20 października 2017


Prawie każdy użytkownik systemu CAD zapytany o to, jaki rodzaj modelowania preferuje odpowie: parametryczny! Użyłem określenia „prawie każdy”, bo przecież jest grupa użytkowników, która preferuje systemy modelowania bezpośredniego. Który jest lepszy? Dlaczego? Do czego lepszy? Odpowiedź na te i podobne pytania nie jest prosta.

Andrzej Wełyczko

Moim zdaniem trzeba najpierw poznać wady, zalety, ograniczenia i w związku z tym określić potencjalne obszary praktycznego zastosowania każdego z wymienionych wyżej rodzajów modelowania. Dopiero wtedy można sprawdzić przydatność i udzielić sensownej, opartej na praktycznej ocenie, odpowiedzi.
Od mniej więcej 25 lat inżynierowie mają do dyspozycji parametryczne systemy CAD. Oczywiście w każdym system jest parametryczny „inaczej” i ciągle się zmienia, bo wspomniana wyżej parametryczność jest dzisiaj inna niż 20 lat temu. Ale to wciąż za mało, bo użytkownicy systemów CAD oczekują takich rozwiązań, które ułatwią definicję i modyfikacje geometrii. To jest przecież podstawowe zadanie systemu CAD.
Jest jednak w procesie projektowania coś, co nie zmienia się od lat: innowacyjność lub inaczej intencja konstruktora. Bo przecież zanim powstanie jakikolwiek projekt konstruktor musi mieć pomysł, wizję tego, co chce zaprojektować. Potem musi opracować strategię, która w jego systemie CAD doprowadzi do poprawnej definicji geometrycznej. Czym jest taka strategia? Najprościej mówiąc jest to uporządkowany zestaw poleceń (kolejność ich wykonania bardzo często ma znaczenie zasadnicze) lub inaczej procedura konstrukcyjna. Taka strategia jest oczywiście inna dla dwóch różnych systemów CAD. Ba, nawet w tym samym systemie CAD ta strategia może być inna, jeśli projekt jest realizowany w innym środowisku – parametrycznym (ang. Feature-Based Design) lub bezpośrednim (ang. Direct Modeling). Jeśli mamy do wyboru więcej niż jeden sposób modelowania, to trzeba odpowiedzieć na pytanie: który z tych sposobów jest lepszy i dlaczego? Czym na przykład różni się model bryłowy tej samej części zdefiniowany w innym środowisku modelowania? Zewnętrznie niczym, bo może mieć dokładnie taki sam kształt i wymiary. Inny jest sposób definiowania (strategia) oraz możliwości modyfikacji jego kształtu.
Pierwsze skojarzenie ze słowem strategia to w moim przypadku wojna. Nie gra (komputerowa), bo nie gram, ale to też dobre skojarzenie. W obu przypadkach celem jest wygrana. Z kim? Z czym? Z systemem CAD, który zawsze ma jakieś preferowane metody projektowania, a także, o czym nie można zapominać, wady i ograniczenia. Jak opracować taką strategię?
W przypadku systemu parametrycznego model bryłowy projektowanej części trzeba „rozbić” na pojedyncze cechy konstrukcyjne (trzon, podstawa, kołnierz, ucho lewe, otwór centralny, żebro, wybranie, itp.), a potem ustalić sposób definiowania każdej z tych cech konstrukcyjnych (kształt konturu podstawowego, na jakiej płaszczyźnie?, wymiary, liczba otworów, itp.) oraz kolejność modelowania. Taka dekompozycja wizji konstruktora na uporządkowany zestaw poleceń jest pierwszym etapem strategii, która ma doprowadzić do wygranej, czyli do poprawnego (zgodnego z zamiarem konstruktora) modelu przestrzennego. W jaki sposób taki model jest generowany w systemie parametrycznym? Przez analogię do programowania, w którym także mamy uporządkowany zestaw poleceń, można powiedzieć, że system CAD „uruchamia” procedurę konstrukcyjną, której wynikiem jest model geometryczny. Strategia rodzi się w głowie konstruktora, który swoją intencję przekłada na to, co jest możliwe w jego systemie CAD. Ile z tych wszystkich, koniecznych do wykonania, rzeczy jest rzeczywiście ważnych? I nie chodzi tu o to, że wszystkie są konieczne do zrealizowania w konkretnym (parametrycznym) systemie CAD, ale o to, że są one wymuszone przez ten właśnie system! Przecież w gotowym modelu parametrycznym istotnych jest tylko kilka parametrów, a na pewno nie wszystkie. Mogą to być na przykład wymiary gabarytowe, odległość osi, liczba lub rozmieszczenie otworów pod śruby mocujące, itp. Taka „czarna” wizja pracy w systemach parametrycznych jest oczywiście przesadzona, bo mają one sporo zalet, których tu i teraz nie chciałbym wyliczać. Jedno jest pewne: modelowanie bryłowe w systemie parametrycznym, zwłaszcza w przypadkach skomplikowanych geometrycznie, nie jest zadaniem trywialnym, bo sukces zależy od opisanej wyżej strategii.
Czy jest coś złego w tej lub innej metodzie tworzenia modelu przestrzennego? Nie, pod warunkiem, że każdy, kto tworzy lub modyfikuje taki model wie jak i ma do dyspozycji ten sam system CAD. Trzeba też zauważyć, że nie każdy ma doświadczenie pracy w konkretnym systemie CAD. No właśnie, o ileż łatwiejsze byłoby życie konstruktora czy technologa gdyby korzystali z tego samego systemu CAD. Rzeczywistość niestety jest inna. Różnorodność systemów CAD oraz formatów zapisu danych w tych systemach wymusza zastosowanie formatów neutralnych (IGES, STEP). I to nie tylko dlatego, by móc wymieniać dane pomiędzy różnymi systemami CAD, ale także dlatego, że niektóre modele przestrzenne (na przykład w lotnictwie) muszą być archiwizowane przez kilkadziesiąt lat! Czy za lat 30 będzie można odczytać i zmodyfikować model bryłowy części wykonany dzisiaj w systemie CAD-X?
Tematyka wymiany danych pomiędzy różnymi systemami CAD jest oczywiście wspierana przez dostawców tych systemów, ale z pewnością nie jest to dla nich zagadnienie priorytetowe. Jeśli konwersja modelu bryłowego z systemu CAD-A do CAD-B zakończy się sukcesem, to i tak zwykle rezultat jest martwą bryłą (bez parametrów, konturów podstawowych, itd.). Ale nawet w przypadku „martwej” bryły modyfikacja jej kształtu jest możliwa, bo niemal każdy parametryczny CAD oferuje narzędzia rozpoznawania cech konstrukcyjnych (ang. Feature Recognition). Można więc „odtworzyć” parametryzację otworu i potem zmienić jego średnicę. Można usunąć jakąś powierzchnię bryły (ang. Remove Face), a system wypełni tą pustą przestrzeń ekstrapolując powierzchnie sąsiadujące. Ale to wciąż za mało!
Dlatego, obok systemów parametrycznych, mamy także systemy modelowania bezpośredniego, których istotą jest swobodne definiowanie geometrii, a nie opis metody jak uzyskać model geometryczny na podstawie konturów, parametrów, relacji wymiarowych czy geometrycznych. Trzeba jednak pamiętać, że olbrzymie znaczenie ma nie tylko łatwość definicji geometrycznej, ale także sposób „powiązania” intencji konstruktora z tą geometrią. Konstruktor ma w takim środowisku tyle swobody, że może swobodnie modyfikować geometrię, nawet w taki sposób, że nie będzie ona zgodna z intencją konstrukcyjną: kołnierz jest po prostu kołnierzem, a otwór po prostu otworem. Swoboda modyfikacji położenia otworu może doprowadzić do sytuacji, w której otwór jest zdefiniowany na krawędzi kołnierza. Pełna swoboda, ale czy to jest rozwiązanie poprawne konstrukcyjnie, technologicznie? W systemie parametrycznym położenie otworu może być ustalone w zadanej odległości od krawędzi. Niektórzy twierdzą, że to ogranicza swobodę konstruktora. Co wybrać: swobodę czy ograniczenia? (Tu sam siebie złapałem na tym, jak tendencyjne można postawić pytanie!)