5 - 2002

Как выбрать CAD-систему

Константин Евченко

Продолжение темы выбора системы геометрического моделирования, начатой в статье «Выбор геометрического моделировщика» («САПР и графика» № 2’2002).

Прежде всего хочется выразить благодарность всем тем, кто откликнулся на идею тестирования систем геометрического моделирования и высказал свое конструктивное мнение. Оппонентам хочу предложить хотя бы раз в жизни попробовать самостоятельно найти аналитическое описание линии пересечения тора с конусом, чтобы они навсегда изменили свое представление об «элементарщине». Действительно, работать с современной САПР легко и приятно, однако далеко не каждый представляет себе, как это все функционирует, и тем более — как самому создать нечто подобное.

Многие наши читатели прислали нам свои тесты и замечания. Некоторые сетовали на то, что в числе критериев выбора не упоминается такая важная характеристика, как способность CAD-системы работать с большими сборками. Принимаем этот упрек. Действительно, это очень важный критерий выбора, причем сильно зависящий от аппаратных характеристик компьютера. Работа с большими сборками — отдельная сложная тема, требующая детального рассмотрения. Не случайно почти в каждом анонсе новых версий всех CAD-систем содержится фраза типа «существенно улучшены возможности по работе с большими сборками».

Наиболее часто в качестве дополнения к опубликованным тестам предлагался объект, порядок построения которого показан на рис. 1. Эта геометрическая фигура не вошла в первый сборник тестов, так как она представляет собой не столько тест, сколько сложное и красивое геометрическое тело. При увеличении радиуса скругления свыше определенного значения происходит разделение боковых граней тела на несколько несвязанных поверхностей. Поскольку при этом изменяется топология модели, некоторые ранние версии CAD-систем с этим не справлялись. Впервые с этим тестом мы познакомились еще в 1997 году, поэтому его истинного автора установить сегодня проблематично.

Еще одно часто встречающееся дополнение — различные модификации построения больших массивов элементов. Зачастую пользователю необходимо решать проблемы, связанные не с созданием сложных поверхностей и переходов, а с построением специальных массивов элементов. Первопроходцем в этом вопросе стала компания АО «Топ Системы», предложившая на всеобщее обсуждение функции T-FLEX CAD «параметрический массив» (рис. 2) и «массив по пути» (рис. 3). О других не менее интересных возможностях T-FLEX CAD также можно прочесть на страницах нашего журнала. Кстати, T-FLEX CAD успешно выполнил все тесты, и пока это единственная CAD-система, базирующаяся на ядре Parasolid, о которой достоверно известно, что она справилась с сопряжением двух непересекающихся торических поверхностей (см. статью «САПР и графика» № 2’2002 «Выбор геометрического моделировщика», пример № 11). Отметим, что CAD-системы с ядром ACIS справляются с этой задачей играючи (как это показано, например, в статье «К вопросу о выборе геометрического моделировщика» в «САПР и графика» № 3’2002). Дело здесь не столько в возможностях математики (Parasolid не хуже ACIS), сколько в концепции организации модели. Интересен тот факт, что в T-FLEX CAD, в отличие от большинства других моделировщиков, построенных на ядре Parasolid, в пространстве детали может существовать не один, а несколько независимых твердотельных элементов. Возможностью создавать в пространстве модели несколько самостоятельных твердотельных элементов обладают в основном высокоуровневые САПР, например CATIA.

Очень интересен предлагаемый Владимиром Люлько тест на «разумность» 2D-систем и модулей для построения плоских скетчей и эскизов. Даны два отрезка заданной длины и высота точки их пересечения. Требуется найти горизонтальный размер (рис. 4). Задача имеет единственное правильное решение. В каждой CAD-системе эта задача решается по-разному — от простой простановки размеров до использования оптимизационных модулей. Главное — быстро и правильно получить результат.

Некоторые читатели предлагают в качестве тестов «фигуры высшего пилотажа» на основе NURBS-геометрии. Одним из характерных примеров здесь может служить задача зашивки торцевых элементов (рис. 5). К счастью, такая сложная и неприятная задача возникает у пользователей крайне редко, поэтому ее едва ли можно рекомендовать в качестве теста для обычной CAD-системы.

Из геометрических «фокусов» интересен пример построения петли Мебиуса (рис. 6). В природе такие объекты существуют, но большинство CAD-систем строить их категорически отказывается, особенно в виде твердотельной модели. А если какая-то система построит, то чему будет равна площадь их поверхности?

В некоторых письмах предлагается такой критерий сравнения трехмерных моделировщиков: сохранить достаточно сложную тестовую геометрическую модель в «родном» формате системы и посмотреть на полученный размер файла. Считается, что чем меньше размер файла, тем якобы лучше CAD-система, поскольку экономятся деньги на хранении данных. Лично мы с подобным подходом категорически не согласны, и вот почему: уже сегодня никого не удивишь жесткими дисками объемом в десятки гигабайт, а представьте себе, что будет лет этак через пять. К тому же, разработчик может сам позаботиться о пользователе и автоматически «сжимать» файлы встроенным архиватором. Отметим, однако, что в результате архивации моделей и сборок, выполненных в большинстве трехмерных CAD-систем архиваторами типа WinZip или WinRAR, радикального уменьшения размера файла не происходит. Это говорит о том, что разработчики САПР уделяют должное внимание хранению информации. Чтобы убедиться в этом, экспортируйте геометрию в нейтральный формат, например IGES, и посмотрите, во сколько раз увеличился размер файла модели.

Если вы используете параметрические твердотельный моделировщик с возможностью отката на любую стадию проекта и вся геометрия создавалась с нуля в одной системе, то для кардинального уменьшения размера файла детали можно использовать следующий метод. Создайте вокруг детали твердотельный прямоугольный параллелепипед (в просторечии — Box), габариты которого заведомо больше размеров детали. Таким образом, ваша деталь окажется полностью погруженной в твердотельный «ящик» и перестанет существовать как совокупность поверхностей. Теперь ваша модель будет представлять собой набор из шести плоских граней и базовых эскизов (скетчей), на основе которых строились элементы геометрии. Для «дешифровки» модели достаточно просто удалить внешний параллелепипед и дать команду «Перестроить все». Результаты, полученные с помощью этого метода, впечатляют. Так, деталь, показанная на рис. 1 и состоящая из 146 поверхностей, занимает в «родном» формате 638 Kбайт (491 Kбайт в WinZip), в формате IGES — 7710 Kбайт (2442 Kбайт в WinZip), а в «погруженном» виде всего 55 Kбайт (14 Kбайт в WinZip)! К сожалению, этот метод нельзя рекомендовать для работы со сборками и для создания архивов, но иногда только благодаря ему становится возможной пересылка модели посредством сети Internet.

Сегодня ситуация такова, что относительно большая сборка (например, двигателя внутреннего сгорания) занимает несколько гигабайт. Таким образом, многомесячный труд группы конструкторов может храниться на нескольких CD-R-дисках общей стоимостью всего лишь в несколько долларов. При существующих технологиях записи информации и ценах на носители (к примеру, CD-RW-диски), можно смело рекомендовать делать резервные копии важных проектов каждый вечер.

Различие в используемых форматах данных наиболее резко проявляется при непосредственной работе с большими деталями и сборками. Предположим, что вы запустили моделировщик, который вместе с операционной системой занял некоторый объем невыгружаемой памяти. После этого вы создаете сложную тестовую геометрическую деталь и отмечаете, каков прирост используемой оперативной памяти. Естественно, что у каждой CAD-системы этот показатель свой. Эмпирическим путем давно установлено, что чем компактнее формат данных системы, тем быстрее будет потом осуществляться полная регенерация детали и сборки. Но это скорее не тест, а констатация того факта, что на устаревших компьютерах многие современные системы просто не могут нормально работать! Кстати, по этой логике лучшей CAD-системой может оказаться дизайнерский пакет 3D Studio R4 под управлением MS-DOS…

Однако существует другой важный, но не вполне очевидный фактор, связанный с использованием оперативной памяти. Дело в том, что чипсеты материнских плат имеют ограничение на максимальный объем установленной оперативной памяти. Так что если вы планируете работать со сборками размером в 1,5 Гбайт, вам необходимо позаботиться о подходящем компьютере. На самом деле, если вы рассчитываете использовать лицензионную САПР (а мы надеемся, что это так), стоимость новейшего компьютерного железа едва ли составит больше трети от стоимости легального софта. Поэтому, на наш взгляд, экономия финансов на объеме оперативной памяти и жесткого диска пойдет только во вред.

Если при трехмерном моделировании сложного объекта вы посмотрите на график загрузки центрального процессора и сопоставите его со своими действиями, то увидите, что большая часть процессорного времени уходит на визуализацию геометрии. Поэтому следующий немаловажный фактор, о котором говорили многие наши читатели, — это время выполнения однотипных операций. В основном под этим подразумевается не время построения и регенерации сложных геометрических элементов, хотя и оно бывает зачастую принципиально важно, а скорость обновления видовых экранов. Определяющую роль в этом случае играют характеристики компьютера, в частности его видеокарты (если используется аппаратный Open GL). Настоятельно советуем вам устанавливать на компьютер именно ту видеокарту, которую рекомендует сам разработчик САПР.

Некоторые компании, предлагая продвигаемую ими CAD-систему, используют такой аргумент, как количество необходимых кликов мыши и клавиатуры. Как говорится, истина где-то рядом… Скажем, кабину болида F-1 нельзя назвать просторным и удобным салоном, а управление гоночной машиной легким и приятным. Однако для большинства людей показатели удобства и простоты использования играют решающую роль. Поэтому пусть каждый решает сам, какой интерфейс ему нравится больше. Чтобы начинающие пользователи сами смогли разобраться, что им больше подходит, еще раз порекомендуем им взять CAD-систему в опытную эксплуатацию с обязательным обучением. Дело в том, что система, прекрасно зарекомендовавшая себя, например, в инструментальном производстве, может не прижиться в отделе проектировщиков. Поэтому универсальных советов здесь быть не может.

Следует отметить, что наметившаяся в последние годы глобализация в «высшей лиге» САПР приводит к унификации пользовательских интерфейсов. Как факт можно констатировать родственную схожесть пользовательских интерфейсов CATIA v5 и SolidWorks. Есть и менее яркие примеры, но общая тенденция налицо.

Такой критерий выбора CAD-системы, как ее цена, к сожалению, в большинстве случаев оказывается решающим. Справедливости ради нужно сказать, что САПР российской разработки стоят чуть ли не в два раза дешевле своих ближайших по функциональности зарубежных аналогов. К сожалению, нам пока нечего противопоставить «чужеземному супостату» в области интегрированных высокоуровневых САПР, но в среднем CAD/CAM-классе у нас есть не один достойный ответ «лорду Чемберлену». Заслуженной популярностью пользуются программные продукты для 3D-моделирования таких отечественных компаний, как АО АСКОН, НТЦ ГеММа, «Интермех», «СПРУТ-Технология», «Топ Системы», Omega ADEM Technologies, и др. Заслуживает уважения позиция компаний АО АСКОН и НТЦ АПМ, занимающихся разработкой собственного математического ядра.

В дальнейшем мы надеемся продолжить тему тестирования CAD-систем.

«САПР и графика» 5'2002