Вариационное прямое моделирование в КОМПАС-3D V14
Технология ВПМ родилась не на пустом месте — до этого более семи лет специалисты компании ЛЕДАС разрабатывали технологию эффективного решения геометрических ограничений в двумерном и трехмерном пространствах, получившую коммерческое воплощение в программных компонентах LGS. Традиционные приложения трехмерного решателя в САПР ограничивались построением трехмерных каркасов, проектированием сборок, анализом кинематики механизмов и моделированием движения. Однако, ВПМ позволяет реализовать абсолютно новый класс приложений. Мы не могли просто описать преимущества этой технологии в статьях — нам пришлось доказывать их на практике. Для этого мы создали специальную надстройку над решателем LGS 3D, получившую названием LIM 3D, и приступили к реализации демонстрационного приложения.
В качестве такового после долгих споров выбрали систему трехмерного моделирования SketchUp. Основная причина состояла в том, что система была бесплатной и обладала огромной пользовательской базой. Мы создали плагин Driving Dimensions for SketchUp для параметрического контроля создаваемой геометрии с помощью размерных ограничений в 3D. К сожалению, эта реализация ВПМ была существенно ограничена особенностями полигонального движка SketchUp. Это побудило нас предпринять более серьезную и ресурсоемкую попытку, внедрив ВПМ в Rhino 3D, для чего нам пришлось самостоятельно реализовать отсутствующие в движке этой системы локальные операции. Наконец, в 2011 мы интегрировали LGS/LIM 3D с ядром твердотельного моделирования ACIS — признанным королем на рынке прямого моделирования — в рамках системы BricsCAD.
Как известно нашим постоянным читателям, эти исследования ЛЕДАС завершились продажей прав интеллектуальной собственности на технологию ВПМ и всех сопутствующих программных компонент и конечно-пользовательских приложений компании Menhirs (Бельгия). Являясь ныне директором российской дочки Menhirs (ЗАО «Bricsys Technologies Russia»), я с огромным удовлетворением наблюдал за интеграцией технологии ВПМ в КОМПАС-3D — одну из самых популярных в России трехмерных САПР.
У этого проекта было много замечательных особенностей: это и беспрецедентная кооперация трех фирм (АСКОН, Bricsys и ЛЕДАС), и совершенно новый способ использования ядра C3D, но особенно важно подчеркнуть, что технология ВПМ впервые была внедрена в систему, в которой уже была трехмерная параметризация на основе история построения! И мне крайне любопытно было узнать, как Владимир Панченко, директор по продукту Приложения направления CAD/AEC, АСКОН, чей интерес и напор породил этот проект и гарантировал его успешное завершение, обосновывает преимущества наличия технологии ВПМ в такой развитой САПР. Приглашаю и вас ознакомиться с его аргументами!
Обзор истории развития технологии прямого моделирования, причины и предпосылки её появления в КОМПАС-3D
С появлением нового КОМПАС-3D V14 с технологией вариационного прямого моделирования для конструкторов появляются новые инструменты для работы с импортированной геометрией — геометрией без истории построения. Эти инструменты позволяют практически мгновенно редактировать модели других САПР, изменяя размеры их элементов. Что же такое вариационное моделирование? Каковы предпосылки его появления в КОМПАС-3D и каковы перспективы использования и развития этой технологии?
В основу технологии вариационного прямого моделирования в КОМПАС- 3D положена технология VDM (Variational Direct Modeling) от компании Bricsys NV. Её суть заключается в наложении геометрических и размерных ограничений на 3D-объекты с последующим решением этих ограничений вариационными методами. Технология прямого моделирования — это новая технология не только для КОМПАС-3D и его пользователей, но и сравнительно молодая технология для всей отрасли САПР в целом.
Традиционно практически все САПР основываются на использовании технологий с историей построения — history-based design и parametric feature-based modeling. Это и Pro/Engineer, CATIA, SolidWorks, Inventor, T-FLEX CAD, а также многие другие, и конечно же КОМПАС-3D.
Несмотря на успешную реализацию такой технологии в различных САПР, около пяти лет назад начали появляться первые попытки использования новых технологий для моделирования. Одним из ярких примеров можно считать приложение SpaceClaim — система так называемого прямого моделирования, созданная Майклом Пейном. При моделировании в этом приложении история построения отсутствует абсолютно. Следует отметить, что Майкл Пейн, работавший в PTC и участвовавший в разработке SolidWorks, имеет огромный опыт создания приложений, основанных на технологии с историей построения.
Однако любая технология имеет свои недостатки и определённые трудности в её освоении и применении. Появление новых технологий, нацеленных на решение тех же задач, позволяет более явно выявить эти трудности и недостатки, а также их подчеркнуть. Противопоставляя две технологии моделирования, можно оценивать преимущества и недостатки каждой из них.
Говоря о затруднениях, которые могут возникнуть при моделировании с применением технологии с историей построения, можно отметить, что сама история построения и является основным источником возникновения трудностей. Они возникают и наиболее ощутимы, главным образом, когда необходимо отредактировать какую-нибудь сложную модель. Редактирование одной из операций, созданных вначале процесса моделирования, требует последовательного выполнения всех последующих операций, оно требует привнесения изменений в перестроение целой цепочки в модели. Удаление же одной из формообразующих операций может привести к нежелательному удалению других элементов, находящихся в иерархической зависимости от удаляемой операции. При удалении одного из элементов дерева модели в КОМПАС-3D появляется диалог, который информирует о том, какие зависимые операции построения будут неизбежно удалены автоматически.
Рис.1 Диалог удаления операции в КОМПАС
Если искать существующие аналогии рассмотренных технологий в системах двумерного проектирования, то можно вспомнить противопоставление ранних версий КОМПАС-График и T-FLEX CAD. T-FLEX CAD изначально работал на иерархической модели. Т.е. в нём можно было создавать цепочку построений и получалось «ветвистое дерево». И удаление одного из элементов могло привести к удалению других элементов — целой «ветки дерева». А в КОМПАС-График все элементы — геометрические примитивы — были независимы. Можно было безболезненно удалять выделенную часть изображения, перемещать её, добавлять новую геометрию.
В системах, основанных на использовании истории построения, конечно же существуют инструменты и приёмы, позволяющие бороться с нежелательными последствиями редактирования или удаления какой-то одной операции. Можно менять дерево модели, изменяя порядок построения путем перемещения определённых операций по дереву, если это позволяют иерархические связи.
Рис.2.1 и 2.2 Пример перемещения операции «Скругление:2» по дереву модели КОМПАС
Рис.3 Дерево модели КОМПАС в режиме отката
Рис.4 Контекстное меню для изменения плоскости эскиза
Первые системы, которые объединяют возможности параметрического моделирования со средствами прямого редактирования моделей, это системы от Siemens PLM Software с так называемой синхронной технологией. Сначала синхронная технология была реализована в Solid Edge, а затем и в NX и продолжает активно развиваться в настоящий момент.
Кроме того, у компании LEDAS появилась своя технология параметризации трёхмерных объектов. Она основывается на взаимодействии вариационного геометрического решателя LGS 3D от LEDAS с функциями любого геометрического ядра САПР. Эта технология позволяет работать с «чужой» геометрией путём наложения различных ограничений трёхмерного пространства. С октября 2011 года все права интеллектуальной собственности на исходные коды LGS 3D принадлежат компании Bricsys NV.
Возвращаясь к описанной выше аналогии с 2D-проектированием, технологию прямого вариационного моделирования можно сравнить с добавлением параметризации в КОМПАС-График. Эта технология точно также позволяет накладывать геометрические и размерные ограничения на элементы и геометрические объекты, только уже трёхмерного пространства. Таким образом, технология VDM — своеобразный параметризатор пространственных геометрических объектов.
Появление и развитие новой технологии моделирования в отрасли САПР, наличие работоспособной технологии VDM у LEDAS, а также, что немаловажно, выделение компанией АСКОН собственного геометрического ядра C3D в отдельный компонент, позволили представить пользователям КОМПАС-3D новую технологию моделирования. Именно появление C3D сделало технически возможным сотрудничество АСКОН и LEDAS в направлении добавления технологии прямого вариационного моделирования в КОМПАС-3D. Сначала она была доступна для ознакомления и работы как прикладная библиотека для пользователей КОМПАС-3D V13 SP2, а с выпуском новой версии V14 системы КОМПАС-3D технология вариационного прямого моделирования была включена в базовый функционал системы.
Особенности применения инструментов прямого моделирования в КОМПАС-3D
В качестве примера приведем изменение размеров корпуса и вала:
Прямое моделирование в КОМПАС-3D. Корпус
Прямое моделирования в КОМПАС-3D. Фланец
Применение системы КОМПАС-3D с технологией вариационного прямого моделирования позволит это сделать быстро, без необходимости перестроения габаритной модели заново и необходимости построения дополнительных эскизов для пояснения сути вносимых изменений своему коллеге. Модифицированную модель под свои потребности можно отправить обратно для дальнейшего согласования.
Даже если конструкторы работают в одной и той же системе на одном предприятии, у них всех всё равно разные подходы к моделированию, разный уровень владения функционалом САПР. Нередко одному конструктору необходимо применить модели другого, модифицировать их под свои задачи. В этом случая бывает тяжело разбираться в незнакомой истории построения. Используя технологию, можно эффективно пользоваться функцией «деталь-заготовка» и успешно дорабатывать модель согласно своим размерным критериям уже инструментами прямого вариационного моделирования.
Также эта технология позволяет использовать свои собственные наработки, выполненные в другой САПР. Она позволяет не просто сохранить результат моделирования в другом CAD-пакете, но и продолжать его успешно дорабатывать и модифицировать, внося новые исполнения и создавая прототипы на основе импортированной детали средствами прямого моделирования в КОМПАС-3D.
Описанные случаи встречаются в работе если не 100% конструкторов, то 95% точно.
Технология вариационного прямого моделирования в КОМПАC-3D будет удобна для освоения особенно тем пользователям, которые привыкли работать в 2D и в эскизах именно в параметрическом режиме. Среди её команд — команды наложения геометрических и размерных ограничений, а также команды выведения информации о наложенных на модель ограничениях. Однако, если в 2D для полного контроля над эскизом необходимо полностью увязать все геометрические примитивы между собой с помощью различных ограничений, то технология вариационного моделирования содержит так называемые интеллектуальные автоограничения. Она не требует от пользователя на 100% определить модель, а пытается добавить некоторые ограничения самостоятельно, сохраняя намерения проектировщика. То есть эти ограничения позволяют сохранить имеющуюся конструктивную концепцию детали — design intent. Например, если в модели детали имеются две цилиндрические поверхности, расположенные на одной оси, то при изменении расстояния от какой-нибудь поверхности, условно принятой за базовую до одного из этих отверстий, второе отверстие переместится автоматически, и после редактирования они останутся соосными. Конфигурация изделия в этом случае не поменяется.
Рис.5 Результат изменения расстояния до одного из отверстий, расположенных на одной оси
Как требование к моделям для работы с ними функциями вариационного прямого моделирования можно выделить то, что импортированная геометрия должна быть опознана, т.е. она должна быть прочитана и топологически целостна. Следует отметить также ограничения по сложности модели. Насыщенную модель с большим числом граней технология вряд ли сможет редактировать, главным образом, из-за интеллектуального подхода добавления ограничений на основании конструктивной концепции модели. В настоящее время технология может работать только с элементарными поверхностями, так называемыми аналитическими поверхностями: плоскость, цилиндр, конус, сфера, тор. Технология VDM пока не применима к сложным сплайновым поверхностям и рассматривает их как жесткие объекты.
Рис. 6 Пример импортированной геометрии с нарушенной топологией
Некое смещение в сторону применения и популяризации технологий прямого моделирования состоялось. Доступная ранее пользователям SolidEdge и NX в виде синхронной технологии, технология прямого моделирования стала теперь доступна и пользователям КОМПАС-3D в форме технологии вариационного моделирования. Команды прямого моделирования доступны пользователям SolidWorks через команду «подвинуть грань», хотя в этом случае перестроение модели идёт по «обычному сценарию» с записью изменений в дерево построения.
При популяризации использования технологии синхронного моделирования в Solid Edge и NX основной упор делается на скорость внесения изменений в модель и скорость перестроения модели. Используя технологию вариационного моделирования, пользователи КОМПАС-3D также получают выигрыш в скорости редактирования моделей. Обе технологии базируются на функциях прямого моделирования, однако поддержка намерений в них реализована по-разному. В синхронной технологии при перемещении грани необходимо дополнительно задать геометрические ограничения, указав, например, параллельные и перпендикулярные грани, а инструменты вариационного моделирования старается их установить самостоятельно.
Новый КОМПАС-3D V14 становится более «демократичным» и открытым к работе с моделями других САПР. КОМПАС-3D с технологией вариационного прямого моделирования делает своих пользователей более адаптивными к внешней среде, позволяя повысить эффективность их взаимодействия с пользователями других CAD-пакетов и получить максимально полезный результат от применения в своей деятельности моделей с импортированной геометрией.
АСКОН выпустил новый КОМПАС-3D v20
АСКОН выпустил новый КОМПАС-3D v20
Компания АСКОН представила новую версию своего флагманского продукта — КОМПАС-3D v20. Это российская система проектирования, построенная на собственном геометрическом ядре C3D, в которой работают 100 000 профессиональных инженеров во всех отраслях промышленности.
Новая версия умеет напрямую читать форматы практически всех популярных CAD-систем без необходимости их предварительной конвертации, в том числе при вставке импортированных компонентов в сборку КОМПАС-3D. Появились новые инструменты прямого редактирования геометрии. Доработано поверхностное и листовое моделирование, проделана большая работа над удобством проектирования, скоростью и производительностью системы.
Игорь Волокитин, Директор по продукту КОМПАС-3D:
Новейшая история КОМПАС-3D началась еще с 17-й версии, и 20-я версия получила все то лучшее, что было сделано в предыдущих:
v17 — современный дизайн: кардинально обновленный интерфейс и приемы работы
v18 — скорость: в разы увеличенное быстродействие системы при работе с большими сборками
v19 — эффективность: новая функциональность для решения задач двигателестроения, авиастроения и судостроения.
Обновленный КОМПАС-3D — это современный, производительный и еще более функциональный продукт, который успешно решит задачи как текущих, так и новых пользователей.
Прямое чтение форматов других CAD-систем
КОМПАС-3D научился напрямую открывать модели практически всех популярных CAD-систем без использования дополнительного конвертера. Поддерживаются форматы систем: UGS/NX, CATIA, ProE/Creo, SolidWorks, SolidEdge и Inventor.
Новинка доступна в базовой функциональности КОМПАС-3D v20.
Управление наборами инструментальных панелей и другие изменения в интерфейсе
Появилась возможность управлять наборами инструментальных панелей: создавать свой набор, наполнять его необходимыми командами, перемещать, скрывать и удалять.
Контекстные панели тоже можно настроить под себя. Их состав зависит от документа, с которым работает пользователь, а также от выбранного объекта: грани, ребра или отрезка на чертеже.
Новинки поверхностного моделирования
Функциональность поверхностного моделирования КОМПАС-3D пополнилась абсолютно новым типом поверхностей — «Поверхностью конического сечения», которая образуется путем перемещения кривой конического сечения по двум направляющим с возможностью изменения параметров этого сечения. В итоге формируется очень гладкая поверхность на всем своем протяжении.
Переработана поверхность по сети кривых. Теперь в качестве границ поверхности можно использовать многосегментные кривые, явно задавать цепочки соединения характерных точек, контролировать направление сопряжения поверхностей, оптимизировать форму поверхности для получения более предсказуемого результата на нечасто заданной, но достаточно искривленной сетке кривых.
Для диагностики гладкости поверхностей создана новая команда «Сетка графиков кривизны». Результат работы команды — графики кривизны для линий пересечения поверхности с плоскостями, расположенными либо параллельно базовой плоскости, либо радиально вокруг указанной точки.
Новинки листового моделирования
Твердотельную или поверхностную модель, в т.ч. модель без истории построения, теперь можно превратить в листовую деталь, а затем получить развертку. При этом задаются различные параметры самого листового тела, углов и сгибов. Доступен автоматический поиск скруглений, определяющих положение сгибов в листовом теле, а полученное листовое тело сохраняет ассоциативную связь с исходной моделью.
Новая команда «Отбортовка» строит сгиб в листовой детали вдоль плоского ребра произвольной формы.
«Штамповка телом» — еще одна новая команда, создает в листовом теле штамповку по форме другого, заранее созданного в модели тела. При выполнении операции можно указать, является ли это тело пуансоном или матрицей, а также выбрать грани для вырубки — на их месте в штамповке будут отверстия.
Новая панель управления свойствами изделия и его составных частей
Появилась новая панель управления «Состав изделия», предназначенная для работы со свойствами изделия и его составных частей. «Состав изделия» поможет просматривать и изменять свойства составных частей, управлять их вхождением в спецификацию текущего стиля, добавлять и удалять их.
Новое приложение «Оборудование: Кабельные каналы»
Приложение позволит быстро построить кабельные каналы без предварительно созданной траектории. Настроить стили с указанием профиля канала, поворотов и ветвлений. Автоматически подсчитать крепежные элементы и добавить их в спецификацию. Пользователь сможет добавить свои элементы в состав кабельного канала и задать профиль канала с помощью библиотеки фрагментов. Приложение будет полезно для проектирования подключения оборудования к электропитанию или автоматике.
«Изоляция» металлоконструкций и импорт из IFC
В приложении «Оборудование: Металлоконструкции» появилась группа команд для изолирования каркасных конструкций. Можно изолировать профиль, тело или грань целиком. Новые команды пригодятся при проектировании набора судна.
Вторая крупная новинка приложения — импорт из IFC (Industry Foundation Classes). Новая команда открывает файл формата IFC, содержащий металлоконструкции, для последующего редактирования. IFC — это открытый формат для обмена данными между различными BIM-системами, например, Renga. После чтения металлоконструкции можно редактировать командами приложения, сформировать комплект документации КМД и выгрузить модели для резки на станках с ЧПУ.
Подробнее об импорте из IFC смотрите в видео: https://youtu.be/CnODbat-K3I.
Новинки строительных приложений: электроснабжение и наружные сети
Продолжает развиваться приложение «КОМПАС. Электроснабжение», его функциональность пополнилась электротехническими расчетами: расчет токов короткого замыкания по ГОСТ 28249-93 (однофазный, двухфазный и трехфазный, ударные замыкания); расчет падения напряжения (с учетом температуры в помещении); расчетный ток линии; расчет необходимого количества жил кабеля. Все расчеты доступны не только в Электротехнической модели, но и формируются в отчет «Расчет электрический нагрузок» по РТМ 36.18.32.4-92.
При трассировке и прокладке кабелей приложение позволяет создавать кабельные группы. Ответвительные коробки формируются в автоматическом режиме.
Также специалист может получить не только общую спецификацию оборудования, материалов и изделий на объект, но и поэтажную. При внесении изменений спецификации автоматически обновляются.
В приложение добавлены автоматизированные проверки: корректность структуры электротехнической модели, соответствие номинальных значений расчетным и др.
В приложениях по наружным сетям «Газоснабжение: ГСН», «Наружные сети: НВК» и «Тепловые сети: ТС» появилась возможность многотрубной прокладки сетей — это построение сразу нескольких сетей по одной траектории. Усовершенствованная оцифровка топографического изображения сократит время работы специалистов.
Что еще нового?
Всего в КОМПАС-3D v20 реализовано более 100 функциональных изменений.
В режиме 2D появилась дуговая осевая линия, управляющий размер длины дуги окружности.
Новинка в 3D-моделировании — команда «Разрезать» для разделения тела на части — особенно пригодится тем, кто проектирует технологическую оснастку. Доработаны команды массивов. Теперь можно копировать отдельные экземпляры других массивов, для отверстия появилась возможность включать в состав массива ось и резьбу.
По предложениям пользователей реализована возможность изолирования компонентов (не путать с изоляцией). Это режим, в котором отображаются только выбранные компоненты.
Усовершенствована простановка позиций в ассоциативном чертеже. Созданное обозначение позиции теперь автоматически включается в объект спецификации компонента, на который указывает линия-выноска обозначения. В случае, когда точка начала выноски задана внутри контура проекции грани, система автоматически создает ассоциативную связь между линией-выноской и проекцией грани.
Продолжаем развивать тему производительности и быстродействия различных процессов, причем не только в 3D, но и при работе с чертежами. Ускорено групповое открытие документов, переключение между вкладками документов, построение массива операций, выполнение операции «Отверстие» c автоматическим определением области применения, очистка области, перерисовка чертежа на экране и др.
В приложении «Валы и механические передачи» появились новые типы резьбы: метрическая по ГОСТ 4608-81, американская дюймовая UN по стандарту ASME B1.1-2003, британская дюймовая Витворта по стандарту BS 84:1956, окулярная резьба по ГОСТ 5359-77.
В приложение «Оборудование: Развертки» добавлены новые типы переходных, цилиндрических и конических патрубков.
В приложении «Механика: Пружины» появились пружины из нержавеющей стали.
В приложении «Оборудование. Кабели и жгуты» реализован импорт данных из системы САПР МАКС. В 3D-модель сборки изделия передается список компонентов жгута с позиционными обозначениями и ссылкой на трехмерные модели компонентов, а также список групповых электрических соединений между компонентами жгута. На этой основе приложение формирует 3D-модель жгута (кабеля). При импорте данных происходит одновременное заполнение таблицы соединений жгута.
Подробнее о новой версии: kompas.ru/kompas-3d/v20. Попробуйте все новинки КОМПАС-3D v20 сами!
Презентация новой версии
Узнайте подробности и задайте вопросы о КОМПАС-3D v20 напрямую команде разработки на официальной презентации новой версии. На мероприятии вы узнаете, какие новинки появились в 20-й версии и благодаря каким предприятиям и пользователям это произошло, над чем сейчас работают разработчики геометрического ядра C3D, каковы результаты тестирования v20 в авиастроении, кто стал лучшим участником бета-тестирования v20. В конце презентации представители разработки КОМПАС-3D ответят на вопросы участников.
Начало презентации КОМПАС-3D v20 8 июля в 11: 00 по московскому времени. Онлайн-трансляция из Санкт-Петербурга.
Участие бесплатное, требуется регистрация.
Новинки КОМПАС-3D v20 и история их появления
Заглянуть за горизонт: над чем сейчас работает команда геометрического ядра C3D,
Олег Зыков, C3D Labs
Оценка протестированного функционала новинок КОМПАС-3D v20 в контексте проектирования моделей внешних обводов аэродинамических компоновок летательных аппаратов,
Сергей Фонин, СибНИА им. С. А. Чаплыгина
Награждение лучших участников бета-тестирования КОМПАС-3D v20
Ответы на вопросы, общение с представителями разработки и техподдержки.
