tärkeä virstanpylväs tietokoneavusteisen suunnittelun (CAD) historiassa tuli vuonna 1987 julkaistun Pro/Engineerin, nykyisen PTC Creon myötä, joka esitteli CAD-teollisuuden historiaan pohjautuvaan parametriseen mallinnukseen. Sen jälkeen parametrista paradigmaa on käytetty lähes kaikissa valtavirran CAD-ohjelmissa, mukaan lukien SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX ja Onshape. Jos olet tehnyt CAD mallinnus kahden viime vuosikymmenen aikana, mahdollisuudet ovat olet perehtynyt historiaan perustuva parametrinen suunnittelu.
pähkinänkuoressa parametrisessä suunnittelussa insinöörit rakentavat 3D-geometriaa pala palalta. 2D-luonnokset muuttuvat 3D-ominaisuuksiksi, joiden rajoitteet ja suhteet sopivat asianmukaisesti suunnittelijan aikomukseen. Koska jokainen vaihe seuraa edeltävistä vaiheista, parametrinen suunnittelu voi vaatia huolellista suunnittelua.
parametrisen mallinnuksen voimasta ja suosiosta huolimatta toisella CAD-paradigmalla on oma osansa kannattajista: suoralla mallinnuksella. Suoramallinnuksessa geometria on kuningas. Käyttäjien ei enää tarvitse huolehtia oman osansa historiasta, vaan he voivat sen sijaan toimia suoraan 3D-geometrian mukaisesti sellaisenaan. Jotkut nykyaikaiset CAD-järjestelmät käyttävät suoraa mallinnusta historiapohjaisen parametrisen mallinnuksen sijaan, kun taas toiset tarjoavat yhdistelmän parametrisia ja suoria työkaluja.
ymmärtääksemme paremmin parametrisen ja suoramallinnuksen eroja, mitä käyttötapauksia ne voisivat parhaiten käyttää ja miten ne voisivat kehittyä edelleen, puhuimme kokeneille CAD-käyttäjille ja alan sisäpiiriläisille heidän näkemyksestään näistä kahdesta paradigmasta.
parametrinen mallinnus
ensinnäkin selvennetään käyttämäämme terminologiaa. Pro / Engineerin suunnitteluparadigmaa kutsutaan ehkä oikein ”historiapohjaiseksi”, koska mallin lineaarinen vaiheittainen luonne todella erottaa sen suorasta mallinnuksesta, jota voidaan kutsua myös ” historiattomaksi.”
”historiaan perustuva CAD-ohjelmisto luottaa siihen, että käyttäjä rakentaa yksittäisen osan, jossa on useita ominaisuuksia”, kirjoitti veteraani CAD-käyttäjä Matt Lombard eBook-julkaisussa Siemensin CAD-ohjelmistosta Solid Edgestä. ”Ohjelmisto muistaa ominaisuudet järjestyksessä, ja mallin on ratkaistava nämä ominaisuudet täydellisesti joka askeleella päästäkseen eteenpäin. Voit ajatella tätä mallia rakennus kuin tietokoneohjelma. Annat tietokoneelle ohjeet jokaista askelta varten, ja se suorittaa nämä vaiheet aina, kun malli on rakennettava uudelleen.”
kuitenkin historiaan perustuvaa mallinnusta kutsutaan usein ”parametriseksi”, joten käsittelemme näitä kahta termiä samankaltaisina. Muista tämä Lombardin varoitus: ”ihmisillä on usein väärä käsitys, että vain historiaan perustuvat ohjelmistot ovat parametrisia. Parametrinen tarkoittaa sitä, että mallia ohjaavat parametrit, jotka voivat sisältää mitat, kuvion esiintymät, seinämän paksuudet, reikien halkaisijat ja syvyydet ja niin edelleen.”
Lombardin analogia tietokoneohjelmasta on osuva parametriseen mallinnukseen. Aivan kuten ohjelmaa kirjoittaessa, mitä enemmän insinööri miettii etukäteen, mitä yritetään saada aikaan, sitä parempi lopputulos. Vaikka malli, kuten ohjelma, voidaan koota lennossa, se voi olla huolimaton ja vaikea muiden insinöörien muokata.
Roland Schwarz, toinen kokenut CAD-käyttäjä, huomautti, että tämä parametrisen mallinnuksen tosiasia voi olla kaksiteräinen miekka.
”jos työskentelee jonkun kanssa, joka on todella hyvä parametriikassa ja jäsentää projektinsa hyvällä, harkitulla, tiukalla tavalla, se on fantastista”, Schwarz sanoi. ”Mutta voi olla joku, joka vain menee sinne ja kyljyksiä ja muutoksia ja on tavaraa kopioitu väärissä paikoissa, eikä siinä ole loogista järjestelmää. Silloin se menee sotkuiseksi, ja haluan aloittaa alusta viennillä ja tuonnilla.”(Mallin vieminen ja tuominen poistaa sen ominaisuushistorian ja muuttaa sen niin sanotuksi” tyhmäksi geometriaksi”, joka on vain geometria ilman suunnittelutarkoitusta).
parhaat parametriset CAD-suunnittelijat ovat niin taitavia jäsentämään projektejaan, että heidät voidaan joskus tunnistaa vain katsomalla yhtä malleistaan, ikään kuin he olisivat jättäneet jälkeensä digitaaliset sormenjäljet historiapuuhun. Vaikka loppumalli on täsmälleen sama, sinne pääsee monella tavalla-ja jotkut ovat ehdottomasti parempia kuin toiset.
”And my way ’ s the best”, vitsaili Schwarz. ”Niin jokainen hyvä CAD mallintaja sanoo.”
parametrinen mallinnus on erittäin hyödyllinen tuotteille, joita ohjaavat mitat—ajattele vakiomuotoista toimistohintaa, kuten pöytiä ja hyllyjä tai työkaluja, joiden koko voi vaihdella. Parametrisen lähestymistavan avulla insinöörit voivat nopeasti ja helposti luoda erilaisia kokoonpanoja malleilleen.
mutta siellä, missä ei-niin-tiukat mallintajat elävät, parametriseen mallinnusparadigmaan on alkanut ilmaantua säröjä.
”joskus luulen, että historiassa voi juuttua”, sanoi Bruce Bartlett, toinen CAD-veteraani. ”Niin paljon kuin historia antaa sinulle mahdollisuuden muuttaa asioita nopeasti, haittapuolena on, jos et ymmärrä, miten se on rakennettu tai sinulla on joku, joka rakentaa tavaraa, joka saa hieman käsistä, voit viettää enemmän aikaa kahlaamalla läpi historian puu kuin vain tarttumalla joitakin kasvoja ja siirtämällä niitä.”
parametrisen mallinnuksen toinen heikkous on se, että ominaisuuksien määrän kasvaessa myös mallin päivittämiseen tarvittava laskenta lisääntyy.
” jos historiapuussa on osa, jossa on 1000 ominaisuutta, kun muokkaat tuon puun viimeistä ominaisuutta, se menee hyvin nopeasti”, selitti dan Staples, Siemens PLM: n valtavirran suunnittelujohtaja. ”Mutta kun muokkaat ensimmäisen ominaisuuden, että puu, se voi kestää hyvin kauan, koska se on laskea kaikki 1,000 välillä ennen kuin se saa 1,001 St ominaisuus.”
vahvuuksien ja heikkouksien tasapainoineen, onko parametrinen mallinnus paras vaihtoehto CAD-suunnittelussa? Staplesin mielestä ei.
”ajatus jonkin ulottuvuuden muokkaamisesta sellaisen hyvin ennustettavan tuloksen saavuttamiseksi, joka kunnioittaa suunnittelijan tarkoitusperiä, on luonnostaan arvokas”, hän sanoi. ”Pro/Engineerin vuonna 1987 tekemä ja lähes kaikkien muiden 25 vuoden ajan kopioima toteutus, joka tunnetaan historiapohjaisena suunnitteluna, ei ole tehokkain tapa muokata tätä ulottuvuutta.”
Staples, luonnollisesti tarpeeksi, kannattaa Siemensin synkronista teknologiaa, paradigmaa josta keskustelemme myöhemmin.
Suoramallinnus
nimensä mukaisesti direct modeling tarjoaa suunnittelijoille mitä-näet-mitä-saat-lähestymistavan malliensa rakentamiseen ja muokkaamiseen.
” asiantuntijat kiistelevät tämän termin hienoviritteisistä määritelmistä ja muunnelmista, mutta yleensä suora muokkaus on CAD-menetelmä, jossa mallin kasvoja manipuloidaan suoraan sen sijaan, että piirremäärityksiä tai luonnoksia muokataan epäsuorasti…geometrian tekemisellä ei ole väliä eikä suoraan sanottuna ole yhtä mielenkiintoista kuin geometrian muuttamisella”, Lombard kirjoitti.
suoramallinnuksessa suunnittelijat voivat työntää ja vetää malliaan vaihtaakseen sitä. Yksi tämän ominaisuuden eduista on se, että malleja voidaan helposti muuttaa, mikä mahdollistaa nopean iteroinnin ja prototyyppien tekemisen. Tästä syystä, suora mallinnus on löytänyt markkinarako maailmassa teollisen muotoilun, jossa fluid käyrät ja rohkea estetiikka on suuri rooli.
”on olemassa käyttötapauksia, kuten erittäin orgaaninen suunnittelu, kuvanveisto, konseptisuunnittelu, generatiivinen suunnittelu ja de-featuring analysointia varten, jossa täysin ei-parametrinen työkalusarja voi olla erinomainen ja joskus paras valinta”, sanoo Dave Corcoran, onshapen perustaja ja tutkimus-ja kehitysjohtaja.
lisäksi ilman parametrisen mallinnuksen riippuvuuksia ja historiaa suoramallinnuksella voidaan poistaa joitakin heikon parametrisen suunnittelun ongelmia.
” mielestäni CAD-mallintajan todellinen testi ei ole se, mitä he voivat tehdä, vaan se, mitä he voivat muuttaa. Suora mallinnus varmasti avaa kentän valtavasti siitä, mitä he voivat muuttaa aiheuttamatta täydellistä häiriötä”, Schwarz sanoi.
mahdollisuus vaihtaa mallia murehtimatta sen rikkomista voi merkitä paljon erityisesti yrityksille, jotka haluavat laajentaa CAD-mallinsa käyttökelpoisuutta. Schwarz kuvaili CAD-malleja omaisuudeksi,ja kuten mikä tahansa muu omaisuuserä, ne vaativat sijoituksen turvatakseen.
”CAD-mallin tekemiseen kuluu paljon aikaa ja rahaa, ja niitä halutaan suojella ja niiden halutaan pysyvän käyttökelpoisina. Suora mallinnus suojaa tuota sijoitusta”, Schwarz selitti.
mutta suoralla mallintamisella on omat haittapuolensa.
”useimmat historiattomat järjestelmät eivät käsittele hyvin mittojen muokkaamista ja ennustettavan tuloksen saamista”, Staples sanoi. ”Joskus kuulet ihmisten puhuvan push-me-pull-you-järjestelmästä, ja he näyttävät hyvin seksikkäiltä, mutta kun push tulee työntää päivän päätteeksi, haluat todella pystyä muokkaamaan ulottuvuuksia ja luomaan ulottuvuuksia ja niin edelleen.”
toinen suoramallinnuksen ongelma on se, että useimmille CAD-malleille se ei yksinkertaisesti ole sitä, mihin he ovat tottuneet. Vuosien kokemuksen parametrisen suunnittelun—ja vuosien tottua sen puutteita-voi vain olla motivaation puute harkita vaihtoehtoa.
”en usko, että parametrinen mallinnus on katoamassa lähiaikoina”, Schwarz sanoi. ”Siellä on hyvin suuri joukko käyttäjiä siellä, jotka ovat hyvin staked ulos siitä ja pitävät siitä, tai ainakin he ovat tyytyväisiä siihen ja eivät mene minnekään. Minusta suora mallintaminen on iso askel eteenpäin. Samalla uskon, että on olemassa kulttuuri, jonka on kehityttävä sen ympärille—jossa siitä tulee hyväksytympi ja ymmärretympi parhaista tavoista käyttää sitä—erityisesti mitä tulee mallintamisprojektin hallintaan tuotteen elinaikana tai jopa sen alkuperäisen kehityksen aikana ilman, että siitä tulee suurempi ongelma kuin ratkaisu.”
hämärtää Suunnitteluparadigmojen välistä rajaa
useimmat valtavirran CAD-järjestelmät tarjoavat jonkin verran sekä parametristen että suorien työkalujen sekoitusta, joskin näiden työkalujen ominaisuudet voivat vaihdella.
”Onshape on parametrinen mallinnus, mutta se on hieman suoraa mallinnus rakennettu päälle,” selitti Bruce Bartlett, Onshape käyttäjä. ”Se on suora mallinnus, mutta se on silti parametrinen. Joskus toivon, että se voisi olla vain puhdas suora mallintaja, ja voisimme vain liikutella kasvoja ilman mitään historiaa.”
Bartlett viittaa siihen, että vaikka nämä työkalut toimivat suorien muokkaustyökalujen tavoin, ne luovat silti piirteitä historiapuuhun. Koska true direct-mallinnus on historiatonta, tämä lähestymistapa on vain lähes suora. Kuten Onshape, SOLIDWORKS tarjoaa myös suoria muokkaustyökaluja, jotka voivat olla käteviä käyttäjille tietyissä tehtävissä, mutta jättävät lopulta ominaisuuksia historiapuuhun, säilyttäen parametrisen suunnittelun mahdolliset ongelmat.
muut CAD-ohjelmat toteuttavat hybridityökalut eri tavoin. Esimerkiksi Autodeskin Fusion 360: n avulla käyttäjät voivat toimia joko parametrisessa tai suoramallinnustilassa. Direct-tilassa suunnitteluhistoriaa ei tallenneta lainkaan. Käyttäjät voivat myös muuntaa minkä tahansa ominaisuuden suoraksi mallinnusominaisuudeksi jättäen muun parametrisen historiapuun ennalleen.
Siemens ottaa NX-ja Solid Edge CAD-ohjelmistossaan toisen lähestymistavan, jota se kutsuu synkroniteknologiaksi. Synchronous technology väittää ainutlaatuisen naimisiin paras parametrinen ja suora mallinnus valmiuksia yhdessä ympäristössä.
”synkronitekniikalla voin joko siirtää kasvoja käsin tai voin siirtää kasvoja muokkaamalla ulottuvuuksia”, Staples selitti. ”Ja meillä on ainutlaatuinen teknologia selvittää kaikki tämä ja säilyttää kaikki, että suunnittelu aikomus samalla, mutta ilman painolastia historia puu tai mitään recompute.”
Staples uskoo, että synkroninen teknologia menee askeleen pidemmälle kuin muiden CAD-ohjelmien hybridityökalujen sekoitus, sivuuttaen joitakin ongelmia, joita voi syntyä järjestelmissä, jotka toteuttavat suoramallinnuksen historiapuun ominaisuutena.
” ajattele yksinkertaista tapausta, lohkoa, jossa on reikä. Reikä on halkaisijaltaan puoli senttiä. Olet mallintanut tätä viisi vuotta, ja siinä on 1000 ominaisuutta, ja lopuksi pomosi haluaa muuttaa Tuon puolen tuuman halkaisijan 0,4 tuumaksi. Ja luulet ’okei, aion vain ohjata muokata tätä,’ joka lisää 1,001 St ominaisuus. Tämä on ohitus, joka muuttaa reiän 0,4 tuumaa.
” tuntuu kuin olisit ratkaissut ongelmasi. Mutta mitä olet todella tehnyt on lisännyt monimutkaisuutta historian puu ja mitätöi suunnittelun aikomus. Kun joku palaa siihen osaan vuotta myöhemmin, hän menee muokkaamaan sitä ensimmäistä ominaisuutta puussa, ja se kirjoitetaan uudelleen ja korvataan myöhemmin puussa. Tämä käsitys, että lisäominaisuuksien lisääminen puuhun on jonkin ongelman ratkaisemista … se on hyvin lähiaikojen ongelman ratkaisemista, mutta lisäämällä monia muita ongelmia suunnitteluprosessiisi myöhemmin.”
vaikka jotkut CAD-käyttäjät saattavat suhtautua varauksellisesti synkroniteknologian väitteisiin, sitä käyttävät suorastaan ylistävät sitä. Tarkoittaako tämä, että kysymys parametrisesta vs suoramallinnuksesta on kiistanalainen, ja synkroninen teknologia on tie eteenpäin? Riippuu keneltä kysyt.
” ei ole olemassa yhtä mallintavaa tuotelähestymistapaa, joka olisi optimaalinen kaikkiin tilanteisiin. Työkalut, jotka ovat ylimitoitettuja ja yrittävät ratkaista liian monta käyttötapausta yhdessä työkalusarjassa, ovat yleensä vaikeita käyttää ja liian monimutkaisia”, sanoo Onshapen Dave Corcoran.
jotkut Solid Edge-käyttäjät ovat raportoineet vaikeuksista synchronous-teknologian käytössä tietyissä skenaarioissa, kuten monimutkaisessa pintamallinnuksessa, minkä Staples myöntää. ”Jos teet hyvin esteettisesti miellyttäviä osia, jotka vaativat paljon pintapohjaista suunnittelua, synchronous ei sovellu hyvin siihen nykyisessä tilassaan”, hän sanoi.
voidaan myös ihmetellä, miksi jos synkronitekniikka on niin hyödyllinen kuin sen kannattajat väittävät, se ei ole laajempaa paradigmaa. Staples uskoo, että syynä on se, että Siemens on juuri niin paljon teknologisen käyrän edellä, suurelta osin siksi, että se omistaa Päivänvarjoydin-ytimen ja D-Cubed-rajoitteen, joka ratkaisee SDK: n. Mutta ehkä on yksinkertaisempi syy, jonka hän kiteytti hienosti: ”insinöörit eivät ole ihmisiä, jotka haluavat muuttua paljon.”Historiapohjainen parametrinen mallinnus on edelleen hallitseva paradigma CAD-maailmassa, ja varjopuolistaan huolimatta se toimii hienosti.
”tässä vaiheessa historiaa SOLIDWORKS toimii 98 prosenttia tai paremmin siitä, mitä joku siellä tekee”, Schwarz sanoi.
ajan mittaan kuitenkin uusien insinöörisukupolvien astuessa CAD-mallinnuksen maailmaan, ehkä Vanhat historiaan perustuvat menetelmät väistyvät jokseenkin synkronisen teknologian tieltä, eikä parametrisen ja suoran mallinnuksen erottelulla välttämättä ole enää merkitystä.
”luulen, että ajan myötä raja hämärtyy, ja se vain on eri puolilla työkalupakkia”, Schwarz sanoi .
tällä välin tässä ei-tyhjentävä luettelo merkittävimmistä CAD-ohjelmista ja siitä, mitä suunnitteluparadigmaa ne noudattavat:
|
parametrinen mallinnus* |
Suoramallinnus |
Synkronitekniikka |
|
|
|
*kaikki nämä alustat sisältävät myös joitakin suoran mallinnuksen näkökohtia.