (этот вариант уже является явной ошибкой и подлежит исправлению). В любом случае размерная цепочка (образмеривание) эскизов является важной деталью конструкторской логики и в дальнейшем значительно облегчает внесение изменений в конструкцию и более корректную перестройку детали при модификациях, затрагивающих ее извне. Но система предоставляет конструктору возможность самостоятельно определить, когда ему удобно сделать это.
Хотелось бы отметить еще одну возможность, предоставляемую системой SolidWorks. Не секрет, что на данном этапе ни одно из предприятий по ряду причин не может ограничиться применением одной, пусть и полностью удовлетворяющей его системы. Тем более невозможно обеспечить полную совместимость по системам со всеми сторонними партнерами. Неизбежным шагом в этой ситуации становится передача данных через стандартные форматы обмена данных IGES, STEP, VDA и т.д. В этих условиях немаловажной становится гарантия совместимости разработок. Для этого необходимо либо сразу, не зная будущих особенностей конструкции, договориться и зафиксировать геометрию, либо обеспечить постоянный обмен данными, обеспечивающими стыковку и габаритное размещение агрегатов в рамках единого проекта. Идеология, на основе которой работает SolidWorks, идеально подходит для такого режима обмена. Все основные форматы передачи данных, включая трансляторы на базе широко известных ядер графических систем, принимаются и передаются системой; более того, обеспечена возможность подмены ранее полученных данных. Вся идеология, созданная на основе этих данных в SolidWorks, отрабатывается уже с учетом новой информации. Даже в случае потери ссылок корректировка не сопоставима по трудозатратам с переделкой моделей. Тем не менее возможность создания обстановочной детали (принцип «черного ящика») позволяет значительно сократить объем передаваемых данных. А существующий и получающий все большее распространение механизм OLE for D&M обеспечивает передачу таких данных в режиме реального времени. Наличие бесплатного просмотрщика файлов позволяет не только видеть все объекты, созданные в SolidWorks (детали, чертежи, сборки), но и включить в круг непосредственных участников проекта те службы, у которых имеются компьютеры средней производительности, не оснащенные какой-либо CAD/CAM-системой. Такая схема работы не требует обучения SolidWorks, но позволяет быть в курсе работы над проектом и вовремя вносить свои замечания.
Подведем итог всему сказанному. Для современной системы проектирования не достаточно быстро создавать твердотельные модели. Она должна позволять вносить изменения, которые не могли быть предсказаны заранее, и отслеживать их по всем этапам проекта. Любое некорректное изменение может быть проведено при условии доступности к изменению ранее заложенных основ: идеологии (истории построения), топологии, размеров. Чтобы конструктор мог безбоязненно двигаться вперед, быстрее приходить к окончательному решению, он должен быть либо застрахован от необходимости перестраивать модель в будущем, либо быть твердо уверенным в такой возможности. Иначе без достаточно точной формализации исходного задания либо без достаточно полной проработки обстановки смежниками или ведущими конструкторами он просто не сможет приступить к своей работе. Не только наличие той или иной функциональности, но и полная свобода в выборе текущей стратегии и в действиях, может гарантировать свободу творчества. А возможность внесения улучшений в проект до самого последнего момента работы над ним потенциально несет в себе более высокое качество и напрямую отражается на конкурентоспособности проекта. Средства, предоставляемые SolidWorks, позволяют говорить о ней именно как о системе для проектирования, ориентированной на конструктора — непосредственного участника и помощника в творческом процессе. А общеизвестная простота и интуитивность работы в ней довершают портрет этой современной перспективной системы проектирования.
«САПР и графика» 5'2000
