klíčový milník v historii computer-aided design (CAD), přišel s 1987 vydání Pro/ENGINEER, teď PTC Creo, která zavedla CAD průmyslu historii na bázi parametrického modelování. Od té doby, parametrické paradigma byl zaměstnán v téměř všech běžných CAD program, včetně SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX a Onshape. Pokud jste v posledních dvou desetiletích provedli jakékoli modelování CAD, je pravděpodobné, že jste obeznámeni s parametrickým designem založeným na historii.
stručně řečeno, parametrický design zahrnuje inženýry, kteří vytvářejí 3D geometrii kousek po kousku. 2D náčrtky se změní na 3D funkce, s omezeními a vztahy řádně aplikovanými tak, aby odpovídaly záměru designéra. Protože však každý krok vyplývá z předchozích kroků, parametrický návrh může vyžadovat pečlivé plánování.
navzdory síle a popularitě parametrického modelování má další CAD paradigma svůj vlastní podíl zastánců: přímé modelování. V přímém modelování je geometrie králem. Uživatelé se již nemusí starat o historii své části a místo toho mohou jednat přímo na 3D geometrii tak, jak je. Některé moderní CAD systémy používají přímé modelování namísto parametrického modelování založeného na historii, zatímco jiné poskytují kombinaci parametrických a přímých nástrojů.
lépe pochopit rozdíly mezi parametrické a přímé modelování, jaké používají případech může být nejlepší, a jak by mohl i nadále vyvíjet, mluvili jsme zkušený CAD uživatelů a zasvěcenci průmyslu pro jejich vzít na dvě paradigmata.
parametrické modelování
nejprve si ujasněme terminologii, kterou používáme. Design paradigma propagoval tím, že Pro/ENGINEER je možná nejvíce správně nazývá „historie-based“, jak je to lineární krok-za-krokem povahu model, který skutečně odlišuje od přímé modelování, který může být také nazýván „historie-zdarma.“
„Historie-na základě CAD software spoléhá na uživateli vytvořit individuální část s řadou funkcí,“ napsal veterán CAD uživatele Matt Lombard v eBook o společnosti Siemens CAD software Solid Edge. „Software si pamatuje funkce v pořádku a model musí tyto funkce vyřešit, aby se dokonale v každém kroku posunul vpřed. Tuto metodu vytváření modelů si můžete představit jako počítačový program. Dáte počítači pokyny pro každý krok a provede tyto kroky pro pokaždé, když musí být model přestavěn.“
nicméně modelování založené na historii je často označováno jako „parametrické“, a proto budeme oba termíny považovat za podobné. Jen mějte na paměti tuto námitku od Lombarda: „lidé mají často mylnou představu, že parametrický je pouze software založený na historii. Parametrické znamená, že model je poháněn parametry, které mohou zahrnovat rozměry, instance vzoru, tloušťky stěny, průměry otvorů a hloubky atd.“
Lombardova analogie počítačového programu je vhodná pro parametrické modelování. Stejně jako při psaní programu, čím více inženýr přemýšlí dopředu o tom, co se snaží dosáhnout, tím lepší je konečný výsledek. I když model, jako program, lze sestavit za běhu, pro ostatní inženýry může být nedbalé a obtížné je upravovat.
Roland Schwarz, další zkušený uživatel CAD, poukázal na to, že tato skutečnost parametrického modelování může být dvojsečný meč.
„Pokud pracujete s někým, kdo je opravdu dobrý v parametrics a struktury jejich projekt v dobré, promyšlené, důsledné způsobem, je to fantastické,“ Schwarz řekl. „Ale můžete mít někoho, kdo se tam prostě dostane a seká a mění a má věci zkopírované na špatných místech a není to logický systém. To je, když to dostane chaotický, a já chci začít od nuly s exportem a importem.“(Export a import modelu odstraní jeho historii funkcí a změní ji na takzvanou „hloupou geometrii“, což je jen geometrie bez návrhu).
nejlepší parametričtí CAD návrháři jsou tak zběhlí ve strukturování svých projektů, že je lze někdy identifikovat pouhým pohledem na jeden ze svých modelů, jako by zanechali digitální otisky prstů na stromu historie. I když konec model je přesně stejný, existuje mnoho způsobů, jak se tam dostat—a některé jsou rozhodně lepší než jiné.
„a moje cesta je nejlepší,“ žertoval Schwarz. „To řekne každý dobrý modelář CAD.“
parametrické modelování je velmi užitečné pro produkty, které jsou poháněny rozměry-myslete na standardní kancelářské jízdné, jako jsou stoly a regály nebo nástroje, které se mohou lišit velikostí. Díky parametrickému přístupu mohou inženýři rychle a snadno vytvářet různé konfigurace svých návrhů.
ale z místa, kde žijí ne tak přísní modeláři, se v paradigmatu parametrického modelování začaly objevovat trhliny.
“ někdy si myslím, že se můžete dostat do historie,“ řekl Bruce Bartlett, další veterán CAD. „Stejně jako v historii vám dává možnost změnit věci rychle, nevýhodou je, že pokud nechcete pochopit, jak je to postavené, nebo máte někoho, kdo staví věci, že dostane trochu mimo kontrolu, můžete strávit více času brodili historii stromu, než jen popadl některé tváře a je v pohybu.“
další slabinou parametrického modelování je to, že s rostoucím počtem funkcí se zvyšuje i výpočet potřebný k aktualizaci vašeho modelu.
„, Pokud máte část s 1000 prvky v historii stromu, když upravujete poslední rys v tom, že strom to jde velmi rychle,“ vysvětlil Dan Staples, Siemens PLM viceprezident proudu inženýrství. „Ale když upravíte první funkci v tomto stromu, může to trvat velmi dlouho, protože musí vypočítat všech 1 000 mezi tím, než se dostane k 1 001.funkci.“
díky své rovnováze silných a slabých stránek je parametrické modelování nejlepší volbou pro návrh CAD? Staples si to nemyslí.
„představa úpravy dimenze pro dosažení velmi předvídatelného výsledku, který respektuje záměr designéra, je ze své podstaty cenná,“ řekl. „Provádění známý jako historie založené na designu, Pro/ENGINEER zpět v roce 1987 a kopírovat tím, že prakticky všichni ostatní teď za posledních 25 let, není nejefektivnější způsob, jak upravit rozměr.“
Sponky, přirozeně, obhajuje Siemens synchronní technologie, paradigma budeme diskutovat později.
přímé modelování
jak již název napovídá, přímé modelování nabízí návrhářům přístup k vytváření a úpravám jejich modelů.
„zdá se, že žádný konec odborníci dohadovat, jemně odstíněné, definice a variace tohoto pojmu, ale obecně platí, že přímé editaci je CAD metoda, kde si přímo manipulovat plochy modelu, spíše než nepřímo upravit prvek definice nebo náčrtky…jak geometrie je vyroben opravdu nezáleží, a, upřímně řečeno, není tak zajímavé jako to, jak se geometrie nemění,“ Lombard napsal.
v přímém modelování mohou návrháři tlačit a tahat na svůj model, aby jej změnili. Jednou z výhod této schopnosti je snadnost, s jakou lze návrhy měnit, což umožňuje rychlou iteraci a prototypování. Z tohoto důvodu si přímé modelování našlo místo ve světě průmyslového designu, kde velkou roli hrají tekuté křivky a odvážná estetika.
„Tam jsou případy použití, jako vysoce ekologického designu, sochařství, koncept, design, generativní design a de-představovat pro analýzu, kde je to naprosto non-parametrické sada nástrojů může být vynikající a někdy nejlepší volba,“ řekl Dave Corcoran, Onshape spoluzakladatel a viceprezident výzkumu a vývoje.
kromě toho, bez závislostí a historie parametrického modelování, přímé modelování může eliminovat některé problémy špatného parametrického návrhu.
“ myslím, že skutečný test CAD modeláře není to, co mohou udělat, ale to, co mohou změnit. Přímé modelování rozhodně otevírá pole o tom, co mohou změnit, aniž by došlo k úplnému narušení, “ řekl Schwarz.
schopnost změnit model bez obav z jeho rozbití může znamenat hodně, zejména pro společnosti, které chtějí rozšířit užitečnost svého CAD modelu. Schwarz popsal CAD modely jako aktiva a jako každé jiné aktivum vyžadují investici k zajištění.
„hodně času a peněz jde do výroby modelu CAD a chcete je chránit a chcete, aby zůstaly užitečné. Přímé modelování tuto investici ochrání, “ vysvětlil Schwarz.
ale přímé modelování přichází s vlastním podílem nevýhod.
„většina systémů bez historie se nezabývá dobře úpravou dimenzí a získáním předvídatelného výsledku,“ řekl Staples. „Někdy uslyšíte lidi mluvit o push-pull-druh systému, a vypadají velmi sexy, ale když jde do tuhého na konci dne, opravdu chcete být schopni upravit rozměry a vytvářet trojrozměrné místech, a tak dále.“
dalším problémem s přímým modelováním je, že pro většinu CAD modelářů to prostě není to, na co jsou zvyklí. Po letech zkušeností s parametrickým návrhem-a letech zvykání si na jeho nedostatky-může být nedostatek motivace uvažovat o alternativě.
„nemyslím si, že parametrické modelování v dohledné době zmizí,“ řekl Schwarz. „Existuje velmi velká populace uživatelů, kteří jsou v něm dobře vytyčeni a Líbí se jim, nebo alespoň jsou s tím spokojeni a nikam nechodí. Myslím, že přímé modelování je obrovský krok vpřed. Zároveň myslím, že je to kultura, která se musí vyvíjet kolem něj—tam, kde to stane se více přijímány a více zřejmé, o nejlepší způsoby, jak používat to—zejména pokud jde o řízení modelování projektu v průběhu životnosti produktu nebo dokonce i život jeho počáteční vývoj, aniž by to stát větší problém než řešení.“
rozmazání hranice mezi paradigmaty návrhu
většina běžných CAD systémů nabízí určitou směs parametrických i přímých nástrojů, i když schopnost těchto nástrojů se může lišit.
„Onshape je parametrický modelář, ale má trochu přímé modelování postavené nad ním,“ vysvětlil Bruce Bartlett, Onshape uživatele. „Je to přímé modelování, ale je to stále parametrické. Někdy bych si přál, aby to mohl být jen čistý přímý modelář, a mohli bychom se jen pohybovat tváří bez jakékoli historie.“
Bartlett odkazuje na to, že i když tyto nástroje fungují jako nástroje pro přímé úpravy, stále vytvářejí funkce ve stromu historie. Vzhledem k tomu, že skutečné přímé modelování je bez historie, je tento přístup pouze kvazi-přímý. Jako Onshape, SOLIDWORKS nabízí také přímé editační nástroje, které mohou být užitečné pro uživatele pro určité úkoly, ale nakonec odejít, funkce v historii strom, zachování potenciální problémy parametrického designu.
jiné CAD programy implementují hybridní nástroje různými způsoby. Například Fusion 360 společnosti Autodesk umožňuje uživatelům pracovat v parametrickém nebo přímém režimu modelování. V přímém režimu nebude vaše historie designu zaznamenána vůbec. Uživatelé mohou také převést jakoukoli funkci na funkci přímého modelování, zatímco zbytek parametrického stromu historie zůstane neporušený.
společnost Siemens používá ve svém softwaru NX a Solid Edge CAD jiný přístup, který nazývá synchronní technologií. Synchronní technologie tvrdí, že jedinečně provdá to nejlepší z parametrických a přímých modelovacích schopností v jediném prostředí.
„se synchronní technologií mohu buď pohybovat tvářemi ručně, nebo mohu přesouvat tváře úpravou rozměrů,“ vysvětlil Staples. „A máme unikátní technologii, aby na to všechno přišel a zachovat všechny, že záměr návrhu, zatímco dělá tak, ale bez zavazadel historii strom nebo jakékoli přepočítat.“
Sponky se domnívá, že synchronní technologie jde o krok dále než ostatní CAD programy hybridní směs nástroje, uhýbání některé problémy, které mohou vzniknout v systémech, které realizují přímé modelování jako funkce v historii strom.
“ Přemýšlejte o jednoduchém případu, bloku s otvorem v něm. Otvor má průměr půl palce. Modelujete na tom pět let a má to 1000 funkcí a na konci chce váš šéf změnit průměr půl palce na 0,4 palce. A Vy si myslíte, že „dobře, já to jen upravím“, což přidá 1 001 St funkci. Toto je přepsání, které změní otvor na 0,4 palce.
“ zdá se, že jste vyřešili svůj problém. Ale to, co jste opravdu udělali, je přidání složitosti do stromu historie a zneplatnění záměru návrhu. Nyní, když se někdo vrátí k této části o rok později, jdou upravit první prvek ve stromu, a to bude přepočítat a přepsat později ve stromu. Takže myšlenka, že přidání více funkcí do stromu řeší nějaký problém, je to řešení velmi blízko-termín problém, ale přidává mnohem více problémů pro váš proces inženýrství.“
zatímco někteří uživatelé CAD mohou mít výhrady k nárokům synchronní technologie, ti, kteří ji používají, prakticky zpívají její chválu. Znamená to, že otázka parametrického vs přímého modelování je diskutabilní a synchronní technologie je cestou vpřed? To záleží na tom, koho se zeptáte.
“ neexistuje žádný modelový produkt, který by byl optimální pro všechny situace. Nástroje, které jsou příliš zobecněné a snaží se vyřešit příliš mnoho případů použití v jedné sadě nástrojů, bývají obtížně použitelné a příliš komplikované, “ řekl Dave Corcoran z Onshape.
někteří uživatelé Solid Edge hlásili potíže s použitím synchronní technologie v určitých scénářích, jako je komplexní modelování povrchu, což je omezení, které Staples připouští. „Pokud děláte velmi esteticky příjemné části, které vyžadují hodně povrchového designu, synchronní se k tomu v současném stavu příliš nehodí,“ řekl.
jeden by se také mohl divit, proč, pokud je synchronní technologie tak prospěšná, jak tvrdí její zastánci, není to rozšířenější paradigma. Staples věří, že důvodem je to, že Siemens je právě tak daleko před technologickou křivkou, z velké části kvůli vlastnictví jádra Parasolid a SDK pro řešení omezení D-Cubed. Ale možná existuje jednodušší důvod, který pěkně shrnul: „inženýři nejsou lidé, kteří se rádi hodně mění.“Parametrické modelování založené na historii je stále dominantním paradigmatem ve světě CAD a navzdory jeho nevýhodám funguje dobře.
„v tomto bodě historie SOLIDWORKS pracuje na 98 procent nebo lépe z toho, co tam někdo dělá,“ řekl Schwarz.
v Průběhu doby, nicméně, jak nové generace inženýrů vstoupit do světa CAD modelování, možná staré historie-metody založené na bude dát způsob, jak něco jako synchronní technologie, a rozdíl mezi parametrické a přímé modelování již nemusí být relevantní.
“ myslím, že časem se linka rozmazá a budou to jen různé strany krabice na nářadí,“ řekl Schwarz .
mezitím je zde neúplný seznam některých nejvýznamnějších CAD programů a jaké designové paradigma dodržují:
|
Parametrické Modelování* |
Přímé Modelování |
Synchronní Technologie |
|
|
|
*všechny tyto platformy také zahrnují některé aspekty přímého modelování.