Работа с импортированными данными как способ сокращения расходов на проектирование
Рассел Брук (Russell Brook)
Директор по маркетингу Mainstream Engineering в регионе EMEA,
Siemens PLM Software
Введение
В современном мире крайне редко бывает так, что всё изделие целиком проектируется в одной CADсистеме. Для сокращения сроков выхода на рынок необходим максимально эффективный процесс разработки, что зачастую требует привлечения сторонних специалистов к решению технических задач, например при выполнении расчетов методом конечных элементов (МКЭ). Важным аспектом также является обмен информацией с множеством поставщиков, партнеров и заказчиков. Возможность импорта данных, простое внесение изменений и редактирование геометрии еще важнее для компаний небольшого размера, которые предоставляют подобные профессиональные услуги другим предприятиям.
Рис. 1. Компания TOP-TECH предоставляет крупным машиностроительным предприятиям профессиональные услуги, в том числе анализ процесса литья под давлением. У фирмы практически нет возможности повлиять на получаемые CAD-файлы. Возможность редактирования, исправления и упрощения моделей в одной и той же системе очень важна для эффективного оказания проектных услуг заказчикам (иллюстрация предоставлена TOP-TECH, Польша)
Это особенно справедливо в случае повторного использования конструкторских наработок в таких сферах, как анализ МКЭ или проектирование механической обработки, фрезерования и точения. Любая проектная организация старается повторно использовать конструкторские разработки, особенно 3Dмодели. Это позволяет взять уже завершенный проект и быстро преобразовать его в проект изделий нового поколения либо применить на дальнейших этапах разработки, чтобы не начинать всё с нуля и не выполнять сделанную работу заново.
Однако конструкторские модели, содержащие сотни взаимозависимых элементов, бывает очень сложно редактировать. К тому же не всегда модели преобразуются из одного формата в другой без ошибок. Дело еще больше осложняется изза отсутствия интероперабельности, что затрудняет редактирование файлов без наличия на предприятии множества различных CADсистем. Однако использование нескольких систем обходится очень дорого и требует, чтобы конструкторы владели навыками работы в каждой из них.
Возникает задача объединения всех подобных моделей и информации в единый файл без потери данных и повторного создания геометрии. Все приведенные факторы указывают на необходимость эффективной работы с импортированными данными. Новые технологии в области CADсистем предлагают решения, позволяющие компаниям повысить качество проектирования, легко импортируя данные из других CADсистем и эффективно адаптируя полученную геометрию при сохранении замысла конструктора.
Проблема
Как уже было сказано, разработка изделия не всегда выполняется в одной компании. Многие инжиниринговые фирмы, особенно небольшого размера, специализируются в оказании таких профессиональных услуг, как расчеты методом конечных элементов (МКЭ), проектирование штамповой оснастки или автоматизированная разработка управляющих программ для станков с ЧПУ по заказам других предприятий.
Многие из этих организаций не имеют достаточно финансовых ресурсов и опыта работы с разными CADсистемами; в то же время они не могут влиять на источники получаемой 3Dинформации, которую необходимо редактировать. В частности, может потребоваться удалить мелкие конструктивные элементы, которые замедляют расчеты, не влияя на оценку прочности конструкции.
Поскольку в каждой CADсистеме данные хранятся поразному, в отсутствие всех систем и опыта работы с ними внесение изменений и добавление операций построения становится весьма трудной задачей — если только у вас нет возможности напрямую изменять 3Dгеометрию. Важно, что нужно не просто импортировать данные в имеющиеся CADприложения, но и легко изменять и исправлять их. Большинство систем не имеют простых средств решения второй части задачи.
Преобразование 3D-моделей из одной CAD-системы в другую далеко не всегда проходит гладко. Инспектор геометрии в Solid Edge, согласно заданным допускам, выявляет такие ошибки, как слишком малые грани, выбросы и расщепления. Синхронная технология позволяет быстро исправлять модели до их дальнейшего применения (иллюстрация предоставлена TOP-TECH, Польша)
Сам по себе импорт 3Dмоделей не является большой проблемой, но при преобразовании часто утрачивается такая информация, как дерево построения, размеры и атрибуты моделей, в результате чего в импортированной геометрии теряется и замысел ее создателя. Это сильно затрудняет или делает вообще невозможными такие операции с моделями, как внесение изменений, исправлений или удаление части конструктивных элементов. Данная проблема усугубляется нарастающей тенденцией применения параллельных процессов проектирования, когда модели постоянно изменяются, а их новые варианты направляются остальным разработчикам (например, инженерам, выполняющим анализ МКЭ).
В результате самое важное — это возможность при необходимости легко и быстро редактировать не разделенную на конструктивные элементы геометрию.
Согласно результатам опроса, проведенного Aberdeen, около половины (44%) пользователей 3Dсистем обеспокоены тем, удастся ли повторно использовать ранее созданные проекты. Поставщики, заказчики и большинство компаний сообщили, что возможность работы с данными в формате других систем — одна из пяти важнейших проблем, с которыми они сталкиваются.
Импортирование ранее созданных данных
Существует ряд способов импорта данных, созданных в других CADсистемах и представленных в иных форматах, но все они имеют те или иные ограничения, в результате чего пользователю в конкретной ситуации приходится лишь выбирать меньшее из зол. Лучше всего, разумеется, работать с файлом в «родном» формате применяемой системы, но это невозможно, если приходится использовать данные, созданные в разных CADприложениях.
Альтернатива — применить стандартный нейтральный формат, например DXF, STEP или IGES. Такой способ наиболее экономичен и обеспечивает максимальную совместимость при обмене данными, но он далеко не самый надежный: нередко при преобразовании пропадают грани, поверхности, твердые тела и прочие элементы. Более того, поскольку в таких файлах хранится только геометрия поверхностей и их графическое представление («пустая» твердотельная модель), то пропадают подразделение на конструктивные элементы, размеры и параметрические взаимосвязи, в результате чего внесение изменений в импортированную модель становится крайне сложным — если только у вас нет системы, которая умеет это делать.
Самый надежный способ обмена данными — использование геометрии непосредственно в том виде, в каком она представлена в геометрическом ядре, при помощи форматов X_T (ядро Parasolid) или SAT (ядро ACIS). Однако это далеко не всегда возможно, поскольку большинство других CADсистем основано на собственных геометрических ядрах.
Между двумя этими крайностями лежит область прямых трансляторов геометрии. Как следует из названия, они преобразуют файлы из одной системы в другую и весьма полезны при работе с разными CADсистемами, но опять же передаваемая геометрия теряет разделение на конструктивные элементы.
Существуют и такие технологии, как прямое редактирование или распознавание конструктивных элементов, которые полезны для работы с уже импортированной геометрией, но они не обеспечивают полного решения задачи.
При отсутствии возможности воздействовать на источник данных редактирование исходной геометрии требует больших усилий, поэтому в отрасли существует реальная потребность в методе моделирования, который позволил бы изменять данные независимо от того, в какой системе они были созданы.
Форматы файлов и технологии моделирования
У каждой системы есть свой способ хранения данных, описывающих форму и поведение 3Dмодели. В таких потоках данных может храниться собственно геометрия (в формате геометрического ядра), ее визуальное представление, размеры, конструктивные элементы, взаимосвязи, свойства и многие другие атрибуты. Хотя в разных системах может использоваться одно и то же ядро, способы хранения подобных потоков данных оказываются различными. Как правило, преобразование из одной системы в другую переживают лишь геометрия, ее визуальное представление и цвета. В результате вы получаете «пустое» твердое тело, которое очень сложно редактировать.
Синхронная технология позволяет непосредственно взаимодействовать с 3D-геометрией, поэтому исправленные модели или импортированные из других CAD-систем файлы удается редактировать столь же эффективно, как и «родные» файлы Solid Edge (иллюстрация предоставлена TOP-TECH, Польша)
Однако существуют и другие технологии моделирования. Системы с деревом построения основаны на размерном управлении геометрией. В них применяются упорядоченная последовательность конструктивных элементов и параметрические ограничения. Такие системы отличаются высоким уровнем автоматизации, но требуют большого объема подготовительной работы во избежание получения непредсказуемых результатов при последующем внесении изменений, что крайне затрудняет редактирование файлов, предоставленных сторонними организациями.
Системы моделирования без дерева построения проще в использовании и отличаются большей гибкостью. Они лучше взаимодействуют непосредственно с геометрией, но не очень удачно справляются с задачей сохранения замысла конструктора. Подобные системы позволяют вытягивать и отодвигать поверхности, тем самым редактируя модель, но в них отсутствует подразделение геометрии на конструктивные элементы, что делает последующее внесение изменений весьма трудоемким и требующим большого числа операций.
Оба класса систем моделирования находят свое применение: системы с деревом построения популярны у машиностроителей, где требуются точные и предсказуемые методы редактирования, а системы прямого моделирования востребованы для эскизного проектирования, когда форма важнее, чем функциональное назначение.
TOP-TECHTOPTECH — основанная в 1982 году семейная компания, оказывающая профессиональные услуги в области проектирования и инженерного анализа. Она начала свою деятельность с проектирования механизмов и роботов, а в настоящее время занимается выполнением инженерного анализа и численным моделированием процессов литья из полимеров под давлением. Компания часто сталкивалась с необходимостью выполнения сложного редактирования импортированной геометрии, предоставляемой заказчиками, и нуждалась в быстрой и надежной CADсистеме, которая могла бы импортировать данные в «родных» форматах популярных CADсистем и нейтральных форматах.
Выбор геометрии на импортированных моделях с отсутствующими конструктивными элементами оказывается длительным и трудоемким делом. Диспетчер выбора в Solid Edge позволяет искать и выделять геометрию на основе геометрических условий, позволяя работать с импортированными моделями так же, как с «родными». Иллюстрация предоставлена TOP-TECH (Польша) Компания TOPTECH выбрала Solid Edge 3D в качестве основной системы, оказавшейся незаменимой для чтения CADданных, созданных в других приложениях, и исправления импортированной геометрии. «При помощи Solid Edge мы можем исправлять, редактировать или упрощать CADгеометрию в соответствии с потребностями систем конечноэлементного анализа. Это было бы невозможно без применения синхронной технологии», — считает др Адам Буджински (Adam Budzynski), технический директор компании TOPTECH. Solid Edge с синхронной технологией предоставляет впечатляющий набор инструментов для диагностики и исправления геометрии, а также средства, позволяющие инженерам приступать к параметрическому проектированию сразу после импортирования файла. Solid Edge дает им возможность исправлять, редактировать или упрощать CADгеометрию в соответствии с потребностями систем конечноэлементного анализа. «При помощи Solid Edge мы выполняем требуемые задачи по работе с CADфайлами примерно в 10 раз быстрее по сравнению с использованием конкурирующей системы», — добавляет Буджински. |
Моделирование без дерева построенияСистемы моделирования без дерева построения позволяют при редактировании просто перетаскивать поверхности, но изза отсутствия постоянного размерного управления автоматизированное проведение изменений затруднено. Поскольку в таких системах модель не подразделяется на конструктивные элементы, изменение базовых параметров, как правило, требует удаления и повторного создания участков модели. Более того, изза отсутствия конструктивных элементов такие простые виды редактирования, как изменение диаметра или глубины отверстия, угла фаски либо радиуса скругления требуют выполнения многочисленных операций, на что уходит масса времени. Аналогично отсутствие средств автоматизации процесса конструирования делает практически невозможным проведение управляемых изменений, а без такой автоматизации один размер (например, длина) не зависит от другого (скажем, ширины), поэтому для изменения обоих размеров потребуется несколько операций. |
Моделирование с деревом построенияВ системах с деревом построения имеются инструменты для прямого и динамического редактирования и распознавания конструктивных элементов, которые помогают вносить изменения в твердотельные модели, импортированные из других источников. Однако и в таких системах есть ограничения, поскольку замысел конструктора теряется, если не удается точно воспроизвести дерево построения либо это оказывается непрактичным для сложных и запутанных моделей. Прямое редактирование можно использовать для «доделки» импортированной геометрии, например перемещения отверстий или вырезов, удаления их, растягивания модели и добавления новых элементов. Однако более сложные изменения или фиксация замысла конструктора при помощи управляющих 3Dразмеров в лучшем случае оказываются очень сложными. Как правило, при серьезных изменениях проще создать модель заново. Динамическое редактирование в системах с деревом построения позволяет конструкторам в реальном времени видеть вносимые изменения, но оно применимо только к «родным» моделям либо к моделям с распознанным деревом построения. Конечно, видеть результат изменения по мере его внесения весьма полезно, но это не избавляет от фонового перестроения всего дерева модели. Перемещение отверстия кажется простой задачей, но при этом заодно перестраивается и тот элемент, относительно которого было задано расположение отверстия, а также все технологические элементы и параметрические взаимосвязи. Данная методика полезна при работе с простыми деталями на очень высокопроизводительных компьютерах, но маломощная рабочая станция может не справиться с редактированием сложной модели. Эта методика имеет ограниченное применение при работе с импортированными данными, хотя распознавание конструктивных элементов дает некоторую надежду. Распознавание конструктивных элементов в ходе преобразования пересоздает параметрическую модель на основе геометрии, полученной из другого источника. Распознавание основано на выявлении ключевых участков геометрии и их подразделении на отдельные элементы. Например, основная часть геометрии принимается за базовый элемент, а углубления в ней — за вырезы. Периметры таких участков становятся редактируемыми эскизами, а остальные параметры (например, глубина) вычисляются по модели. Данная технология кажется многообещающей, но требует большого объема ручной работы. Распознавание конструктивных элементов не позволяет отличить отверстие от круглого выреза, в результате может быть неправильно выбрана базовая геометрия. Хотя более пригодную для редактирования параметрическую модель и можно воссоздать, но весьма трудно сохранить замысел, содержащийся в исходной модели. |
Объединяя лучшее из двух технологий
Выявив ограничения различных методик импорта и преобразования данных, а также сильные и слабые стороны систем с деревом построения и систем прямого моделирования, мы начинаем поиск «священного Грааля» — способа соединить лучшие черты обоих методов проектирования.
Такая комбинация будет обладать быстротой и гибкостью системы прямого моделирования в сочетании с точностью и автоматизацией, характерными для систем с деревом построения. Это даст пользователю возможность проектировать модели без предварительного обдумывания плана построения, генерируя высокоавтоматизированные модели при помощи простановки размеров и создания конструктивных элементов, а также сохраняя высокую производительность при проведении изменений.
Объединение преимуществ обоих видов систем означает, что конструкторы смогут редактировать геометрию простым перетаскиванием и поворотом граней, а для точного редактирования они смогут проставить управляющие 3Dразмеры, фиксирующие замысел конструктора независимо от того, из какого источника поступила первоначальная геометрия. Такой подход называется синхронной технологией.
При моделировании с помощью синхронной технологии компании получают возможность самостоятельно редактировать модели в одной системе, причем даже с большей легкостью, чем в том приложении, где они изначально создавались.
Синхронная технологияСинхронная технология объединяет достоинства систем с деревом построения и без него, предоставляя пользователям возможность ускорить процесс проектирования и быстрее проводить изменения как «родных», так и импортированных моделей.
Управляющие 3D-размеры позволяют с минимальными усилиями сохранять замысел конструктора в 3D-моделях, а технология текущих правил устраняет необходимость в наличии взаимозависимостей конструктивных элементов, автоматически поддерживая такие взаимосвязи, как соосность, касательность, коллинеарность и копланарность. Это облегчает редактирование 3D-моделей независимо от того, в какой системе они созданы (иллюстрация предоставлена TOP-TECH, Польша) При помощи синхронной технологии импортированные твердотельные модели можно непосредственно редактировать, а управляющие 3Dразмеры обеспечивают автоматизацию и реализуют замысел конструктора. Интеллектуальные инструменты распознают похожие участки геометрии и взаимосвязи, что ускоряет выбор элементов, а технология текущих правил гарантирует соблюдение таких геометрических условий, как коллинеарность, касательность и соосность. Наконец, элементы модели не зависят друг от друга, поэтому изменения вносятся в реальном времени, что часто позволяет выполнять редактирование быстрее, чем в исходной системе. |
Заключение
Не существует единого формата представления CADфайлов и 3Dмоделей, созданных в различных системах или даже в разных версиях одной и той же системы, в результате чего конструкторы сталкиваются с большим количеством моделей, представленных в самых разных форматах.
Используемая CADсистема может эффективно работать с «родными» файлами, но внесение реалистичных изменений в импортированные 3Dмодели для большинства компаний оказывается трудной задачей. Проблемой при этом является недостаток функциональности применяемой CADсистемы, что препятствует легкому редактированию таких моделей и их включению в существующие проекты.
Хотя имеется немало средств импорта и преобразования данных, все они обладают теми или иными недостатками, что часто приводит к необходимости повторного создания модели — в результате впустую тратятся время, деньги и ресурсы. Системы моделирования как с деревом построения, так и без него предоставляют массу возможностей редактирования импортированной геометрии, но они не являются завершенным и полноценным решением.
Компания Siemens создала программный продукт Solid Edge с синхронной технологией, в котором соединено всё лучшее из обоих классов систем моделирования. Теперь компании могут повысить качество процессов проектирования, легко импортировать данные из других CADсистем и эффективно адаптировать геометрию при сохранении замысла конструктора. Технология текущих правил автоматически выявляет геометрические взаимосвязи в 3Dмодели и сохраняет их. Распознаются даже те взаимосвязи, которые были потеряны в результате преобразований. Например, представьте, что вы выбрали одну грань, а прилегающие к ней скругления и толщина образуемой гранью стенки обновляются одновременно и автоматически.
Подобная комбинация устраняет необходимость в предварительном планировании и упрощает освоение системы, одновременно позволяя быстрее вносить изменения в геометрию независимо от порядка создания конструктивных элементов и даже в том случае, если конструктивного элемента вообще нет.
По многим причинам в современном мире работа с импортированными данными является крайне важной, поэтому такой подход помогает ускорить процесс конструирования и сократить затраты — ведь импортированные данные редактируются с той же легкостью, что и «родные» модели.
