23 października 2021



Dlaczego dzisiaj obserwujemy taki boom (Creo z PTC, Fusion z Autodesk, Live Shape z Dassault, Synchronous Technology z Siemens PLM) w obszarze modelowania bezpośredniego? Moim zdaniem dlatego, że dzisiejsze komputery, karty graficzne oraz oprogramowanie są w stanie w realnym czasie zrealizować wizję, która wcale nie jest taka nowa. Mamy przecież na rynku sporo systemów (IronCAD, SpaceClaim, itd.), które od lat propagują ideę modelowania bezpośredniego. Moim zdaniem trzeba rozważyć dwa praktyczne scenariusze.

Scenariusz 1
Załóżmy, że jakaś część, której model przestrzenny został wykonany w firmie A (w systemie CAD-A) ma być wyprodukowana w firmie B, która używa innego systemu (CAD-B). Załóżmy też, że analiza technologiczności modelu tej części (wykonana w firmie B) wskazuje na konieczność modyfikacji jej geometrii. Konieczna jest niewielka zmiana wartości jednego lub kilku parametrów. Może to być na przykład modyfikacja promienia zaokrąglenia krawędzi, która nie ma wpływu na jakość konstrukcji, ale umożliwi redukcję kosztów produkcji lub relatywnie niewielka modyfikacja kąta pochylenia ściany, która zapewni technologiczność wykonania. Firma B nie może wykonać takiej zmiany bez uzgodnienia z firmą A. Nawet jeśli zmiana zostanie uzgodniona (na przykład telefonicznie), to firma B nie ma technicznych możliwości modyfikacji modelu przestrzennego, bo został on wykonany w obcym dla niej systemie CAD-A. Pat? Nie. Potencjalnie można skorzystać z konwerterów, które „tłumaczą” definicję modelu z formatu CAD-A na CAD-B lub poprosić firmę A o dostarczenie modelu w formacie neutralnym, na przykład STEP. Niestety żadna z tych metod nie jest idealna, bo nawet jeśli konwersja jest w 100% poprawna, to dalej konieczny jest fachowiec, który wie jak zmienić kształt modelu w systemie CAD-B. Czy nie łatwiej wprowadzić konieczne zmiany konstrukcyjne modelu wykonanego w systemie CAD-A bezpośrednio w systemie CAD-B, czyli bez konwersji? Tak, ale takie zadanie może być zrealizowane w systemie CAD-B tylko wtedy, gdy w tym systemie można otworzyć model w formacie CAD-A i dostępne są narzędzia z grupy Direct Modeling. W tym przypadku można użyć określenia Direct Editing, bo przecież nie chodzi o budowę modelu przestrzennego od nowa, ale o niewielkie modyfikacje. I to jest jedno z typowych zastosowań systemów modelowania bezpośredniego.

Scenariusz 2
Początek projektu jest tradycyjnie związany ze szkicami koncepcyjnymi. Te mogą być wykonane na papierze lub w dedykowanej do tego aplikacji. Celowo nie nazwałem tej aplikacji systemem CAD 2D, bo projekt koncepcyjny jest tworzony (powinien być?) przez projektanta-artystę, a nie przez konstruktora. Taki projektant-artysta nie jest z reguły zainteresowany pracą w profesjonalnym systemie CAD, bo ten jest dla niego zbyt „ciężki”. I nie chodzi tu o to, że taki system jest poza zasięgiem możliwości projektanta-artysty, ale o to, że klasyczne systemy parametryczne nie są łatwe do opanowania bez specjalistycznego przeszkolenia. Recz się jeszcze bardziej komplikuje, gdy zaczniemy rozważać zastosowanie systemów CAD 3D w definicji modelu koncepcyjnego. Przecież dzisiaj (w XXI wieku) to nie szkic (2D), ale model przestrzenny (3D) jest najbardziej pożądaną formą przekazywania informacji o produkcie – także na etapie projektu koncepcyjnego! O ile trudniej jest opanować poprawne zastosowanie systemu CAD 3D zwłaszcza osobie, która nie ma odpowiedniego przygotowania. I tu dochodzi my do sedna sprawy. Modelowanie bezpośrednie pozwala swobodnie modelować obiekty przestrzenne bez konieczności opracowania szczegółowej procedury konstrukcyjnej (strategii modelowania). Kolejność modelowania poszczególnych cech konstrukcyjnych nie ma w takim systemie żadnego znaczenia, a ponadto system „podpowiada” jakie polecenia mogą być zastosowane do wskazanego elementu geometrycznego (wierzchołek, krawędź, powierzchnia, etc.). Jeśli zadaniem projektanta jest szybka definicja modelu koncepcyjnego w postaci modelu przestrzennego, to oczywiście narzędzie klasy Direct Modeling jest tym, czego mu potrzeba.
Czy to oznacza, że systemy klasy Direct Modeling zastąpią w najbliższej przyszłości systemy parametryczne (klasy Feature-Based Design)? Moim zdaniem nie, bo obok niewątpliwych zalet mają one także pewne ograniczenia, które w większości są wynikiem porównania z tym, co dzisiaj oferują systemy parametryczne.
Pierwsza i dla mnie – długoletniego użytkownika systemu parametrycznego – subiektywna niedogodność jest związana z brakiem widocznych parametrów, które determinują kształt modelu przestrzennego. Bryła lub powierzchnia jest w zdecydowanej większości dzisiejszych systemów modelowania bezpośredniego widoczna jako jeden obiekt. W systemie parametrycznym mówimy o takim obiekcie „martwy”, czyli bez parametrów. Te parametry oczywiście muszą być i są gdzieś schowane, ale nie są (dzisiaj) widoczne i ich wartości nie mogą być bezpośrednio modyfikowane, bo model geometryczny nie ma historii (drzewo specyfikacji). Tu powinienem dodać, że są systemy CAD klasy Direct Modeling, które generują specyfikację cech konstrukcyjnych. Ba, wykonują automatycznie zmianę kolejności cech konstrukcyjnych, jeśli tego wymaga zastosowana modyfikacja geometrii (na przekład przesunięcie otworu). Niestety, nie wszystkie.
Jak zapewnić zadaną odległość otworu od krawędzi projektowanej części niezależnie od modyfikacji powierzchni, do której należy ta krawędź? W systemie klasy Direct Modeling otwór jest tam, gdzie jest. Jego położenie może być swobodnie modyfikowane, ale nie jest powiązane z krawędzią, punktem czy płaszczyzną. Jak w takim razie powiązać intencję konstruktora z geometrią modelu przestrzennego? Tu znowu trzeba (asekuracyjnie?) powiedzieć, że to nie dotyczy wszystkich systemów CAD.
Kolejne ograniczenie jest związane z generowaniem podobnych geometrycznie modeli przestrzennych, czyli z tym, co w systemach parametrycznych jest zupełnie naturalne. Jak w systemie klasy Direct Modeling zdefiniować rodzinę podobnych geometrycznie komponentów? W systemie klasy Feture-Based Design parametry modelu pojedynczej części lub zespołu części można powiązać z tabelką i kontrolować kształt modelu przestrzennego za pomocą zestawu wartości parametrów (odp. wiersz z tabelki).
W jaki sposób zautomatyzować nie tylko tworzenie geometrii w systemie modelowania bezpośredniego, ale także proces sprawdzania jego poprawności? Na przykład jak sprawdzić, czy wszystkie otwory mają standardowe średnice? Większość systemów klasy Direct Modeling nie rozpoznaje cech konstrukcyjnych (ang. Feature), bo model przestrzenny jako całość jest po prostu kształtem, geometrią bez dekompozycji na cechy konstrukcyjne.
Porównywanie różnych typów (klas) systemów CAD jest często prowokacją do udowadniania, który z systemów jest lepszy. Ja nie zamierzam udowadniać, że CAD-A jest lepszy od CAD-B i powrócę do tego, co napisałem na wstępie: Który jest lepszy? Dlaczego? Do czego lepszy? I dodałbym jeszcze jedno: Do czego jest potrzebny lub w czym ma pomóc system CAD?
Odpowiedź jest prosta: W systemie CAD tworzę model geometryczny projektowanej części lub zespołu części. Jeśli CAD-X spełnia moje wymagania, to nie ma większego znaczenia czy jest parametryczny, bezpośredni czyli „mieszany”, bo wybór systemu jest zawsze zależny od rodzaju pracy do wykonania, stopnia skomplikowania geometrii i otoczenia biznesowego. Nie można przecież wybrać takiego systemu, który nie jest akceptowany przez mojego zleceniodawcę. I jeszcze jedno, zamiast pytać o to, który CAD (parametryczny lub bezpośredni) jest lepszy należy, moim zdaniem, sformułować pytanie inaczej: Kiedy na rynku pojawi się CAD, w którym będzie dostępne wszystko to, co najlepsze w konkurujących ze sobą koncepcjach modelowania przestrzennego? Czy swoboda modelowania będzie kiedyś połączona z „parametryzacją na życzenie” i automatyczną rekonstrukcją „historii” tworzenia modelu bryłowego? A może także powierzchniowego? Czas pokaże, a my, użytkownicy systemów CAD, powinniśmy czujnie obserwować w jakim kierunku zmierzają wielcy i mali dostawcy tych systemów oraz nie dać się omamić agresywnym marketingiem.

Andrzej Wełyczko