Параметризация в T-FLEX CAD

Выбор оптимальной и наиболее подходящей для предприятия САПР стал в настоящее время весьма серьезной проблемой. Количество предлагаемых на рынке систем за последние годы существенно увеличилось. Каждая из этих САПР обладает сотнями команд, множеством различных установок и опций, бесчисленным количеством нюансов, многие из которых могут проявиться только в процессе работы. Это крайне затрудняет анализ систем и их сопоставление. Кроме того, зачастую разные компании - разработчики САПР, используя одну и ту же терминологию, подразумевают при этом различные вещи. Бывает и так, что компания заявляет о поддержке какой-либо передовой технологии, но на поверку оказывается, что реализация оставляет желать лучшего, - что в одной системе может быть существенным достоинством, в другой - никому не нужной бутафорией с тем же названием.

В этой статье мы остановимся подробно на термине "параметризация" и поясним, что он означает в параметрической САПР T-FLEX CAD и в других системах с параметрическими возможностями.

Где используется параметризация?

Основными выходными результатами чертежных и моделирующих САПР являются соответственно чертежи и трехмерные модели. Для того чтобы их получить, проектировщик шаг за шагом с помощью различных команд 2D черчения и 3D моделирования добавляет элементы чертежа или модели. На этом этапе существенных различий между общей схемой работы параметрических и непараметрических САПР практически нет. Конечно, сравнивая САПР, можно выделить особенности интерфейса, различия в удобстве работы, функциональности, но, как правило, они не имеют отношения к параметризации. Качественно при создании чертежей и моделей схема работы всех САПР - одна и та же.

Разница начинает проявляться тогда, когда необходимо отредактировать уже созданный чертеж или модель, что-то подправить, где-то изменить размеры. Здесь начинает проявляться существенное преимущество параметрических САПР. В параметрических чертежах и моделях элементы взаимосвязаны друг с другом. Например, дуга окружности, сопрягающая две линии, хранит связь с этими линиями. Если линии изменят свое положение, дуга тоже переместится и будет по-прежнему располагаться касательно этим линиям. Или, например, радиус дуги будет увеличен. Тогда изменится положение линий, связанных с ней, и изображение радиального размера, если он был проставлен на этой дуге. В непараметрической САПР проектировщику пришлось бы подправлять каждый элемент отдельно, на что ушло бы гораздо больше усилий. Очевидно, что даже в простых ситуациях параметрическое редактирование имеет преимущество. В насыщенных же чертежах и сложных трехмерных моделях параметризация может на порядок сократить время работы. При этом существенно снижается риск допустить ошибку при изменении. Кроме того, при создании нет необходимости абсолютно точно выдерживать все размеры. Их можно легко подправить в любой момент.

Часто при проектировании новых изделий в качестве основы берется уже существующий проект и производится его корректировка - вводятся новые элементы, изменяются размеры, какие-то части изделия заменяются. В этом случае параметризация также может стать хорошим подспорьем, особенно это касается типового проектирования. Например, завод производит широкую номенклатуру гидроцилиндров. В каталоге выпускаемых изделий могут быть десятки различных типов гидроцилиндров, различающихся отдельными компонентами, плюс каждый из типов может иметь множество размерных вариантов. В итоге количество различных гидроцилиндров может исчисляться сотнями и тысячами. В принципе, все они похожи и спроектированы по общей схеме, но, тем не менее, рабочая документация - от чертежей деталей, сборки и спецификации до технологии - является уникальной для каждого варианта изделия.

Параметрическая САПР позволит создать один или несколько обобщенных параметрических проектов, с помощью которых можно впоследствии в кратчайшие сроки спроектировать любой из возможных вариантов. Для завода это означает, что путь от заявки заказчика до рабочих чертежей, технологии, программ для станков с ЧПУ, если они необходимы, займет на порядок меньше времени, чем при работе с обычной САПР или чертежной доской. При этом требуется меньшее количество проектировщиков и обеспечивается высокое качество результата.

Понимая, какое значение играют параметрические возможности, многие разработчики в том или ином виде пытаются реализовать их в своих системах. Однако при выборе параметрической САПР для своего предприятия необходимо исследовать, что именно скрывается за термином параметризация в той или иной системе, что входит в набор параметрических возможностей, какие существуют ограничения.

Рынок параметрических САПР

Многие чертежные САПР, предлагаемые сегодня, появились задолго до развития параметрической технологии и по существу имеют в своей основе методологию электронного кульмана. То есть в принципе, они заменяют карандаш, бумагу и ластик на компьютер, монитор и мышь. Безусловно, эта технология стала прогрессом по сравнению с использованием чертежной доски. Однако спустя некоторое время стало очевидно, что параметризация может дать значительно больший эффект.

Первым шагом на пути к параметризации стали встроенные языки программирования, с помощью которых можно было запрограммировать ввод различных элементов чертежа. Это позволяло связывать отдельные элементы чертежа между собой. Однако помимо того, что от проектировщика при этом требовались знания в программировании, сам процесс разработки и отладки программ занимал много времени. Поэтому на повестку дня встал вопрос о непосредственной параметризации чертежей.

Параметрические возможности в плане внутренней организации САПР являются весьма сложной технологией, и разработчики "старых" САПР столкнулись с многочисленными проблемами. Ведь им пришлось обеспечивать параметрические функции на изначально не предназначавшихся для этого непараметрических ядрах своих систем. В итоге решения оказались неоптимальными и имеющими множество ограничений. Кроме того, сама по себе задача реализации алгоритмов параметризации и математически, и логически является весьма непростой.

В начале 90-х годов к этим проблемам добавилась другая - пользователи в США (а именно там производятся практически все основные САПР) стали ориентироваться на трехмерные системы, естественно ожидая от них параметрических возможностей. Появился ряд новых систем, ориентированных на персональные компьютеры и предназначенных для параметрического 3D моделирования - SolidWorks, SolidEdge, Design Wave и ряд других. Все они оказались на удивление похожими друг на друга. Хотя, если присмотреться к ним поближе, ничего удивительного в этом нет. Ключевыми компонентами этих систем являются трехмерное ядро, параметрическое ядро и пользовательский интерфейс.

Так вот, кроме пользовательского интерфейса, который часто заимствовался друг у друга, своего у этих систем ничего нет. В качестве геометрического ядра, как правило, используется либо Parasolid, либо ACIS. Но самое интересное заключается в параметризаторе. У всех систем он один - параметризатор английской фирмы D-CUBED. Этот же самый параметризатор используется и во многих других системах, включая такие известные, как Autodesk Mechanical Desktop, Unigraphics, CATIA, I-DEAS и т.д. Параметризатор D-CUBED включает в себя две компоненты - скетчер, предназначенный для построения параметрического профиля, на основе которого будет создана 3D операция, и математическую библиотеку, позволяющую связывать отдельные детали в сборочные конструкции.

Поскольку параметризатор является ключевым элементом параметрической САПР, использование одного и того же параметризатора приводит к тому, что возможности практически всех систем находятся в зависимости от функциональности и идеологии D-CUBED. Соответственно его ограничения становятся ограничениями всех систем, на нем базирующихся. Очевидно, что многие разработчики понимают опасность такой зависимости. Однако достаточно большая сложность разработки своего собственного параметризатора, как, впрочем, и трехмерного ядра, плюс жесткая конкуренция, накладывающая временные ограничения, вынуждает производителей САПР отказываться от планов собственных разработок в этой области. Исключением является лишь параметризатор Pro Engineer, который впрочем, очень похож на D-CUBED.

Во второй половине 90-х годов неожиданно всплыла новая проблема. Пользователи трехмерных систем обнаружили, что во многих случаях эти системы не всегда успешно справляются с созданием двухмерных чертежей. Это не удивительно, ведь основное внимание разработчики новых систем уделяли именно трехмерным возможностям. Но, как показывает статистика, сегодня лишь 15% пользователей трехмерных систем не нужны чертежи. Проекции 3D моделей, по которым разработчики предлагают строить чертежи, оказываются часто некорректными для оформления чертежа, а набор чертежных инструментов этих систем не всегда справляется с задачами черчения. К тому же параметризатор D-CUBED, ориентированный на 3D моделирование, оказывается неэффективным в 2D черчении.

На фоне смещения общего интереса к 3D моделированию в 90-х годах двухмерные системы встали на путь вялотекущей эволюции. Новых САПР не появилось, в старые вносились некоторые улучшения, менялся интерфейс, создавались различного рода приложения и "облегченные" версии. Хотя потребность в это была и остается огромной, никто фактически не предложил ничего нового в области параметризации. В лучшем случае брался все тот же D-CUBED который мало ориентирован на использование в чертежах. Та математика, которая успешно работает на десятках линий профиля в скетчере 3D системы, не справляется с тысячами взаимосвязанных элементов чертежей. А необходимость полного образмеривания параметрической модели у D-CUBED, превращает процесс параметризации даже относительно сложного чертежа в нереальную задачу. Среди наиболее удачных разработок в этой области - система Genius, являющаяся приложением к AutoCAD, которую, как правило, используют при создании библиотек несложных параметрических чертежей. Недавно эта система была приобретена фирмой Autodesk, и ожидается, что она будет встроена в последующие версии AutoCAD. При этом необходимо отметить, что AutoCAD изначально не является параметрической системой, и все улучшения, связанные с параметризацией, могут носить лишь ограниченный характер.

T-FLEX CAD - новая параметрическая технология

Десять лет назад стартовал российский проект по разработке САПР T-FLEX CAD, главной особенностью которого стали параметрические возможности, непосредственно встроенные в ядро САПР. Спустя несколько лет программа T-FLEX CAD стала одной из самых популярных в России, а ее параметрические функции позволили ей успешно конкурировать с бесплатными пиратским копиями системы AutoCAD, которые были доступны всем. Сегодня фирма "Топ Системы", создатель T-FLEX CAD, является одним из ведущих участников рынка САПР в СНГ, а ее разработки используются по всему миру.

В T-FLEX CAD одновременно разрабатывались и развивались оба направления - параметрическое черчение и параметрическое твердотельное моделирование. Таким образом, удалось избежать недостатков "чистых" 3D систем. У тех, кто разрабатывает чертежи в T-FLEX CAD, нет никаких проблем с созданием на основе этих чертежей трехмерных моделей. В свою очередь по 3D модели можно легко получить проекцию и оформить необходимый чертеж. В системе все элементы являются параметрическими. Это касается геометрических отношений линий (касания, симметрия и т.д.), расстояний, положения, размера, видимости и цвета любых элементов. На любой параметр может быть назначена численная или текстовая переменная.

Переменные могут быть связаны между собой математическими и логическими выражениями. Значения параметров могут браться из баз данных и электронных таблиц. При этом создание параметрического чертежа или 3D модели происходит обычным путем, без каких-либо особенных дополнительных действий. По сути, общая схема работы в T-FLEX CAD схожа с работой в других системах, но в отличие от них параметризация в T-FLEX CAD является естественным результатом, а не следствием каких-либо специальных операций.

В тех случаях, где это необходимо, работая в T-FLEX CAD, проектировщик может дополнительно использовать широкий арсенал вспомогательных инструментов параметризации. Такой гибкий подход обеспечивает оптимальные решения и в простых, и в сложных случаях. Насыщенные чертежи, содержащие тысячи элементов, практически не замедляют параметрический пересчет, в отличие от параметризатора D-CUBED, базирующегося на решении систем уравнений. В T-FLEX CAD реализована мощная поддержка работы с параметрическими сборочными чертежами, также не имеющая аналогов. Проект, содержащий сборочный чертеж, сотни чертежей деталей и спецификацию, обновляется при модификации параметров за считанные секунды. При этом параметризация позволяет обеспечить правильное расположение и изображение всех элементов, гарантируя отсутствие ошибок.

Все вышеперечисленные возможности параметризации T-FLEX CAD действуют и при трехмерном моделировании. В качестве исходных данных 3D операций могут использоваться параметрические чертежи либо вновь созданные профили по аналогии со скетчерами других систем. На параметры операций - величину выталкивания, радиус сглаживания, количество элементов массива и т.д. - могут быть назначены переменные. Поддержка сборочных 3D моделей также реализована в соответствии с общими принципами параметризации. Изменение положения или размера детали приводит к соответствующим изменениям в остальных компонентах сборки. При этом при модификации компонент сборки (добавлении отверстия, сглаживании ребра и т.п.), сборка остается корректной, в отличие, например, от системы SolidWorks, сборки которой "разлетаются" из-за нерешенных проблем параметрической идентификации поверхностей.

Одним из важнейших преимуществ параметрической модели T-FLEX CAD является то, что эта система может успешно использоваться в качестве основы приложений из различных областей. Например, САПР штампов, базирующаяся на T-FLEX CAD, после расчетных проектных процедур подставляет параметры в заранее подготовленные параметрические чертежи, получая на выходе полный комплект рабочей документации. Система T-FLEX /Технология использует параметры чертежа T-FLEX CAD в качестве исходных данных, по которым автоматически формируется технология на изготовление изделия. Система T-FLEX DOCs, реализующая ведение проектов, документооборот и почтовую службу предприятия, использует информацию чертежей T-FLEX при выводе спецификаций на изделие.

Система подготовки управляющих программ для 2-х, 3-х и 4-х координатной электроэрозионной обработки получает из T-FLEX CAD необходимую геометрию изделия. При параметрическом изменении геометрии автоматически генерируется новая программа для станка. Система проектирования кабельных сетей по параметрическим чертежам T-FLEX CAD позволяет оптимально подобрать решение и рассчитать стоимость затрат. Существует множество других специализированных систем, использующих преимущества T-FLEX CAD - проектирование электродвигателей, гидроцилиндров, мебели, одежды и т.д.

В заключение стоит отметить, что система T-FLEX CAD полностью поддерживает российские и международные стандарты, работает на русском языке и стоит существенно дешевле зарубежных систем.

Дмитрий Ксенофонтов, Сергей Бикулов, АО "Топ Системы", г. Москва,
Игорь Кочан, ООО "Ормасэйл", г. Минск



Компьютерная газета. Статья была опубликована в номере 13 за 1999 год в рубрике soft :: сапр

©1997-2021 Компьютерная газета