A key milestone in the history of computer-aided design (CAD) came with the 1987 release of Pro/ENGINEER, now PTC Creo, which introduced the CAD industry to history-based parametric modeling. Desde então, o paradigma paramétrico tem sido empregado em quase todos os programas CAD mainstream, incluindo SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX, e Onshape. Se você fez algum modelo CAD nas últimas duas décadas, é provável que esteja familiarizado com o design paramétrico baseado em História.
In a nutshell, parametric design involves engineers building up a 3D geometry piece by piece. Os esboços 2D se transformam em recursos 3D, com restrições e relações devidamente aplicadas para se adequar à intenção do designer. No entanto, uma vez que cada passo segue de passos anteriores, o design paramétrico pode exigir um planejamento cuidadoso.
apesar do poder e popularidade da modelagem paramétrica, outro paradigma CAD tem sua própria quota de proponentes: modelagem direta. Em modelagem direta, geometria é o rei. Os usuários não precisam mais se preocupar com a história de sua parte e podem, em vez disso, agir diretamente na geometria 3D como é. Alguns sistemas CAD modernos usam modelagem direta em vez de modelagem paramétrica baseada na história, enquanto outros fornecem uma mistura de ferramentas paramétricas e diretas.
para entender melhor as diferenças entre modelação paramétrica e direta, para que casos de uso eles podem ser melhores, e como eles podem continuar a evoluir, nós falamos com usuários CAD experientes e insiders da indústria para a sua tomada sobre os dois paradigmas.
modelação paramétrica
em primeiro lugar, vamos esclarecer a terminologia que estamos usando. O paradigma de design pioneiro por Pro / ENGINEER é talvez mais apropriadamente chamado de “baseado na história”, pois é a natureza linear passo-a-passo do modelo que realmente o diferencia da modelagem direta, que também pode ser chamada de “livre da história”.”
“software CAD baseado em história depende do Usuário para construir uma parte individual com uma série de recursos”, escreveu o veterano usuário CAD Matt Lombard em um eBook sobre Siemens’ CAD software Solid Edge. “O software lembra as características em ordem, e o modelo deve resolver essas características, a fim perfeitamente em cada passo para avançar. Você pode pensar neste método de construção de modelos como um programa de computador. Você dá as instruções do computador para cada passo, e ele executa esses passos para cada vez que o modelo deve ser reconstruído.”
no entanto, modelagem baseada em história é muitas vezes referido como “paramétrico”, e assim vamos tratar os dois termos como semelhantes. Basta ter em mente esta ressalva de Lombard: “as pessoas freqüentemente têm a idéia errada de que apenas o software baseado em história é paramétrico. Paramétrico significa que o modelo é conduzido por parâmetros, que podem incluir Dimensões, instâncias de padrão, espessuras de parede, diâmetros de buracos e profundidades, e assim por diante.”
lombard’s analogy of a computer program is an apt one for parametric modeling. Assim como ao escrever um programa, quanto mais um engenheiro pensa no futuro sobre o que está tentando ser realizado, melhor o resultado final. Mesmo que um modelo, como um programa, pode ser montado na mosca, pode ser desleixado e difícil para outros engenheiros para editar. Roland Schwarz, outro experiente usuário CAD, apontou que este fato de modelagem paramétrica pode ser uma espada de dois gumes.
“se você trabalha com alguém que é realmente bom em parametrics e estrutura seu projeto de uma maneira boa, pensada e rigorosa, é fantástico”, disse Schwarz. “Mas você pode ter alguém que apenas entra lá e corta e muda e tem coisas copiadas nos lugares errados, e não há um sistema lógico para isso. É quando fica confuso, e eu só quero começar do zero com uma exportação e importação.”(Exportar e importar o modelo remove seu histórico de recursos e o transforma no que é chamado de “geometria burra”, que é apenas a geometria sem intenção de projeto).
os melhores designers CAD paramétricos são tão capazes de estruturar seus projetos que às vezes podem ser identificados apenas olhando para um de seus modelos, como se deixassem impressões digitais na árvore de história. Mesmo que o modelo final seja exatamente o mesmo, há muitas maneiras de chegar lá-e alguns são definitivamente melhores do que outros.
“And my way’s the best,” joked Schwarz. “É o que todos os bons modelos CAD dirão.”
modelação paramétrica é extremamente útil para produtos que são impulsionados por dimensões—pense tarifa padrão de escritório como mesas e estantes ou ferramentas que podem variar em tamanho. Com a abordagem paramétrica, os engenheiros podem criar rápida e facilmente diferentes configurações de seus projetos.
But from where the not so-rigorous modelers live, cracks have started to appear in the parametric modeling paradigm.
“às vezes eu acho que você pode ficar preso na história”, disse Bruce Bartlett, outro veterano CAD. “Por Mais que a história lhe dê a capacidade de mudar as coisas rapidamente, a desvantagem é se você não entende como ela é construída ou você tem alguém que está construindo coisas que fica um pouco fora de controle, você pode passar mais tempo andando através da árvore de história do que apenas agarrar algumas caras e movê-las.”
outra fraqueza da modelagem paramétrica é que à medida que o número de recursos aumenta, assim como a computação necessária para atualizar seu modelo.
“se você tem uma parte com 1.000 recursos na árvore de história, quando você edita o último recurso nessa árvore ele vai muito rapidamente”, explicou Dan Staples, Siemens PLM vice-presidente da engenharia mainstream. “Mas quando você editar o primeiro recurso nessa árvore, pode levar muito tempo, porque ele tem que calcular todos os 1.000 no meio antes de chegar ao 1.001 St recurso.”
With its balance of strengths and weaknesses, is parametric modeling the best option out there for CAD design? O Staples acha que não.
” a noção de editar uma dimensão para alcançar um resultado muito previsível que respeite a intenção do designer é inerentemente valiosa”, disse ele. “A implementação conhecida como design baseado em história, feita por Pro/ENGINEER em 1987 e copiada por praticamente todos os outros agora nos últimos 25 anos, não é a maneira mais eficiente de editar essa dimensão.”
Staples, naturally enough, advocates Siemens ‘ synchronous technology, a paradigm we’ll discuss later.
Modelagem directa
como seu nome indica, modelagem direta oferece aos designers uma abordagem do que-você-vê-é-o-que-você-obtém para construir e editar seus modelos.
“Não parece haver fim de especialistas discutindo sobre finas nuances definições e variações deste termo, mas, em geral, direta edit é um CAD método onde você manipular diretamente as faces do modelo, em vez de indiretamente editar definições de recursos ou esboços…como a geometria é feita realmente não importa e, francamente, não é tão interessante como a geometria é alterado,” Lombard escreveu.
em modelagem direta, designers podem empurrar e puxar em seu modelo para mudá-lo. Um benefício desta capacidade é a facilidade com que os projetos podem ser alterados, permitindo iteração rápida e prototipagem. Por essa razão, a modelagem direta encontrou um nicho no mundo do design industrial, onde curvas fluidas e estética ousada desempenham um grande papel.
“Há casos de uso, tais como altamente orgânica, design, escultura, design de conceito, generative design e de-apresentando para análise, onde uma forma totalmente não-paramétrico conjunto de ferramentas pode ser uma excelente e, às vezes, a melhor escolha”, disse Dave Corcoran, Onshape co-fundador e vice-presidente de pesquisa e desenvolvimento.
Furthermore, without the dependencies and history of parametric modeling, direct modeling can eliminate some of the problems of poor parametric design.
” eu acho que o verdadeiro teste de um modelador CAD não é o que eles podem fazer, é o que eles podem mudar. Modelagem direta definitivamente Abre o campo vastamente sobre o que eles podem mudar sem causar uma ruptura completa”, disse Schwarz.
a capacidade de mudar um modelo sem se preocupar em quebrá-lo pode significar muito, especialmente para as empresas que procuram estender a utilidade de seu modelo CAD. Schwarz descreveu modelos CAD como ativos, e como qualquer outro ativo, eles exigem um investimento para garantir.
” muito tempo e dinheiro vai para fazer um modelo CAD, e você quer protegê-los, e você quer que eles permaneçam úteis. Modelagem direta vai proteger esse investimento”, explicou Schwarz.
mas a modelagem direta vem com sua própria parte de desvantagens.
“a maioria dos sistemas livres de história não lida bem com a edição de dimensões e obter um resultado previsível”, disse Staples. “Às vezes você vai ouvir as pessoas falar sobre um sistema do tipo push-me-pull-you, e eles parecem muito sexy, mas quando a push chega ao fim do dia, você realmente quer ser capaz de editar dimensões e criar lugares dimensionais e assim por diante.”
outro problema com a modelagem direta é que, para a maioria dos modeladores CAD, simplesmente não é o que eles estão acostumados. Após anos de experiência com design paramétrico—e anos de se acostumar com suas deficiências-pode haver apenas uma falta de motivação para considerar uma alternativa.
“I don’t think parametric modeling’s going away anyone soon,” Schwarz said. “Há uma grande população de usuários lá fora que estão bem posicionados nele e gostam dele, ou pelo menos eles estão confortáveis com ele e não vão a lugar nenhum. Acho que ser modelo direto é um grande passo em frente. Ao mesmo tempo, eu acho que há uma cultura que tem que evoluir em torno dela—onde ela se torna mais aceita e mais compreendida sobre as melhores maneiras de usá—la-especialmente em termos de gerenciar um projeto de modelagem durante a vida de um produto ou até mesmo a vida de seu desenvolvimento inicial sem que ele se torne um problema maior do que uma solução.”
Blurring the Line Between Design Paradigms
a maioria dos sistemas CAD tradicionais oferecem alguma mistura de ferramentas paramétricas e diretas, embora a capacidade dessas ferramentas possa variar.
“Onshape é um modelar paramétrico, mas tem um pouco de modelagem direta construída sobre o topo”, explicou Bruce Bartlett, um usuário Onshape. “É modelo direto, mas ainda é paramétrico. Às vezes, gostava que fosse apenas um modelador directo, e que pudéssemos mover rostos sem qualquer história.”
o que Bartlett está se referindo é que mesmo que essas ferramentas atuem como ferramentas de edição direta, eles ainda criam recursos na árvore de história. Uma vez que a modelagem direta verdadeira é livre de história, esta abordagem é quase direta. Como Onshape, SOLIDWORKS também oferece ferramentas de edição direta que podem ser úteis para os usuários para certas tarefas, mas, em última análise, deixar recursos na árvore de história, mantendo os problemas potenciais de design paramétrico.
outros programas CAD implementam as ferramentas híbridas de diferentes maneiras. A Fusion 360 do Autodesk, por exemplo, permite que os usuários operem em modo paramétrico ou de modelagem direta. No modo direto, o seu histórico de design não será gravado de todo. Os usuários também podem converter qualquer recurso para um recurso de modelagem direta, deixando o resto da árvore de história paramétrica intacta.
Siemens tem outra abordagem, que ele chama de Tecnologia Síncrona, em seu software NX e Solid Edge CAD. A tecnologia síncrona afirma se casar exclusivamente com as melhores capacidades paramétricas e diretas de modelagem em um único ambiente.
“com tecnologia síncrona eu posso mover faces à mão ou posso mover faces por edição de dimensões”, explicou Staples. “E nós temos a tecnologia única para descobrir tudo isso e preservar toda essa intenção de design ao fazê-lo, mas sem a bagagem de uma árvore de história ou qualquer recompensa.”
Staples acredita que a tecnologia síncrona vai um passo mais longe do que a mistura híbrida de ferramentas de outros programas CAD, esquecendo alguns problemas que podem surgir em sistemas que implementam modelagem direta como uma característica na árvore de história.
“pense em um caso simples, um bloco com um buraco nele. O buraco tem meio centímetro de diâmetro. Você tem sido modelo nisso por cinco anos, e tem 1.000 características, e no final o seu chefe quer mudar esse diâmetro de meia polegada para 0,4 polegadas. E você acha ‘Ok, eu vou apenas Editar isso,’ o que adiciona uma característica 1.001. Este é um dispositivo que muda o buraco para 400 cm. “Parece que resolveu o seu problema. Mas o que você realmente fez foi adicionar complexidade à árvore de história e invalidou a intenção de design. Agora, quando alguém voltar a essa parte um ano depois, eles vão editar o primeiro recurso na árvore, e ele vai recompor e ser substituído mais tarde na árvore. Então esta noção de que adicionar mais recursos à árvore está resolvendo alguns problemas … está resolvendo um problema muito próximo, mas adicionando muitos mais problemas ao seu processo de engenharia mais adiante.”
” não há ninguém modelando a abordagem de produto ideal para todas as situações. Ferramentas que são excessivamente generalizadas e tentam resolver muitos casos de uso em um conjunto de ferramentas tendem a ser difíceis de usar e muito complicadas”, disse Dave Corcoran, do Onshape.
alguns usuários de aresta sólida relataram dificuldades usando tecnologia síncrona em certos cenários, como modelagem de superfície complexa, uma limitação que Staples admite. “Se você está fazendo partes esteticamente agradáveis que requerem um monte de design de superfície, síncrono não é adequado para isso em seu estado atual”, disse ele.
pode-se também perguntar porque é que se a tecnologia síncrona é tão benéfica como os seus proponentes afirmam, não é um paradigma mais generalizado. Staples acredita que a razão é que a Siemens está muito à frente da curva tecnológica, em grande parte por causa de sua propriedade do kernel Parasolid e d-Cubed constraint solving SDK. Mas talvez haja uma razão mais simples, que ele resumiu muito bem.: “os engenheiros não são pessoas que gostam de mudar muito. A modelagem paramétrica baseada na história ainda é o paradigma dominante no mundo CAD e, apesar de seus inconvenientes, funciona muito bem.
“neste ponto da história a SOLIDWORKS trabalha por 98% ou melhor do que qualquer um está fazendo lá fora”, disse Schwarz. Com o passar do tempo, porém, à medida que novas gerações de engenheiros entram no mundo da modelagem CAD, talvez os métodos antigos baseados em História dêem lugar a algo mais como tecnologia síncrona, e a distinção entre modelagem paramétrica e direta pode não ser mais relevante.
” eu acho que ao longo do tempo a linha vai ficar borrada, e será apenas lados diferentes da caixa de ferramentas”, disse Schwarz .
entretanto, aqui está uma lista não exaustiva de alguns dos programas CAD mais proeminentes e que paradigma de design eles aderem:
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A Modelagem Paramétrica* |
Modelagem Direta |
A Tecnologia Síncrona |
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*todas essas plataformas também incluem alguns aspectos da modelagem direta.