Современные CAD-системы старшего класса представляют собой очень большие программные комплексы. В их состав входит несколько десятков крупных функциональных модулей, поэтому оценивать, анализировать и осваивать их довольно сложно. В этой ситуации компании-разработчики нашли удачный выход из положения: они придумывают оригинальные названия и термины для пропагандируемых ими технологий. Что, например, стоит за броскими словами "гибридное моделирование", "технология EPD", "двунаправленная ассоциативность"? В этой статье мы попробовали копнуть поглубже в некоторых местах обширного поля компании Parametric Technology Corporation (PTC), где растет сегодня система Pro/Engineer. Мы стремились к тому, чтобы общие для всех систем CAD/CAM/CAE возможности, которые считаются само собой разумеющимися для класса тяжелых САПР, остались за рамками статьи.
Групповое проектирование
Что такое групповое проектирование в Pro/Engineer, чем оно отличается от технологий БД с множественным доступом, какой интерфейс с БД?
Вопрос связан с современной технологией создания конечного продукта - concurrent engineering - методом параллельного проектирования основного изделия и подготовки производства для его изготовления. Правда, разные поставщики программного обеспечения вкладывают в этот термин различный смысл.
Компания PTC определяет его следующим образом. Все работы ведутся под управлением системы управления проектом Pro/PDM (Parametric Design Manager) независимо от того, на какие виды работ ориентировано конкретное рабочее место: инженер-конструктор, инженер-расчетчик, инженер по технологической оснастке или технолог. Каждому авторизованному пользователю Pro/PDM присваивается определенный уровень привилегий: User, Manager, Administrator, Superuser, причем в рамках уровня привилегий возможны вариации разрешения/запрещения определенных операций. Для каждого авторизованного пользователя определяется рабочая зона (work area) - область проекта, откуда он может брать информацию.
Pro/PDM - это новое поколение систем для управления большими, масштабируемыми, параметрическими и ассоциативными проектными базами данных. Система управляет параллельным доступом к данным проекта и их модификациям, облегчает обмен информацией о проекте по мере его развития, обеспечивает гибкий доступ к данным для всех разработчиков изделия. Pro/PDM расширяет традиционные возможности управления файлами для полной поддержки ассоциативности и сквозной параметризации конструкций, разработанных в среде Pro/Engineer. Группа специалистов, использующая Pro/PDM, имеет возможность работать над одними и теми же изделиями одновременно, что сокращает время выхода на рынок нового продукта. Pro/PDM - это отдельная прикладная программа, которая может использоваться в сочетании с СУБД Oracle и со всеми популярными аппаратными платформами.
Система Pro/PDM была разработана для управления изменениями в проекте в условиях параллельной разработки сложного изделия. Многие члены рабочих групп могут одновременно иметь доступ и модифицировать данные по изделию, не мешая друг другу. Pro/PDM координирует согласование и интеграцию совместных модификаций, гарантируя сохранение единства файлов и непротиворечивость базы данных. В Pro/PDM изначально заложена поддержка полной ассоциативности всех прикладных модулей Pro/Engineer, что обеспечивает возможность гибкого управления версиями объектов и конфигурациями, а также позволяет управлять процессом проведения вносимых изменений. Например, когда сборка Pro/Engineer вносится в базу данных, Pro/PDM автоматически разбирается со всеми имеющимися в ней деталями, опознавая специфичные версии и взаимосвязи между ее частями. Pro/PDM также предсказывает, как изменение объекта может отразиться на соответствующей информации по изделию, такой как чертежи или данные по механообработке.
Какие объекты представляются в БД, что за операции можно с ними делать, каков интерфейс с остальной частью Pro/Engineer?
Pro/PDM может управлять любыми типами данных об изделии: файлами, созданными прикладными программами, не входящими в пакет Pro/Engineer, а также атрибутивными данными файлов и взаимосвязанными отношениями между ними. Информация об изделии организуется по разделам для ускорения и упрощения доступа, а возможности Pro/PDM в поиске, перемещении и переименовании файлов облегчают управление базой данных об изделии.
Отчеты Pro/PDM предоставляют важную информацию обо всех аспектах цикла разработки на каждом ее этапе. Например, отчеты "где применено?" идентифицируют связи конкретного объекта по всей базе данных - информация, критически важная при определении того, как введенное изменение повлияет на изделие в целом. Кроме того, Pro/PDM может составлять отчеты по "истории ревизий" и зависимостям файлов для любого объекта базы данных. Для сборок Pro/Engineer автоматически генерируются спецификации, что облегчает сравнение различных конфигураций изделия по задаваемым критериям.
Дополнительный инструмент Pro/PDM Toolkit предоставляет прикладной программный интерфейс к любой базе данных, поддерживающей SQL.
Как выглядит технология моделирования геометрии: создание 2D-модели - переход к 3D?
Принцип моделирования пространственной геометрии любой сложности основан на постепенном усложнении, а начинается все с двумерного эскиза, в котором конструктор намечает примерную базовую конфигурацию будущей детали и ее схему ОБРАЗМЕРИВАНИЯ. После того как примерный эскиз детали создан, его можно преобразовать в трехмерный, с помощью операций двух типов: создать и удалить объем. Перечень операций моделирования приведен в таблице 1.
Tаблицa 1.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кроме того, каждый прикладной модуль расширяет этот список своими, специфичными для него способами создания геометрии. Например, Pro/Cabling: протянуть кабель от одного коннектора до другого, объединить эти кабели в жгут. Pro/Piping: протянуть трубу, определить длину заготовки, сделать стык трубы и т. д.; всего модулей 72.
Как выглядит интерфейс с пользователем при моделировании?
Интерфейс пользователя представляет собой систему иерархических меню и диалоговых панелей и основан на двух основных положениях. Во-первых, он прост - пользователь составляет некое осмысленное продолжение, которое звучит примерно так: "Создать_Тело_Выдавливанием - (рисует эскиз) - Сделать". Или "Создать_в_Детали_Объект_Отверстие_Сквозное - Здесь [задает привязочные объекты] - Сделать".
Во-вторых, интерфейс ориентирован на мышление инженера - система оперирует не геометрическими понятиями, а инженерными терминами (сторона, размер, отверстие, фаска, литейный уклон, труба, кабель, жгут, инструмент и т. д.).
Как строятся 2D-чертежи из твердотельной модели? Необходимые сечения и разрезы получаются автоматически или вручную?
Процесс создания чертежа или нескольких листов одного чертежа по твердотельной модели детали или сборки в общем случае состоит из следующих шагов.
1) Определение главного вида. Пользователь вызывает шаблон чертежного листа (в том числе и ЕСКД), указывая необходимый ему формат (А0, А1, ...) или задавая размеры сторон листа, и определяет вид на деталь или сборку, который будет главным.
2) Определение масштаба изображения чертежа. Это тоже параметр, и он может быть изменен потом, например, когда чертеж насыщен сечениями, разрезами и дополнительными видами. Можно для основных видов задавать один масштаб, а для остальных элементов - другой.
3) Определение проекционных видов. Вызов операции из пункта меню "Отобразить проекционные виды". Здесь возможна настройка на автоматическое отображение видов "сверху" и "справа" (ISO, ЕСКД), "снизу" и "слева" (ANSI) или любой вариант, в том числе аксонометрия или изометрия.
4) Определение расположения на чертеже дополнительных видов, сечений и выносных изображений. При этом они тут же отображаются в том месте, куда указал пользователь, но в любой момент могут быть передвинуты или перемасштабированы.
Необходимые сечения и разрезы определяются в пространственной модели детали или сборки с помощью так называемой Datum Plane (опорной плоскости), которая привязывается к характерным объектам детали или сборки (осям отверстий, ребрам, вершинам, локальным осям координат и т. д.). Для полученных сечений и разрезов (X-section) задается уникальное имя (А-А или Б-Б, например), которое потом отображается на чертеже. Возможно определение ломаных сечений и разрезов.
5) Происходит автоматическое отображение всех размеров (параметров), задействованных в определении детали - пользователю остаются только косметические операции: передвинуть размер, выровнять по линии, переключить отображение с одного вида на другой вид и т. п.
6) Надписи чертежа. Пользователь может вводить надписи чертежа прямо из командной строки или отображать надписи из внешнего файла. При этом в текст могут вставляться поля, ассоциативно отслеживающие текущее значение того или иного параметра. Например, надпись чертежа:
"4. Отверстия диаметром d24:83 сверлить инструментом СРТ-0934-456."
будет ассоциативно отображать значение размера с идентификатором d24, который принадлежит 83-му компоненту сборки. Можно также определить любые шрифты изображения надписей, для этого в модуле Pro/Detail имеется простой редактор шрифтов, в частности разработан ЕСКД-шрифт для платформ Unix, Windows 95 и NT.
Работа со сборками
Как происходит компоновка сборок?
Компоновка сборки производится путем размещения любых деталей и подсборок, для чего используются простые команды, такие как "совместить", "выровнять" и "вложить". В процессе сборки оказывается полезным использовать отдельное окно иерархического дерева сборки, с помощью которого возможен выбор компонентов и их реорганизация. Быстрая и качественная визуализация больших сборок основывается на создании упрощенных представлений сборки, либо на использовании фотореализма и навигации (программа Nay-Through) которые включают, исключают или заменяют компоненты. Эти упрощения определяются индивидуально для сборки, либо автоматически (на лету) самой системой.
Непосредственно в ходе сборки можно изменять размеры деталей, создавать и модифицировать базовые плоскости, систему координат и расположение сечений. При необходимости к исходным компонентам добавляются параметрические сборочные фичерсы, представляющие собой операции механообработки (например сверление, фрезерование, пазы и т. д.), которые должны выполняться после сборки компонентов. Сборка сохраняет параметрические свойства входящих в нее деталей и, кроме того, для определения размеров, формы и расположения детали могут вводиться зависимости от параметров других компонентов.
Есть ли контроль совместимости деталей?
Любую сборку можно проверить на "собираемость", причем возможны два режима контроля: проверка на взаимопроникновение деталей или подсборок друг в друга и проверка на зазоры между деталями (контроль совместимости допусков/посадок). Аппарат анализа сборок включает также автоматическую разборку, получение инженерной информации, спецификаций, ссылочных размеров и массо-инерционных характеристик сборки.
Типовое проектирование поддерживается понятием семейства сборок, в котором детали различного размера и формы комбинируются для разработки серий или семейств изделий. Для семейства создается таблица, которая будет служить обобщенной сборкой или шаблоном компонентов. На основе таблиц производится автоматическое замещение одной детали на другую в сборке, замещение устаревшей детали, внесение изменений в конструкцию. Такой аппарат дает способ быстрой разработки широкого набора узлов, отличающихся компонентами.
Как отражается корректировка деталей на сборке?
При модификации любых размеров (изменении величины параметра) или изменении топологии детали/сборки автоматически происходит перегенерация всех деталей/сборок, в которых участвует модифицируемая деталь/сборка. Неважно, где было произведено изменение: в чертеже, в сборке, в отдельной детали - всегда сохраняется целостность представления проекта, а любая деталь, сборка или чертеж отражают текущее состояние проекта.
Параметризация
В каком пространстве происходит параметризация геометрии в 2D или 3D?
Схема параметризации в Pro/Engineer всегда двумерна. Она всегда опирается на некоторую плоскость, например плоскость эскизника. На сегодня не существует коммерчески доступного параметрического 3D-моделлера.
Каков принцип параметризации: по истории построений, по размерам, по параметрам?
Pro/Engineer основан на так называемых конструктивных элементах - фичерсах и операциях с ними. Это позволяет специалистам работать, используя понятный им язык. Pro/Engineer предоставляет множество простейших элементов-операций, из которых складывается будущая конструкция. Конструкторские элементы не являются застывшими, предопределенными, а могут приобретать любые очертания, определяя будущую геометрию. Они содержат также "знания" о своем окружении - информацию о том, как они соотносятся друг с другом. Так как конструктивные формы "помнят" о своем окружении, при изменении любого из них могут измениться геометрия и топология модели в целом. Это означает, что в Pro/Engineer можно автоматически создавать любые объекты и элементы, такие как фаски, скругления, отверстия, литейные уклоны, просто указывая их местоположение.
Кроме того, Pro/Engineer обладает библиотекой конструкторских операций, например зеркальное отображение, сглаживание, создание оболочки. Данная библиотека может пополняться, что дает практически неограниченные возможности при создании геометрии, а также возможности адаптации под специфические задачи. Например, Pro/Engineer "знает", что скругление фаски всегда проходит по ребру и всегда определяется величиной радиуса. Системе нет необходимости "знать", являются ли данные скругления внутренними или внешними по отношению к ребру. Это означает, что система сама пересчитывает геометрию, если конструктор меняет угол на противоположный. В базе данных Pro/Engineer записывается история создания отдельной детали, и при модификации любого размера по истории автоматически перегенерируется геометрическая модель. В базе никогда не хранится геометрия - только история создания изделия.
Конструкторские элементы Pro/Engineer определяются и сохраняются на программном уровне, поэтому для описания геометрии объекта требуется небольшое количество элементов. В противоположность "интеллектуальным" конструктивным элементам у Pro/Engineer традиционные САПР используют формообразующие конструктивные элементы, которые внешне имитируют свойства элементов Pro/Engineer. На самом деле эти элементы есть не что иное как макросы заранее запрограммированной последовательности булевых операций. Они не являются интеллектуальными и не содержат знаний о внутренней взаимосвязи между собой. И как следствие этого, они ограничены, изолированы друг от друга и реагируют на любые модификации самым непредсказуемым образом.
Интеллектуальные объекты отслеживают себя во всех приложениях Pro/Engineer. Каждое такое приложение использует собственный набор элементов, которые могут быть увязаны в цепь. Элементы - звенья этой цепи могут быть переопределены, переупорядочены, а история их создания может быть изменена. При этом будет сохраняться их взаимосвязь друг с другом на основе полной ассоциативности продукта. И, соответственно, любые изменения передаются автоматически по проекту, независимо от времени и места их появления.
Какой пользовательский интерфейс применяется при параметризации?
Параметризация модели происходит автоматически при создании любой геометрии.
Каков принцип расчета параметризованной модели?
Последовательный. При перегенерации геометрии модели последовательно рассчитывают систему линейных уравнений для твердотельной модели и дифференциальных для поверхностных. При этом, поскольку Pro/Engineer никогда не допускает недообразмеренных моделей, система, в общем случае дифференциальных уравнений, полностью определена и требует минимальных вычислительных затрат, что для сложных больших сборок критично. Некоторые САПР работают и с недообразмеренными параметрическими моделями. Однако при этом система математических уравнений уже не определена полностью, что требует достаточно произвольного добавления необходимого числа уравнений путем фиксации значения каких-либо размеров. Важно, что работа с недообразмеренной моделью может приводить к самым неожиданным результатам и требует значительно больших вычислительных затрат.
Фичерсы
Трактовка понятия фичерс. Есть ли общая модель фичерса?
Фичерсы - это интеллектуальные конструкторские объектно-ориентированные операции, объекты, методы или категории. К стандартным фичерсам относятся следующие.
Может ли пользователь создавать новые фичерсы и какой для этого есть инструмент?
Пользователь может создавать собственные фичерсы, объединяя несколько фичерсов в один. Такая группа может быть сохранена для дальнейшего использования, все возможности варьирования составляющих фичерсов сохраняются. Конструкторы могут создавать групповые библиотеки стандартных варьируемых и определенных пользователями фичерсов, сохраняя значения определяющих параметров в виде таблицы. Например, можно создать семейство турбинных лопаток с разными типами закрепления.
Какой интерфейс для поиска и встраивания фичерсов?
Как такового, встраивания фичерсов нет. Это делается в процессе определения геометрии детали, или сборки естественным образом. Например, требуется сделать сквозное отверстие в детали и при этом указывается привязка объекта. Pro/Engineer автоматически дополняет историю создания детали/сборки, что сразу же отображается в дереве фичерсов - специальном окне, с помощью которого облегчен процесс выбора, переорганизации (изменение истории или порядка расположения фичерсов) и замещения фичерсов.
Полная двунаправленная ассоциативность
Что именно означает это понятие?
Такое сложное словосочетание двунаправленная (или полная) ассоциативность - на самом деле подразумевает очень простое свойство систем автоматизированного проектирования. Система обязана автоматически отслеживать любые изменения в рамках проекта, сделанные в каком угодно месте большого комплексного проекта на любой стадии его готовности. Например, спроектированный двигатель внутреннего сгорания имеет 4 цилиндра, и для него подготовлены модели всех деталей и каждого сборочного узла, чертежи для них, сгенерированы спецификации комплектующих деталей, сборочных единиц, стандартных и покупных изделий, определены технологические процессы изготовления, спроектирована оснастка для изготовления и сборки узлов двигателя и самого двигателя. И вдруг возникла мысль поставить на автомобиль, для которого он проектировался, не 4-, а 6-цилиндровый двигатель.
Катастрофа? Нет, в идеале система, обладающая упомянутым свойством, при изменении количества цилиндров должна автоматически перегенерировать весь проект. Безусловно, это идеал. На практике случаются ситуации, когда система не в состоянии корректно произвести необходимые изменения - в каждом конкретном случае надо менять техническое решение по какому-то узлу конструкции. В любом случае система, обладающая свойством двунаправленной ассоциативности, сокращает время и трудоемкость по серьезным изменениям конструкции. По разным оценкам, эта величина колеблется от 60 до 90%.
Интерфейсы Pro/Engineer
Каковы возможности обмена данными с другими системами?
Pro/Engineer включает трансляторы для IGES-, SET-, DXF- и VDA-файлов, обеспечивая возможностью импортировать:
Основные возможности обмена данными включены во все модули Pro/Engineer. Например, Pro/Engineer позволяет экспортировать IGES-, PostScript- и HPGL-файлы. Пользователи модуля Pro/DETAIL могут импортировать двумерные файлы IGES, DXF, SET, а также экспортировать файлы IGES, PostScript и HPGL.
Pro/INTERFACE расширяет возможности обмена, обеспечивая полный набор стандартных промышленных трансляторов данных, включая: SLA-формат для передачи в системы быстрого прототипирования (например стереолитография); TIFF-формат; RENDER-формат, содержащий определение элементов криволинейных поверхностей (полигоны) и характеристики цветов; NEUTRAL-формат - форматированный текстовый файл, содержащий информацию об объектах, деталях и сборках, большая часть которых не поддерживается форматом IGES. Файл NEUTRAL может быть использован для создания интерфейсов к другим программам. SET-формат включает данные для кривых, поверхностей и координат деталей. Также возможен обмен данными двумерной геометрии, текстов и размеров чертежа. VDA-формат обеспечивает импорт/экспорт трехмерных моделей с данными VDA-поверхностей. Кроме того, имеются средства для передачи моделей Pro/Engineer прямо в некоторые важные CAE-системы: PATRAN Geom, SUPERTAB Geom (I-DEAS), COSMOS Geom.
Модуль Pro/Interface for STEP позволяет проектировщикам импортировать и экспортировать данные модели изделия из/в Pro/Engineer с помощью ISO 10303, обычно называемого STEP. Он является международным стандартом для переноса геометрических и негеометрических данных между разнородными CAD-, CAE- и CAM-системами. Этот модуль применяется для импорта/экспорта твердого тела с расширенными границами, поверхностями с топологией, каркасно-поверхностных моделей, структурированных сборок.
Модуль Pro/Interface for CATIA (сделан по заказу Boeing Limited) предназначен для прямого чтения/записи файлов CAD/CAM системы Catia.
Модуль ANSYS/ProFEA (от ANSYS Corp.) предназначен для прямого обмена данными с системой конечно-элементного анализа Ansys.
Существует специальная партнерская программа PTC's Cooperative Software Program - Pro/PArtners, в рамках которой на базе модуля Pro/Toolkit (ранее Pro/Develop) партнерские компании (их более 200) делают прямые интерфейсы к Pro/Engineer (например ANSYS/ProFEA).
Добавление приложений
Имеются ли инструментальные средства разработки пользовательских прикладных модулей и их интеграции с системой?
Существует, условно говоря, три уровня расширения функциональных возможностей Pro/Engineer путем определения пользовательских приложений. Причем первые два доступны для любой лицензии Pro/Engineer.
1-й уровень самый простой - это уже упоминавшийся "язык фичерсов и ссылок". Механизм работы включает в себя возможности Pro/PROGRAM и ссылок между размерами/параметрами. Пользователь моделирует некую деталь или сборку, которая будет шаблоном будущих моделей. Затем Pro/Engineer генерирует текст фичерсной программы, где описываются уже определенные пользователем взаимосвязи между размерами/параметрами, которые могут быть изменены, удалены или назначены. Редактируя текст программы, можно вставить запросы на ввод значений и условные операторы "if...else...end if". Текст программы хранится в самом файле детали или сборки.
2-й уровень требует знаний языка программирования Си, наличия компилятора и редактора связей. Опять же в неком шаблоне детали или сборки открывается пункт меню "User Program", вызывается назначенный пользователем текстовый редактор (для каждой платформы свой, для NT - это Visual C++), в котором уже имеется строка usrmain() и заголовок spgusrgl.h. В заголовочном файле описан внешний массив external double D[DIM_NUM], где DIM_NUM - это общее число размеров детали. При начале работы программы Pro/Engineer сообщает ей значение DIM_NUM и присваивает членам массива D[ ] текущие значения.
Разработчик с помощью стандартных функций printf() и scanf() может организовать взаимодействие с пользователем и ввод значений, при этом запросы и ответы отображаются в окне сообщений Pro/Engineer. Задача пользователя - ввести новые значения некоторых элементов массива D[ ], которые после завершения программы usrmain присваиваются параметрам модели с последующей перегенерацией сборки.
3-й уровень, глобальный - использование возможностей модуля Pro/Toolkit, предлагающего создавать приложения, ориентируясь на стандартный пользовательский интерфейс. До сих пор Pro/Toolkit активно использовался только компаниями, включенными PTC в список Cooperative Software Program для совместной интеграции их коммерческих программных продуктов с Pro/Engineer.
Pro/Toolkit - это библиотека объектных кодов на языке Си, применяемых для создания пользовательских программ и предоставляющих разработчику возможности большинства модулей Pro/Engineer. Разделы библиотеки включают пользовательский интерфейс, доступ к базе данных, геометрические и графические утилиты. С помощью Pro/Toolkit можно создавать программы, работающие либо интерактивно вместе с Pro/Engineer, либо в неграфическом пакетном режиме. В интерактивном режиме доступен синхронизированный обмен данными и событиями, а также асинхронный.
