kluczowym kamieniem milowym w historii projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) było wydanie w 1987 roku Pro/ENGINEER, obecnie PTC Creo, które wprowadziło branżę CAD do modelowania parametrycznego opartego na historii. Od tego czasu paradygmat parametryczny został zastosowany w prawie każdym głównym programie CAD, w tym SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX i Onshape. Jeśli w ciągu ostatnich dwóch dekad wykonałeś jakiekolwiek modelowanie CAD, prawdopodobnie znasz projektowanie parametryczne oparte na historii.
w skrócie, projektowanie parametryczne obejmuje inżynierów budujących geometrię 3D kawałek po kawałku. Szkice 2D przekształcają się w funkcje 3D, z ograniczeniami i relacjami odpowiednio dopasowanymi do intencji projektanta. Ponieważ jednak każdy krok wynika z poprzednich kroków, projekt parametryczny może wymagać starannego planowania.
pomimo potęgi i popularności modelowania parametrycznego, inny paradygmat CAD ma swój własny udział zwolenników: modelowanie bezpośrednie. W modelowaniu bezpośrednim króluje geometria. Użytkownicy nie muszą już martwić się o historię swojej części i mogą zamiast tego działać bezpośrednio na geometrii 3D tak, jak jest. Niektóre nowoczesne systemy CAD wykorzystują modelowanie bezpośrednie zamiast modelowania parametrycznego opartego na historii, podczas gdy inne zapewniają połączenie narzędzi parametrycznych i bezpośrednich.
aby lepiej zrozumieć różnice między modelowaniem parametrycznym i bezpośrednim, jakie przypadki użycia mogą być najlepsze i jak mogą się rozwijać, rozmawialiśmy z doświadczonymi użytkownikami CAD i znawcami branży, aby poznać ich podejście do tych dwóch paradygmatów.
Modelowanie parametryczne
przede wszystkim wyjaśnijmy terminologię, której używamy. Paradygmat projektowania zapoczątkowany przez Pro / ENGINEER jest chyba najbardziej właściwie nazywany „opartym na historii”, ponieważ to liniowa natura modelu krok po kroku odróżnia go od modelowania bezpośredniego, które można również nazwać ” bez historii.”
” oprogramowanie CAD oparte na historii polega na tym, że użytkownik buduje indywidualną część z szeregiem funkcji”, napisał weteran CAD Matt Lombard w ebooku o oprogramowaniu CAD firmy Siemens Solid Edge. „Oprogramowanie zapamiętuje funkcje w kolejności, a model musi je rozwiązywać, aby na każdym kroku iść do przodu. Można myśleć o tej metodzie budowania modeli jak o programie komputerowym. Podajesz instrukcje komputera dla każdego kroku, a on wykonuje te kroki za każdym razem, gdy model musi zostać przebudowany.”
niemniej jednak modelowanie oparte na historii jest często określane jako „parametryczne”, więc będziemy traktować te dwa terminy jako podobne. Pamiętaj tylko o tym zastrzeżeniu Lombard: „ludzie często mają błędne wyobrażenie, że tylko oprogramowanie oparte na historii jest parametryczne. Parametryczne oznacza, że model jest napędzany przez parametry, które mogą obejmować wymiary, wzory, grubości ścianek, średnice i głębokości otworów i tak dalej.”
analogia programu komputerowego jest trafna do modelowania parametrycznego. Podobnie jak podczas pisania programu, im więcej inżynier myśli z wyprzedzeniem o tym, co stara się osiągnąć, tym lepszy efekt końcowy. Nawet jeśli model, podobnie jak program, można złożyć w locie, może to być niechlujne i trudne do edycji dla innych inżynierów.
Roland Schwarz, inny doświadczony użytkownik CAD, zwrócił uwagę, że ten fakt modelowania parametrycznego może być mieczem obosiecznym.
„jeśli pracujesz z kimś, kto jest naprawdę dobry w parametryzacji i strukturyzacji swojego projektu w dobry, przemyślany, rygorystyczny sposób, to jest fantastyczne”-powiedział Schwarz. „Ale możesz mieć kogoś, kto po prostu tam wchodzi, tnie, zmienia i ma rzeczy skopiowane w niewłaściwych miejscach, a nie ma w tym logicznego systemu. Wtedy robi się bałagan, a ja chcę zacząć od zera od eksportu i importu.”(Eksportowanie i importowanie modelu usuwa jego historię funkcji i zmienia ją w coś, co nazywa się „głupią geometrią”, która jest tylko geometrią bez intencji projektowych).
najlepsi projektanci parametrycznych CAD są tak biegli w strukturyzowaniu swoich projektów, że czasami można ich zidentyfikować po prostu patrząc na jeden z modeli, tak jakby pozostawili po sobie cyfrowe odciski palców na drzewie historii. Chociaż model końcowy jest dokładnie taki sam, istnieje wiele sposobów, aby się tam dostać—a niektóre są zdecydowanie lepsze od innych.
„a mój sposób jest najlepszy” – zażartował Schwarz. „Tak powie każdy dobry modelarz CAD.”
Modelowanie parametryczne jest niezwykle przydatne w przypadku produktów, które są napędzane przez wymiary—pomyśl o standardowej Taryfie biurowej, takiej jak biurka i półki lub narzędzia, które mogą się różnić rozmiarem. Dzięki podejściu parametrycznemu inżynierowie mogą szybko i łatwo tworzyć różne konfiguracje swoich projektów.
ale z miejsca, w którym żyją niezbyt rygorystyczni modelarze, zaczęły pojawiać się pęknięcia w paradygmacie modelowania parametrycznego.
„czasami myślę, że można ugrzęźnąć w historii”, powiedział Bruce Bartlett, inny weteran CAD. „O ile historia daje Ci możliwość szybkiej zmiany rzeczy, wadą jest to, że jeśli nie rozumiesz, jak jest zbudowana lub masz kogoś, kto tworzy rzeczy, które wymykają się spod kontroli, możesz spędzić więcej czasu brodząc po drzewie historii niż tylko chwytając niektóre twarze i przesuwając je.”
kolejną słabością modelowania parametrycznego jest to, że wraz ze wzrostem liczby funkcji, również obliczenia wymagane do aktualizacji modelu.
„jeśli masz część z 1000 funkcjami w drzewie historii, kiedy edytujesz ostatnią funkcję w tym drzewie, działa ona bardzo szybko”, wyjaśnił Dan Staples, wiceprezes Siemens PLM w mainstream engineering. „Ale kiedy edytujesz pierwszą funkcję w tym drzewie, może to potrwać bardzo długo, ponieważ musi obliczyć wszystkie 1000 pomiędzy, zanim dotrze do funkcji 1001 st.”
czy dzięki równowadze mocnych i słabych stron modelowanie parametryczne jest najlepszym rozwiązaniem do projektowania CAD? Staples tak nie uważa.
„pojęcie edycji wymiaru w celu osiągnięcia bardzo przewidywalnego wyniku, który szanuje intencje projektanta, jest z natury cenne” – powiedział. „Implementacja znana jako projekt oparty na historii, wykonana przez Pro/ENGINEER w 1987 roku i kopiowana przez praktycznie wszystkich innych przez ostatnie 25 lat, nie jest najskuteczniejszym sposobem edycji tego wymiaru.”
Staples, oczywiście, popiera technologię synchroniczną Siemensa, paradygmat, który omówimy później.
Modelowanie bezpośrednie
jak sama nazwa wskazuje, modelowanie bezpośrednie oferuje projektantom podejście do budowania i edytowania ich modeli.
„wydaje się, że nie ma końca ekspertów kłócących się o precyzyjnie dopracowane definicje i odmiany tego terminu, ale ogólnie rzecz biorąc, bezpośrednia edycja jest metodą CAD, w której bezpośrednio manipuluje się twarzami modelu, a nie pośrednio edytuje definicje funkcji lub szkice…sposób tworzenia geometrii naprawdę nie ma znaczenia i, szczerze mówiąc, nie jest tak interesujący, jak zmiana geometrii”, napisał Lombard.
w modelowaniu bezpośrednim projektanci mogą naciskać i ciągnąć swój model, aby go zmienić. Jedną z zalet tej możliwości jest łatwość, z jaką można zmieniać projekty, umożliwiając szybką iterację i prototypowanie. Z tego powodu modelowanie bezpośrednie znalazło niszę w świecie Wzornictwa Przemysłowego, w którym dużą rolę odgrywają płynne krzywe i odważna estetyka.
„istnieją przypadki użycia, takie jak projektowanie wysoce organiczne, rzeźbienie, projektowanie koncepcyjne, projektowanie generatywne i usuwanie cech do analizy, w których całkowicie nieparametryczny zestaw narzędzi może być doskonałym, a czasami najlepszym wyborem”, powiedział Dave Corcoran, współzałożyciel i wiceprezes ds. badań i rozwoju Onshape.
ponadto, bez zależności i historii modelowania parametrycznego, modelowanie bezpośrednie może wyeliminować niektóre problemy słabego projektowania parametrycznego.
” myślę, że prawdziwym testem modelarza CAD nie jest to, co mogą zrobić, tylko to, co mogą zmienić. Modelowanie bezpośrednie zdecydowanie otwiera pole o tym, co mogą zmienić, nie powodując całkowitego zakłócenia ” – powiedział Schwarz.
możliwość zmiany modelu bez martwienia się o jego złamanie może wiele znaczyć, szczególnie dla firm, które chcą rozszerzyć użyteczność swojego modelu CAD. Schwarz opisał modele CAD jako aktywa i jak każdy inny składnik aktywów, wymagają one inwestycji, aby je zabezpieczyć.
” tworzenie modelu CAD zajmuje dużo czasu i pieniędzy, a Ty chcesz je chronić i chcesz, aby pozostały użyteczne. Bezpośrednie modelowanie ochroni tę inwestycję ” – wyjaśnił Schwarz.
ale modelowanie bezpośrednie ma swoje wady.
„większość darmowych systemów nie radzi sobie dobrze z edycją wymiarów i uzyskaniem przewidywalnego wyniku” „Czasami usłyszysz, jak ludzie mówią o systemie typu push-me-pull-you I wyglądają bardzo seksownie, ale kiedy przychodzi do czego, naprawdę chcesz być w stanie edytować wymiary, tworzyć przestrzenne miejsca i tak dalej.”
kolejny problem z modelowaniem bezpośrednim polega na tym, że dla większości modelarzy CAD po prostu nie jest to to, do czego są przyzwyczajeni. Po latach doświadczeń z projektowaniem parametrycznym—i latach przyzwyczajania się do jego niedociągnięć-może być po prostu brak motywacji do rozważenia alternatywy.
chyba modelowanie parametryczne nie zniknie w najbliższym czasie „Istnieje bardzo duża populacja użytkowników, którzy są dobrze obstawiani i lubią to, a przynajmniej są z tym zadowoleni i nigdzie się nie wybierają. Myślę, że bezpośrednie modelowanie to ogromny krok naprzód. W tym samym czasie myślę, że istnieje kultura, która musi ewoluować wokół niego—gdzie staje się bardziej akceptowane i bardziej zrozumiałe na temat najlepszych sposobów korzystania z niego—zwłaszcza w kategoriach zarządzania projektem modelowania przez okres życia produktu lub nawet życia jego początkowego rozwoju bez konieczności staje się większy problem niż rozwiązanie.”
zacieranie linii między paradygmatami projektowania
większość popularnych systemów CAD oferuje pewną mieszankę narzędzi parametrycznych i bezpośrednich, chociaż możliwości tych narzędzi mogą się różnić.
„Onshape to Modeler parametryczny, ale ma trochę bezpośredniego modelowania zbudowanego na jego szczycie”, wyjaśnił Bruce Bartlett, użytkownik Onshape. „To modelowanie bezpośrednie, ale wciąż parametryczne. Czasami chciałbym, żeby to był tylko bezpośredni modelarz, a my moglibyśmy po prostu poruszać twarzami bez żadnej historii.”
Bartlett odnosi się do tego, że mimo że te narzędzia działają jak narzędzia do bezpośredniej edycji, nadal tworzą funkcje w drzewie historii. Ponieważ prawdziwe modelowanie bezpośrednie jest wolne od historii, takie podejście jest tylko quasi-bezpośrednie. Podobnie jak OnShape, SOLIDWORKS oferuje również narzędzia do edycji bezpośredniej, które mogą być przydatne dla użytkowników do niektórych zadań, ale ostatecznie pozostawiają funkcje w drzewie historii, zachowując potencjalne problemy projektowania parametrycznego.
inne programy CAD implementują narzędzia Hybrydowe na różne sposoby. Na przykład Fusion 360 firmy Autodesk umożliwia użytkownikom pracę w trybie modelowania parametrycznego lub bezpośredniego. W trybie bezpośrednim historia projektu nie będzie w ogóle rejestrowana. Użytkownicy mogą również przekonwertować dowolną funkcję na funkcję modelowania bezpośredniego, pozostawiając pozostałą część parametrycznego drzewa historii nienaruszoną.
Siemens stosuje inne podejście, które nazywa technologią synchroniczną, w swoim oprogramowaniu NX I Solid Edge CAD. Technologia synchroniczna twierdzi, że w unikalny sposób łączy najlepsze możliwości modelowania parametrycznego i bezpośredniego w jednym środowisku.
„dzięki technologii synchronicznej mogę przesuwać twarze ręcznie lub mogę przesuwać twarze, edytując wymiary” – wyjaśnił Staples. „Dysponujemy unikalną technologią, która pozwala nam to wszystko rozwiązać i zachować wszystkie intencje projektowe, ale bez bagażu drzewa historii lub rekomputera.”
Staples uważa, że technologia synchroniczna idzie o krok dalej niż hybrydowa mieszanka narzędzi innych programów CAD, pomijając pewne problemy, które mogą pojawić się w systemach, które implementują modelowanie bezpośrednie jako funkcję w drzewie historii.
„pomyśl o prostym przypadku, bloku z dziurą w nim. Otwór ma średnicę pół cala. Modelujesz to od pięciu lat i ma 1000 funkcji, a na koniec twój szef chce zmienić średnicę pół cala na 0,4 cala. I myślisz: „OK, po prostu będę to redagował”, co dodaje 1001 funkcji. To jest obejście, które zmienia otwór na 0,4 cala.
„wygląda na to, że rozwiązałeś swój problem. Ale to, co naprawdę zrobiłeś, to dodanie złożoności do drzewa historii i unieważnienie intencji projektu. Kiedy ktoś wróci do tej części rok później, będzie edytował tę pierwszą funkcję w drzewie, a potem ją przekomputuje i nadpisze. To założenie, że dodawanie nowych funkcji do drzewa rozwiązuje pewien problem … rozwiązuje bardzo zbliżony problem, ale dodaje o wiele więcej problemów do procesu inżynierskiego w dalszej kolejności.”
chociaż niektórzy użytkownicy CAD mogą mieć zastrzeżenia do twierdzeń technologii synchronicznej, ci, którzy jej używają, praktycznie śpiewają jej pochwały. Czy to oznacza, że kwestia modelowania parametrycznego i bezpośredniego jest kwestią sporną, a technologia synchroniczna jest drogą naprzód? To zależy kogo zapytasz.
” nie ma jednego optymalnego podejścia do produktu w każdej sytuacji. Narzędzia, które są zbyt uogólnione i próbują rozwiązać zbyt wiele przypadków użycia w jednym zestawie narzędzi, wydają się być trudne w użyciu i zbyt skomplikowane”, powiedział Dave Corcoran z Onshape.
niektórzy użytkownicy Solid Edge zgłaszali problemy z wykorzystaniem technologii synchronicznej w niektórych scenariuszach, takich jak skomplikowane modelowanie powierzchni, do którego przyznaje się firma Staples. „Jeśli robisz bardzo estetyczne części, które wymagają dużo projektowania opartego na powierzchni, synchronous nie jest dobrze przystosowany do tego w swoim obecnym stanie”, powiedział.
można się też zastanawiać, dlaczego skoro technologia synchroniczna jest tak korzystna, jak twierdzą jej zwolennicy, to nie jest to bardziej rozpowszechniony paradygmat. Staples uważa, że powodem jest to, że Siemens jest tak daleko przed krzywą technologiczną, w dużej mierze ze względu na jego własność Jądra Parasolid i D-Cubed constraint solving SDK. Ale może jest prostszy powód, który ładnie podsumował: „inżynierowie nie są ludźmi, którzy bardzo lubią się zmieniać.”Modelowanie parametryczne oparte na historii jest nadal dominującym paradygmatem w świecie CAD i pomimo swoich wad działa dobrze.
„w tym momencie historii SOLIDWORKS działa na 98 procent lub lepiej tego, co ktokolwiek tam robi” – powiedział Schwarz.
z czasem jednak, gdy nowe pokolenia inżynierów wkraczają w świat modelowania CAD, być może stare metody oparte na historii ustąpią miejsca czymś bardziej jak technologia synchroniczna, a rozróżnienie między modelowaniem parametrycznym i bezpośrednim może już nie być istotne.
„myślę, że z czasem linia się rozmyje, a to będą po prostu różne strony skrzynki narzędziowej” – powiedział Schwarz .
tymczasem oto niewyczerpująca lista najbardziej znanych programów CAD i tego, do jakiego paradygmatu projektowego się stosują:
|
Modelowanie parametryczne* |
Modelowanie bezpośrednie |
Technologia Synchroniczna |
|
|
|
*wszystkie te platformy obejmują również niektóre aspekty modelowania bezpośredniego.