Wat is het verschil tussen parametrisch en Direct modelleren?

Creo Parametric is de opvolger van Pro/ENGINEER, die de CAD-industrie introduceerde bij historisch gebaseerd parametrisch ontwerp.(Figuur met dank aan PTC).

een belangrijke mijlpaal in de geschiedenis van computer-aided design (CAD) kwam met de 1987 release van Pro/ENGINEER, nu PTC Creo, die de CAD-industrie introduceerde tot geschiedenis-gebaseerde parametrische modellering. Sindsdien is het parametrische paradigma gebruikt in bijna elk mainstream CAD-programma, waaronder SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX en Onshape. Als je CAD-modellering hebt gedaan in de afgelopen twee decennia, is de kans groot dat je bekend bent met op geschiedenis gebaseerd parametrisch ontwerp.

in een notendop betekent parametrisch ontwerp dat ingenieurs stukje voor stukje een 3D-geometrie opbouwen. 2D-schetsen veranderen in 3D-functies, met beperkingen en relaties die naar behoren worden toegepast om de intentie van de ontwerper te passen. Echter, aangezien elke stap volgt uit voorgaande stappen, parametrisch ontwerp kan zorgvuldige planning vereisen.

ondanks de kracht en populariteit van parametrische modellering heeft een ander CAD-paradigma zijn eigen aandeel aan voorstanders: directe modellering. In direct modelleren is geometrie koning. Gebruikers hoeven zich geen zorgen meer te maken over de geschiedenis van hun deel en kunnen in plaats daarvan direct handelen op de 3D-geometrie zoals die is. Sommige moderne CAD-systemen gebruiken directe modellering in plaats van historische parametrische modellering, terwijl andere een mix van parametrische en directe hulpmiddelen bieden.

om de verschillen tussen parametrische en directe modellering beter te begrijpen, voor welke use cases ze het beste zouden kunnen zijn en hoe ze verder zouden kunnen evolueren, spraken we met ervaren CAD-gebruikers en insiders uit de industrie voor hun visie op de twee paradigma ‘ s.

parametrische modellering

parametrisch ontwerp begint met een schets (links) en voegt functies toe (zoals draaien, midden) om het uiteindelijke ontwerp op te bouwen (rechts). (Model van Onshape tutorial gemaakt door auteur).

laten we eerst de terminologie verduidelijken die we gebruiken. Het ontwerpparadigma dat door Pro/ENGINEER werd ontwikkeld, wordt misschien wel het meest correct “op geschiedenis gebaseerd” genoemd, omdat het de lineaire stap-voor-stap aard van het model is die het echt onderscheidt van directe modellering, die ook wel “geschiedenisvrij” zou kunnen worden genoemd.”

” op Geschiedenis gebaseerde CAD-software is gebaseerd op de gebruiker om een individueel onderdeel te bouwen met een reeks functies,” schreef CAD-gebruiker Matt Lombard in een eBook over Siemens’ CAD-software Solid Edge. “De software onthoudt de functies in volgorde, en het model moet deze functies op te lossen om perfect bij elke stap om vooruit te gaan. Je kunt deze methode van modelbouw zien als een computerprogramma. U geeft de computer instructies voor elke stap, en het voert die stappen uit voor elke keer dat het model moet worden herbouwd.”

niettemin wordt geschiedenis-gebaseerde modellering vaak aangeduid als” parametrisch, ” en dus zullen we de twee termen als vergelijkbaar behandelen. Houd dit voorbehoud van Lombard in gedachten: “mensen hebben vaak het verkeerde idee dat alleen op geschiedenis gebaseerde software parametrisch is. Parametrisch betekent dat het model wordt aangedreven door parameters, waaronder afmetingen, patrooninstances, wanddiktes, gatdiameters en dieptes, enzovoort.”

Lombard ‘ s analogie van een computerprogramma is geschikt voor parametrische modellering. Net als bij het schrijven van een programma, hoe meer een ingenieur vooruit denkt over wat er probeert te worden bereikt, hoe beter het eindresultaat. Hoewel een model, net als een programma, on the fly kan worden samengesteld, kan het slordig en moeilijk zijn voor andere ingenieurs om te bewerken. Roland Schwarz, een andere ervaren CAD-gebruiker, wees erop dat dit feit van parametrische modellering een tweesnijdend zwaard kan zijn.

” als je werkt met iemand die echt goed is in parametrics en hun project structureert op een goede, doordachte, rigoureuze manier, is het fantastisch,” zei Schwarz. “Maar je kunt iemand hebben die daar gewoon naar binnen gaat en dingen verandert en dingen op de verkeerde plaatsen laat kopiëren, en er is geen logisch systeem. Dat is wanneer het rommelig wordt, en Ik wil gewoon opnieuw beginnen met een export en import.”(Exporteren en importeren van het model verwijdert de functiegeschiedenis en verandert het in wat een “domme geometrie” wordt genoemd, wat gewoon de geometrie is zonder ontwerpintentie).

de beste parametrische CAD-ontwerpers zijn zo bedreven in het structureren van hun projecten dat ze soms kunnen worden geïdentificeerd door alleen maar naar een van hun modellen te kijken, alsof ze digitale vingerafdrukken achterlieten op de geschiedenisboom. Hoewel het eindmodel precies hetzelfde is, zijn er veel manieren om er te komen—en sommige zijn zeker beter dan andere. “And my way’ s the best, ” grapte Schwarz. “Dat is wat elke goede CAD modeler zal zeggen.”

parametrische modellering is uiterst nuttig voor producten die worden aangedreven door afmetingen—denk aan standaard kantoortarieven zoals bureaus en rekken of gereedschappen die in grootte kunnen variëren. Met de parametrische aanpak kunnen ingenieurs snel en eenvoudig verschillende configuraties van hun ontwerpen maken.

maar van waaruit de niet-zo-rigoureuze modelleerders leven, zijn er scheuren ontstaan in het parametrische modelleerparadigma. “Sometimes I think you can get bogged down in the history,” zei Bruce Bartlett, een andere CAD-veteraan. “Zoveel als de geschiedenis geeft je de mogelijkheid om dingen snel te veranderen, het nadeel is als je niet begrijpt hoe het is gebouwd of je hebt iemand die het bouwen van dingen die een beetje uit de hand loopt, kunt u meer tijd waden door de geschiedenis boom dan alleen grijpen sommige gezichten en verplaatsen.”

een andere zwakte van parametrische modellering is dat naarmate het aantal functies toeneemt, ook de berekening die nodig is om uw model bij te werken toeneemt.

” als je een onderdeel hebt met 1.000 functies in de geschiedenis boom, wanneer je de laatste functie in die boom bewerkt gaat het heel snel,” legde dan Staples, Siemens PLM vice president van mainstream engineering uit. “Maar als je de eerste functie in die boom te bewerken, het kan een zeer lange tijd duren, omdat het moet berekenen alle 1.000 in tussen voordat het krijgt om de 1,001 st-functie.”

met zijn balans van sterke en zwakke punten, is parametrische modellering de beste optie die er is voor CAD-ontwerp? Staples denkt van niet.

“de notie van het bewerken van een dimensie om een zeer voorspelbaar resultaat te bereiken dat de intentie van de ontwerper respecteert is inherent waardevol,” zei hij. “De implementatie die bekend staat als history-based design, gedaan door Pro/ENGINEER in 1987 en gekopieerd door vrijwel iedereen nu voor de laatste 25 jaar, is niet de meest efficiënte manier om die dimensie te bewerken.”

Staples pleit natuurlijk voor de synchrone technologie van Siemens, een paradigma dat we later zullen bespreken.

Direct Modeling

Screenshot van direct modeling in Creo Direct. (Figuur met dank aan PTC).

zoals de naam al aangeeft, biedt direct modeling ontwerpers een “wat-je-ziet-is-wat-je-krijgt-benadering” voor het bouwen en bewerken van hun modellen.

” er lijkt geen einde te zijn aan experts die argumenteren over fijn genuanceerde definities en variaties van deze term, maar in het algemeen is direct edit een CAD methode waarbij je direct gezichten van het model manipuleert, in plaats van indirect featuredefinities of schetsen te bewerken…hoe de meetkunde wordt gemaakt maakt echt niet uit en, eerlijk gezegd, is het niet zo interessant als hoe de meetkunde wordt veranderd, ” schreef Lombard.

bij direct modelleren kunnen ontwerpers hun model duwen en trekken om het te veranderen. Een voordeel van deze mogelijkheid is het gemak waarmee ontwerpen kunnen worden gewijzigd, waardoor snelle iteratie en prototyping mogelijk is. Om die reden heeft direct modeling een niche gevonden in de wereld van industrieel ontwerp, waar vloeiende curven en gedurfde esthetiek een grote rol spelen. “Er zijn use cases, zoals highly organic design, beeldhouwen, concept design, generative design en de-featuring voor analyse, waar een totaal niet-parametrische toolset een uitstekende en soms de beste keuze kan zijn,” zei Dave Corcoran, medeoprichter van Onshape en vice president of research and development.

bovendien, zonder de afhankelijkheden en geschiedenis van parametrische modellering, kan directe modellering enkele van de problemen van slecht parametrisch ontwerp elimineren. “I think the real test of a CAD modeler isn’ t what they can make, it ‘ s what they can change. Direct modeling zeker opent het veld enorm over wat kunnen ze veranderen zonder dat een volledige verstoring, ” Schwarz zei.

de mogelijkheid om een model te veranderen zonder zich zorgen te maken over het breken ervan kan veel betekenen, vooral voor bedrijven die het nut van hun CAD-model willen uitbreiden. Schwarz beschreef CAD-modellen als activa, en net als elke andere activa, ze vereisen een investering te beveiligen.

” er gaat veel tijd en geld in het maken van een CAD-model, en je wilt die beschermen, en je wilt dat ze nuttig blijven. Directe modellering zal die investering te beschermen, ” schwarz uitgelegd.

maar direct modelleren heeft zijn eigen nadelen.

” de meeste geschiedenis vrije systemen niet goed omgaan met het bewerken van dimensies en het krijgen van een voorspelbaar resultaat,” Staples zei. “Soms hoor je mensen praten over een push-me-pull-you soort systeem, en ze zien er erg sexy uit, maar als puntje bij paaltje komt aan het eind van de dag, wil je echt in staat zijn om dimensies te bewerken en dimensionale plaatsen te creëren enzovoort.”

een ander probleem met direct modelleren is dat, Voor de meeste CAD-modelers, het gewoon niet is wat ze gewend zijn. Na jaren ervaring met parametrisch ontwerp – en jaren wennen aan de tekortkomingen—is er misschien gewoon een gebrek aan motivatie om een alternatief te overwegen.

” ik denk niet dat parametrische modellering binnenkort verdwijnt, ” zei Schwarz. “Er is een zeer grote populatie van gebruikers die er zijn die goed worden bewaakt in het en het leuk vinden, of in ieder geval ze zijn comfortabel met het en nergens heen. Ik denk dat direct modelleren een grote stap voorwaarts is. Tegelijkertijd denk ik dat er een cultuur is die er omheen moet evolueren—waar het meer geaccepteerd en begrepen wordt over de beste manieren om het te gebruiken—vooral in termen van het managen van een modelleringsproject over de levensduur van een product of zelfs de levensduur van zijn eerste ontwikkeling zonder dat het een groter probleem dan een oplossing wordt.”

vervagen de lijn tussen Ontwerpparadigma ‘ s

schermafdruk van directe bewerking in Onshape met behulp van het gereedschap gezicht verplaatsen. Merk op hoe deze tool een functie maakt in de geschiedenisboom. (Figuur met dank aan Onshape).

de meeste gangbare CAD-systemen bieden een zekere mengeling van zowel parametrische als directe instrumenten, hoewel de mogelijkheden van deze instrumenten kunnen variëren.

“Onshape is een parametrische modeler, maar het heeft een beetje directe modellering gebouwd over de top van het,” legde Bruce Bartlett, een Onshape gebruiker. “Het is direct modelleren, maar het is nog steeds parametrisch. Soms zou ik willen dat het gewoon een pure directe modeler kon zijn, en we gewoon gezichten konden verplaatsen zonder enige geschiedenis.”

waar Bartlett naar verwijst is dat hoewel deze tools werken als direct editing tools, ze nog steeds functies creëren in de geschiedenisboom. Aangezien echte directe modellering geschiedenis-vrij is, is deze benadering slechts quasi-direct. Net als Onshape biedt SOLIDWORKS ook direct editing tools die handig kunnen zijn voor gebruikers voor bepaalde taken, maar uiteindelijk laat functies in de geschiedenis boom, het behoud van de potentiële problemen van parametrisch ontwerp.

voorbeeld van directe bewerking in SOLIDWORKS. Merk op dat de functie “Extrude 1” (boven) is vervangen door een nieuwe functie “Direct-Edit 1” (onder). (Figuur met dank aan SOLIDWORKS).

andere CAD-programma ‘ s implementeren de hybride tools op verschillende manieren. Autodesk Fusion 360, bijvoorbeeld, stelt gebruikers in staat om te werken in parametrische of directe modellering modus. In de directe modus wordt uw ontwerpgeschiedenis helemaal niet geregistreerd. Gebruikers kunnen ook een functie converteren naar een directe modellering functie terwijl de rest van de parametrische geschiedenis boom intact.

in Fusion 360 kunnen gebruikers schakelen tussen parametrische en directe Modelleringsmodus. (Figuur met dank aan Autodesk).

Siemens gebruikt een andere benadering, die het synchrone technologie noemt, in zijn NX en Solid Edge CAD-software. Synchrone technologie beweert uniek te trouwen met het beste van parametrische en directe modellering mogelijkheden in een enkele omgeving.

” met synchrone technologie kan ik gezichten met de hand bewegen of kan ik gezichten bewegen door dimensies te bewerken, ” legde Staples uit. “En we hebben de unieke technologie om dit alles uit te zoeken en al dat ontwerp intentie te behouden, maar zonder de bagage van een geschiedenis boom of een herberekening.”

Staples is van mening dat synchrone technologie een stap verder gaat dan de hybride mix van tools van andere CAD-programma’ s, waardoor sommige problemen die zich kunnen voordoen in systemen die directe modellering implementeren als een functie in de geschiedenisboom worden omzeild.

” denk aan een eenvoudig geval, een blok met een gat erin. Het gat is een halve inch in diameter. Je bent hier al vijf jaar mee bezig, en het heeft 1000 functies, en aan het einde wil je baas de diameter van een halve inch veranderen naar 0,4 inch. En je denkt: ‘Oké, ik ga dit gewoon direct bewerken,’ wat een 1001 St functie toevoegt. Dit is een override die het gat verandert in 0.4 inches.

” het lijkt alsof je je probleem hebt opgelost. Maar wat je echt hebt gedaan is de complexiteit aan de geschiedenisboom toegevoegd en de ontwerpintentie ontkracht. Als iemand een jaar later op dat deel terugkomt, gaan ze die eerste functie in de boom bewerken, en het gaat herberekenen en later in de boom worden overschreven. Dus het idee dat het toevoegen van meer functies aan de boom een probleem oplost… het lost een heel kortstondig probleem op, maar voegt veel meer problemen toe aan je engineeringsproces verderop in de lijn.”

hoewel sommige CAD-gebruikers bedenkingen hebben over de claims van synchrone technologie, prijzen degenen die deze technologie gebruiken het praktisch. Betekent dit dat de vraag van parametrische Versus directe modellering betwistbaar is, en synchrone technologie is de weg vooruit? Dat hangt ervan af aan wie je het vraagt.

” er is niet één productaanpak die optimaal is voor alle situaties. Tools die te veralgemeend zijn en proberen te veel use cases op te lossen in één toolset zijn vaak moeilijk te gebruiken en te ingewikkeld,” zei Onshape ‘ s Dave Corcoran.

sommige gebruikers van Solid Edge hebben problemen gemeld bij het gebruik van synchrone technologie in bepaalde scenario ‘ s, zoals complexe oppervlaktemodellering, een beperking die Staples toegeeft. “Als je doet zeer esthetisch aangename onderdelen die veel oppervlak gebaseerd ontwerp vereisen, synchrone is niet goed geschikt voor dat in de huidige staat,” zei hij. Men zou zich ook kunnen afvragen waarom, als synchrone technologie net zo nuttig is als de voorstanders beweren, het geen wijdverbreid paradigma is. Staples gelooft dat de reden is dat Siemens is net dat ver voor op de technologische curve, voor een groot deel vanwege zijn eigendom van de Parasolid kernel en D-Cubed constraint solving SDK. Maar misschien is er een simpelere reden, die hij mooi samenvatte: “ingenieurs zijn geen mensen die graag veranderen.”Geschiedenis gebaseerde parametrische modellering is nog steeds het dominante paradigma in de CAD-wereld en, ondanks de nadelen, het werkt prima. “Op dit punt in de geschiedenis werkt SOLIDWORKS voor 98 procent of beter van wat iedereen daar doet,” zei Schwarz. Naarmate nieuwe generaties ingenieurs echter de wereld van CAD-modellering betreden, zullen de oude, op de geschiedenis gebaseerde methoden wellicht plaats maken voor iets dat meer lijkt op synchrone technologie, en is het onderscheid tussen parametrische en directe modellering misschien niet langer relevant.

” ik denk dat na verloop van tijd de lijn zal vervagen, en het zal gewoon verschillende zijden van de gereedschapskist, ” Schwarz zei .

in de tussentijd is hier een niet-uitputtende lijst van enkele van de meest prominente CAD-programma ‘ s en aan welk ontwerpparadigma ze voldoen:

*al deze platforms bevatten ook enkele aspecten van directe modellering.