Успешный переход от 2D- к 3D-проектированию

Переход разных компаний от 2D- к 3D-проектированию осуществляется по схожему сценарию: они продолжают работать в 2D и одновременно осваивают технологии 3D-проектирования, затем интегрируют подходы 2D-проектирования в 3D и постепенно прекращают использование 2D-проектирования, за исключением тех случаев, когда необходима разработка схем, планировок и чертежей в 2D. При этом основная задача заключается в передаче 2D-данных и интеграции подходов 2D-проектирования в процесс 3D-проектирования. Трехмерное проектирование способствует значительному повышению производительности, однако зачастую необходимость предварительной подготовки проектирования деталей с историей построения повышает сложность обучения и препятствует быстрому переходу к применению системы.
В настоящей статье описываются возможности программного продукта Solid Edge с синхронной технологией, а также то, как он способствует быстрому переходу к 3D-проектированию с использованием чертежей и методов 2D-проектирования. Пользователи могут создавать и оптимизировать планировки в 2D-среде, а затем применять их в 3D. Проектирование и редактирование в 3D может осуществляться при помощи соответствующих средств 2D-проектирования, а чертежи могут создаваться на основе 3D-моделей, обеспечивая универсальные возможности проектирования. Поскольку данная технология является поэлементной и не содержит истории построения, по характеру работы она похожа на 2D-систему, что ускоряет переход от 2D- к 3D-проектированию и обратно к 2D.

Большинство компаний осознают необходимость перехода на 3D­проектирование, однако не хотят терять накопленный опыт, навыки 2D­проектирования и наработанные чертежи. При отсутствии возможности их использования в 3D­проектировании пользователи могут столкнуться со сложными задачами. Возможности 3D­САПР хорошо известны, однако оптимальный способ передачи и использования чертежей зачастую остается неясным. Полный отказ от 2D невозможен, поскольку инструменты 2D­проектирования всё еще часто применяются при создании схем, планировок и необходимы при формировании чертежей. Поэтому требуется система, которая обеспечит переход к 3D­проектированию при сохранении возможности использования 2D­средств.

Согласно исследованиям компании Aberdeen Group, большинство компаний во время перехода применяют инструменты как 2D­, так и 3D­проектирования. Рассмотрим, как инженеры могут воспользоваться чертежами, сократить до минимума изменения во время перехода к 3D­проектированию, а также наилучшим образом использовать конструкторскую документацию и наработки.

Использование 2D­ и 3D­САПР

Поговорим о ключевых аспектах использования чертежей в среде 3D­проектирования, лучших методах внедрения чертежей в 3D, а также о том, почему 3D­модели являются наиболее быстрым способом создания 2D­чертежей.

Несмотря на то что 3D­САПР — наилучшее решение для проектирования изделий, конструкторы всё еще используют инструменты 2D­системы (рис. 1). Некоторые конструкторские задачи, например разработку планировки оборудования или завода, лучше выполнять в 2D­среде. Любая работа, произведенная в 2D­среде, должна быть доступна для создания 3D­модели. Поиск 3D­системы, соответствующей этим требованиям, может быть довольно трудным. Система Solid Edge с синхронной технологией была разработана с учетом данных требований и содержит вышеописанные функции. Созданные ранее чертежи можно открывать, редактировать, оптимизировать и в дальнейшем использовать в 3D­среде, а также легко получать новые 2D­планировки.

Рис. 1. Большинство организаций во время перехода к 3D-проектированию одновременно применяют 2D- и 3D-САПР. Такой подход помогает им освоить новые инструменты и использовать уже имеющиеся чертежи при разработке 3D-моделей без необходимости остановки производства. Лидеры отрасли применяют 3D-САПР для анализа и автоматизации подготовки производства (источник: Aberdeen Group, май 2008 г.)

Создание 2D­планировок

Создание планировок зачастую является начальным этапом при составлении маршрута потока материалов на заводе или между станочным оборудованием. Использование на данном этапе инструментов 2D­проектирования позволяет быстро создавать концепции и вносить изменения, что играет важную роль в дальнейшем проектировании 3D­моделей. Конструкторы могут применять планировки для ускорения моделирования 3D­компонентов при обеспечении надлежащей установки и расположения. В результате возможность использования 2D­документации непосредственно в 3D­среде становится крайне необходимой.

Система Solid Edge с синхронной технологией обеспечивает совместную работу 2D­ и 3D­САПР. Чертежи, созданные в 2D­среде (или импортированные из других систем с помощью различных 2D­форматов), можно редактировать или применять напрямую в процессе 3D­проектирования. Мастер настройки повышает качество импортируемых данных при помощи сопоставления элементов чертежа, таких как шрифты или стили линий, и управления преобразованием цвета фона в черный/белый. Помимо этого поддерживаются такие параметры, как пространство  модели/пространство листа и перекрестные ссылки на другие чертежи. После импорта в чертежи можно автоматически добавить геометрические связи и таким образом прогнозировать поведение 2D­моделей  при внесении изменений. Планировки, состоящие из геометрии, размеров и слоев, можно в любое время перенести в 3D­среду для расположения и проектирования компонентов.

Оптимизация 2D­эскизов

Практически все проекты требуют выполнения множества вычислений, начиная от расчетов жесткости конструкции и заканчивая оптимизацией расположения деталей. Многие конструкторы в качестве стандартного метода поиска оптимального решения используют сторонние приложения (например, MS Excel). Прорисовка и анализ 2D­эскизов значительно упрощают данный процесс, и если результаты можно применить в 3D­среде, то процесс проектирования становится еще более эффективным.

Интегрированная в Solid Edge функция Goal Seek помогает решать довольно сложные задачи 2D­оптимизации  при помощи алгоритмов итеративного поиска искомой величины. При этом модуль Goal Seek позволяет вычислить один неизвестный параметр за счет изменения другого. Пользователь просто налагает ограничения на эскиз, моделирующий поведение системы, и определяет целевое и изменяемое значения. Затем модуль Goal Seek перебирает переменный параметр, пока расчетное значение не совпадет с целевым. Обычно модуль Goal Seek используется для некоторых типовых прочностных расчетов, а также для оптимизации конфигураций шкивов при заданной фиксированной длине ремня в ременной передаче, как показано на рис. 2. Дополнительным преимуществом использования модуля Goal Seek являются оптимизированные 2D­эскизы, управляющие расположением компонентов.

Рис. 2. Модуль Goal Seek оптимизирует 2D-эскизы, моделирующие механические устройства, позволяя конструкторам решать сложные задачи и рассматривать сценарии типа «что, если…» перед передачей в 3D-среду. Поскольку эскизы могут управлять установкой и расположением 3D-компонентов, модуль Goal Seek предоставляет простой способ оптимизации проектов сложных сборок

Не имеет значения, в какой среде был создан проект — в 2D или 3D. Если он есть — используйте его. Задача состоит в том, чтобы наилучшим образом повторно применять 2D­чертежи в 3D­среде. Переместить чертежи деталей в 3D­проект просто, а вот перевести планировки сборок — сложнее, поскольку они содержат графические блоки, спецификации и подробные сведения о компонентах. Поиск системы, которая может использовать 2D­чертежи при создании 3D­моделей, разработке спецификаций и определении сборки, — непростая задача. Система Solid Edge с синхронной технологией обеспечивает повторное использование чертежей при создании деталей, разработке спецификаций и проектировании сборок.

Создание 3D­деталей из чертежей

Многие компании хотят преобразовать разработанные чертежи деталей в 3D­модели. Это возможно за счет использования функции создания 3D­моделей (Create 3D), которая копирует и выравнивает чертежные виды для простого создания 3D­модели. После выравнивания видов 2D­геометрия при помощи мыши преобразуется в 3D­модель, а все 2D­размеры становятся редактируемыми управляющими 3D­размерами. На рис. 3 показаны основные шаги этого процесса, включая чертеж, средство Create 3D и завершенную 3D­деталь. В отличие от традиционных 3D­САПР, созданные в Solid Edge 3D­элементы не зависят друг от друга. Поэтому 3D­модели в Solid Edge можно создавать без предварительного планирования стратегии их создания. Хотя данная тема будет более подробно рассмотрена далее, здесь важно отметить, что устранение этих этапов упрощает и ускоряет внедрение 3D­проектирования в большинстве компаний.

Рис. 3. Инструмент Create 3D преобразует чертежи в редактируемые 3D-детали, не требуя изучения технологии проектирования с историей построения и навыков управления ею

Определение состава сборки до начала 3D­проектирования

Определение состава нового изделия на начальном этапе разработки позволяет компаниям проводить оценку затрат до начала процесса проектирования. Составление ключевых компонентов в 2D является хорошо известным методом. Однако выполнение подобного действия в стандартной 3D­САПР, как правило, требует наличия физических деталей. Уникальный подход Solid Edge позволяет конструкторам определять законченную структуру сборки с помощью виртуальных компонентов. На рис. 4 представлен способ определения структуры сборки с помощью таких компонентов. Специалисты отделов производства, снабжения и управления могут использовать данную функцию для быстрого анализа разработки и оценки нового изделия. Эскизы деталей также могут быть связаны с каждым виртуальным компонентом для последующего применения при создании 3D­моделей.

Рис. 4. Полная сборка может быть создана без физических компонентов. Определение структуры сборки с помощью виртуальных компонентов позволяет быстрее вносить изменения на этапе разработки концепции

Использование 2D­планировок для управления 3D­сборками

Специалисты осознают важность создания планировок при проектировании сборок. Независимо от отрасли промышленности, стандартным методом является определение установки, расположения 3D­деталей и оборудования на 2D­чертеже. Применяемый в системе Solid Edge гибридный подход позволяет комбинировать и сопоставлять 2D­планировки с 3D­компонентами. Планировки можно создавать или импортировать из других систем, оптимизировать с помощью модуля Goal Seek, использовать в качестве управляющей 2D­геометрии и затем создавать на их основе реальные 3D­компоненты. На рис. 5 изображена планировка цеха, определяющая расположение оборудования. При необходимости перемещения оборудования просто редактируется соответствующий 2D­эскиз. Посредством использования чертежей в процессе 3D­проектирования компании наилучшим образом повторно применяют существующие 2D­данные. Solid Edge предоставляет методы поддержки 3D­моделирования с использованием чертежей деталей и сборок.

Рис. 5. Система SolidEdge использует гибридный процесс 2D/3D-проектирования, связывающий 2D-планировки с 3D-компонентами. При необходимости внесения изменений в поток, обозначенный на планировке, расположение оборудования для отражения новой конструкции можно обновить

Инженеры, применяющие 2D­системы, знакомы с принципами проектирования и редактирования: несмотря на то что системы 2D­проектирования не настолько мощны, как 3D­САПР, методы проектирования общеизвестны. Системы с историей построения используют ограничения и связи для контроля изменений, происходящих с моделью во время редактирования, и требуют тщательного планирования и «программирования» при создании. Пользователи не заинтересованы в трате большого количества времени на изучение принципиально другого метода проектирования, редактирования и управления импортированными данными. Система Solid Edge с синхронной технологией использует инновационный подход, сочетающий скорость и гибкость систем явного моделирования (включая 2D­САПР) с точным контролем параметрических данных 3D­САПР. На рис. 6 приведена схема, показывающая, как лучшие свойства указанных методов проектирования сочетаются в единой системе.

Рис. 6. Система Solid Edge с синхронной технологией сочетает скорость и гибкость систем явного моделирования (включая 2D-САПР) с точным контролем поэлементных параметрических систем, при этом исключая нежелательные побочные эффекты

Создание 3D­модели

Поскольку синхронная технология не содержит истории построения, 3D­элементы системы Solid Edge можно создавать без планирования их взаимодействия, почти как 2D­чертежи, где линии, дуги и окружности создаются в произвольном порядке. Без использования специальных команд моделирования можно быстро создавать по 2D­эскизам 3D­объекты. При этом геометрические зависимости, такие как концентричность, касательность, горизонталь/вертикаль, сохраняются без необходимости определения данных связей. Связи и управляющие 3D­размеры можно добавить на любом этапе проектирования практически к любой части модели. Данный подход позволяет быстрее создавать детали, поскольку на управление командами и определение порядка их применения тратится значительно меньше времени.

Редактирование 3D­моделей

Модели, созданные с помощью синхронной технологии, поддерживают и автоматизированные изменения. При этом редактирование одного элемента может повлиять на изменение параметров другого без перестроения несвязанной геометрии, как это происходит при использовании традиционных систем. Поскольку элементы не зависят друг от друга, множество изменений может быть сделано путем выделения рамкой и растягивания либо за счет редактирования поперечного 2D­сечения, расположенного произвольно. На рис. 7 показано перемещение детали с результатами редактирования, совмещенными с крепежным отверстием, которое выделено синим цветом. При этом конструкция детали изменяется для сохранения концентрических и касательных связей в модели. Уникальная технология «Текущие правила» поддерживает текущее состояние модели благодаря автоматически поддерживаемым связям концентричности, касательности, вертикали/горизонтали.

Управление импортированными 3D­моделями

Вследствие отсутствия истории построений большинство чертежей может применяться в различных 2D­системах. В случае использования 3D­систем с историей построения это невозможно, поскольку этапы создания модели не переносятся, а возможность редактирования импортированных данных и информации от поставщиков теряется. Инструменты редактирования в системе Solid Edge с синхронной технологией одинаково хорошо работают и с импортированными данными. Редактирование может быть выполнено путем добавления управляющих 3D­размеров или перемещения граней либо наборов граней, распознанных функцией определения типовых конструктивных элементов. Во время изменения жесткие геометрические условия модели сохраняются с помощью технологии «Текущие правила». Деталь на рис. 7 может быть создана в существующей САПР или получена от поставщика, при этом изменения приведут к одинаковым результатам.

Рис. 7. Уникальная технология «Текущие правила» автоматически распознает и сохраняет касательные, компланарные и концентрические геометрические взаимосвязи без явного определения ограничений. Это обеспечивает невероятную гибкость при внесении незапланированных изменений. Похожий метод применяется при редактировании чертежей в 2D

В большинстве компаний чертежи являются основной конструкторской документацией. Они используются для передачи в производство деталей проекта, таких как размеры, допуски и спецификации. Для того чтобы максимально снизить возможность неверной интерпретации различными отделами, чертежи должны быть максимально точными и понятными. Поскольку в большинстве 3D­САПР можно создавать чертежи по 3D­модели, основной задачей остается получение изделия в 3D. Вследствие необходимости создания точных чертежей, возможности синхронной технологии становятся всё более актуальными и для пользователей 2D­систем. В результате повышения скорости разработки 3D­моделей конструкторы могут приступать к созданию чертежей на более ранних этапах процесса проектирования. Также повышается скорость редактирования, поскольку пользователям нет необходимости быть экспертами в работе с системой.

Быстрое достижение нужного результата

Автоматическое создание 2D­чертежей требует наличия 3D­модели, а для пользователей 2D­проектирования разработка модели является сложной. Создание эскизов — простой для освоения процесс, однако в большинстве систем для каждой операции требуется отдельная команда. Необходимость использования большого набора команд и обеспечения их взаимодействия часто приводит к увеличению сроков разработки модели и чертежа.

Синхронная технология в Solid Edge предполагает более прямой способ создания 3D­моделей, когда эскизы и грани модели применяются в качестве инструментов для получения заданной формы изделия. Попросту говоря, пользователь выполняет большинство действий с помощью мыши, добавляя или удаляя материал. Редактируемые 3D­размеры можно добавить в завершенную модель именно так, как это необходимо для ее изготовления, а затем автоматически извлечь их на чертеже. Размеры элементов, используемые в системах с историей построения, особенно для сложных моделей, часто не имеют смысла для изготовления и применяются, как правило, только для простых деталей. Синхронная технология позволяет компаниям быстрее создавать чертежи в процессе проектирования изделий.

Редактирование чертежей

В случае получения чертежей по 3D­моделям изменения в них вносятся за счет редактирования моделей. Как и в большинстве 3D­САПР, при изменении 3D­модели автоматически обновляется и ассоциативный 2D­чертеж, в том числе размеры,  отражающие параметры новой конструкции. В действительности данный процесс происходит автоматически, однако пользователи 2D­САПР, привыкшие к перемещению линий и редактированию при помощи растягивания, хотели бы делать то же самое с моделями с историей построения для достижения определенного результата. Редактирование в системе Solid Edge с синхронной технологией не привязано к ограничениям истории, поэтому гибкие изменения можно выполнять более интуитивно. Например, на рис. 8 показано редактирование 3D­компонента, при котором пользователь просто обводит рамкой и растягивает геометрию на нужное расстояние. Похожий подход применяется и в 2D­САПР. Поскольку изменения затрагивают только связанную геометрию, шанс влияния нежелательных эффектов на точность геометрии минимален. При создании 2D­чертежей важно учитывать время, затрачиваемое на создание и редактирование 3D­моделей. Наличие системы, предоставляющей возможности автоматизации и точного 3D­проектирования, а также некоторых простых методик, применяемых в 2D­САПР, значительно ускоряет процесс черчения в целом.

Рис. 8. Процесс редактирования в системе Solid Edge с синхронной технологией является быстрым и гибким благодаря функциям выделения рамкой и растягивания. Этап 1 — открываем деталь сборки, этап 2 — при помощи 2D-рамки охватываем набор 3D-деталей и геометрии, этап 3 — путем перетаскивания мышью либо редактирования размеров перемещаем геометрию на ключевые точки

***

Переход от 2D к 3D не является сложной задачей. Несмотря на то что преимущества 3D­проектирования известны всем, наиболее эффективный путь к нему освещается не так хорошо. В данной статье обозначены основные области, в которых компании могут наилучшим образом использовать 2D­чертежи, и описан способ их применения в процессе 3D­проектирования. Несмотря на наличие средств 3D­проектирования, лежащий в основе метод моделирования с историей построения может дать минимально эффективные результаты. Использование инструментов Solid Edge с синхронной технологией поможет компаниям ускорить переход к 3D­проектированию, раскрыть потенциал и обеспечит успешное применение 2D­ и 3D­технологий.

САПР и графика 7`2010