T-FLEX CAD 16. Часть 1. Развитие инструментов параметризации и черчения

Сергей Козлов, директор по разработке ЗАО «Топ Системы»

Прошел почти год с момента первого резонансного анонса новой, 16­й версии системы параметрического моделирования T­FLEX CAD. За данный период вокруг этой вполне революционной разработки появилось много разговоров, слухов и обсуждений. Время от времени в информационное поле просачивались сведения о тех или иных новых возможностях, над которыми трудились разработчики компании. Более того, некоторые из разработок оказались до того востребованными, что мы приняли решение о досрочном выпуске «в свет» функциональности по прямому чтению файлов форматов всех популярных CAD­систем: NX, CATIA, Creo, SOLIDWORK, Solid Edge, Autodesk Inventor. Мы также значительно улучшили инструментарий по обмену данными в форматах STEP, IGES. Помимо поддержки «твердотельных» форматов была реализована возможность такого же прямого чтения форматов PDF 3D, 3D XML, JT, улучшена генерация документов в этих форматах, включая поддержку сценариев анимации и разборки. Готовое решение оказалось столь востребованным, что, вопреки изначальному плану, данная функциональность была перенесена в уже существующую версию T­FLEX CAD. Таким образом, в процессе работы над T­FLEX CAD версии 16 была выпущена «промежуточная» версия T­FLEX CAD 15.1.

И вот сегодня мы с радостью представляем подготовленную к промышленной эксплуатации версию T­FLEX CAD 16. В ней нашли свое воплощение множество смелых и амбициозных планов компании по активному смещению T­FLEX CAD в область систем проектирования «тяжелого» класса. Но самое важное, что почти все доработки стали не просто «гонкой за функциональностью», а следствием реального применения системы для промышленной разработки сложных изделий в самых разных отраслях промышленности (рис. 1).

Рис. 1. Турбовинтовой двигатель

Были запланированы прорывные доработки системы по следующим основным направлениям:

• совершенствование геометрических алгоритмов, используемых при реализации функциональности черчения и 3D­моделирования;
• развитие существующих базовых механизмов параметризации;
• разработка нового механизма вариационной параметризации;
• улучшение функциональности, связанной с использованием переменных;
• совершенствование функций черчения и оформления чертежей;
• повышение эффективности и упрощение работы со сборочными моделями;
• новые инструменты 3D­моделирования;
• проектирование изделий из листового металла;
• разработка новых приложений, интегрированных в систему и реализующих принципиально новую функциональность;
• повышение удобства и реализация новых функций в пользовательском интерфейсе системы.

Данная статья — первая из серии публикаций, описывающих новые возможности T­FLEX CAD 16. И начнем мы с новой функциональности, реализованной в той области, которая всегда была самой сильной стороной T­FLEX CAD, — это параметрические возможности системы, а также связанные с этим новинки.

Линии построения

Традиционным и мощным механизмом, лежащим в основе параметрических возможностей T­FLEX CAD, являются элементы построения, и, в частности, линии построения. Они образуют «каркас» чертежа или 3D­профилей, используемых для формирования 3D­моделей. Линии построения позволяют создавать параметрические чертежи и модели неограниченной сложности, при этом сохраняя модель однозначно и полностью определенной. Здесь система получила достаточно большое число новых функций. Пользователи смогут создавать ряд новых типов линий построения отношений между элементами. В частности, реализована функциональность создания окружностей, касательных к двум или трем сплайнам, а также к другим кривым сложной формы (например, кривым смещения и эллипсам).

Улучшена наглядность и информативность процесса создания линий построения. Например, в командах создания прямых и окружностей, сразу после создания элемента, на экране остается графический элемент — отношение, позволяющее отредактировать параметр (например, смещение, угол или радиус) созданного только что элемента. При первом действии по созданию следующей линии этот элемент автоматически исчезает. При динамической пометке элементов построения его тип отношения с исходным элементом также помечается графически. Всплывающие подсказки, возникающие при наведении курсора на линии построения, также стали более информативными. Они отображают тип линии построения, ее способ создания и значение параметра, задающего геометрию линии. Кстати, содержание всплывающих подсказок стало более подробным и для других элементов чертежа, и для 3D­модели.

Новые функции по работе со сплайнами, кривыми смещения

Существенно доработана функциональность сплайнов. В системе реализованы абсолютно новые инструменты, позволяющие гибко управлять геометрией плоских кривых. Инструменты по созданию и редактированию сплайнов полностью унифицированы. Пользовательский интерфейс выглядит одинаково как для работы с линиями построения, так и в команде Сплайн в редакторе эскизов. Различия состоят в том, что в редакторе эскизов доступны опции, обеспечивающие автоматическую параметризацию чертежа. Но об этом речь пойдет ниже.

В диалоге параметров сплайна в командах создания и редактирования теперь под рукой находятся кнопки четырех режимов работы: Сплайн по точкам, Сплайн по ломаной, Закрытый сплайн по точкам, Закрытый сплайн по ломаной. Список точек позволяет удобно управлять геометрией сплайна, а также любым из множества параметров для каждой из его точек.

Самым важным нововведением в командах редактирования сплайнов является возможность управления формой кривой в любой точке посредством графических манипуляторов. С их помощью пользователь может задать направление касательной в любой точке, радиус кривизны кривой (рис. 2).

Рис. 2. Редактор сплайнов позволяет управлять граничными условиями в любой точке кривой

Форма сплайна теперь может определяться в соответствии с выбранным пользователем способом параметризации. Это позволяет обеспечивать требуемую форму кривой, а также реализует совместимость с другими системами при работе с импортированной геометрией. Параметры Смещение в начале и Смещение в конце позволяют укорачивать сплайн, а также удлинять его в соответствии с различными правилами: по прямой, с сохранением кривизны, по дуге окружности, симметрично. Данная функциональность может быть полезной для моделирования, например, поверхностей с хорошими аэродинамическими свойствами. В последнее время подобная функция становится все более востребованной среди пользователей T­FLEX CAD.

Доработаны функции кривых смещения. Этот метод построения кривой ранее назывался «Эквидистанта». Команда и кривая переименованы, так как прежнее название не в полной мере соответствует геометрии кривой, которая может быть получена в результате выполнения данной функции. Теперь пользователь может управлять способом обработки углов при построении кривой на основе пути или сплайна с изломами. Углы могут обрабатываться в соответствии с опциями: «Скругление», «По касательным», «По кривым». Последние два способа обработки углов являются нововведением версии 16. Кривая со смещением теперь может быть построена не только с постоянным, но и с переменным значением смещения. Это позволяет решать различные сложные геометрические задачи. Значение смещения в таком случае определяется графиком, заданным пользователем. Кстати, графики в новой версии системы можно создавать не только ручным указанием точек в специализированном редакторе, но и при помощи формулы.

Вариационная параметризация

Механизм вариационной, или «размерной», параметризации, реализованный в T­FLEX CAD 16, обеспечивает прорыв в той области, в которой T­FLEX CAD был лидирующей системой и до этого. Сам вариационный подход к созданию параметрических моделей не является чем­то абсолютно новым. Он использовался системами «тяжелого» класса в целях создания «эскизов» — контуров, необходимых для создания геометрии твердотельных операций, а также для параметризации чертежей невысокой сложности. Данный механизм позволяет налагать ограничения на поведение ранее созданных линий. В результате, при любых последующих изменениях параметров модели обеспечивается соблюдение заданных ограничений. При этом используются ограничения различных типов — размерные (как правило, это обычные размеры или специальные объекты, схожие с размерами) и топологические (совпадение, параллельность, перпендикулярность и т.д.).

Разработчики T­FLEX CAD 16 встроили в систему такой механизм. При этом им удалось объединить традиционные для системы механизмы параметризации, основанные на элементах построения, с новыми вариационными методами расчета геометрии параметрических чертежей. В результате получился единый мощный инструмент гибридной параметризации, объединяющий преимущества обоих подходов. Пользователь может сам выбрать требуемый для разработки конкретного чертежа или модели метод параметризации, а при необходимости использовать их в комбинации.

Для решения задач методом вариационной параметризации в состав объектной модели системы добавлен новый класс объектов Ограничение. На данный момент реализовано 19 типов ограничений: совпадение, концентричность, коллинеарность, параллельность, перпендикулярность, касание, фиксация, горизонтальность, вертикальность, выравнивание по горизонтали, выравнивание по вертикали, симметричность, равенство радиусов, середина, фиксированная длина, фиксированный угол, равная длина, ограничение многоугольника, ограничение массива. В будущем данный набор типов ограничений может быть расширен. В качестве элементов, для которых создаются ограничения, могут использоваться линии изображения различных типов, точки линий изображения, 2D­узлы, линии построения. При этом ограничения не могут создаваться, например, для пары линий построения или пары узлов, находящихся на пересечении линий построения. Положение таких элементов рассчитывается в соответствии с традиционными для T­FLEX CAD правилами «геометрической» параметризации.

Новая команда Ограничение позволяет пользователю создавать такие объекты — ограничения вручную по необходимости. Команда позволяет выбрать один, пару или сразу несколько элементов чертежа для того, чтобы создать одно или несколько ограничений выбранного типа. Причем элементы можно выбрать до входа в команду, а потом создать ограничения одним кликом в соответствующую иконку (рис. 3).

Рис. 3. Команда Ограничение позволяет создавать ограничения для одного, пары или нескольких элементов

Некоторые типы ограничений можно создавать при помощи контекстного меню. Соответствующие команды добавляются при выборе элементов с использованием правой кнопки мыши.

Ограничения рисуются на странице чертежа в виде небольших иконок, размещенных рядом с элементами, положением которых они управляют. При наличии нескольких ограничений такие иконки выстраиваются в ряд. При выборе элементов­ограничений помечаются связанные объекты.

Помимо команды ручного создания ограничений в системе появилась команда Поиск ограничений. Она позволяет найти и автоматически создать ограничения в соответствии с опциями команды. Эта команда будет полезной для параметризации ранее созданных чертежей или 3D­профилей, а также при работе с импортированными чертежами. Кроме создания ограничений команда Поиск ограничений показывает, какое суммарное число и сколько степеней свободы имеют линии, размещенные на текущей странице. Для этого в команде есть опция Показать недоопределенные линии и предусмотрен выбор цвета для показа этих линий (рис. 4).

Рис. 4. Команда Поиск ограничений позволяет найти ограничения автоматически

Ограничения могут управляться при помощи переменных. У этих элементов имеется переключатель «Подавить», значение которого может быть установлено вручную, либо задано при помощи переменной или выражения. Данный механизм позволяет создавать «переключаемые» параметрические взаимосвязи, допускающие альтернативные геометрические зависимости, которые управляются при помощи штатного механизма переменных T­FLEX CAD. То есть параметризация может быть не только «количественной», но и «качественной».

Важным элементом, на основе которого строится система ограничений при использовании механизма вариационной параметризации, является обозначение размера. Размеры применяются и в качестве элементов оформления, и в качестве размерных ограничений. Для того чтобы сделать обе части функциональности размеров более удобными, для размеров было добавлено множество новых опций и способов создания, минимизирующих число действий пользователя, необходимых как для оформления чертежа, так и для его параметризации.

Для размера добавлен переключатель «Управляющий». При его активации такой размер включается в систему ограничений для расчета положения элементов чертежа. При включении режима показа ограничений, доступного для переключения в панели кнопок текущего вида, управляющие размеры помечаются фоном. Цвет фона соответствует текущему состоянию системы ограничений на странице. Пользователь может настроить цветовую гамму, но по умолчанию желтый цвет фона применяется для индикации обычного управляющего размера, зеленый — при показе полностью определенной системы ограничений, красный — при наличии переопределения системы ограничений или наличии ошибки пересчета системы с выводом соответствующего сообщения в окно диагностики. Управляющим размер может стать при различных условиях. Например, в команде Размер может быть установлена опция Создавать управляющие размеры. При ее использовании созданный размер станет управляющим в том случае, если это не приводит к конфликту с другими размерами на странице или рабочей плоскости. Можно установить этот параметр при помощи соответствующей команды в контекстном меню размера. Также размер может стать управляющим, когда пользователь кликнул в размерное число и отредактировал номинальное значение, если это возможно.

Значение управляющего размера может быть задано не только константой, но и переменной или выражением. В таком случае пользователь может задавать зависимости между значениями размеров и другими элементами чертежа или 3D­модели. При этом, как и для любых других элементов, управление такой параметрической моделью может осуществляться при помощи пользовательских диалоговых форм. Эта функциональность была и остается сильной стороной механизма параметризации T­FLEX CAD, выделяющей ее из ряда других систем, поддерживающих параметрическое моделирование (рис. 5 и 6).

Рис. 5. Недоопределенная система ограничений

Рис. 6. Полностью определенная система ограничений

Для размера может быть установлен флажок «Вспомогательный». Это означает, что такой элемент не является полноценным элементом чертежа, а будет использоваться, как, например, линия построения только для задания параметрических взаимосвязей. Соответственно, он не подлежит выводу на печать или экспорту в другие форматы. Прорисовка вспомогательных элементов, в частности вспомогательных размеров, отключается при включении опции Погасить элементы построения для текущей страницы или рабочей плоскости.

Как упоминалось ранее, команда Размер теперь позволяет создавать множество новых типов размеров, для работы с которыми ранее требовалось выполнение дополнительных построений. В частности, теперь можно двумя кликами создать размер между окружностями, размер между отрезком и окружностью, размер между эквидистантными кривыми. Все эти типы размеров могут использоваться в качестве управляющих. Доработана функциональность размера­лидера. Теперь размер этого типа может автоматически измерять длину кривой или набора кривых. И он также может включаться в систему ограничений для решения задач вариационной параметризации, то есть быть управляющим.

Вспомогательными могут быть не только размеры, но и линии изображения. Такие элементы, аналогично линиям построения, могут применяться для задания геометрических отношений между «основными» линиями чертежа с использованием ограничений и размеров. Как и вспомогательные размеры, вспомогательные линии не печатаются и не экспортируются. Очень удобным стал механизм вспомогательных линий при черчении 3D­профилей на основе существующих граней 3D­модели. Для проекции грани, автоматически создаваемой на странице рабочей плоскости, теперь автоматически устанавливается параметр Создавать вспомогательные линии. Соответственно, все линии проекции создаются вспомогательными, и пользователь может легко отличать их от новых линий, которые он создает для использования в новом 3D­профиле. При этом новые линии могут быть привязаны к линиям проекции грани при помощи линий построения или ограничений. Если потребуется, любая или все вспомогательные линии проекции могут быть переведены в категорию основных одним кликом при помощи соответствующей команды в контекстном меню (рис. 7).

Рис. 7. Привязка линий профиля к вспомогательным линиям грани при помощи ограничений

Механизм вариационной параметризации, реализованный в T­FLEX CAD 16, стал существенным дополнением к набору инструментов, обеспечивающему мощные параметрические возможности системы. Теперь T­FLEX CAD предоставляет возможность использования всех известных методов параметризации, при этом позволяя комбинировать их в зависимости от решаемой задачи. Для тех пользователей, кто привык к инструментам, доступным в других системах твердотельного моделирования, механизм вариационной параметризации обеспечивает легкий переход. Он позволяет не думать заранее о том, какие зависимости будут установлены для элементов чертежа или эскиза, так как эти зависимости и отношения могут быть установлены позднее. Для тех же, кто привык продумывать поведение параметрической модели заранее, доступны привычные пользователю T­FLEX CAD линии построения, а также другие типы элементов построения, позволяющие создавать сложнейшие параметрические модели с точным и предсказуемым поведением. Кроме того, механизм вариационной параметризации теперь обеспечивает решение новых задач, которые ранее можно было решить только при помощи функции Оптимизация. Кстати, эта функция по­прежнему доступна и является мощным инструментом и при использовании вариационного подхода.

Редактор эскизов

Набор команд под общим заголовком Редактор эскизов в T­FLEX CAD 16 был подвергнут глубокой переработке. Необходимость такой доработки была вызвана как желанием разработчиков предоставить пользователю удобные инструменты по автоматическому созданию параметрических чертежей, так и стремлением сделать инструменты черчения более эффективными и функциональными.

Существенные доработки были выполнены в механизме поиска объектных привязок, используемом как в редакторе эскизов, так и в других командах. Теперь привязки ищутся не для всех линий и других элементов в видимой части страницы, а только для тех, которые пользователь только что создал или на которые он навел курсор. Это сделало поиск привязок удобным и интуитивным даже в том случае, если чертеж является очень насыщенным. Если раньше практически все типы привязок приходилось выключать, то теперь их можно оставлять включенными. Изменился сценарий поиска характерных точек элементов, например центра дуги, окружности или эллипса. Если раньше поиск центра окружности выполнялся при наведении курсора на саму окружность, то теперь при наведении курсора на окружность в центре появляется специальный маркер, который можно выбрать, подведя к нему курсор. Такой механизм позволяет резко улучшить навигацию при наличии большого числа различных типов объектов, к которым можно выполнить привязку.

Редактор эскизов теперь не создает узлы, за исключением случаев, когда привязка выполняется к точкам пересечения линий построения. Создаваемые в редакторе эскизов линии сами хранят все свои параметры, обеспечивая тем самым возможность независимого редактирования.

Редактор эскизов полностью поддерживает возможности использования локальных систем координат, работа с которыми теперь поддерживается в T­FLEX CAD. В любой момент пользователь имеет возможность переключения активной системы координат. Создаваемые при этом линии «помнят» систему координат, в которой были созданы, и изменяют свою геометрию при изменении положения системы координат. Теперь, к примеру, стало удобным «дооформление» проекций. Для этого пользователь может выбрать нужную проекцию при помощи нового элемента управления в панели Лента, содержащего список систем координат и проекций, размещенных на текущей странице.

Режим Автопараметризация, который был доступен в редакторе эскизов в предыдущих версиях системы, заменен на две новые опции: Автоматическое создание ограничений и Автоматическое создание размеров. При использовании опции автоматического создания ограничений, объектные привязки, задействованные пользователем при создании линии, преобразуются в соответствующие ограничения. К примеру, чтобы создать параллельную линию, достаточно навести курсор на эту линию, а потом «поймать» привязку «Параллельность» для этой линии. Аналогичным образом создаются ограничения всех других типов (касание, перпендикулярность, продолжение линии и т.д.). При использовании опции Автоматическое создание размеров в дополнение к ограничениям создаются размеры, обычные или управляющие, в зависимости от соответствующего флажка в установках редактора. Вообще, редактор эскизов теперь имеет достаточно много установок, которые влияют на результат автоматического создания параметрических моделей. Они заданы разработчиками по умолчанию разными для страниц чертежа и рабочих плоскостей с тем, чтобы наиболее эффективно решать соответствующие задачи. Пользователь может изменять эти установки в соответствии со своими предпочтениями или решаемыми задачами (рис. 8).

Рис. 8. Установки по созданию ограничений и размеров в редакторе эскизов

Массивы

В новой версии T­FLEX CAD выполнен ряд улучшений функциональности команд копирования и массивов. Добавлена востребованная команда Массив по кривой. Эта операция позволяет создавать массивы линий, размещенных по кривой с сохранением ориентации или с ее изменением в соответствии с изменением направления касательной к кривой.

В состав команд редактора эскизов добавлена команда Симметрия линий. Она позволяет быстро создать набор симметричных линий с опциональным созданием ограничений Симметрия.

По­настоящему уникальной функцией стала возможность управления переменными при изменении номера копии элемента массива. Подобная функциональность имелась и ранее среди операций трехмерного моделирования — она называется Параметрический массив. Теперь параметрическим изменением копий можно управлять и в 2D­массиве. Для этого во все типы массивов добавлен параметр Изменять переменную, а также возможность выбора типа изменения переменной по номеру копии или по длине/углу. В случае задания такой переменной при генерации каждого экземпляра массива она будет принимать соответствующее значение. В результате при помощи одной операции можно получать очень интересные результаты (рис. 9).

Рис. 9. Секция забора криволинейной формы. Результат выполнения операции Линейный массив с управлением переменной

Операции массивов удобно использовать при работе с ограничениями. В любой момент пользователь может выполнить преобразование ассоциативной операции Массив в набор отдельных линий, связанных друг с другом ограничениями соответствующих типов. После выполнения такого преобразования линии, полученные при помощи массива, можно редактировать либо менять их параметрические связи в соответствии с методикой использования механизма вариационной параметризации.

Редактор переменных

Переменные (а следовательно, редактор переменных) — это один из основных инструментов параметризации T­FLEX CAD. В версии 16 он был значительно доработан. Компилятор выражений теперь обеспечивает разметку скомпилированных выражений, что позволило разработчикам решить ряд задач, делающих пользовательский интерфейс при работе с переменными и выражениями гораздо более удобным.

Первое, что бросается в глаза при входе в обновленный редактор переменных, — это то, что выражения стали разноцветными. Разные цвета используются для пометки элементов выражений различных типов. Этот механизм называется «Подсветка синтаксиса». Например, синим выводятся имена функций, красным — внутренние переменные модели. Для вывода константных значений применяется зеленый. Фиолетовый служит для вывода имен баз данных (таблиц) их полей. Отдельный цвет используется для вывода имен переменных, содержащих русские (не латинские) символы. Это очень полезно для выявления ошибок, связанных с одинаковым написанием русских и латинских букв. Опцией подсветки синтаксиса, а также цветовой палитрой, естественно, пользователь может управлять по своему усмотрению.

Яркий цвет фона применяется для пометки ошибочных частей выражений. Это может быть использование несуществующей функции или синтаксическая ошибка. Пользователю теперь гораздо проще обнаружить место, где он сделал ошибку.

Выделение цветом можно применять для пометки использования любой переменной. Для этого предназначена команда контекстного меню Показать использование переменной — все вхождения этой переменной в выражения будут помечены голубым цветом фона. Для тех пользователей, кто имеет дело с длинными выражениями, будет полезен многострочный режим работы редактора переменных (рис. 10).

Рис. 10. Подсветка синтаксиса, многострочный режим и пометка использования переменных

Очень удобным в использовании стал механизм всплывающих подсказок. При наведении курсора на переменную, функцию или ссылку на поле базы данных во всплывающей подсказке теперь выводится вся информация об объекте. Для функции это краткое описание с примером. Для поля базы данных — комментарий, а для переменной — комментарий и значение. Подсказки являются активными. При клике в подсказку к переменной можно перейти к этой переменной для редактирования. При клике в подсказку поля базы данных открывается редактор. При клике в подсказку к функции отрывается соответствующий раздел справки. Полезны всплывающие подсказки при использовании функций get, measure, distance. В использовании этих функций в качестве текстовой константы задается имя или идентификатор элемента модели. Для такой строки всплывающая подсказка выводит подробную информацию об этом элементе, а по клику в подсказку для него выводится диалог «Информация», в котором доступны дополнительные инструменты (рис. 11).

Рис. 11. Контекстные подсказки в редакторе переменных

Кроме подсказок, пользователю доступен поиск переменных, функций и полей баз данных. При вводе первых букв имени таких элементов под курсором появляется контекстный список, из которого пользователь может выбрать соответствующий элемент одним кликом.

Команда вставки переменной, вызываемая из полей ввода значений, теперь преобразована в конструктор выражений. Он позволяет вводить переменные, арифметические действия, вызовы функции, скобки при помощи кликов в соответствующие элементы списка и кнопки в диалоговой форме.

Особого внимания заслуживают новые функции, появившиеся в полях ввода значений системы, которые поддерживают работу с переменными и выражениями. А это практически все поля пользовательского интерфейса T­FLEX CAD, так как параметризация реализована в системе повсеместно. Если раньше пользователь не видел значения использованной переменной или выражения либо значение выводилось справа от соответствующего поля ввода, то теперь значение выводится прямо в поле ввода справа от выражения. Это экономит место в диалоговых формах, а также делает интерфейс системы гораздо более наглядным (рис. 12).

Рис. 12. Пример вывода значений переменных и выражений в полях редактирования параметров

В системе предусмотрена возможность использования более десятка новых функций. В частности, гиперболические функции, функции, возвращающие часто используемые константы. Возможно, самыми полезными будут функции select и switch, которые позволят значительно упростить и сократить в размере выражения с большим числом условных операторов. Функция select позволяет выбрать один из вариантов значений в соответствии с несколькими условиями, проверяемыми последовательно. Функция switch выбирает одно из возможных условий в соответствии со значением одного условия.

Как видите, система проектирования T­FLEX CAD активно развивается, причем не только за счет появления новых функций, но и благодаря активному развитию базовых геометрических и параметрических механизмов. И это далеко не всё. В следующих статьях мы планируем рассказать, как развиваются технологии 3D­моделирования, в частности механизмы управления сборочными моделями. И как эти технологии позволяют компании «Топ Системы» весьма уверенно конкурировать с системами «тяжелого» класса как на отечественном, так и на зарубежных рынках инженерного программного обеспечения.