a számítógéppel segített tervezés (CAD) történetének egyik legfontosabb mérföldköve a Pro/ENGINEER, most PTC Creo 1987-es kiadása volt, amely bevezette a CAD iparágat a történelemalapú parametrikus modellezésbe. Azóta a parametrikus paradigmát szinte minden mainstream CAD programban alkalmazzák, beleértve a SOLIDWORKS, az Autodesk Inventor, a Creo parametrikus, a CATIA, az NX és az Onshape programokat. Ha az elmúlt két évtizedben bármilyen CAD modellezést végzett, akkor valószínű, hogy ismeri a történelemalapú parametrikus tervezést.
dióhéjban a parametrikus tervezés során a mérnökök darabonként felépítik a 3D geometriát. A 2D-s vázlatok 3D-s funkciókká alakulnak, a korlátok és a kapcsolatok megfelelően alkalmazhatók a tervező szándékához. Mivel azonban minden lépés az előző lépésekből következik, a paraméteres tervezés gondos tervezést igényelhet.
a parametrikus modellezés ereje és népszerűsége ellenére egy másik CAD paradigmának is megvan a maga támogatója: a közvetlen modellezés. A közvetlen modellezésben a geometria a király. A felhasználóknak már nem kell aggódniuk a részük története miatt, ehelyett közvetlenül a 3D geometriára cselekedhetnek. Néhány modern CAD rendszer a közvetlen modellezést használja a történelem alapú parametrikus modellezés helyett, míg mások a parametrikus és a közvetlen eszközök keverékét biztosítják.
annak érdekében, hogy jobban megértsük a parametrikus és a közvetlen modellezés közötti különbségeket, milyen felhasználási esetekre lehet a legjobb, és hogyan fejlődhetnek tovább, beszéltünk tapasztalt CAD-felhasználókkal és iparági bennfentesekkel, hogy felvegyék a két paradigmát.
parametrikus modellezés
először is tisztázzuk az általunk használt terminológiát. A Pro/ENGINEER által úttörő tervezési paradigmát talán a legjobban “történelem-alapúnak” nevezik, mivel a modell lineáris, lépésről lépésre történő jellege különbözteti meg a közvetlen modellezéstől, amelyet “történelem-mentesnek” is nevezhetünk.”
“a Történelemalapú CAD szoftver a felhasználóra támaszkodik, hogy egy egyedi alkatrészt készítsen egy sor funkcióval”-írta Matt Lombard veterán CAD-felhasználó egy e-könyvben a Siemens Solid Edge CAD szoftveréről. “A szoftver sorrendben emlékszik a funkciókra, és a modellnek meg kell oldania ezeket a funkciókat annak érdekében, hogy minden lépésben tökéletesen haladjon előre. Gondolhat erre a modellépítési módszerre, mint egy számítógépes programra. Minden lépéshez utasításokat ad a számítógépnek, és végrehajtja ezeket a lépéseket minden alkalommal, amikor a modellt újra kell építeni.”
ennek ellenére a történelemalapú modellezést gyakran “parametriálisnak” nevezik, ezért a két kifejezést hasonlónak fogjuk tekinteni. Ne feledje ezt a Lombard-figyelmeztetést: “az emberek gyakran tévesen gondolják, hogy csak a történelemalapú szoftver paraméteres. A parametrikus azt jelenti, hogy a modellt paraméterek vezérlik, amelyek magukban foglalhatják a méreteket, a minta példányokat, a falvastagságokat, a lyukátmérőket és a mélységeket stb.”
Lombard számítógépes program analógiája alkalmas a parametrikus modellezésre. Csakúgy, mint egy program írásakor, minél jobban gondolkodik egy mérnök arról, hogy mit próbál elérni, annál jobb a végeredmény. Annak ellenére, hogy egy modell, mint egy program, menet közben is összeállítható, lehet, hogy hanyag és nehéz más mérnökök számára szerkeszteni.
Roland Schwarz, egy másik tapasztalt CAD-felhasználó rámutatott, hogy a parametrikus modellezés ténye kétélű kard lehet.
“ha olyan valakivel dolgozol együtt, aki igazán jó a paraméterezésben, és jól, átgondolt, szigorú módon strukturálja a projektjét, az fantasztikus”-mondta Schwarz. “De lehet valaki, aki csak bejut oda, aprít és változtat, és rossz helyre másolja a dolgokat, és ennek nincs logikus rendszere. Ez az, amikor rendetlen lesz, és csak azt akarom, hogy a semmiből egy export és import.”(A modell exportálása és importálása eltávolítja a jellemző előzményeit, és úgynevezett “buta geometriává” változtatja, amely csak a tervezési szándék nélküli geometria).
a legjobb parametrikus CAD tervezők annyira ügyesen strukturálják projektjeiket, hogy néha csak az egyik modelljükre nézve azonosíthatók, mintha digitális ujjlenyomatokat hagytak volna a történelem fán. Annak ellenére, hogy a végmodell pontosan ugyanaz, sokféle módon lehet odajutni—és egyesek határozottan jobbak, mint mások.
“és az én utam a legjobb” – viccelődött Schwarz. “Ezt fogja mondani minden jó CAD modellező.”
a parametrikus modellezés rendkívül hasznos olyan termékeknél, amelyeket a méretek vezérelnek—gondoljon a szokásos irodai viteldíjakra, például íróasztalokra, polcokra vagy olyan eszközökre, amelyek mérete változhat. A parametrikus megközelítéssel a mérnökök gyorsan és egyszerűen létrehozhatják terveik különböző konfigurációit.
de ahonnan a nem túl szigorú modellezők élnek, repedések kezdtek megjelenni a paraméteres modellezési paradigmában.
“néha azt hiszem, hogy elakadhatsz a történelemben” – mondta Bruce Bartlett, egy másik CAD veterán. “Annak ellenére, hogy a történelem lehetővé teszi a dolgok gyors megváltoztatását, a hátránya az, hogy ha nem érti, hogyan épül fel, vagy van valaki, aki olyan dolgokat épít, amelyek kissé elszabadulnak, akkor több időt tölthet a történelem fán átgázolva, mint néhány arc megragadása és mozgatása.”
a parametrikus modellezés másik gyengesége, hogy a funkciók számának növekedésével a modell frissítéséhez szükséges számítás is növekszik.
“ha van egy része 1000 funkcióval a történelem fában, akkor az utolsó funkció szerkesztésekor nagyon gyorsan megy” – magyarázta Dan Staples, a Siemens PLM mainstream engineering alelnöke. “De amikor szerkeszti az első funkciót abban a fában, nagyon hosszú időbe telhet, mert mind az 1000-et ki kell számítania, mielőtt elérné az 1001.funkciót.”
az erősségek és gyengeségek egyensúlyával a parametrikus modellezés a legjobb megoldás a CAD tervezéshez? Staples nem így gondolja.
” a dimenzió szerkesztése egy nagyon kiszámítható eredmény elérése érdekében, amely tiszteletben tartja a tervező szándékát, eredendően értékes ” – mondta. “A történelem alapú tervezés néven ismert megvalósítás, amelyet a Pro/ENGINEER 1987-ben készített, és az elmúlt 25 évben gyakorlatilag mindenki más lemásolt, nem a leghatékonyabb módja ennek a dimenziónak a szerkesztésére.”
a Staples természetesen támogatja a Siemens szinkron technológiáját, ezt a paradigmát később tárgyaljuk.
közvetlen modellezés
ahogy a neve is mutatja, a direct modeling a tervezők számára olyan megközelítést kínál, amit látsz, amit kapsz modelljeik építéséhez és szerkesztéséhez.
“úgy tűnik, hogy nincs vége a szakértők vitatkoznak finoman árnyalt definíciók és változatai ezt a kifejezést, de általában, direct edit egy CAD módszer, ahol közvetlenül manipulálni arcok a modell, ahelyett, hogy közvetve szerkeszteni jellemző definíciók vagy vázlatok…hogy a geometria készül igazán nem számít, és őszintén szólva, nem olyan érdekes, mint hogy a geometria változik,” Lombard írta.
a közvetlen modellezés során a tervezők tolhatják és húzhatják a modellt, hogy megváltoztassák. Ennek a képességnek az egyik előnye, hogy a tervek könnyen megváltoztathatók, lehetővé téve a gyors iterációt és a prototípus-készítést. Ezért a közvetlen modellezés rést talált az ipari formatervezés világában, ahol a folyékony görbék és a merész esztétika nagy szerepet játszanak.
“vannak olyan felhasználási esetek, mint például a rendkívül organikus tervezés, a szobrászat, a koncepciótervezés, a generatív tervezés és a de-featuring elemzés, ahol egy teljesen nem paraméteres eszközkészlet kiváló és néha a legjobb választás lehet”-mondta Dave Corcoran, az Onshape társalapítója és a kutatás és fejlesztés alelnöke.
továbbá a parametrikus modellezés függőségei és története nélkül a közvetlen modellezés kiküszöbölheti a rossz parametrikus tervezés néhány problémáját.
“úgy gondolom, hogy egy CAD modellező valódi próbája nem az, amit meg tud tenni, hanem az, amit meg tud változtatni. A közvetlen modellezés határozottan megnyitja a terepet arról, hogy mit változtathatnak meg anélkül, hogy teljes zavart okoznának” – mondta Schwarz.
a modell megváltoztatásának képessége anélkül, hogy aggódna a törés miatt, sokat jelenthet, különösen azoknak a vállalatoknak, amelyek kiterjesztik CAD modelljük hasznosságát. Schwarz A CAD modelleket eszközként írta le, és mint minden más eszköz, befektetést igényelnek a biztosításhoz.
“sok idő és pénz megy egy CAD modell elkészítésébe, és ezeket meg akarja védeni, és azt akarja, hogy hasznosak maradjanak. A közvetlen modellezés megvédi ezt a beruházást” – magyarázta Schwarz.
de a közvetlen modellezés saját hátrányokkal jár.
“a legtöbb történelemmentes rendszer nem foglalkozik jól a dimenziók szerkesztésével és a kiszámítható eredmény elérésével” – mondta Staples. “Néha azt hallod, hogy az emberek push-me-pull-you típusú rendszerről beszélnek, és nagyon szexinek tűnnek, de amikor a nap végén lökés jön, akkor nagyon szeretnél dimenziókat szerkeszteni, dimenziós helyeket létrehozni és így tovább.”
a közvetlen modellezés másik problémája, hogy a legtöbb CAD modellező számára egyszerűen nem az, amit megszoktak. A parametrikus tervezés sokéves tapasztalata – és a hiányosságokhoz való hozzászokás-után egyszerűen hiányzik a motiváció egy alternatíva megfontolására.
“nem hiszem, hogy a parametrikus modellezés hamarosan eltűnik” – mondta Schwarz. “Nagyon sok felhasználó van odakint, akik jól ki vannak téve benne, és szeretik, vagy legalábbis jól érzik magukat vele, és nem mennek sehova. Úgy gondolom, hogy a közvetlen modellezés hatalmas előrelépés. Ugyanakkor úgy gondolom, hogy van egy kultúra, amelynek fejlődnie kell körülötte—ahol elfogadottabbá és megértettebbé válik a felhasználás legjobb módjairól—különösen a modellezési projekt irányítása szempontjából egy termék élettartama alatt, vagy akár a kezdeti fejlesztés élettartama alatt anélkül, hogy nagyobb problémává válna, mint megoldássá.”
a tervezési paradigmák közötti vonal elmosása
a legtöbb mainstream CAD rendszer mind a parametrikus, mind a közvetlen eszközök keverékét kínálja, bár ezeknek az eszközöknek a képessége változhat.
“az Onshape egy parametrikus modellező, de van egy kis közvetlen modellezés a tetején” – magyarázta Bruce Bartlett, egy Onshape felhasználó. “Ez közvetlen modellezés, de még mindig paraméteres. Néha azt kívánom, bárcsak csak egy tiszta közvetlen modellező lenne, és csak az arcokat mozgathatnánk történelem nélkül.”
Bartlett arra utal, hogy bár ezek az eszközök közvetlen szerkesztőeszközökként működnek, mégis funkciókat hoznak létre az előzményfában. Mivel a valódi közvetlen modellezés történelemmentes, ez a megközelítés csak kvázi közvetlen. Az Onshape-hez hasonlóan a SOLIDWORKS közvetlen szerkesztési eszközöket is kínál, amelyek hasznosak lehetnek a felhasználók számára bizonyos feladatokhoz, de végül a funkciókat az előzményfában hagyják, fenntartva a parametrikus tervezés lehetséges problémáit.
más CAD programok különböző módon valósítják meg a hibrid eszközöket. Az Autodesk Fusion 360 például lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy parametrikus vagy közvetlen modellezési módban működjenek. Közvetlen módban a tervezési előzmények egyáltalán nem kerülnek rögzítésre. A felhasználók bármely funkciót közvetlen modellezési funkcióvá is konvertálhatnak, miközben a parametrikus előzményfa többi részét érintetlenül hagyják.
a Siemens egy másik megközelítést alkalmaz, amelyet szinkron technológiának hív, az NX és a Solid Edge CAD szoftverében. A szinkron technológia egyedülálló módon egyesíti a legjobb parametrikus és közvetlen modellezési képességeket egyetlen környezetben.
“a szinkron technológiával vagy kézzel tudom mozgatni az arcokat, vagy a méretek szerkesztésével tudom mozgatni az arcokat” – magyarázta Staples. “Megvan az egyedülálló technológiánk, hogy mindezt kitaláljuk, és megőrizzük ezt a tervezési szándékot, de anélkül, hogy egy történelemfa vagy bármilyen újraszámítás lenne.”
Staples úgy véli, hogy a szinkron technológia egy lépéssel tovább megy, mint a többi CAD program hibrid eszközkeveréke, elkerülve néhány olyan problémát, amelyek felmerülhetnek olyan rendszerekben, amelyek a közvetlen modellezést a történelemfa egyik jellemzőjeként valósítják meg.
” Gondolj egy egyszerű esetre, egy blokkra, amelyben lyuk van. A lyuk átmérője fél hüvelyk. Öt éve modellezed ezt, és 1000 jellemzője van, és a végén a főnököd meg akarja változtatni ezt a fél hüvelyk átmérőt 0,4 hüvelykre. És azt gondolod, hogy ‘oké, én csak ezt fogom szerkeszteni’, ami hozzáad egy 1001. funkciót. Ez egy felülírás, amely a lyukat 0,4 hüvelykre változtatja.
“úgy tűnik, megoldottad a problémádat. De amit valójában tettél, az az, hogy összetettebbé tetted a történelemfát, és érvénytelenítetted a tervezési szándékot. Most, amikor valaki egy évvel később visszatér erre a részre, szerkeszteni fogja az első funkciót a fán, és újra kiszámítja, és később felülírja a fán. Tehát ez az elképzelés, hogy ha több funkciót adunk a fához, megoldunk néhány problémát… ez egy nagyon rövid távú problémát old meg, de sokkal több problémát ad hozzá a mérnöki folyamathoz.”
míg egyes CAD-felhasználóknak fenntartásaik lehetnek a szinkron technológia állításaival kapcsolatban, azok, akik ezt használják, gyakorlatilag dicsérik. Ez azt jelenti, hogy a parametrikus vs közvetlen modellezés kérdése vitatott, és a szinkron technológia az előrelépés? Attól függ, kit kérdezel.
“nincs egyetlen modellező termék megközelítés optimális minden helyzetben. Azok az eszközök, amelyek túl általánosítottak, és túl sok felhasználási esetet próbálnak megoldani egy eszközkészletben, általában nehezen használhatók és túl bonyolultak” – mondta Dave Corcoran, az Onshape munkatársa.
néhány Solid Edge felhasználó nehézségekről számolt be a szinkron technológia használatával bizonyos esetekben, mint például a komplex felületmodellezés, amely korlátozás Staples elismeri. “Ha nagyon esztétikus alkatrészeket csinálsz, amelyek sok felület alapú tervezést igényelnek, a synchronous nem alkalmas erre a jelenlegi állapotában” – mondta.
azon is elgondolkodhatunk, hogy ha a szinkron technológia olyan előnyös, mint a támogatói állítják, akkor miért nem szélesebb körben elterjedt paradigma. A Staples szerint ennek az az oka, hogy a Siemens éppen ilyen messze van a technológiai görbe előtt, nagyrészt a Parasolid kernel és a D-Cubed constraint solving SDK tulajdonjoga miatt. De talán van egy egyszerűbb ok, amelyet szépen összegzett: “a mérnökök nem olyan emberek, akik szeretnek sokat változtatni.”A történelemalapú parametrikus modellezés továbbra is a domináns paradigma a CAD világában, és hátrányai ellenére remekül működik.
“a történelem ezen pontján a SOLIDWORKS 98% – ban vagy annál jobban működik, mint bárki más” – mondta Schwarz.
idővel azonban, ahogy a mérnökök új generációi belépnek a CAD modellezés világába, talán a régi történelemalapú módszerek inkább a szinkron technológiához hasonlítanak, és a parametrikus és a közvetlen modellezés közötti különbség már nem releváns.
“azt hiszem, idővel a vonal elmosódik, és csak az eszköztár különböző oldalai lesznek” – mondta Schwarz .
addig is itt van egy nem kimerítő lista a legjelentősebb CAD programokról és arról, hogy milyen tervezési paradigmát tartanak be:
|
paraméteres modellezés* |
közvetlen modellezés |
szinkron technológia |
|
|
|
*mindezek a platformok tartalmazzák a közvetlen modellezés néhány aspektusát is.