С переходом к рыночной экономике для российских предприятий главными стали те же цели, что и для производящих компаний во всем мире, — проектировать и изготавливать более качественную продукцию за более короткое время и с меньшими издержками. Предприятия находятся под постоянным прессингом как отечественных, так и зарубежных конкурентов, которые стремятся перехватить заказчиков, предлагая им более привлекательные решения. Для того чтобы отвечать требованиям рынка, предприятия полагаются прежде всего на компьютерные технологии и, естественно, должны отслеживать и использовать основные тенденции в этой сфере. На сегодняшний день наиболее значимой тенденцией является переход от двухмерного проектирования к трехмерному твердотельному моделированию.

Что показывают исследования рынка

За последние три десятилетия в развитых странах компьютерное проектирование практически полностью вытеснило традиционное черчение. С тех пор как инструменты САПР стали доступны практически любому предприятию, большинство из них успешно используют преимущества этих систем, благо выбор весьма велик. По результатам анализа журнала Mechanical Engineering, к 1998 году в США 96% проектировщиков использовали САПР.

Несмотря на появление в последнее время доступных и удобных систем 3D-моделирования, большинство предприятий по-прежнему основывают процесс проектирования на двухмерных технологиях. Опрос журнала Computer-Aided Engineering показал, что сегодня более 60% работ приходится на двухмерные САПР. Однако известно, что предприятия ведут активный поиск более эффективных решений и все чаще отдают предпочтение трехмерному моделированию. Тот же опрос показал, что системы 3D опережают 2D-системы в планах на будущие покупки примерно в три раза.

Аналогичное исследование было в прошлом году проведено фирмой Dataquest. По его результатам, более половины проектировщиков используют средства 2D, однако 75% планируют переход к 3D в ближайшие два года.

Ограничения двухмерного проектирования

Если большинство машиностроительных предприятий переходят к трехмерным методам проектирования, почему же многие из них все еще используют 2D? Исследования Dataquest показали, что основной причиной является то, что 2D-системы вполне адекватно соответствуют задачам, решаемым более чем третью опрашиваемых.

Несмотря на то что многие предприятия вполне комфортно чувствуют себя при работе с проверенными временем инструментами 2D, новые технологии все отчетливее выявляют ограничения 2D-методологии.

Невозможность простого анализа сборочных конструкций

Процесс проектирования для типичного изделия, как правило, начинается с концептуальной схемы, которая определяет общий состав изделия и взаимное положение деталей. Выраженная в двухмерном чертеже, такая схема далеко не всегда удобна для выявления основных противоречий концепции на наименее затратном этапе. 2D-изображение является вполне достаточным для получения общего представления о деталях и сборке в целом, однако практически бесполезно для полноценного представления о трехмерных взаимосвязях и функционировании компонентов. Особенно это проявляется в сборках, состоящих из множества подвижных деталей.

Проектирование в 2D усложняет процесс проверки

Из-за ограничений 2D-чертежей по анализу сборочных изделий проверка подобных проектов является продолжительным и трудоемким процессом. Контролеры часто вынуждены тратить несколько дней на проверку размеров, допусков и посадок даже для сборок, состоящих из небольшого количества деталей. Проверка многократно усложняется, если чертежи создаются различными конструкторами, часто использующими свои установки по размерам и базам. Циклический процесс «доработка—проверка—возврат—доработка» может длиться очень долго, особенно при проектировании сборок из сотен и тысяч деталей.

2D-проекты требуют физических прототипов

Поскольку 2D-чертежи не позволяют полностью представить себе взаимодействие деталей в реальной трехмерной сборке, проектировщики вынуждены изготавливать физические прототипы деталей, чтобы выявить возможные пересечения тел и другие нестыковки. Помимо того что изготовление таких прототипов серьезно удлиняет процесс проектирования, устранение выявленных проблем также требует дополнительных усилий, а зачастую и повторной работы.

Неэффективность создания чертежей

Процесс проектирования в 2D подразумевает, что и детали, и сборка в целом в конечном итоге должны быть представлены в виде чертежей. Конструктору следует создать правильно оформленный чертеж с необходимым набором видов. В 2D-системе ему приходится работать с классическим набором элементов — линиями, дугами, размерами и т.д. Но такие элементы очевидно ущербны, поскольку заставляют проектировщика мыслить в терминах черчения на низком уровне, вместо того чтобы оперировать конструкторскими понятиями. К примеру, для отображения отверстия в корпусе конструктор должен мысленно перевести его в соответствующие окружности, линии и дуги, которые необходимо построить на различных видах.

Кроме того, 2D-системы абсолютно неэффективны при создании изометрии и видов разборки, когда реальные размеры деталей не соответствуют плоскому представлению на чертеже. Сложность и трудоемкость построения изометрических проекций заставляет многие предприятия вообще отказываться от таких видов, хотя они могут принести большую пользу в понимании проекта. Аналогичная проблема возникает, когда конструктор должен в мельчайших подробностях отобразить все элементы проектируемого изделия на различных видах, особенно если поверхность имеет сложную форму.

Неудобное изменение 2D-проектов

Обычно для полноты информации на чертеже или нескольких чертежах находится несколько различных видов одного и того же изделия. Если происходит какое-либо изменение изделия, его необходимо отразить на каждом виде отдельно. Хорошо, если ваша 2D-система обладает параметрическими возможностями, что явно упрощает процесс, позволяя связать виды между собой. Но, к сожалению, большинство современных 2D-систем лишено этой важной функциональности. Да и параметрические 2D-системы далеко не всегда могут решить все проблемы.

Невозможность передачи 2D-данных в прикладные программы

Двухмерные данные, как правило, почти бесполезны для программ инженерного анализа (прочностного, кинематического и т.д.), а также для систем подготовки программ с ЧПУ. Поэтому на основе чертежей приходится тем или иным образом создавать трехмерные данные, которые эти приложения способны обрабатывать. Очевидно, что в этом случае процесс оптимизации параметров изделия существенно затруднен, поэтому часто проектировщики вообще отказываются от него в пользу проектов с заведомо «проходными» параметрами.

Длительный процесс изготовления чертежей

Для изготовления изделия по 2D-чертежу требуется дополнительное время на правильную интерпретацию и понимание изделия. Часто при этом проводится дополнительная коррекция, например из-за отсутствия некоторых размеров. Соответственно удлиняется и время изготовления на станках с ЧПУ, поскольку требуется перевод двухмерной информации в трехмерную, которая необходима в 3- и 5-координатной обработках. Кроме того, невозможно использовать новейшие технологии, к примеру, такие, как стереолитография. Эти технологии требуют на входе трехмерной твердотельной модели. Конечно, эту информацию можно сформировать на основе 2D-чертежа, но опять-таки на это потребуется много усилий и времени.

Дополнительная работа при разработке руководств и документации

Если в процессе проектирования изделия еще можно обойтись без изометрических видов и видов разборки, то при разработке документации и рекламных материалов необходимость подобных изображений очевидна. Создание таких изображений в 2D САПР — процесс трудоемкий и, естественно, замедляющий работу.

Итог: работа в 2D замедляет выпуск изделий

В то время как эффективность использования чертежей как средства проектирования доказана, на предприятиях, которые основывают свои разработки только на средствах двухмерного проектирования, начинают возникать проблемы. Чертежи по-прежнему будут занимать существенную часть в процессе проектирования, однако постепенно двухмерная технология будет уступать свое место более эффективным и производительным инструментам трехмерного моделирования, которые способствуют сокращению цикла проектирования, улучшают качество продукции и снижают издержки.

Пора переходить к 3D

Как уже упоминалось выше, наиболее часто в качестве причины, по которой не используется 3D, называют то, что с помощью 2D-черчения возможно решить все проблемы. Это довольно опасная отговорка, если учитывать перспективы развития предприятия. Однако сегодня выдумать действительно основательную причину не удается. То, что 3D-системы сложны в использовании, дороги и не совместимы с текущим стилем проектирования, теперь легко опровергается современными программами и успешным опытом их повсеместного внедрения.

Программа T-FLEX CAD российской фирмы «Топ Системы» находится в ряду современных средств 3D-моделирования, которые позволяют проектировщикам, работающим в 2D, существенно повысить производительность и качество проектирования при переходе к трехмерным технологиям.

Простота обучения и использования

Последняя версия системы T-FLEX CAD 7.0, использующая трехмерное ядро Parasolid фирмы Unigraphics Solutions, предлагает удобные и простые в работе инструменты моделирования. Система, применяя новейшие методологии в области пользовательского интерфейса, позволяет создавать трехмерные модели деталей и сборок различной сложности. T-FLEX CAD предлагает российским инженерам профессиональные средства по доступной цене. То, что система является параметрической, обладает полным набором инструментов оформления чертежей и поддерживает российские и международные стандарты, позволяет с успехом использовать ее в самых разных областях.

Доступность по цене

T-FLEX CAD 7.0 полностью поддерживает интерфейс Windows и работает на обычных персональных компьютерах, следовательно, не требует от предприятий больших затрат на покупку техники. Стоимость системы в 2-4 раза ниже, чем аналогичных зарубежных систем.

Совместимость с 2D-проектированием

T-FLEX CAD успешно опровергает мнение, что 3D-моделирование не совместимо с 2D-методологией. Двухмерные параметрические средства T-FLEX CAD хорошо известны российским пользователям. Трехмерная версия системы явилась логичным развитием двухмерных функций. Пользователи T-FLEX CAD могут без проблем переводить свои 2D-чертежи в трехмерные модели. Однако если после создания 3D-модели трехмерными инструментами в T-FLEX CAD потребуется получить и оформить чертежи двухмерных видов, разрезов и сечений трехмерной модели, то все это можно будет сделать посредством широкой двухмерной функциональности T-FLEX CAD. Таким образом, T-FLEX CAD позволяет плавно перестроить процесс проектирования, предлагая как привычные инструменты 2D-черчения, так и передовые средства трехмерного моделирования, обеспечивающие значительные преимущества.

Преимущества 3D-моделирования

Трехмерное моделирование позволяет проводить практически все фазы проектирования более эффективно.

Быстрое построение концептуального проекта

Параметрическое моделирование в T-FLEX CAD является удобным и интуитивным методом создания концептуальной модели изделия. Причем термины, команды и общая схема работы гораздо более близки к процессу проектирования, нежели работа с двухмерными элементами. Как следствие, в T-FLEX CAD 3D результат достигается значительно быстрее, чем в двухмерных системах.

Быстрое получение чертежей

3D-моделирование позволяет избавиться от необходимости рутинного создания различных видов изделия посредством 2D-элементов. В T-FLEX CAD вы просто выбираете нужные виды, применяете разрезы, и линии чертежей будут созданы автоматически, причем всегда — точно, независимо от сложности геометрии. Для T-FLEX CAD не представляет никакой проблемы получение изометрии, в том числе и для разборок.

Более наглядное представление изделия

Безусловно, трехмерная модель является гораздо более наглядным представлением изделия, нежели двухмерный чертеж. И проектировщики, и заказчики могут по 3D-модели вполне адекватно оценить изделие, проверить расположение детали в сборочной конструкции.

Сокращение количества ошибок

Более наглядное и точное представление изделия при 3D-моделировании позволит проектировщикам существенно сократить количество ошибок. Это, в свою очередь, не только повышает качество проекта, но и позволяет сэкономить время, затрачиваемое на исправление ошибок, изготовление прототипа и другие сопутствующие действия.

Отсутствие необходимости в физическом прототипе

T-FLEX CAD позволяет не только подробно рассмотреть деталь со всех сторон, но и проанализировать ее участие в сборке. Более того, деталь может быть непосредственно спроектирована в контексте сборочной модели. При необходимости можно рассчитать масс-инерционные характеристики, осуществить прочностной анализ и т.д. Все это делает фактически ненужным изготовление проектного физического прототипа или, по крайней мере, позволяет отложить его до финальных стадий проектирования, а часто — до момента изготовления реального изделия.

Быстрое и без потери качества изменение модели

Возможность быстрого и удобного изменения моделей посредством параметрических механизмов является одним из главных достоинств трехмерного моделирования. Причем T-FLEX CAD ярко выделяется по параметрическим функциям на фоне других систем. В чертеже или 3D-модели T-FLEX CAD все может быть параметрически взаимосвязано: от геометрии детали и взаимного положения компонентов сборки до мельчайших элементов оформления чертежа. Естественно, 2D-чертежи и 3D-модели ассоциативно связаны между собой. Все это позволяет быстро получать точные результаты при различных модификациях проекта. Очевидно, что возможность быстрого создания различных вариантов изделия позволяет провести больше аналитических расчетов с естественным повышением качества конечного результата.

Ускорение процесса разработки

Ввиду того что трехмерные твердотельные модели обладают всей геометрической информацией, необходимой для различных приложений, их можно напрямую использовать для различных видов анализа, генерации управляющих программ, создания прототипов на «трехмерных принтерах».

Эффективная координация усилий подразделений

Трехмерная модель гораздо удобнее для общения различных подразделений предприятия между собой, и не только относящихся непосредственно к проектированию и производству. Службам сервиса и поддержки 3D-модель может помочь в общении с заказчиками. Наладчикам, работающим на выезде у заказчика, 3D-модель поможет в решении проблем установки изделия. При покупке продукции других производителей 3D-модель облегчит задачу оценки совместимости оборудования. Естественно, и в маркетинге 3D-модель может быть полезной.

Снижение издержек

Проведенные исследования показали, что в среднем при проектировании схожих изделий рост производительности при использовании трехмерного моделирования по сравнению с 2D-черчением, после того как технология налажена, составляет порядка 300%. К этому следует прибавить сокращение трудозатрат на проверку и исправление ошибок, анализ изделия без изготовления физического прототипа, разработку и оформление технической документации.

***

Приведенные аргументы говорят о том, что трехмерная технология реально доказывает свое преимущество над двумерной, проверенной временем, однако устаревающей. Российская система автоматизации черчения и трехмерного моделирования T-FLEX CAD 7.0 позволит в полной мере использовать достоинства 3D-моделирования.

«САПР и графика» 12'2000

Переход от 2D к 3D в T-FLEX CAD