Фасета (геометрия)

В трёхмерном пространстве фасета многогранника — любой многоугольник, вершины которого являются вершинами многогранника, но который сам не является гранью. Огранка многогранника — нахождение и объединение фасет, которые образуют новый многогранник. Процесс является обратным образованию звёздчатой формы и может быть применён к многогранникам высоких размерностей.

В комбинаторике многогранников и общей теории многогранников фасета многогранника размерности n — грань, имеющая размерность n−1. Фасеты можно назвать (n−1)-гранями или гипергранями. В трёхмерной геометрии они часто называются «гранями» без дальнейших уточнений.

Фасета симплициального комплекса — максимальный симплекс, не являющейся гранью другого симплекса комплекса. Для симплициальных многогранников это совпадает с комбинаторным определением.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Правильные четырёхмерные многогранники являются четырёхмерными аналогами правильных многогранников в трёхмерном пространстве и правильных многоугольников на плоскости.

В теории графов циркулянтным графом называется неориентированный граф, имеющий циклическую группу симметрий, которая включает симметрию, переводящую любую вершину в любую другую вершину.

Пра́вильный двадцатичетырёхъяче́йник, или просто двадцатичетырёхъяче́йник, или икоситетрахор (от др.-греч. εἴκοσι — «двадцать», τέτταρες — «четыре» и χώρος — «место, пространство»), — один из правильных многоячейников в четырёхмерном пространстве.

В теории графов короной с 2n вершинами называется неориентированный граф с двумя наборами вершин ui и vi и рёбрами между ui и vj, если i ≠ j. Можно рассматривать корону как полный двудольный граф, из которого удалено совершенное паросочетание, как двойное покрытие двудольным графом полного графа, или как двудольный граф Кнезера Hn,1, представляющий подмножества из 1 элемента и (n − 1) элементов множества из n элементов с рёбрами между двумя подмножествами, если одно подмножество содержится в другом.

Многогранник размерности 3 и выше называется изоэдральным или гране транзитивным, если все его грани одинаковы. Точнее сказать, все грани должны быть не просто конгруэнтны, а должны быть транзитивны, то есть должны прилежать в одной и той же орбите симметрии. Другими словами, для любых граней A и B должна существовать симметрия всего тела (состоящая из вращений и отражений), которая отображает A в B. По этой причине выпуклые изоэдральные многогранники имеют формы правильных игральных костей.

Многогранник, многоугольник или мозаика является изотоксальным или рёберно транзитивным, если его симметрии действуют транзитивно на его рёбрах. Неформально это означает, что имеется только один вид рёбер у объекта — если даны два ребра, существует параллельный перенос, вращение и/или зеркальное отражение, переводящее одно ребро в другое, не меняя область, занимаемую объектом.

В теории графов обобщёнными графами Петерсена называется семейство кубических графов, образованное соединением вершин правильного многоугольника с соответствующими вершинами звезды. В семейство входит граф Петерсена и обобщает один из путей построения графа Петерсена. Семейство обобщённых графов Петерсена ввёл в рассмотрение в 1950 году Коксетер и этим графам дал имя в 1969 году Марк Воткинс.

В геометрии политоп (многогранник, многоугольник или замощение, например) изогонален или вершинно транзитивен, если, грубо говоря, все его вершины эквивалентны. Отсюда следует, что все вершины окружены одним и тем же видом граней в том же самом (или обратном) порядке и с теми же самыми углами между соответствующими гранями.

Граф решётки — это граф, рисунок которого, вложенный в некоторое евклидово пространство Rn, образует регулярную мозаику. Это подразумевает, что группа биективных преобразований, переводящая граф в себя, является решёткой в теоретико-групповом смысле.

В теории графов рёберно-транзитивным графом называется граф G такой, что для любых двух рёбер e1 и e2 графа G, существует автоморфизм графа G, который отображает e1 в e2.

Пра́вильный шестнадцатияче́йник, или просто шестнадцатияче́йник — один из правильных многоячейников в четырёхмерном пространстве. Известен также под другими названиями: гексадекахор (от др.-греч. ἕξ — «шесть», δέκα — «десять» и χώρος — «место, пространство»), четырёхмерный гиперокта́эдр (поскольку является аналогом трёхмерного октаэдра), четырёхмерный кокуб (поскольку двойственен четырёхмерному гиперкубу), четырёхмерный ортоплекс.

Источник

Реверс инжиниринг изделий в Siemens NX от «А» до «Я»

Определение реверс инжиниринга, или, иначе говоря, обратного проектирования, гласит, что это исследование некоторого готового устройства с целью понять принцип его работы, сделать изменение или воспроизвести устройство или иной объект с аналогичными функциями, но без прямого копирования. Применяется обычно в том случае, если создатель оригинального объекта не предоставил информации о структуре и способе создания (производства) объекта. В машиностроении часто применяется при копировании различных механизмов и машин без фактической разработки. Позволяет с минимальными затратами воспроизвести удачную конструкцию.

Первые четыре пункта можно отнести к подготовительному этапу, а все оставшиеся — непосредственно к процессу реверс инжиниринга.

Процесс обратного проектирования желательно всегда начинать с визуального осмотра детали или изделия. Это необходимо для того, чтобы понять, какие поверхности детали являются наиболее точными, какие рабочими, какие можно использовать в качестве базирования относительно системы координат, а какие не так ответственны и поэтому при моделировании не стоит затрачивать на них много времени. На основании данного визуального осмотра в итоге должно быть составлено техническое задание на сканирование, для того чтобы оператор уделил внимание наиболее ответственным элементам изделия. Но обычно конструктор, занимающийся реверс инжинирингом, получает уже готовый результат сканирования и никак не участвует в процессе его получения, что в итоге может привести к нежелательным ошибкам при проектировании.

Зачастую после сканирования требуемого изделия в качестве результата получаются облака точек или фасетные модели отдельных частей детали с произвольным расположением в пространстве. Это вызвано тем, что не всегда есть возможность отсканировать изделие со всех сторон полностью, поэтому приходится его сканировать частями, а потом совмещать и склеивать отдельные сегменты в единое тело. В поставке со сканирующим оборудованием обычно идет программное обеспечение, которое в какой-то мере позволяет производить процедуру совмещения и склейки отдельных частей, но вместе с тем вносит немалую погрешность в модель, что при реверс инжиниринге точных изделий не допустимо. Программный комплекс Siemens NX позволяет выполнять все этапы обратного проектирования с высокой точностью и гибкостью.

Рассмотрим процесс обратного проектирования детали «Крыльчатка», которая представляет собой ступицу конусной формы, на которой располагаются пять лопаток.

Импорт облака точек в файл модели

По сценарию после процесса сканирования мы получили две части детали в формате облака точек (*.asc). В Siemens NX, начиная с версии сборки 1899, появилась возможность открывать данный формат и сразу преобразовывать его из облака точек в фасетное (конвергентное) тело (команда «Сетка из облака точек»). После открытия файлов в рабочем пространстве появляются две части детали в виде фасетных тел, произвольно расположенных относительно абсолютной системы координат. Эти тела представляют собой левый и правый торцевые сегменты ступицы «Крыльчатки» с общими элементами в виде части лопаток и вместе образуют замкнутый объем детали.

Совмещение и склейка фасетных тел

Для совмещения тел в Siemens NX есть ряд функций. В качестве примера воспользуемся некоторыми из них. Вначале необходимо произвести первичное совмещение отсканированных частей «Крыльчатки» друг относительно друга. Для этого можно применить команду «Выровнять набор точек по набору точек» (рис. 1), в ней требуется задать минимум три исходные точки на объекте, который следует выровнять, и три ссылочные точки на объекте назначения. При этом количество точек в каждом наборе должно быть равным и порядок их выбора должен примерно соответствовать друг другу. В результате получается, что одна часть детали перенеслась и развернулась относительно другой, но их полного совмещения нет.

Рис. 1. Первичное совмещение друг относительно друга отсканированных частей «Крыльчатки»

Рис. 2. Полное совмещение отсканированных частей «Крыльчатки» друг относительно друга

Далее необходимо произвести склейку совмещенных частей обновленной командой «Объединить фасетные тела», последовательно выбрав сегменты детали. Но перед этим желательно произвести обрезку одной из частей с целью сокращения общей области пересечения. Это рекомендуется разработчиками, так как при объединении в этой области может произойти существенная деформация сетки, что приведет к искажению фасетного тела.

Базирование фасетного тела относительно абсолютной системы координат

На заключительном этапе подготовки фасетного тела под обратное проектирование его желательно совместить с началом абсолютной системы координат. Для этого потребуется вспомогательная геометрия, связанная с фасетным телом, чтобы затем по ней сориентировать базовую систему координат. Для создания такой геометрии могут понадобиться такие инструменты реверс инжиниринга, как цветовое выделение граней и размещение поверхностей (более подробно эти инструменты будут рассмотрены ниже). Далее по полученным поверхностям строится эскиз с отрезками, обозначающими направление осей, а по ним уже ориентируется базовая система координат (рис. 3).

Рис. 3. Создание вспомогательной геометрии и базовой системы координат

Рис. 4. Перенос фасетного тела в начало абсолютной системы координат

К процессу обратного проектирования необходимо подходить по принципу от легкого к сложному, то есть начинать моделирование желательно с самых простых элементов детали, последовательно переходя на сложные. В нашем случае простым элементом является ступица, которая представляет собой тело вращения конусной формы. Для моделирования таких тел целесообразно вначале получить сечение фасетного тела в виде набора точек, затем по этим точкам построить эскиз профиля и провращать его относительно оси (рис. 5).

Рис. 5. Процесс моделирования ступицы «Крыльчатки»

Цветовое выделение фасетных граней

Для рассматриваемого примера наилучший результат показала операция «Кривизна фасетного тела». Она выявила все поверхности скругления на данной модели, и по ним было произведено цветовое разбиение остальных граней детали.

Рис. 6. Инструменты цветового выделения фасетных граней в Siemens NX

Создание модели по фасетному телу

После произведенного цветового выделения фасетных граней приступим к моделированию лопаток «Крыльчатки». Так как они одинаковы и расположены равноудаленно друг от друга, будет достаточно смоделировать одну из них, а остальные размножить круговым массивом. Для этого необходимо выбрать лопатку с наименьшими дефектами фасетных граней и по ней произвести обратное проектирование. Каждая грань лопатки строится по отдельности с использованием определенных методик. Затем полученные поверхности расширяются, обрезаются и сшиваются, тем самым образуя тело лопатки.

Для создания периферийной торцевой поверхности лопатки вначале необходимо построить сплайн на фасетной грани. Его можно сделать командой «Аппроксимированная кривая», которая позволяет в качестве объекта привязки использовать фасетное тело и при этом сразу контролировать погрешность получаемой кривой. Для получения поверхности данный сплайн достаточно провращать вокруг оси.

Для coздания входной и выходной кромок лопатки сначала моделируются вспомогательные поверхности, касательные к данным кромкам. Для этого сперва необходимо получить линию, вдоль которой происходит касание с кромками лопатки. Эту линию, или, иначе говоря, след взгляда на кромки лопатки, можно получить функцией «Изоклина». Данная операция позволяет в качестве объектов использовать конвергентные (фасетные) тела. Далее по этим линиям строятся пространственные прямые, и для моделирования поверхности их также требуется провращать вокруг оси (рис. 7).

Рис. 7. Создание поверхностей лопатки «Крыльчатки» по фасетному телу

Для получения втулочной поверхности лопатки необходимо просто скопировать конусную грань ступицы. Делается это операцией «Выделить геометрию».

Поверхности спинки и корытца лопатки «Крыльчатки» получаем командой «Разместить поверхность» (рис. 8). Эта команда является основной и наиболее приоритетной при создании поверхностей по фасетному телу в модуле реверс инжиниринга Siemens NX. В данной функции для удобства выбора фасетных элементов тела, по которым будет «натянута» поверхность, в качестве фильтра используется цветовая область, полученная на предыдущем этапе. Также в этой функции есть возможность контролирования множества параметров получения поверхности, при этом сразу отслеживая максимальную и среднюю погрешности.

Рис. 8. Создание поверхностей спинки и корытца лопатки «Крыльчатки»

После того как все поверхности, образующие замкнутый объем лопатки, готовы, проводятся операции по их расширению и обрезке. Поверхности входной и выходной кромок получаются скруглением по трем граням, то есть условным прокатыванием виртуального шара между гранями спинки, корытца и вспомогательной касательной грани.

Использование команды «Обрезка и удлинение» значительно сокращает время на обрезку поверхностей, так как осуществляет ее одновременно на двух поверхностях, образуя сразу угол между ними. Также данная процедура автоматически производит сшивку обрезанных поверхностей. После того как тело лопатки было построено, оно объединяется со ступицей, на ребра накладываются скругления с вычисленными значениями радиусов. Затем с помощью команды синхронного моделирования «Массив граней» производится равноудаленное круговое копирование граней лопатки, включая и скругления.

По аналогии с алгоритмом, описанным выше, строится шпоночный паз ступицы. На его примере рассмотрим методику создания «идеализированной» модели, такая модель может потребоваться при последующем изготовлении. Для данной задачи отлично подойдут инструменты синхронного моделирования Siemens NX, которые позволяют проводить любые модификации моделей.

Рис. 9. Применение команды синхронного моделирования «Линейный размер»

Грани паза еще при создании были coнаправлены c плоскостями базовой системы координат. Затем для боковых граней было задано геометрическое ограничение симметричности относительно центральной плоскости, а потом с помощью команды «Линейный размер» были исправлены значения размеров паза (рис. 9).

На самом заключительном этапе обратного проектирования строятся недостающие скругления и фаски.

Анализ точности полученной модели

После всех построений необходимо произвести анализ точности с целью выявления несоответствия полученной модели и исходного фасетного тела (рис. 10). Операция «Анализ отклонений» позволяет численно и визуально оценить неточности, образовавшиеся во время обратного проектирования. Если выявленные неточности критичны, их впоследствии необходимо будет устранить.

Рис. 10. Анализ точности полученной модели «Крыльчатки»

В нашем случае максимальная погрешность на модели «Крыльчатки» образовалась в радиусном переходе ступицы и лопатки у выходной кромки. Данная погрешность в масштабе детали незначительна, и ею фактически можно пренебречь.

В данной статье была подробно изложена методика и показаны некоторые алгоритмы, используемые при реверс инжиниринге изделий в программном комплексе Siemens NX.

Весь вышеописанный процесс реверс инжиниринга фасетного тела подробно показан в данном видеоролике.

Источник

CADmaster

Новое поколение проектирования

Фасетная геометрия, долгое время остававшаяся вне традиционных направлений проектирования, становится все более популярной. Как следствие, наиболее перспективными для повышения производительности работы инженера оказываются CAD-приложения с интегрированными возможностями не только параметрического и прямого моделирования, но и фасетного.

Скачать статью в формате PDF — 1.66 Мбайт

Главная » CADmaster №1(87) 2018 » Машиностроение Новое поколение проектирования

Устраняем потери эффективности проектирования

Время — главная ценность для инженеров небольших и средних компаний. Дел в буквальном смысле слишком много. Нужно заниматься проектированием. Нужно общаться с заказчиками, поставщиками, партнерами. Нужно разбираться с нестандартными ситуациями на производстве. Продолжать этот список можно долго. Когда инженер наконец садится за свой стол, он просто вынужден работать продуктивно.

Одна из главных обязанностей инженера — создавать цифровую геометрию для своих конструкций. Она позволяет проверять и оптимизировать их. Она необходима для анализа. Она помогает создавать траектории инструмента для станков ЧПУ. Она нужна для создания чертежей. Создание геометрии — основа для множества других этапов работы.

В последнее время продуктивность работы с геометрией заметно выросла. Параметрическое моделирование с его функциями контроля размеров конструктивных элементов позволяет инженерам тщательно фиксировать свой конструкторский замысел. В результате изменения становятся более продуманными и вносятся гораздо быстрее. Работая с прямым моделированием, инженер может легко перемещать геометрию конструкции. Оба эти метода по-своему полезны.

Но, к сожалению, продуктивность некоторых этапов проектирования не увеличилась. До сих пор очень не хватало поддержки обратного инжиниринга, который позволяет проводить цифровое сканирование существующих элементов и сохранять данные в виде фасетных моделей. Фасетные модели также получаются в результате генеративного проектирования, позволяющего генерировать альтернативные варианты конструкции. Модели для 3D-печати, которые также являются фасетными, необходимо редактировать. Все три метода работают с фасетными данными, при этом ни параметрическое, ни прямое моделирование не поддерживают этот тип геометрии.

Тем не менее технологии для работы с фасетной геометрией существуют. С помощью фасетного моделирования инженеры могут улучшать качество сетки, добавлять или удалять материал. До сих пор основной проблемой было отсутствие CAD-приложения, которое объединяло бы параметрическое и прямое моделирование с фасетным моделированием. В такой ситуации инженерам приходилось без конца переносить геометрию из одного приложения в другое. В результате такого переноса регулярно возникали ошибки. Кроме того, конструкторам нужно было разбираться в интерфейсах разнообразных приложений. Таким образом, тратилось время и падала производительность работы.

К счастью, сейчас появляются новые решения, способные избавить инженеров от этой проблемы. Некоторые CAD-приложения интегрировали параметрическое, прямое и фасетное моделирование в единую среду. Эти решения обещают повысить продуктивность инженеров небольших и средних компаний.

Задача данной статьи — провести детальное исследование очерченных выше проблем. В ней вы найдете подробную информацию о том, с какими трудностями сейчас сталкиваются инженеры небольших и средних компаний, какие области проектирования нуждаются в поддержке, какие недостатки можно найти в традиционных системах и какие преимущества могут дать новейшие технологии.

Много обязанностей, мало времени

Сегодня инженеры не могут позволить себе работать непродуктивно. CAD-приложения, объединяющие параметрическое, прямое моделирование и фасетное моделирование, могут стать для них по-настоящему перспективным решением. Практически любой сотрудник небольшой или средней компании выполняет самые разные функции и работает в различных ролях. И инженеры — не исключение.

Инженер-универсал

Инженеры, работающие в крупных компаниях, часто ориентированы на один узкоспециализированный этап проектирования или разработки. Например, инженер-расчетчик может целыми днями заниматься исключительно численным моделированием, а инженер-исследователь — испытаниями. Иногда целые инженерные отделы специализируются на концептуальной разработке новых изделий. При этом отдельный специалист может заниматься проектами поставщиков и их интеграцией в процесс разработки. Как правило, такие инженеры имеют четко очерченный круг связанных с проектированием задач и являются высококлассными специалистами в своей области.

Однако в небольших и средних компаниях все обстоит далеко не так гладко. Инженеров в штате гораздо меньше, и они должны заниматься всем сразу. Их сфера ответственности гораздо шире, а кроме того, один день их работы может быть совершенно не похож на другой. Сегодня они сидят за столом и проектируют, завтра могут уехать к поставщику и заниматься проверкой его проектов, а следующий день провести за численным моделированием и подготовкой к физическому испытанию. Инженеры небольших компаний обладают многочисленными навыками и выполняют самые разные задачи, связанные с проектированием.

Такие специалисты являются универсалами и для выполнения своих обязанностей должны использовать множество инструментов. Они разрабатывают новые конструкции и конфигурируют имеющиеся, используя параметрическое моделирование, модифицируют устаревшие элементы посредством прямого моделирования и работают с сеточными моделями с помощью фасетного моделирования.

При этом огромное количество ежедневных задач не позволяет им тратить время на то, чтобы разобраться, как работают разнообразные специализированные программы. Системы CAD должны облегчать, а не усложнять их работу. Инженерам-универсалам просто необходим единый инструмент, охватывающий все стоящие перед ними задачи.

Объединение IT-задач

Еще одна особенность работы инженеров в небольших и средних компаниях — высокая степень независимости IT. В крупных компаниях за установку, обновление и обслуживание программного обеспечения, например CAD-приложений, отвечают специалисты IT-отдела. В небольших компаниях делать всё это приходится самим инженерам.

В результате они вынуждены заниматься установкой и обновлением ПО, вместо того чтобы концентрироваться на проектировании и разработке изделий. обычно инициируют крупные корпорации, но выгодно это в первую очередь мелким компаниям. Возможность использовать одну технологию там, где понадобилось бы две или три, заметно облегчает жизнь инженерам — хотя бы потому, что у них становится меньше приложений, управлением которыми нужно заниматься. Объединение IT-задач для них — огромный плюс.

Ситуации при проектировании, когда используется фасетная геометрия

Проектирование изделия может включать большой объем разработки методом параметрического моделирования. При этом многие компании стараются максимально использовать уже имеющиеся элементы, а для этого в первую очередь необходимо прямое моделирование. Наконец, для работы с фасетными моделями требуется фасетное моделирование. Данный раздел посвящен ситуациям, когда нужно работать с фасетными моделями.

Обратный инжиниринг

Обратный инжиниринг — один из самых старых методов в истории проектирования. Этим термином обозначают процесс получения геометрии уже готового изделия или физического объекта. Это делается, например, для разработки новой конструкции, которая будет улучшенным вариантом уже существующей, или для создания нового компонента, который нужно вписать в уже имеющийся. Обратный инжиниринг необходим, когда у инженера нет документации или 3D-модели на нужное изделие. Так бывает, когда компания, изготовившая изделие, закрылась или когда изделие было изготовлено еще до начала эры компьютерных технологий. В любом случае, когда нужен обратный инжиниринг, процесс начинается с уже существующего изделия и разворачивается в обратном порядке: от реального объекта к элементу проектирования.

Обратный инжиниринг таких компонентов может включать исследования, физические испытания и демонтаж изделия, который необходим, чтобы понять, как оно работает. Кроме того, цифровое 3D-представление изделия нужно для традиционных последующих этапов, таких как поставка, технологическая подготовка производства, обеспечение качества Чтобы получить это цифровое представление, обычно производят 3D-сканирование.

В процессе сканирования физического объекта различные датчики делают тысячи измерений. В результате создается облако точек. Затем при помощи ПО для моделирования между этими точками создаются плоскости и получается геометрия сетки.

В зависимости от конечной цели сценарий обратного инжиниринга может меняться. Цели могут быть следующими:

Обратите внимание на то, что у каждого из этих сценариев есть модификации. После сканирования инженер решит добавить отверстия, ребра или что-то еще, что может понадобиться для крепления или присоединения другого объекта. В перечисленных ситуациях работа с фасетной геометрией в традиционных CAD-приложениях разбивается на несколько этапов, поскольку ни одно из них не может предложить необходимую комбинацию возможностей.

Генеративное проектирование

Генеративное проектирование, в отличие от обратного инжиниринга, относится к самым передовым технологиям. Общая идея заключается в том, что с помощью программного обеспечения можно создать определенное количество различных конструктивных решений, задав ограничения. Этот метод использует такие технологии, как топологическая оптимизация, которая запускает структурное численное моделирование и убирает материал, не несущий нагружения. В то же время для определения оптимального соотношения веса и прочности в генеративном проектировании используются модели поведения, взятые из природы. Например, рост колоний бактерий или эволюция скелета. Эти модели поведения используются для автоматизации других функций проектирования. Учитывая загруженность современных инженеров, возможность получить альтернативные варианты из независимого источника является огромным преимуществом.

Генеративное проектирование основано на анализе методом конечных элементов, который разбивает конструкции на элементы и вершины. Во время удаления материала программа убирает некоторые элементы из тех, что не несут нагружения. Финальный этап такого анализа конструкции — получение геометрии сетки практически как в обратном инжиниринге.

После того как инженер выбирает один из вариантов, предложенных системой генеративного проектирования, он использует его в дальнейшем процессе разработки. Ситуации могут быть следующими:

Как и в случае с обратным инжинирингом, у каждого из этих сценариев могут быть модификации. Чтобы затем делать сборку, инженер может добавить отверстия, ребра, карманы Или, возможно, что-то удалить. Разработанные таким способом компоненты в сборке с большой долей вероятности будут располагаться рядом с моделями с точным представлением. Как и в случае с обратным инжинирингом, в перечисленных ситуациях работа с геометрией сеток в традиционных CAD-приложениях разбивается на несколько этапов, поскольку ни одно приложение не может предложить необходимую комбинацию возможностей.

3D-печать

3D-печать — одна из революционных технологий современного проектирования. Это метод изготовления физических объектов по 3D-модели путем накладывания множества тончайших слоев материала один поверх другого. С помощью 3D-печати инженеры быстро изготавливают прототипы. Производители используют этот метод для создания компонентов производства.

Основой 3D-печати служит фасетная модель. Это означает, что инженеры должны экспортировать свои 3D-модели в фасетный формат независимо от того, создавали они их методом параметрического, прямого или фасетного моделирования. Иногда инженерам приходится модифицировать выходные данные, повышая качество сетки или добавляя (убирая) элементы геометрии, например ребра или отверстия. И в этом, опять же, им не могут помочь традиционные CAD-приложения, поскольку в них нельзя полноценно работать с фасетными моделями.

Обмен данными с поставщиками

Еще одна ситуация, в которой инженерам необходимо работать с фасетами, — обмен данными по проекту с поставщиками или сайтами, где закупаются детали. Вместо того чтобы давать поставщикам доступ к исходным CAD-файлам, некоторые компании открывают доступ к фасетным моделям, поскольку таким образом сокращается риск утечки информации, являющейся интеллектуальной собственностью. Это в первую очередь касается сборок, которые содержат готовые стандартные компоненты. В результате инженеры должны включать такие фасетные модели в свой проект, а для этого им потребуется вносить в них изменения. Традиционные CAD-приложения не могут в этом помочь, поскольку в них нельзя работать с фасетами.

Выводы

Итак, есть четыре основные ситуации, в которых инженерам необходимо работать с фасетами. Обратный инжиниринг дает возможность сканировать физические элементы, чтобы воспроизвести их или создать другие на их основе. Генеративное проектирование позволяет автоматически создавать альтернативные варианты конструкций на основе заданных ограничений. С помощью 3D-печати можно изготавливать детали быстро и легко. Некоторые поставщики предпочитают предоставлять цифровые модели в фасетном формате.

В подобном случае инженеры должны иметь возможность не только импортировать эти модели, но и изменить их. Традиционные CAD-приложения не дают такой возможности, и инженерам приходится обращаться к специализированным приложениям, что снижает продуктивность их работы. Им необходимы CAD-приложения, объединяющие параметрическое, прямое и фасетное моделирование.

Разорванный процесс проектирования при традиционном подходе

Благодаря обратному инжинирингу, генеративному проектированию, 3D-печати и необходимости делиться проектами с поставщиками, фасетное моделирование стало крайне распространенным способом проектирования. Конечно, для работы над подобными проектами существуют традиционные технологии. Но использование стандартных инструментов заметно снижает продуктивность инженера, разбивая рабочий процесс на несколько этапов.

Функциональность в моделировании

Как уже было отмечено, существует два основных метода традиционного моделирования геометрии. Параметрическое моделирование позволяет создавать модель элемент за элементом при помощи параметрического управления размерами. Прямое моделирование дает возможность изменять существующую геометрию путем перетаскивания. Оба метода основаны на работе с так называемым точным представлением, на котором геометрия представлена в виде плоских или плавных криволинейных поверхностей.

В противоположность этому, фасетная геометрия — это облако точек, представляющих внешнюю поверхность конструкции. Некоторые CAD-приложения превращают это облако в твердотельную геометрию путем создания плоских треугольников или трапеций и сшивания их в сплошное твердое тело. Фасетное моделирование позволяет инженерам настраивать качество получившейся сетки и изменять геометрию, добавляя или удаляя материал.

Традиционные CAD-приложения для создания 3D-моделей и других элементов обычно включают параметрическое и прямое моделирование. В результате использования обоих этих методов получается контурное представление. Фасетное моделирование, к сожалению, в абсолютном большинстве таких приложений не представлено.

Большинство CAD-приложений не работают с фасетной геометрией, а значит инженерам нужно искать другие решения. Некоторые автономные приложения поддерживают фасетное моделирование. В принципе, инженеры могут использовать эти приложения вместе с традиционными CAD-системами, однако такой сценарий имеет множество недостатков.

Повторное изучение приложений

Оценивая преимущества и недостатки использования одной или нескольких технологий, очень важно понимать контекст. Как уже было сказано, в небольших и средних компаниях инженерам приходится иметь дело с целым потоком разнообразных задач. Бывают дни, когда они вообще не добираются до своего рабочего места. Когда им нужно решить задачу, они должны сделать это быстро и эффективно. В противном случае это отрицательно скажется на их продуктивности.

Из этого вытекает основной недостаток использования двух разных инструментов для работы с геометрией проекта: инженеру нужно разбираться в особенностях каждого из них. На это необходимо время. Но некоторые инженеры работают с фасетными моделями лишь изредка. Если инженер не пользуется приложением три месяца, а потом у него внезапно появляется потребность выполнить в нем какую-то работу, ему, скорее всего, нужно будет снова обращаться к инструкциям и заново разбираться в интерфейсе. Потом проходит еще месяц, и процесс повторяется снова. В результате производительность инженера снижается, а следовательно, сдвигаются сроки завершения проектов.

Разорванный процесс проектирования

Сколько бы инструментов ни использовал инженер при разработке проекта, в результате он должен предоставить единую модель, которая отправится к покупателям, станочникам, тестировщикам Это означает, что работу в традиционных CAD-программах и специализированных приложениях нужно каким-то образом объединять.

Если вы представляете, как происходит обмен геометрией между CAD-приложениями, вам наверняка знакомы следующие проблемы. После перемещения модели из одного ПО в другое могут сместиться или и вовсе пропасть поверхности, линии и точки. Это означает, что модель «сломана», потому что она уже не является точным описанием изделия. И инженеру нужно разбираться с подобными проблемами каждый раз, когда он переносит геометрию из одного ПО в другое.

При перемещении геометрии из традиционной CAD-системы в специализированное приложение происходит то же самое. И снова у инженера появляется дополнительная работа, производительность падает и возникает риск задержек в проектировании.

Больше приложений — больше забот

Мы уже останавливались на том, что в небольших и средних компаниях инженерам часто приходится выполнять функции IT-специалистов. Именно инженеры небольших компаний в первую очередь выигрывают от рационализации ПО, поскольку установка, обновление и обслуживание специализированных приложений тоже лежат на их плечах. Это отнимает время от проектирования и разработки.

Выводы

Теоретически инженер может параллельно работать со специализированным приложением, когда ему нужны возможности фасетного моделирования, и традиционной CAD-системой, выполняя прямое и параметрическое моделирование. Но совместное использование этих инструментов приводит к целому ряду проблем. Инженерам приходится снова и снова осваивать специализированное ПО. Они вынуждены без конца переносить геометрию из одного приложения в другое. Им нужно управлять еще одним приложением. Все это отнимает время, снижает производительность и приводит к срыву сроков разработки.

Интегрированный процесс проектирования при прогрессивном подходе

Инженеры, вынужденные использовать два приложения и более для работы с фасетными моделями, теряют в производительности особенно сильно. Но есть и хорошие новости: несколько CAD-приложений расширили свой функционал и теперь предлагают интегрированный набор инструментов, включающий параметрическое и прямое моделирование, а также фасетное моделирование. Инженер может комбинировать эти функции так, как ему удобно. Поддерживаются следующие сценарии работы:

Эти новые возможности дают множество преимуществ инженерам небольших и средних компаний-изготовителей. Им не нужно снова и снова осваивать дополнительные приложения. Им не приходится тратить время на то, чтобы устанавливать и поддерживать еще одну технологию. Они могут комбинировать возможности разных видов моделирования так, как им это удобно. Их производительность остается на высоте.

Резюме и заключение

В небольших и средних компаниях инженерам приходится работать с более широким спектром задач, связанных с проектированием, IT и другими сферами, чем их коллегам из крупных корпораций. Но нагрузка у них ничуть не меньше, поэтому производительность остается важнейшим аспектом как для инженеров, так и для компаний, в которых они работают.

Сценарии работы с геометрией сетки

Параметрическое и прямое моделирование — мощнейшие инструменты проектирования. Однако инженеры все чаще используют обратный инжиниринг, чтобы создавать цифровые представления физических объектов, и генеративное проектирование, чтобы выбирать из предложенных программой вариантов конструкции и в итоге получать оптимальные продукты. В результате фасетная геометрия становится все более популярной. 3D-печать позволяет создавать прототипы и даже изготавливать детали гораздо быстрее. Поставщики все чаще предоставляют модели в фасетном формате. В основе всех этих сценариев лежит фасетная геометрия. Но не менее важной остается возможность интегрировать такие модели с точной геометрией, созданной методом параметрического и прямого моделирования.

Раздробленный рабочий процесс

Большинство CAD-приложений позволяют работать только с параметрическим и прямым моделированием. Это значит, что для работы с фасетными моделями инженерам нужно искать специализированные приложения. Это вызывает множество трудностей, поскольку необходимо осваивать эти инструменты, а если работать с фасетными моделями требуется лишь время от времени — снова и снова обращаться к инструкциям. Также возникают проблемы при переносе моделей из одного приложения в другое, поскольку в геометрии часто возникают ошибки. Кроме того, это увеличивает объем работы инженера, поскольку в этом случае он должен устанавливать, обновлять и поддерживать еще одно приложение.

Интегрированный рабочий процесс

Некоторые CAD-приложения интегрировали параметрическое, прямое и фасетное моделирование в единую среду. Это позволяет инженерам работать одновременно с фасетной и точной геометрией. Также это означает, что больше нет необходимости преобразовывать фасетную геометрию в точную геометрию, созданную методом прямого и параметрического моделирования. Можно работать с фасетной геометрией напрямую, а затем сразу перейти к 3D-печати или производству. Такое сочетание возможностей позволит избавиться от множества сценариев, на которые сегодня инженеры тратят массу времени. Вместо этого они смогут заниматься проектированием.

Заключительные выводы

Долгое время фасетная геометрия считалась нетрадиционным направлением проектирования. Но сейчас она становится всё более популярной, что отрицательно сказывается на производительности работы инженеров. Поэтому CAD-приложения с интегрированными возможностями не только параметрического и прямого моделирования, но и фасетного гораздо перспективнее с точки зрения повышения производительности.

Источник