9 - 2009

IMShape — выбери себе модель

Дмитрий Керницкий

Проблема повторного использования деталей

Описание системы IMShape

Работа с системой

Область применения системы

Заключение

Программные продукты компании «ИНТЕРМЕХ» всегда отличались своей инновационностью. Не стала исключением и новая разработка — система IMShape, предназначенная для поиска геометрически похожих 3D-моделей. В данной статье будут рассмотрены принципы работы системы IMShape и ее основные функциональные возможности.

Проблема повторного использования деталей

Не секрет, что в среднем около 70% деталей нового изделия разрабатывается на основе деталей и узлов, спроектированных ранее, с внесением в них некоторых изменений. Несмотря на применение различных CAD-систем, автоматизирующих работу конструктора, разработка 3D-модели сложной детали занимает у него достаточно много времени. Это приводит к увеличению сроков выпуска нового изделия на рынок и затрат на подготовку производства, а в результате к упущенной прибыли предприятия. Нельзя забывать и о том, что, кроме разработки 3D-модели, необходимо выпустить всю конструкторскую и технологическую документацию. По статистике, экономия при использовании в изделии ранее разработанных деталей вместо проектирования новых составляет в среднем около 20% стоимости разработки. А если кроме деталей повторно применять технологическую документацию и оснастку, то возможная экономия составит около 35%. Таким образом, очевидно, что для всех предприятий остро стоит вопрос повторного использования ранее разработанных деталей. Из этого вытекает и следующая проблема: как найти ранее созданную модель в большом архиве предприятия.

На большинстве предприятий для ведения состава изделия применяются различные PDM-системы, одной из функций которых является поиск существующих изделий. Однако этот поиск сводится к сравнению некоторых текстовых атрибутов, которые хранятся либо в PDM-системе, либо в самой 3D-модели. Как правило, эти атрибуты содержат обозначение и наименование модели, материал, а также сведения о разработчиках. Однако из этой информации конструктору или технологу трудно что-либо узнать о геометрической форме или размерах модели. Даже если он знает, что на предприятии уже разрабатывалась похожая деталь, но ему неизвестно ее точное обозначение, то найти такую модель в большинстве случаев практически невозможно. Следовательно, для поиска 3D-моделей, которые могли бы применяться в качестве прототипа для проектирования новой детали, данный механизм не подходит.

Частичное решение проблемы поиска существующих моделей предлагает классификатор деталей ЕСКД. Его использование предполагает, что обозначение всех деталей формируется специальным образом с применением цифровых кодирующих групп. Однако на многих предприятиях обозначения деталей формируются по требованиям их СТП и содержат только сведения о номере сборки, номере узла и детали, что опять же непригодно для поиска ранее созданной детали. Негативным моментом при использовании классификатора ЕСКД является необходимость вручную формировать кодирующее обозначение, что может приводить к ошибкам.

Дополнительным недостатком текстовых методов описания модели является их зависимость от терминологии. В русском языке даже абсолютно одинаковые детали могут иметь разное наименование в зависимости от термина, употребляемого конструктором (например, рычаг или кронштейн, вал или ось). Кроме того, при поиске модели по наименованию в большом архиве предприятия система найдет тысячи деталей, которые на самом деле имеют абсолютно разные формы и размеры.

Очевидно, что для полноценного решения проблемы повторного применения ранее созданных деталей необходимо использовать не только поиск по текстовым описаниям, но и информацию о геометрической форме модели. Эта идея и легла в основу новой разработки компании «ИНТЕРМЕХ» — системы IMShape. Ее основной функциональностью является поиск «похожих» 3D-моделей, основанный на сравнении их геометрической формы.

В начало В начало

Описание системы IMShape

Система IMShape построена на основе архитектуры «клиент-сервер» (рис. 1). Сервер управляет базой IMShape, в которой хранятся данные о геометрической форме моделей. Клиентская часть представлена в виде нескольких программных компонентов: отдельного приложения, модулей, интегрированных в CAD-системы, модулей, интегрированных в PDM-системы разработки компании «ИНТЕРМЕХ» (Search и IPS).

Принцип работы системы IMShape заключается в следующем: на начальном этапе производится индексация ранее созданных на предприятии 3D-моделей деталей. В процессе индексирования система IMShape обрабатывает информацию о геометрической форме детали и сохраняет ее описание в своей базе. Операция индексирования выполняется однократно, в ходе дальнейшей работы индексируются только те детали, которые были модифицированы. Также в любой момент в систему IMShape можно добавить новые детали.

Рис. 1. Общая схема системы IMShape

Рис. 1. Общая схема системы IMShape

Для осуществления поиска по базе используется некоторая деталь-образец. Это может быть как ранее созданная деталь, так и упрощенный «набросок» детали, описывающий общую геометрическую форму (в нем могут отсутствовать отверстия, фаски, приливы и т.д.). Система IMShape анализирует геометрию детали-образца и по результатам анализа показывает пользователю список найденных похожих деталей. Данный список отсортирован по степени подобия, то есть детали, больше других похожие на образец, будут находиться в начале списка. Таким образом, система IMShape позволяет найти все ранее созданные детали, которые похожи на деталь-образец.

Ключевым моментом в работе системы IMShape является уникальный алгоритм, разработанный компанией «ИНТЕРМЕХ», который формирует некое внутреннее описание геометрии 3D-модели. Эти описания хранятся в базе IMShape. В процессе поиска происходит сравнение именно этих описаний, а не самих моделей. Это позволяет добиться очень высокой скорости работы системы.

Поскольку в базе IMShape хранятся именно описания формы моделей, то для ее работы неважно, в какой CAD-системе была создана та или иная модель. Это может быть любая система трехмерного конструкторского проектирования, а также системы, используемые дизайнерами. В настоящее время система IMShape работает с моделями, созданными в Autodesk Inventor, Pro/ENGINEER, SolidWorks, Solid Edge, Unigraphics. Если на предприятии используется несколько CAD-систем, то IMShape позволяет производить поиск как среди моделей конкретной CAD-системы, так и по всем моделям. Благодаря интеграции с CAD-системами конструктор может работать с системой IMShape непосредственно из привычной ему CAD-системы.

Система IMShape позволяет параллельно работать с несколькими базами IMShape. Например, на компьютере конкретного пользователя может быть установлена локальная база IMShape, в которой он может искать свои собственные детали. Другая база IMShape может быть создана для группы или отдела на предприятии. Общая база IMShape, установленная на сервере предприятия, позволит осуществлять поиск похожих деталей всем пользователям. Это особенность системы IMShape позволяет интегрировать ее в любую организационную структуру предприятия.

Кроме описания геометрической формы детали, в базе IMShape хранятся ссылки на реальные детали. Если база моделей предприятия организована в виде файлов, то в базе IMShape сохраняется путь к файлу модели. Если на предприятии используется система Search или система IPS, то в базе IMShape хранятся ссылки на объекты PDM-системы. В состав системы IMShape входит модуль для работы с PDM-системами, разработанными компанией «ИНТЕРМЕХ». Он позволяет производить поиск похожих деталей непосредственно в PDM-системе.

В базе IMShape также хранятся сведения об обозначении, наименовании и материале деталей. Эта информация используется для задания опций поиска, а также для отображения пользователю при выводе результатов. Необходимо подчеркнуть, что сами 3D-модели в системе IMShape не хранятся, поэтому доступ к ним (и разграничение прав доступа) осуществляется теми штатными средствами, которые используются на предприятии.

В начало В начало

Работа с системой

Поиск в системе IMShape начинается с диалогового окна Поиск (рис. 2). В этом окне пользователь видит трехмерное изображение той детали, которая в данный момент используется как образец для поиска. Существует возможность задавать различные опции поиска. Это позволяет системе IMShape находить именно те похожие детали, которые в конкретной ситуации нужны пользователю. В качестве опций поиска можно указать максимальное отклонение габаритных размеров в большую или меньшую сторону. При этом все найденные похожие модели будут соответствовать данному критерию. Также можно производить поиск только среди деталей, созданных в конкретной CAD-системе, или только среди деталей, занесенных (или наоборот) в PDM-систему. Используя опции поиска, пользователь может управлять степенью похожести найденных моделей на деталь-образец. Например, можно искать только абсолютно одинаковые модели или только очень похожие.

Рис. 2. Указание образца и опций для поиска

Рис. 2. Указание образца и опций для поиска

 

Рис. 3. Результаты работы системы IMShape

Рис. 3. Результаты работы системы IMShape

На рис. 3 представлены результаты работы системы IMShape. Сверху расположен список найденных похожих деталей. Он отсортирован по степени похожести, то есть в начале перечисляются детали, которые больше похожи на образец. Выбирая любую деталь из списка, пользователь видит ее трехмерное изображение, а также некоторые дополнительные сведения. В случае необходимости указанную деталь можно открыть в CAD-системе или добавить в активную сборку. Если данная деталь занесена в PDM-систему, то можно просмотреть ее карточку и добавить в соответствующую выборку для дальнейшей работы. Любую выбранную деталь можно использовать как образец для нового процесса поиска. Эта возможность позволяет постепенно приближаться к необходимой детали, используя на начальном этапе очень грубый «набросок» детали-образца.

В начало В начало

Область применения системы

Система IMShape может применяться в различных структурах предприятия. Приведем некоторые сценарии работы с ней:

  • использование конструктором на начальном этапе проектирования новой детали — найденные в системе IMShape похожие 3D-модели могут применяться как прототипы. А на их основе конструктор может достроить необходимую ему новую модель путем внесения минимальных изменений. Иногда, просмотрев результаты поиска, конструктор может принять решение об использовании уже готовой найденной детали, даже если это потребует внесения небольших изменений в общую конструкцию. Ведь на ранее созданную деталь уже существует вся готовая конструкторская и технологическая документация;
  • применение в отделе технологического проектирования — внедрение системы IMShape позволит резко сократить время разработки технологических процессов и проектирования специальной оснастки за счет использования ранее созданной технологической документации. Также на основании похожести деталей можно автоматизировать принятие решения о назначении расцеховочного маршрута, а также оптимизировать перечень применяемых на предприятии материалов при назначении заготовок;
  • использование в отделе стандартизации — система IMShape позволяет проанализировать существующую базу деталей и выявить все похожие или одинаковые детали. На основе результатов данного анализа можно принять решение о выпуске СТП на данный тип деталей. Это позволит уменьшить номенклатуру выпускаемых деталей;
  • применение функциональности системы IMShape для поиска дубликатов — в этом случае с помощью системы IMShape можно выявить все одинаковые детали, даже имеющие различное обозначение и наименование. Это способствует поддержанию целостности и уникальности данных в PDM-системе предприятия.

Использование системы IMShape не ограничивается данными сценариями работы. Очевидно, что существенное облегчение процедуры поиска ранее созданных деталей найдет применение во многих отделах и структурах предприятия.

В начало В начало

Заключение

Система IMShape — это абсолютно новый подход к поиску существующих 3D-моделей. Впервые в качестве основного принципа поиска используется сравнение геометрической формы моделей. Внедрение системы IMShape на предприятии позволит в значительной мере решить проблему повторного использования деталей, повысить унификацию продукции и, как следствие, сократить сроки разработки нового изделия. С выпуском на рынок системы IMShape компания
«ИНТЕРМЕХ» совершила очередной революционный шаг в разработке программного обеспечения для САПР.


Дмитрий Керницкий

Дмитрий Керницкий

Ведущий разработчик отдела CAD-систем компании «ИНТЕРМЕХ».

В начало В начало

САПР и графика 9`2009