Расширение возможностей синхронной технологии с помощью операций с историей построения

Еще до работы в Siemens меня попросили сделать доклад на конференции. Я до сих пор считаю себя обычным пользователем, а не экспертом, поэтому мне пришлось продемонстрировать в Solid Edge изделие из прошлого опыта. Одна из проблем, которая меня очень волнует, – почему так много пользователей, которые имеют доступ к синхронной технологии, не используют ее. Я знаю, что есть типы объектов, которые на данный момент не представлены в синхронной технологии, к таким элементам относятся поверхности сложной формы. Я думаю, что, возможно, пользователи попробовали работать с синхронной технологией, но столкнулись с проблемами, и теперь у них сложилось негативное мнение о таком методе построения.

Эта статья о том, для чего лучше всего подходит моделирование на основе истории построения, а для чего – синхронная технология, и почему их нужно комбинировать.

Преимущества моделирования на основе истории построения

Моделирование на основе истории построения отлично подходит для линейного мышления. Сначала строим базовый элемент, потом добавляем какую-то часть и т.д. Этот способ позволяет разбивать деталь на отдельные простые части, зависимые одна от другой.

Но нет никаких причин создавать твердотельные модели именно таким методом. Реальные изделия так не изготавливаются. Почему был выбран именно такой способ моделирования?

Когда создавали команды моделирования, основанного на истории построения, аппаратное обеспечение не могло одновременно обрабатывать всю геометрию, поэтому функционал был разделен так, чтобы можно было выполнить одну операцию за один раз. Этот метод работал на том аппаратном обеспечении, а также это имело смысл с точки зрения поэтапного построения модели. Программное обеспечение Pro/ENGINEER в то время стало очень популярным.

Многие люди считают преимуществом создание модели с историей построения. Вы создаете модель таким образом, чтобы она предсказуемо реагировала на изменения. Чаще всего приходится менять ранее созданные модели, а не создавать новые, поэтому важно, как модели реагируют на внесение изменений.

Также есть еще некоторые операции, которые можно добавить в историю построения в Solid Edge, например, любую геометрию на основе сплайнов или интерполированных поверхностей (поверхность по сечениям, поверхность по направляющим, поверхность по границам и т. д.), т.е. то, во что можно внести изменения.

Недостатки моделирования на основе истории построения

Моделирования на основе истории построения также имеет огромный недостаток, например в ситуации, когда происходит разрушение связей между родительскими и дочерними объектами дерева построения. Методы моделирования, которые PTC преподавали студентам в начале 1990-х годов, сводили к минимуму недостатки, и результатом стал строгий порядок построения дерева модели. Так называемые «средние» CAD-системы в середине 1990-х годов устранили многие трудности, но не решили основополагающие проблемы в отношениях родительских и дочерних объектов. Таким образом, получилась система моделирования, где было легко сделать новые модели, но которые были очень неустойчивыми при редактировании.

Преимущества прямого моделирования

Прежде всего, синхронная технология – это комбинация прямого моделирования, «поведения геометрии», операций построения, PMI на модели, «связей граней», колеса управления и других отличных инструментов, разработанных Solid Edge. Но давайте на мгновение отложим все это. Я хочу поговорить о способности Solid Edge выбирать поверхности, перемещать, смещать или вращать их.

Одним из преимуществ такого способа работы является функционал «Поведение геометрии». Часто бывает, что для деталей, построенных моделированием на основе истории построения, проще построить деталь заново, чем пытаться ее отредактировать. А в прямом моделировании, с помощью команд «поведения геометрии», вы изменяете только выбранные поверхности. При этом синхронная технология добавляет связи между поверхностями, что позволяет вам контролировать поведение геометрии при внесении изменений.

В моделировании на основе истории построения, чтобы внести изменения, необходимо изучить историю построения модели, найти в ней нужную операцию и изменяемый параметр. В прямом моделировании все параметры для изменения находятся непосредственно на выбираемых в модели поверхностях. Это позволяет вам вносить такие изменения, которые было бы практически невозможно выполнить с использованием моделирования на основе истории построения.

Недостатки прямого моделирования

Это еще не все. Если бы один из этих методов победил, то решить проблемы было бы легко. Но это не так. Прямое моделирование, даже со всеми дополнительными преимуществами синхронной технологии, страдает от недостатков, когда некоторые типы поверхностей должны быть изменены или при изменении поверхностей потребуется новая топология.

Экспресс-курс по САПР терминологии

Чтобы понять недостатки прямого моделирования и уметь их решать, мы должны понимать некоторые концепции CAD-разработчиков. К ним относятся NURBS, BREP и топология.

NURBS означает «неоднородный рациональный B-сплайн», но для вас это означает, что все поверхности в CAD-модели должны иметь 4 стороны, потому что математически NURBS - это кривые U и V в перпендикулярных направлениях.

Есть много ситуаций, когда поверхности в модели САПР не являются четырех сторонними, но всегда существует причина, почему поверхность не является четырехсторонней.

Когда направления U и V пересекаются, как на двух или трехсторонних гранях, это значит, что одна или две из четырех сторон стали равной нулю. Это называется вырожденной точкой. Вырожденные точки вызывают проблемы в таких операциях, как скругления, тонкие стенки, утолщения и другие функции. Математика и САПР не любят операции с нулем.

Вторая ситуация – когда у вас есть обрезанная поверхность. NURBS позволяет использовать в построении лежащую снизу 4-стороннюю или вырожденную поверхность, а также обрезанную поверхность. Ваша обрезанная поверхность может запомнить форму лежащей снизу поверхности.

На этом изображении синяя поверхность является основой для зеленой обрезанной поверхности. Обрезанная поверхность может быть увеличена до границы синей поверхности. Это технология, которая лежит в основе всего программного обеспечения САПР и управляет возможностью редактирования моделей.

Но здесь есть еще одна особенность. Границы моделей имеют разные типы поверхностей, количество и то, как они соединяются друг с другом, чтобы определить «топологию» тела. Куб выполнен из 6 плоских граней, соединенных под прямым углом. Сфера – это одна сферическая поверхность. Конус – коническая поверхность и плоская грань, где плоская грань перпендикулярна оси конуса.

На следующем изображении показаны типы топологии поверхностей от «наиболее редактируемой» до «наименее редактируемой».

Плоские грани могут бесконечно расширяться в любом направлении. Кривые U и V являются прямыми. Цилиндр может простираться бесконечно вдоль оси, но пересекает себя в другом направлении. Обратите внимание, что, когда вы рассматриваете рисунок начиная с верхнего левого угла вправо, форма становится более сложной. Кривые могут бесконечно расширяться. Круги и эллипсы всегда пересекаются, а сплайны не могут быть расширены.

Расширяемость поверхностей на детали определяет, насколько хорошо вы сможете использовать прямое моделирование для изменения модели. Сужение поверхностей не вызывает проблем в отличии от расширения.

Поэтому, когда у вас есть такая деталь, как на рисунке, и вы не можете переместить отверстие из центра бобышки, то теперь вы понимаете, что проблема возникла из-за сложных поверхностей, созданных скруглениями вокруг основания бобышки. Концепция, описанная выше, помогает понять причину непонятного сообщения об ошибке.

В этой детали, если вы удалите скругление со стороны бобышки, вы сможете без проблем перемещать отверстие без загадочных сообщений.

Solid Edge позволяет удалить скругление, просто нажав клавишу «Удалить».

Завершив экспресс-курс по САПР терминологии, вы понимаете, почему прямое редактирование работает или не работает, что причина в BREP (способе представления моделей с помощью набора поверхностей, ограниченных кривыми).

На изображении выше вы видите, что удаление скруглений не всегда работает. Когда скругления удаляются, соседние грани расширяются, чтобы пересечься, но в этом случае исходные грани (показаны зеленым цветом) полностью поглощены скруглениями (удалены из BREP). Чтобы вернуть их в модель, вы должны заново создать цилиндрический выступ. Это еще один серьезный недостаток в методе прямого редактирования - поглощаемая топология не может быть легко заменена.

Решение этой проблемы заключается в том, чтобы создавать скругления как отдельные элементы. Скругления должны быть добавлены последними, это отлично работает. Без скруглений модель имеет преимущественно призматические грани, которые можно легко редактировать с помощью прямого моделирования и синхронной технологии.

Для меня этот метод решает проблемы, которые возникают в любом режиме (обычном или синхронном), и дает мне больше уверенности при работе в САПР.

Комбинированный метод

Синхронная технология настолько мощная и гибкая, что вы действительно многое теряете, если ее не используете. Но вам нужен пример модели, чтобы понять некоторые принципы BREP, в которые входят объекты с историей построения.

В модели, показанной справа, все серые объекты являются синхронными, все красные – объектами, созданными на основе истории построения. Базовая призматическая модель легко редактируема.

Помимо скруглений, вы также можете добавить в список объектов с историей построения – фаски и косметические элементы, такие как выдавленный текст. Основной принцип удаления элементов из синхронного тела – сделать его как можно более доступным для редактирования. В этом случае объекты с историей построения можно рассматривать как финишные, косметические, не влияющие на функциональность детали.

Выводы

Если вы когда-либо работали с синхронной технологией, то вы должны попробовать этот метод. Упрощение базовых элементов до призматических форм без скруглений значительно увеличивает редактируемость. Вы ничего не теряете, добавив отдельные объекты в операции с историей построения. Попробуйте и поделитесь своими результатами.

Рекомендуем прочитать