o piatră de hotar cheie în istoria proiectării asistate de calculator (CAD) a venit odată cu lansarea din 1987 a Pro/ENGINEER, acum PTC Creo, care a introdus industria CAD în modelarea parametrică bazată pe istorie. De atunci, paradigma parametrică a fost utilizată în aproape fiecare program CAD mainstream, inclusiv SOLIDWORKS, Autodesk Inventor, Creo Parametric, CATIA, NX și Onshape. Dacă ați făcut vreo modelare CAD în ultimele două decenii, este posibil să fiți familiarizați cu designul parametric bazat pe istorie.
pe scurt, proiectarea parametrică implică inginerii care construiesc o geometrie 3D bucată cu bucată. Schițele 2D se transformă în caracteristici 3D, cu constrângeri și Relații aplicate în mod corespunzător pentru a se potrivi intenției designerului. Cu toate acestea, deoarece fiecare pas rezultă din etapele precedente, proiectarea parametrică poate necesita o planificare atentă.
în ciuda puterii și popularității modelării parametrice, o altă paradigmă CAD are propria sa cotă de susținători: modelarea directă. În modelarea directă, geometria este rege. Utilizatorii nu mai trebuie să-și facă griji cu privire la istoria părții lor și pot acționa în schimb direct asupra geometriei 3d așa cum este. Unele sisteme CAD moderne folosesc modelarea directă în loc de modelarea parametrică bazată pe istorie, în timp ce altele oferă un amestec de instrumente parametrice și directe.
pentru a înțelege mai bine diferențele dintre modelarea parametrică și cea directă, pentru ce cazuri de utilizare ar putea fi cele mai bune și cum ar putea continua să evolueze, am vorbit cu utilizatorii CAD experimentați și cu cei din industrie pentru abordarea celor două paradigme.
modelarea parametrică
în primul rând, să clarificăm terminologia pe care o folosim. Paradigma de proiectare inițiată de Pro / ENGINEER este probabil cea mai corect numită „bazată pe istorie”, deoarece natura liniară pas cu pas a modelului îl diferențiază cu adevărat de modelarea directă, care ar putea fi numită și „fără istorie”.”
„software-ul CAD bazat pe istorie se bazează pe utilizator pentru a construi o parte individuală cu o serie de caracteristici”, a scris veteranul utilizator CAD Matt Lombard într-o carte electronică despre software-ul CAD Siemens Solid Edge. „Software-ul își amintește caracteristicile în ordine, iar modelul trebuie să rezolve aceste caracteristici în ordine perfect la fiecare pas pentru a merge mai departe. Vă puteți gândi la această metodă de construire a modelului ca la un program de calculator. Dați computerului instrucțiuni pentru fiecare pas și execută acei pași pentru fiecare dată când modelul trebuie reconstruit.”
cu toate acestea, modelarea bazată pe istorie este adesea denumită „parametrică” și astfel vom trata cei doi termeni ca fiind similari. Rețineți acest avertisment din partea lui Lombard: „oamenii au frecvent ideea greșită că doar software-ul bazat pe istorie este parametric. Parametric înseamnă că modelul este condus de parametri, care pot include dimensiuni, instanțe de model, grosimi de perete, diametre și adâncimi ale găurilor și așa mai departe.”
analogia lui Lombard despre un program de calculator este una potrivită pentru modelarea parametrică. La fel ca atunci când scrieți un program, cu cât un inginer se gândește mai mult la ceea ce încearcă să fie realizat, cu atât rezultatul final este mai bun. Chiar dacă un model, ca un program, pot fi puse împreună pe zbor, ar putea fi neglijent și dificil pentru alți ingineri pentru a edita.
Roland Schwarz, un alt utilizator CAD experimentat, a subliniat că acest fapt de modelare parametrică poate fi o sabie cu două tăișuri.
„dacă lucrați cu cineva care este foarte bun la parametrizare și structurează proiectul într-un mod bun, gândit, riguros, este fantastic”, a spus Schwarz. „Dar poți avea pe cineva care intră acolo și se schimbă și are lucruri copiate în locuri greșite și nu există un sistem logic. Atunci devine dezordonat și vreau doar să încep de la zero cu un export și un import.”(Exportul și importul modelului elimină Istoricul caracteristicilor sale și îl transformă în ceea ce se numește „geometrie mută”, care este doar geometria fără intenție de proiectare).
cei mai buni designeri cad parametrici sunt atât de pricepuți în structurarea proiectelor lor încât uneori pot fi identificați doar uitându-se la unul dintre modelele lor, ca și cum ar lăsa în urmă amprente digitale pe arborele istoriei. Chiar dacă modelul final este exact același, există multe modalități de a ajunge acolo—iar unele sunt cu siguranță mai bune decât altele.
” și calea mea este cea mai bună”, a glumit Schwarz. „Asta va spune fiecare modelator CAD bun.”
modelarea parametrică este extrem de utilă pentru produsele care sunt conduse de dimensiuni—gândiți-vă la tariful standard de birou, cum ar fi birourile și rafturile sau instrumentele care pot varia în dimensiune. Cu abordarea parametrică, inginerii pot crea rapid și ușor diferite configurații ale proiectelor lor.
dar de unde trăiesc modelatorii nu atât de riguroși, au început să apară fisuri în paradigma modelării parametrice.
„uneori cred că te poți împotmoli în istorie”, a spus Bruce Bartlett, un alt veteran CAD. „Oricât de mult istoria îți oferă posibilitatea de a schimba lucrurile rapid, dezavantajul este că dacă nu înțelegi cum este construită sau dacă ai pe cineva care construiește lucruri care scapă puțin de sub control, poți petrece mai mult timp trecând prin arborele istoriei decât să apuci niște fețe și să le muți.”
o altă slăbiciune a modelării parametrice este că, pe măsură ce numărul de caracteristici crește, la fel și calculul necesar pentru actualizarea modelului.
„dacă aveți o parte cu 1.000 de caracteristici în arborele istoric, atunci când editați ultima caracteristică din acel copac, aceasta merge foarte repede”, a explicat Dan Staples, vicepreședinte Siemens PLM al mainstream engineering. „Dar când editați prima caracteristică din acel arbore, ar putea dura foarte mult timp, deoarece trebuie să calculeze toate cele 1.000 între ele înainte de a ajunge la caracteristica 1.001.”
cu echilibrul său de puncte forte și puncte slabe, modelarea parametrică este cea mai bună opțiune pentru proiectarea CAD? Staples nu crede asta.
„noțiunea de editare a unei dimensiuni pentru a obține un rezultat foarte previzibil care respectă intenția designerului este inerent valoroasă”, a spus el. „Implementarea cunoscută sub numele de design bazat pe istorie, realizată de Pro/ENGINEER în 1987 și copiată de aproape toți ceilalți acum în ultimii 25 de ani, nu este cel mai eficient mod de a edita acea dimensiune.”
Staples, destul de natural, susține tehnologia sincron Siemens, o paradigmă vom discuta mai târziu.
modelare directă
după cum indică și numele, direct modeling oferă designerilor o abordare ce-vedeți-este-ce-obțineți pentru a construi și edita modelele lor.
„se pare că nu există niciun sfârșit de experți care să argumenteze asupra definițiilor și variațiilor fin nuanțate ale acestui termen, dar, în general, editarea directă este o metodă CAD în care manipulezi direct fețele modelului, mai degrabă decât să editezi indirect definiții sau schițe ale caracteristicilor…modul în care se face geometria nu contează și, sincer, nu este la fel de interesant ca modul în care se schimbă geometria”, a scris Lombard.
în modelarea directă, designerii pot împinge și trage pe modelul lor să-l schimbe. Un beneficiu al acestei capacități este ușurința cu care proiectele pot fi modificate, permițând iterația rapidă și prototiparea. Din acest motiv, modelarea directă a găsit o nișă în lumea designului industrial, unde curbele fluide și estetica îndrăzneață joacă un rol important.
„există cazuri de utilizare, cum ar fi design extrem de organic, sculptură, design conceptual, design generativ și de-featuring pentru analiză, unde un set de instrumente total non-parametrice poate fi o alegere excelentă și uneori cea mai bună”, a declarat Dave Corcoran, co-fondator Onshape și vicepreședinte de cercetare și dezvoltare.
mai mult, fără dependențele și istoricul modelării parametrice, modelarea directă poate elimina unele dintre problemele proiectării parametrice slabe.
„cred că adevăratul test al unui modelator CAD nu este ceea ce poate face, ci ceea ce poate schimba. Modelarea directă deschide cu siguranță câmpul cu privire la ceea ce pot schimba fără a provoca o perturbare completă”, a spus Schwarz.
capacitatea de a schimba un model fără să vă faceți griji cu privire la ruperea acestuia poate însemna mult, în special pentru companiile care doresc să extindă utilitatea modelului CAD. Schwarz a descris modelele CAD ca active și, ca orice alt activ, necesită o investiție pentru a se asigura.
„o mulțime de timp și bani merge în a face un model CAD, și doriți să le protejeze, și doriți ca acestea să rămână utile. Modelarea directă va proteja această investiție”, a explicat Schwarz.
dar modelarea directă vine cu propria sa parte de dezavantaje.
” majoritatea sistemelor fără istorie nu se ocupă bine de editarea dimensiunilor și de obținerea unui rezultat previzibil”, a spus Staples. „Uneori veți auzi oameni vorbind despre un fel de sistem push-me-pull-you și arată foarte sexy, dar când push vine să împingă la sfârșitul zilei, chiar doriți să puteți edita dimensiuni și să creați locuri dimensionale și așa mai departe.”
o altă problemă cu modelarea directă este că, pentru majoritatea modelatorilor CAD, pur și simplu nu este ceea ce sunt obișnuiți. După ani de experiență cu proiectarea parametrică—și ani de obișnuință cu neajunsurile sale-poate exista doar o lipsă de motivație pentru a lua în considerare o alternativă.
„nu cred că modelarea parametrică va dispărea prea curând”, a spus Schwarz. „Există o populație foarte mare de utilizatori acolo, care sunt bine mizați în ea și le place, sau cel puțin sunt confortabili cu ea și nu merg nicăieri. Cred că modelarea directă este un pas uriaș înainte. În același timp, cred că există o cultură care trebuie să evolueze în jurul ei—unde devine mai acceptată și mai înțeleasă cu privire la cele mai bune modalități de utilizare a acesteia—în special în ceea ce privește gestionarea unui proiect de modelare pe durata de viață a unui produs sau chiar viața dezvoltării sale inițiale fără ca acesta să devină o problemă mai mare decât o soluție.”
estomparea liniei dintre paradigmele de proiectare
majoritatea sistemelor CAD de masă oferă un amestec atât de instrumente parametrice, cât și de instrumente directe, deși capacitatea acestor instrumente poate varia.
„Onshape este un modelator parametric, dar are un pic de modelare directă construită deasupra acestuia”, a explicat Bruce Bartlett, un utilizator Onshape. „Este modelare directă, dar este încă parametrică. Uneori mi-aș dori să fie doar un modelator pur direct, și am putea muta doar fețele în jurul fără nici o istorie.”
la ce se referă Bartlett este că, deși aceste instrumente acționează ca instrumente de editare directă, ele creează încă caracteristici în arborele istoric. Deoarece modelarea directă adevărată este fără istorie, această abordare este doar cvasi-directă. La fel ca Onshape, SOLIDWORKS oferă, de asemenea, instrumente de editare directă care pot fi utile utilizatorilor pentru anumite sarcini, dar în cele din urmă lasă funcții în arborele istoric, menținând potențialele probleme ale designului parametric.
alte programe CAD implementează instrumentele hibride în moduri diferite. Autodesk Fusion 360, de exemplu, permite utilizatorilor să opereze în modul de modelare parametrică sau directă. În modul direct, Istoricul designului dvs. nu va fi înregistrat deloc. Utilizatorii pot converti, de asemenea, orice caracteristică într-o caracteristică de modelare directă, lăsând restul arborelui istoric parametric intact.
Siemens adoptă o altă abordare, pe care o numește tehnologie sincronă, în software-ul său CAD NX și Solid Edge. Tehnologia sincronă susține că se căsătorește în mod unic cu cele mai bune capabilități de modelare parametrică și directă într-un singur mediu.
„cu tehnologia sincronă pot fie să mișc fețele cu mâna, fie să mișc fețele prin editarea dimensiunilor”, a explicat Staples. „Și avem tehnologia unică pentru a descoperi toate acestea și pentru a păstra toată intenția de proiectare în timp ce facem acest lucru, dar fără bagajul unui arbore de istorie sau orice recalculare.”
Staples consideră că tehnologia sincronă merge cu un pas mai departe decât amestecul hibrid de instrumente al celorlalte programe CAD, evitând unele probleme care pot apărea în sistemele care implementează modelarea directă ca o caracteristică în arborele istoric.
” gândiți-vă la un caz simplu, un bloc cu o gaură în el. Gaura are o jumătate de centimetru în diametru. Ai fost de modelare pe acest timp de cinci ani, și are 1.000 de caracteristici, și la sfârșitul șeful tău vrea să schimbe că diametrul de jumătate de inch la 0.4 inch. Și tu crezi ‘bine, eu sunt doar de gând să direct edita acest lucru,’ care adaugă o caracteristică 1,001 st. Aceasta este o suprascriere care schimbă gaura să fie de 0,4 inci.
„se pare că ți-ai rezolvat problema. Dar ceea ce ați făcut cu adevărat este să adăugați complexitate arborelui istoric și să invalidați intenția de proiectare. Acum, când cineva se întoarce la acea parte un an mai târziu, va merge să editeze prima caracteristică din copac, și va recalcula și va fi suprascrisă mai târziu în copac. Deci, această noțiune că adăugarea mai multor caracteristici arborelui rezolvă o problemă … rezolvă o problemă pe termen foarte scurt, dar adaugă mult mai multe probleme procesului dvs. de inginerie în continuare.”
în timp ce unii utilizatori CAD pot avea rezerve cu privire la pretențiile tehnologiei sincrone, cei care o folosesc practic își cântă laudele. Asta înseamnă că problema modelării parametrice vs directe este discutabilă, iar tehnologia sincronă este calea de urmat? Depinde pe cine întrebi.
„nu există o abordare de modelare a produsului optimă pentru toate situațiile. Instrumentele care sunt supra-generalizate și încearcă să rezolve prea multe cazuri de utilizare într-un singur set de instrumente tind să fie greu de utilizat și prea complicate”, a spus Dave Corcoran de la Onshape.
unii utilizatori Solid Edge au raportat dificultăți în utilizarea tehnologiei sincrone în anumite scenarii, cum ar fi modelarea complexă a suprafeței, o limitare pe care Staples o admite. „Dacă faceți piese foarte plăcute din punct de vedere estetic, care necesită mult design bazat pe suprafață, sincron nu este potrivit pentru asta în starea sa actuală”, a spus el.
s-ar putea întreba, de asemenea, de ce dacă tehnologia sincronă este la fel de benefică pe cât susțin susținătorii săi, nu este o paradigmă mai răspândită. Staples cred că motivul este că Siemens este chiar atât de departe de curba tehnologică, în mare parte datorită proprietății sale asupra kernel-ului Parasolid și SDK-ului de rezolvare a constrângerilor D-Cubed. Dar poate că există un motiv mai simplu, pe care el a rezumat frumos: „inginerii nu sunt oameni cărora le place să se schimbe foarte mult.”Modelarea parametrică bazată pe istorie este încă paradigma dominantă în lumea CAD și, în ciuda dezavantajelor sale, funcționează foarte bine.
„în acest moment al istoriei SOLIDWORKS lucrează pentru 98% sau mai mult din ceea ce face oricine acolo”, a spus Schwarz.
cu timpul, însă, pe măsură ce noile generații de ingineri intră în lumea modelării CAD, probabil vechile metode bazate pe istorie vor da loc la ceva mai asemănător tehnologiei sincrone, iar distincția dintre modelarea parametrică și cea directă poate să nu mai fie relevantă.
„cred că în timp linia se va estompa și vor fi doar părți diferite ale cutiei de instrumente”, a spus Schwarz .
între timp, iată o listă neexhaustivă a unora dintre cele mai proeminente programe CAD și la ce paradigmă de proiectare aderă:
|
modelare parametrică* |
modelare directă |
tehnologie sincronă |
|
|
|
*toate aceste platforme includ, de asemenea, unele aspecte ale modelării directe.