Синхронная технология — революция в проектировании
Данная инновация от Siemens PLM Software объединяет быстроту и гибкость прямого моделирования с точностью и возможностями автоматизации размерного параметрического проектирования.
Большинство людей воспринимает 3Dсистемы автоматизированного проектирования (CAD) как параметрический и управляемый размерами подход к проектированию, когда одна операция управляет другой, а изменения вносятся путем отката к предыдущим шагам моделирования и повторного их воспроизведения. Это неудивительно в свете того, что за последние 20 лет так работали почти все CADсистемы. Фактически и сейчас большинство решений основано на архитектуре 20летней давности. Однако в 2008 году появилась революционная синхронная технология, которая впервые позволила создавать полностью параметрические 3Dмодели, не зависящие от последовательности операций построения. В синхронной технологии имеются все базовые компоненты для создания интеллектуальных деталей, например процедурные конструктивные элементы, управляющие размеры, уравнения и геометрические взаимосвязи, но всё это работает без использования записанных в хронологическом порядке шагов построения модели. В результате синхронная технология породила принципиально новый процесс конструирования, позволивший пользователям значительно повысить производительность труда и резко (иногда с дней до минут) сократить время на проведение конструкторских изменений.
Введение
Во всем мире одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются машиностроительные предприятия, заключается в необходимости повысить эффективность процесса разработки новых изделий. Несмотря на успехи в технологиях проектирования, большинство 3D CADсистем всё еще считаются сложными в освоении и негибкими при проведении изменений, особенно когда модели становятся всё более сложными. Кроме того, CADмодели непросто передавать из одной системы в другую, причем при преобразовании история построения или замысел конструктора неизбежно теряется. Данная проблема особенно остро стоит перед компаниями, которым необходимо работать с различными CADсистемами.
В проведенном в 2008 году независимой аналитической фирмой Aberdeen Group исследовании под названием «Оптимальные приемы перехода от 2D к 3D» описывается пять основных проблем, с которыми сталкиваются пользователи традиционных 3D CADсистем. Три из них относятся непосредственно к CADсистемам и связаны с:
- временем, затрачиваемым на создание новых моделей;
- управлением сложными взаимозависимостями в CADмоделях;
- поддержкой работы с данными из различных 3D CADсистем.
Названные проблемы имеют прямое отношение к традиционным 3D CADсистемам, основанным или на дереве построения модели, или на прямом моделировании. Большинство таких систем — это решения с деревом построения. В них все выполняемые операции создания модели записываются. Этапы проектирования фиксируются в хронологическом порядке, создавая иерархические взаимосвязи, когда редактирование одного конструктивного элемента вызывает перестроение многих других или даже всей модели в целом. Хотя такой способ и обеспечивает автоматизированное проведение изменений, он требует тщательного предварительного планирования стратегии моделирования. Меньшинство традиционных 3Dсистем основано на принципах прямого, или явного (explicit), моделирования. В них этапы проектирования не фиксируются, поэтому они обладают большей гибкостью, а ряд изменений можно провести быстрее. Однако расплатой за это становится отсутствие разделения модели на конструктивные элементы, что не позволяет автоматизировать проведение изменений.
Синхронная технология, реализованная только в системах Solid Edge и NX от Siemens PLM Software, решает все три указанные проблемы, стоящие перед пользователями традиционных 3D CADсистем. Это уникальная инновация в сфере 3Dпроектирования, проверенная на практике и объединяющая преимущества прямого моделирования и моделирования с деревом построения (рис. 1). С синхронной технологией пользователь получает простоту и гибкость прямого моделирования и вместе с тем всю мощь автоматического обновления модели, доступного в моделировании с деревом построения.
Рис. 1. Синхронная технология объединяет достоинства систем прямого моделирования и систем с деревом построения, облегчая переход пользователей на 3D-конструирование и повышая производительность труда
Синхронная технология делает CADсистемы интуитивно понятными, поэтому их гораздо легче осваивать и применять. Кроме того, она резко повышает производительность при моделировании и проведении изменений, так как устраняется необходимость разбираться со сложными взаимозависимостями в модели. Наконец, синхронная технология значительно облегчает работу с импортированной 3Dгеометрией при использовании различных CADсистем, например при взаимодействии со сторонними поставщиками или даже в пределах одной крупной компании.
Как работает синхронная технология
Один из фундаментальных прорывов синхронной технологии заключается в том, что все конструктивные элементы модели рассматриваются как находящиеся на одном уровне иерархии и не связанные жесткими взаимоотношениями «родитель — потомок», что имеет место в системах с деревом построения. Это дает пользователям возможность быстрее фиксировать замысел конструкции, поскольку требуется меньше времени на предварительное планирование процесса создания модели таким образом, чтобы в будущем ее можно было модифицировать и применять повторно. Для примера на рис. 2a показана опора, высота которой, отмеченная красным цветом, всегда должна оставаться равной 50. В ходе проектирования (рис. 2б) было добавлено основание, изза чего ограничение по высоте нарушилось. Пользователям системы с деревом построения пришлось бы вручную пересчитать и уменьшить исходную высоту на высоту основания, чтобы общая высота осталась прежней. Синхронная технология позволяет игнорировать задаваемые в системах с деревом построения взаимосвязи «родитель — потомок», когда родительский конструктивный элемент всегда управляет элементомпотомком. В синхронной технологии все конструктивные элементы равны, поэтому последняя операция может управлять первой. Сохранение исходного замысла выполняется простым изменением значения, задающего высоту размера так, чтобы он включал и основание (рис. 2в). Такая возможность практически устраняет необходимость предварительного планирования, поскольку замысел конструктора можно изменить на любом этапе создания модели.
Рис. 2. Требуемая высота детали (а) нарушается при добавлении основания (б). При помощи синхронной технологии замысел конструктора сохраняется (в) благодаря тому, что конструктивными элементами можно управлять независимо от времени их создания
Следствием того, что все конструктивные элементы равны между собой, а не связаны взаимоотношениями «родитель — потомок», является рост производительности. Поскольку при редактировании элементов с применением синхронной технологии не требуется учитывать порядок их создания, первая операция, как правило, редактируется так же быстро, как и последняя. Исследования показали, что редактирование даже самых сложных моделей с помощью синхронной технологии занимает секунды, тогда как в других системах на это уходит несколько минут.
Быстрое внесение изменений в замысел конструктора
Конструкторам часто приходится модифицировать существующие модели для экономии времени. Чтобы обеспечить повторное использование модели в системе с деревом построения, пользователь должен либо очень тщательно создавать модель, пытаясь учесть все возможные будущие ее изменения, которые часто оказываются непредвиденными, либо потратить время на изучение способа построения модели перед тем, как начать изменять ее. Часто в ходе такого изучения выясняется, что при создании модели возможность ее изменения не учитывалась, в результате приходится «откатываться» по дереву построения на ранние этапы моделирования и создавать ряд новых конструктивных элементов, хотя изначально модификация модели казалась простым делом. На всё это уходит драгоценное время, а производительность труда падает. Синхронная технология предполагает более простой подход, заключающийся в изменении размеров и ограничений. Например, на рис. 3 показан кронштейн, который нужно изменить. С синхронной технологией пользователь проставляет размер на отверстия в готовой модели и просто вводит нужное значение размера. Важно отметить, что отверстие может управлять формой всей модели. Такие геометрические взаимосвязи, как соосность, касание, горизонтальность или вертикальность, можно задать позднее, что помогает конструкторам легко модифицировать имеющиеся модели.
Рис. 3. На уже готовых моделях можно проставлять размеры, обеспечивающие прямое редактирование. Все конструктивные элементы равны между собой, поэтому монтажные отверстия могут влиять на общую форму модели
Устраняя необходимость в предварительном планировании и резком упрощении редактирования, синхронная технология заметно облегчает изучение и использование 3D CADсистем, так как теперь для повторного применения и модификации модели не приходится изучать, каким образом она была построена.
Автоматическая фиксация замысла конструктора упрощает работу с данными из 3D CADсистем
Инженеры и конструкторы ежедневно сталкиваются с 3D CADданными, представленными в различных форматах. Это может быть модель, созданная коллегой, которого перевели на другой проект или который вообще уволился из компании. Параметрические правила, примененные при создании данной модели другим разработчиком, могут оказаться запутанными и трудными для понимания. Еще один вариант — необходимость работы с импортированными данными, созданными в другой 3D CADсистеме. В этом случае, скорее всего, придется иметь дело с «мертвой» твердотельной геометрией, так как в результате преобразования теряются дерево построения и все конструктивные элементы. Независимо от того, откуда взялась модель, в конструкции, как правило, есть «строгие геометрические условия», которые должны соблюдаться: касание, соосность, перпендикулярность и т.д. В большинстве случаев такие ограничения заложены в модель и должны выполняться, даже если соответствующие правила были нечетко заданы или вообще утеряны.
С синхронной технологией геометрические ограничения выявляются и сохраняются, что облегчает повторное использование и редактирование существующих моделей. Системы с деревом построения требуют значительных временных затрат на предварительное планирование построения, чтобы полученную модель можно было редактировать и использовать заново.
В современных условиях глобализации всё чаще приходится работать в среде со многими CADсистемами и редактировать импортированные CADмодели. Способность синхронной технологии выявлять замысел конструктора путем анализа модели также помогает инженерам работать с импортированной геометрией. Большинство систем умеет открывать и сохранять файлы не только в собственном формате, но и в ряде нейтральных форматов, однако даже явно заданный замысел конструктора при преобразовании теряется. Синхронная технология позволяет редактировать импортированные данные так же, как и «родные» модели, что предоставляет конструкторам полный контроль над повторным использованием геометрии и значительно упрощает процесс работы в среде со многими CADсистемами.
Заключение
Взяв лучшее из систем с деревом построения и систем прямого моделирования и добавив инновационные возможности, синхронная технология решает выявленные в проведенном фирмой Aberdeen исследовании три важнейшие проблемы, с которыми сталкиваются пользователи традиционных CADсистем. Она позволяет конструкторам быстрее создавать модели, затрачивать меньше усилий на предварительное планирование и оперативнее вносить изменения за счет устранения сложных взаимосвязей «родитель — потомок», а также легко работать со всеми типами 3D CADмоделей, используя содержащуюся в самой модели интеллектуальность. Для машиностроительных компаний конечный результат состоит в том, что высококачественные изделия выходят на рынок скорее и с более низкой себестоимостью, а эффективность работы в современной среде со многими CADсистемами заметно повышается.
