7 - 2010

Прямое редактирование в системе ADEM

Андрей Быков

Сегодня одним из самых популярных направлений, в которых соревнуются MCAD-системы, является возможность прямого редактирования твердых тел.

Преимущество данной технологии состоит в том, что пользователи напрямую манипулируют геометрией независимо от того, когда и как она была создана.

Такая технология в системе ADEM развивается практически с самого начала разработки, поскольку задача редактирования «чужих» моделей была поставлена как один из наивысших приоритетов для CAD/CAM/CAPP-системы конструкторского, технологического и производственного сектора. Тогда же, в начале 90-х годов, были сформулированы основные принципы решения данной задачи.

Известно, что практически все системы объемного моделирования, в том числе и ADEM, имеют механизм внесения изменений в геометрию твердотельных объектов с использованием истории построения. Изменяя те или иные параметры в дереве построений, можно эффективно получать новую геометрию ранее созданных 3D-объектов. Интересно, что плоские CAD-системы, в отличие от объемных, как правило, имеют идеологию прямого редактирования.

Несмотря на многие достоинства, метод редактирования через историю имеет существенные недостатки, которые сильно ограничивают область его применения.

Недостаток первый — невозможность внесения изменений, противоречащих исходной логике построений. В первую очередь это связано с тем, что различные методы построения элементов реализуют построение объектов разных топологий. И изменения параметров в рамках метода не позволяют получать объекты другого вида.

Например, если была построена пирамида, то превратить ее в трубу можно только полной заменой объекта и метода построений. А если объект был построен методом «сфера» с параметрами точки центра и радиуса, то, как ни крути этими данными, спираль не получишь.

Второй недостаток — результат редактирования получается после регенерации (построения заново) модели согласно измененному дереву, а при редактировании дерева можно непреднамеренно внести изменения, которые сделают модель некорректной. Умение работать с такими ситуациями есть своего рода искусство пользователя, которое требует дополнительной подготовки.

Третий недостаток — невозможно редактирование при отсутствии дерева истории построений или в случае его дефекта. Потеря истории построений происходит практически во всех случаях обмена файлами между разными системами моделирования. Дело в том, что и методы построений, и их реализация в различных программных продуктах существенно различаются. Причиной этого является постоянное совершенствование данных методов, в основе которого лежит конкуренция на рынке систем моделирования.

Задача редактирования объектов при отсутствии истории построения крайне актуальна. Особенно это касается производственного сегмента. Не секрет, что получаемые от проектантов модели деталей требуют технологической доработки. В чистом виде, без внесенных изменений изготавливать детали по ним невозможно.

В принципе, одним из решений для производства, работающего с различными заказчиками, является наличие всех видов CAD-систем, которые те применяют. Само по себе это довольно дорогое удовольствие, особенно если учитывать необходимость в подготовленных кадрах и постоянное обновление этих программных средств, дабы правильно интерпретировать входную информацию.

Поэтому наличие в системе, стоящей на производстве, методов прямого редактирования весьма востребовано.

Несколько слов о самой задаче. В принципе, любая CAD-система позволяет вносить изменения в импортированный объект. Например, можно сделать скругление на ребре, просверлить отверстие, добавить материал и т.п. Сложность возникает, когда нужно изменить радиус уже существующего скругления, убрать, передвинуть или изменить диаметр отверстия и т.д. Вот с такого рода задачами дело обстоит куда сложнее. С точки зрения истории построения модели данное редактирование относится не к добавлению новых этапов к дереву построений, а к изменению тех, что уже в нем есть. И это при отсутствии самого дерева!

Сразу заметим, что исследования в области автоматического воссоздания дерева построений на основе распознавания геометрических образов — Automatic Feature Recognition (AFR) — имеют весьма скромные результаты, которые применимы лишь для узкого класса объектов. Например, в системе ADEM данный метод используется при распознавании отверстий для технологической подготовки (рис. 1).

Рис. 1. Распознавание отверстий

Рис. 1. Распознавание отверстий

Поскольку применение метода AFR для редактирования сложных деталей проблематично, в 90-х годах был предложен иной принцип (см. «Применение CAD/CAM ADEM для изделий со сжатым циклом разработки» в «САПР и графика» № 4’1999). Он получил название Assigned Feature Representation (AsFR). Суть этого подхода довольно проста. Поскольку редактирование осуществляет человек, то пусть он сам и определит метод построения выбранного объекта. Ведь ни одна программа пока не умеет распознавать образы лучше человека. Например, если он собирается редактировать отверстие, то пусть он и скажет, что данный объект есть отверстие, а система должна предложить ему инструмент для выполнения процедуры редактирования.

Данный метод позволяет, например, выбрать сферическую область на теле и сказать, что это призма. При этом вместо сферической части появится призматическая с заданными параметрами. Подобная схема основана на замене одного фрагмента другим.

Кроме процедуры замены для редактирования твердотельных объектов нужны и другие возможности. Их перечень соответствует стандартному набору операций с самими телами: перенос, поворот, копирование, удаление и т.п. В системе ADEM эти операции, применимые и к фрагментам тел, составляют основу прямого редактирования.

Рассмотрим ряд примеров использования прямого редактирования в ADEM (рис. 2-6).

Рис. 2. Изменение радиусов скруглений

Рис. 2. Изменение радиусов скруглений

Рис. 3. Удаление фрагмента

Рис. 3. Удаление фрагмента

Рис. 4. Изменение числа фрагментов (копирование)

Рис. 4. Изменение числа фрагментов (копирование)

Рис. 5. Перемещение фрагмента

Рис. 5. Перемещение фрагмента

Рис. 6. Замена фрагмента

Рис. 6. Замена фрагмента

Следует заметить, что в этих примерах меняется не только геометрия тела, но и его топология. Иными словами, с помощью прямого редактирования фрагментов можно выполнять довольно глубокие изменения модели.

В системе ADEM фрагментом может быть объявлена группа поверхностей, имеющая смысловое для пользователя значение. Причем фрагменты могут иметь практически любой уровень сложности.

Еще один важный метод прямого редактирования, реализованный в системе ADEM, — изменение положения вершин (рис. 7). Он позволяет вносить такие изменения в геометрию тела, которые зачастую невозможно делать, используя историю построения.

Рис. 7. Изменение положения вершин

Рис. 7. Изменение положения вершин

Изменения подобного рода в системе ADEM могут выполняться как «вручную», так и параметрически, с использованием размерных цепей.

Существует еще один аспект, связанный с редактированием импортируемых моделей. Дело в том, что не все системы работают с твердыми телами. Точнее сказать, что не все модели могут содержать граничное представление геометрии в виде BRep-структуры (трехмерное тело представляется набором связанных друг с другом поверхностей, задающих границу между представляемым телом и остальным пространством).

В системе ADEM предусмотрен аппарат, восстанавливающий данную информацию на основе исходной геометрии. Он имеет двойную направленность, так что твердое тело всегда можно разобрать и собрать из поверхностей. Могут приходить модели и с низкой точностью. Для этого случая в системе есть средства «лечения».

Если перед пользователем не стоит задача редактирования импортируемых моделей и весь процесс создания производится в ADEM, то функционал прямого редактирования также не будет лишним. В ряде случаев он дополнит средства обычного редактирования с деревом построений. Такая комбинация методов иногда позволяет эффективно решать довольно сложные задачи.

Интересно, что операции прямого редактирования в системе ADEM заносятся в дерево истории и могут впоследствии подвергаться параметрическому редактированию.

Возможности системы ADEM в части прямого редактирования этим не ограничиваются. Большой круг задач может решаться в рамках работы с методами поверхностного моделирования. К ним относятся удаление поверхности, зашивка, слияние, затяжка и другие процедуры построения поверхностей с учетом граничных условий.

Аппарат прямого редактирования в системе ADEM постоянно совершенствуется. Этому способствует большой практический опыт работы компании со многими отраслями промышленности в России и за рубежом.

В заключение следует упомянуть также известные нам CAD-системы, которые не просто декларируют, а реально имеют сегодня в своем наборе опции прямого редактирования без дерева истории. Это CoCreate Modeling, KeyCreator, Alibre Design и SpaceClaim. За последнее время к этому списку присоединились CATIA V6 Live, ProE Wildfire 5.0 Shape, Autodesk Inventor Fusion и другие известные продукты. Чтобы ответить на вопрос, являются ли новые возможности действительно способами прямого редактирования, достаточно будет провести простой тест на редактирование импортированной детали.

Заметим, что именно в системе ADEM функционал прямого редактирования приобретает особую прикладную значимость, потому что ADEM — это интегрированная CAD/CAM/CAPP-система для конструкторско-технологической подготовки производств, которые могут иметь широкий круг заказчиков, оснащенных разнообразными САПР.

САПР и графика 7`2010