Н.Пиликов, фирма "Глосис"

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. №3, 2000

Лет 10 назад, когда Автокад был критерием технической образованности конструктора, вряд ли у кого-то возникали сомнения в том, что реализуемая Автокадом компьютерная технология плоского черчения в чем-то несовершенна. В этой технологии объектом проектирования был чертеж, работа над чертежом стала сосредоточием всех усилий разработчиков: программировались расчетные макросы и подпрограммы для автоматизированного получения тех или иных плоских проекций, разрабатывались библиотеки 2D нормализованных элементов, совершенствовались средства выдачи геометрии 2D во внешнюю среду.

В результате формировался чертеж, за которым не стояла объемная модель изделия, а это значит, что реальная проверка корректности такого проекта могла быть осуществлена только на производстве. Это - чисто технология 2D, когда в результате работы конструктора можно было получить только чертежи. Все неизбежные проблемы 3D, такие как подготовка программ для станков с ЧПУ, изготовление моделей и прототипов, проектирование деталей формообразующей оснастки - все перекладывалось на технологов, рабочих модельщиков, конструкторов оснастки. Эта ситуация создавала даже некоторый парадокс, когда наиболее продвинутыми специалистами в объемном проектировании были не конструкторы, а технологи, вынужденные готовить программы объемной обработки. Нет необходимости критиковать этот процесс проектирования в силу его принципиальной ограниченности, изобилия геометрических ошибок и идейного сходства с обычным ручным проектированием на кульмане.

Пожалуй, фирма PTC была первой, совершившей революционный прорыв в классическую технологию 3D. Система Pro/Engineer была основана на новом для того времени построении процесса проектирования.

В чем конкретно состоит технология 3D:

• Проектирование ведется последовательными операциями с объемными твердотельными конструктивными элементами, геометрия каждого из которых может изменяться конструктором по ряду числовых параметров. Геометрические построения не используют жестких координат, для привязки одних элементов к другим используются естественные для понимания связи (соосность, тангенциальность, совпадение и т.д.). Такая радикальная ориентация на управление геометрией элементов числовыми параметрами и связями между элементами дала название самому проектированию, оно называется параметрическим;
• Процесс проектирования обязательно протоколируется и может быть всегда с любой точки проигран заново для того, что бы конструктор мог дать параметрам элементов другие значения. Повторный запуск процесса с новыми значениями параметров называется регенерацией модели детали или сборки
• Это построение процесса проектирования как бы сопровождает осмысление объемной конструкции. Конструктор шаг за шагом отстраивает прямо то, что является составными частями проекта (детали, подсборки). Таким образом, он может проигрывать варианты построения прямо на создаваемой модели, возвращаться назад, что-то изменять, удалять, достраивать заново. Все это делается до получения чертежа.
• Только когда объемная модель изделия достигла определенной степени завершенности, конструктор приступает к получению и оформлению чертежа, проекции, виды и разрезы для которого формируются автоматически прямо с объемной модели В результате формируется чертеж, ассоциативно связанный с моделью. Это значит, что все изменения в изделии вносятся прямо в модель сборки и модели деталей или подсборок, изменения в чертеже корректируются автоматически (вернее сказать регенерерируется заново с обработкой внесенных изменений). Только таким образом можно обеспечить корректность проекта и быть уверенным в том, что чертеж, во-первых, правильный, во-вторых, в нем зафиксированы последние изменения и ничто не забыто. Кроме самого чертежа, естественно, результатом такого проектирования является и сама объемная модель детали или сборки, которая может быть использована для подготовки программ, анализа на прочность, проектирования оснастки и т.д.

Технология 3D дала фантастический скачок в производительности и корректности конструкторской работы. По примеру системы Pro/Engineer параметрическую технологию начали реализовывать одна система за другой, наиболее последовательными из которых стали SolidWorks, SolidEdge, CATIA.

Но внедрение технологии 3D, в которой чертеж иначе не получить, кроме как с объемных моделей, оказалось непростым. Для реализации нормального черчения потребовались важнейшие условия, смысл которых в локальной адаптации этих систем к российским инженерным стандартам:

• Конструктору должна быть создана база данных объемных моделей нормализованных деталей (крепеж, втулки, колонки, плиты, подшипники и т.д.), соответствующих ГОСТу и другим локальным нормативам. Отсутствие такой базы не позволит в разумные сроки получать полномасштабные модели сборок, то есть модели, где есть абсолютно все детали. Если же сборка является неполной, то конструктор не сможет получить правильный сборочный чертеж и спецификацию. Конечно, конструктор может самостоятельно смоделировать нужные нормали, но это - трудоемкая работа, срабатывает "фактор лени".
• Чертежный модуль параметрической CAD-системы должен быть настроен на ЕСКД. Отсутствие такой настройки затруднит работу конструктора, не позволит ему найти полное понимание между ним и цехом или технологическим подразделением
• Поскольку технология 3D должна заменить технолгию 2D, то есть стать массовой, то CAD-система просто обязана быть локализована на русский язык (экранные сообщения, документация, помощь), иначе она не имеет шансов запуститься широко, английским языком у нас владеет только небольшая часть конструкторов

Такая адаптация параметрических CAD-систем к российскому деловому окружению может быть сделана и делается российскими разработчиками. Наиболее последовательны в этом направлении усилия инженерной фирмы Глосис из Санкт-Петербурга (www.glosys.ru), которая создала систему Технорма и Сервис-Комплект конструктора. Система Технорма обеспечивает базами данных нормалей ГОСТ и других популярных в России стандартов все наиболее развитые параметрические CAD-cистемы. Надо сказать, что такие системы как SolidWorks и SolidEdge получили русскоязычную локализацию и, в принципе, совместно с такими разработками как Технорма открывают российским конструкторам путь к освоению технологии 3D.

Но значит ли это, что внедрение новейшей технологии пошло в России? В реальности, возможно, обусловленной особенностями российского рынка, четкого разделения работы конструкторов на технологию 2D и 3D все-таки не произошло. Появилась и стала массовой некоторая разновидность технологии, которая сочетает в себе признаки и того и другого типа. Работа, как правило, идет на стыке 2-х систем по этапам:

• строятся объемные модели деталей и даже сборок в базовой системе, реализующей 3-мерное проектирование. При этом базовая система может быть непараметрической, то есть работать в жестких координатах, может быть нетвердотельной, а моделировать только поверхности, главное требование к ней - как-то построить 3D-модель и затем с нее получить нужные плоские виды
• подготавливаются требуемые плоские проекции и сечения, предназначенные для включения в чертеж
• проекции и сечения преобразуются в наборы жестких векторных объектов (дуги, отрезки, точки) и через интерфейсы DXF, DWG или IGES передаются в систему уровня 2D (Автокад, Компас), оснащенную средствами оформления чертежей в ЕСКД
• полученные проекции в системе 2D используются для оформления чертежей и спецификации вручную. Чертежи подготавливаются и выпускаются в системе 2D

Такая технология может носить название "технологии 2.5D". Что получается при ее использовании? Действительно, с одной стороны, основные объекты чертежа генерируются автоматически, так как объемная модель все-таки есть. Это прогрессивно, то есть, это все-таки шаг вперед. Но с другой стороны, как и прежде чертеж выпускается в системе 2D, а это значит, что какая-либо связь между исходной объемной моделью и сформированными проекциями теряется безвозвратно. Так работают системы 2D, которые не предусматривают никакой объемной модели в качестве источника геометрической информации. Импортированные через интерфейс DXF, DWG, IGES в систему жестко-размерные графические векторы не "помнят" откуда они сформировались. Потеря самой основной связи "родитель-потомок" является вещью фатальной для самой идеи параметрического моделирования, так как в случае внесения изменений в объемную модель, проекции нужно подготавливать заново, заново передавать их в систему 2D и, самое страшное - полностью перечерчивать чертеж. Такая процедура работы достаточно тяжела, поэтому и здесь срабатывает "фактор лени" и реально объемное построение используется только там, где без объемной модели не обойтись в принципе - чаще всего на деталях с произвольными поверхностями, предназначенными для фрезерования на станках с ЧПУ, или сборках со сложной пространственной компоновкой.

Почему же технология 2.5D распространилась? Ее возникновение обусловлено несколькими причинами. Прежде всего, это то, что технология 3D - сравнительно новое явление и далеко не все объемные CAD-системы имеют хорошо работающий модуль ассоциативного черчения, то есть, это фактор традиционного подхода к проектированию как к черчению. Не все CAD-системы оснащены базами данных отечественных нормалей, которые должны активно использоваться в работе. Сказывается также и фактор пиратства, состоящий в том, что российскому конструктору несложно на компьютере иметь бесплатно сразу несколько систем: одну для 3D-построений, другую для черчения. Сказывается о общий уровень грамотности конструкторов. Далеко не все конструкторы понимают и ценят новую технологию. Некоторые из них даже возмущаются тем, что в SolidWorks, например, нельзя начать черчение детали если не построена ее объемная модель.

Независимо от объективных причин, есть, конечно, и сознательные противники технологии 3D, которые могут высказывать такие аргументы:

1. Регенерация чертежей, особенно сборочных, требует больших ресурсов. Поскольку практически все операции с чертежами требуют использования исходной объемной модели сборки, то работа над насыщенным чертежом становится невозможной из-за постоянного зависания системы на расчетах тех или иных элементов чертежа
2. На практике всегда очень много простых деталей, для которых неразумно громоздить сложную технологию черчения через моделирование в объеме
3. Технологии 3D сложно обучиться, нужно осваивать объемное моделирование, тогда как просто чертить может любой конструктор
4. Системы, использующие 3D технологию - дорогое удовольствие. Они дороги сами по себе при покупке. При эксплуатации они создают объемные модели, являющиеся просто полуфабрикатами, нужными только для получения чертежей, но резервировать дисковое пространство нужно как для моделей, так и для чертежей.

Однако, аргументы 1 и 4 со временем теряют почву с ростом производительности компьютеров, удешевлением устройств памяти. CAD-системы, реализующие проектирование 3D, тоже развиваются и обязательно предусматривают раздельное от исходных моделей редактирование чертежа, то есть, объемные модели, генерирующие проекции, вызываются только тогда, когда действительно произошло существенное изменение проекций. Если конструктор занят только оформлением чертежа, модель не подключается и операции протекают быстро.

Проблема же большого количества простых деталей должна решаться постепенным внедрением стандартизации. Система Технорма фирмы Глосис, активно используя параметрические возможности, позволяет заготавливать чертежи нормалей заранее прямо в базе данных. В этом случае каждая объемная нормаль имеет специальную заготовку чертежа, где размеры получают сохраняемый атрибут - квалитет. Как только нормаль включается в проект с выбранными значениями параметров ее размеры получают значения, квалитеты преобразуются в отклонения по таблице ЕСДП и чертеж регенерируется под выбранный типоразмер нормали. Эта технология позволяет получать чертеж детали автоматически, то есть, конструктор не тратит время на подготовку чертежа простой детали вообще.

Остается действительно самая реальная проблема - это подготовка кадров, которую надо решать самыми энергичными усилиями, так как переход от 2D к 3D является самым фундаментальным капитальным вложением средств. Именно этот переход создаст для предприятия перспективу дальнейшего роста в сложной рыночной экономике. Резюмируя, можно отметить, что технолгия 2.5D сформировалась как некоторый неизбежный эволюционный этап постепенного подъема от технологии 2D. Но если этот шаг произошел в неподготовленную рабочюю среду, то дальнейшего движения в классическое 3D не будет. Работа так и зафиксируется на уровне объемного построения самых сложных деталей и тотального "автокадовского" черчения. В этом случае конструктор все-таки затрачивает ресурсы на объемное моделирование, но полноценного выигрыша не получает.