Операции в рамките на геометричното ядро ​​на cad системата. Корейците купиха руско геометрично ядро ​​за CAD. история на развитието на CAD

Компютърни системи за чертане, създадени през 60-те години на миналия век. за замяна на чертожната дъска (традиционният инструмент за чертане, който архитектите и инженерите по света са свикнали да използват от Индустриалната революция през 18-ти век) вече са се превърнали от средство за автоматизиране на рутинна работа в ключов инструмент за иновации в различни индустриииндустрия, превръщайки се в системи за компютърно подпомагано проектиране (Computer-Aided Design).

С помощта на CAD днес архитектът създава информационен (триизмерен) модел на сграда, вместо да чертае нейните етажни планове и фасади. Интериорен дизайнер обсъжда с клиента дизайна на офис или апартамент, преминавайки през неговия виртуален триизмерен модел, интегриран в околното пространство на реална сграда. Художникът създава своите скици не върху листове хартия, а върху сложни триизмерни повърхности. Индустриален дизайнер отпечатва създадения модел на 3D принтер и го изпраща на специалист по ергономия за анализ. Дизайнерът за секунди локализира и модифицира проблемния възел в сборка, състояща се от стотици хиляди части, която е открита в резултат на автоматично моделиране на поведението на продукта при натоварване. Производственият инженер бързо и точно създава програма за управление на CNC машина, която позволява изрязване на част от детайл с най-сложна геометрия на повърхността, оптимално проектирана, за да има желаната производителност. Работникът, който сглобява и поддържа продукта, се позовава на триизмерния модел като ориентир - за да види демонстрацията на предписаната операция от желания ъгъл и с желаното приближение. Това е само малка част от задачите, които CAD може да реши днес. И тук 3D моделът играе ключова роля.

3D моделиране и виртуална реалност

Още през 1970 г. учени от цял ​​свят, работещи заедно с представители на военните отдели и индустриални предприятия, започна да проучва различни начинипредставяне на триизмерни данни в компютър, улесняващо последващата работа с тях. Доскоро триизмерен модел съществуваше само в съзнанието на дизайнерите, което породи много проблеми и грешки - както при проектирането на продукта, така и при неговото производство, експлоатация и изхвърляне. Получено за последните годиниопитът на напреднали предприятия показва, че използването на триизмерни цифрови моделипродукти на всички етапи от жизнения им цикъл ви позволява да намалите разходите за проектиране, да ускорите въвеждането на нов продукт на пазара, да намалите производствените разходи, своевременно да направите промени в неговия дизайн, предложен от потребителите, и да намалите щетите до необходимия минимум околен свят. В крайна сметка, 3D моделирането значително повишава конкурентоспособността на предприятието и способността му да реагира бързо на всякакви промени в икономиката.

Триизмерното моделиране вече има повече от 30 години история зад гърба си. Не всички от предложените идеи се оказаха плодотворни. Не всички компании, разработващи инструменти за 3D моделиране, успяха да оцелеят на пазарните колебания. Но най-добрият опит е натрупан в софтуерни компоненти, наречени ядра за 3D моделиране, които сега са в основата на почти всеки CAD (както и CAE и CAM). Тези компоненти са проектирани, кодирани и поддържани от самите разработчици на инженерен софтуер или са лицензирани от доставчици на технологии на трети страни. 3D ядрото е основата, върху която се изгражда сградата на всеки модерен CAD. Всичко останало зависи от тази основа - възможностите на различните инструменти, тяхната скорост, устойчивост на грешки и дори цялостната интелигентност на системата.

От гледна точка на програмиста, геометричното ядро ​​е библиотека от функции/класове за създаване на геометрични обекти (точка, сегмент/дъга/крива, част от повърхността, твърдо тяло), промяна на техните форми и размери, създаване на нови обекти въз основа на тях , визуализиране на модела на екрана на компютъра и обмен на триизмерни данни с други програми. Изброяването на функциите на ядрото може да бъде съкратено в едно изречение, но тяхното изпълнение се простира в продължение на десетки и стотици човеко-години. Факт е, че зад всяка елементарна операция (като пресичането на две повърхности от клас NURBS) стои изчислителен алгоритъм, чието внедряване и отстраняване на грешки е много трудоемка задача, която изисква както безупречно владеене на апарата на изчислителната математика, така и професионални познания в предметната област. И има стотици такива операции в ядрото (като се вземе предвид разнообразието от типове геометрични данни).

NURBS - основният клас повърхности в триизмерното моделиране

Не всички CAD разработчици (да не говорим за CAE и CAM) са готови да инвестират в такъв обем в основната технология, така че повечето от тях предпочитат да лицензират завършеното 3D ядро ​​от производители на трети страни (понякога от техните преки конкуренти), правейки редовно плащания към основната компания разработчик (обикновено включваща определена сума от всяко продадено копие на крайния продукт). В замяна те получават възможността да използват ядрото, което вече е "тествано" в други системи, така че има богата функционалност и високо ниво на надеждност. И накрая, като вземе готово ядро, CAD разработчикът ще може да пусне своя софтуерен продукт на пазара по-бързо. Понякога този фактор е решаващ - ако закъснеете с пускането на продукта за година или две, пазарът може да бъде зает от конкуренти. Най-яркият пример е пускането на MCAD (Mechanical CAD) SolidWorks, която стана първата в света система за параметрично твърдо моделиране за платформата Windows и все още остава абсолютен лидер в индустрията MCAD (механичен дизайн) по отношение на броя на продадените лицензи. Разработчиците на много други успешни системи впоследствие следват същия път, включително руски компании ADEM и Top Systems.

T-FLEX CAD (Top Systems) базиран на ядрото Parasolid

В света на CAD обаче има малък брой компании, които дават приоритет на способността да имат пълен контрол върху изходния код, бързо коригиране на грешки и увеличаване на функционалността, бързо пренасяне към нови платформи и следователно са готови да платят за това със собствени ресурси . Тази група включва както четирите милиарда долара лидери на CAD пазара (Dassault, Autodesk, Siemens и PTC), така и руския разработчик ASCON.

KOMPAS-3D (ASCON), създаден на базата на собствено ядро

Доста пълен списък с примери за разработчици, както първата, така и втората категория, е даден в таблицата по-долу. То показва, че най-активно лицензираните ядра са ACIS (разработено и поддържано от Spatial, дъщерно дружество на Dassault Systemes) и Parasolid (Siemens PLM Software).

Продукт	производител	Регион	3D ядро
4MCAD IntelliCAD	4M S.A., Гърция	CAD, AEC	Отворете технологията CASCADE
Адамс	MSC Software, САЩ	CAE	Парасолид
ADEM	Група компании ADEM, Русия-Израел-Германия	CAD, CAM, CAPP	ACIS
ADINA Modeler	ADINA R&D Inc., САЩ	CAE	Технология Parasolid и Open CASCADE
Alibre Design	3D Systems, САЩ	MCAD	ACIS
Allplan	Nemetschek AG, Германия	AEC/BIM	SMLib
AMPSolid	AMPS Technologies, САЩ	CAE	ACIS
ANSYS	ANSYS Inc., САЩ	CAE	ACIS и Parasolid
APM Studio	STC APM, Русия	MCAD	Патентован (APM Engine)
ArchiCAD	Graphisoft, Унгария	AEC/BIM	собствен
АРЕС	Греберт, Германия	CAD	ACIS
Ashlar-Vellum Кобалт, Ксенон, Аргон	Ашлар Велум, САЩ	MCAD	ACIS
AutoCAD	Autodesk САЩ	CAD, AEC, GIS
Autodesk Inventor	Autodesk САЩ	MCAD	Патентован (ASM), съвместим с ACIS
Autodesk Moldflow	Autodesk САЩ	CAE	Парасолид
Autodesk Revit Architecture	Autodesk САЩ	AEC/BIM	Патентован (ASM), съвместим с ACIS
бонзай3д	AutoDesSys, САЩ	CAD
Брикад	Bricsys N.V., Белгия	AEC, MCAD	ACIS
BtoCAD	YuanFang Software Co., Ltd., Китай	CAD	ACIS
CADopia	CADopia Inc., САЩ	CAD	ACIS
КАТИЯ	Dassault Systemes, Франция	CAD/CAM/CAE	CGM
Cimatron	Cimatron Limited, Израел	CAM	ACIS
CollabCAD	Национален център по информатика, Индия	CAD/CAM	Отворете технологията CASCADE
Creo (бивш Pro/Engineer)	Параметрична технология, САЩ	MCAD	ГРАНИТ
Creo Elements/Директно моделиране (по-рано CoCreate)	Параметрична технология, САЩ	CAD	ACIS
edgecam	Planit Software, Великобритания	CAM	Парасолид и ГРАНИТ
ESPRIT	DP Technology Corp., САЩ	CAM	Парасолид
форма-Z	AutoDesSys, САЩ	CAD	ACIS в комбинация със собствено ядро
FreeCAD	Отворете онлайн проект	CAD	Отворете технологията CASCADE
GibbsCAM	Cimatron, Израел	CAD/CAM	Парасолид и ГРАНИТ
GstarCAD	Suzhou Gstarsoft Co., Ltd, Китай	CAD	ACIS
IRONCAD	IronCAD LLC, САЩ	MCAD	ACIS и Parasolid
KeyCreator	Kubotek USA Inc., Япония-САЩ	CAD	ACIS
mastercam	CNC софтуер, САЩ	CAD/CAM	ACIS
Шедьовър	Tecnos G.A., Италия	CAM	Отворете технологията CASCADE
MicroStation	Bentley Systems, САЩ	AEC
Момент на вдъхновение	Triple Squid Software Design, САЩ	CAD	ТВЪРДИ ВЕЩЕСТВА++
NX		CAD/CAM/CAE	Парасолид
Патрън	MSC Software, САЩ	CAE	Парасолид
Мощност NURBS	Ideate Inc., САЩ	CAD	ТВЪРДИ ВЕЩЕСТВА++
PowerSHAPE	Delcam plc, Великобритания	CAD/CAM	Парасолид
progeCAD	progeCAD Srl Uninominale, Италия	CAD	ACIS
Радан	Planit, Великобритания	CAD/CAM	ACIS
носорог	Robert McNeel and Associates, САЩ	CAD	SOLIDS++ (индивидуални модули)
Акула LT	Бис, САЩ	CAD	ACIS
смарт камера	SmartCAMcnc	CAM	ACIS
Solid Edge	Siemens PLM Software, Германия	MCAD	Parasolid (ранни версии - ACIS)
solidworks	Dassault Systemes, Франция	MCAD	Парасолид
SpaceClaim	Space Claim Corp., САЩ	MCAD	ACIS
STAR-CCM+	CD-adapco, Великобритания-САЩ	CAE	Парасолид
StruCad	Софтуер AceCAD, Великобритания	AEC/BIM	собствен
T-FLEX	Top Systems, Русия	MCAD	Парасолид
ThinkDesign	Версата, САЩ	MCAD	Собствено ядро
TopSolid	Мислер Софтуер, Франция	CAD/CAM	Парасолид
TurboCAD	IMSI/дизайн, САЩ	AEC, MCAD	ACIS
Vectorworks	Германия	AEC	Parasolid (ранни версии - SMLib)
ViaCAD 2D/3D	Бис, САЩ	CAD	ACIS
ZW3D (по-рано VX CAD/CAM)	Софтуер ZWCAD, Китай	MCAD	Собствено ядро ​​(VX Overdrive)
ZWCAD	Софтуер ZWCAD, Китай	CAD	ACIS
КОМПАС-3D	АСКОН, Русия	MCAD, AEC	Собствено ядро

Правителството от 2007 г Руска федерацияизпълнява федералната целева програма "Национална технологична база" с цел създаване на нови модерни технологии и оборудване, въвеждане на разработените технологии в производството, комерсиализация на нови технологии, създаване на обещаващ научен и технологичен резерв за развитие на обещаващ наукоемки продукти, решаване на проблемите за подобряване на екологичната ситуация в страната. В рамките на тази програма Министерството на промишлеността и търговията на Руската федерация обяви търг за изпълнение на научноизследователска и развойна работа „Създаване на местно лицензирано софтуерно и математическо ядро ​​за триизмерно моделиране като основа за компютърни системикомпютърно проектиране на сложни инженерни продукти. Такова ядро, което е в основата на ново поколение компютърни системи за проектиране, инженерен анализ, подготовка на производството и създаване на техническа документация, ще допринесе за създаването от руската индустрия на иновативни продукти, които са конкурентни на световния пазар. , превръщайки се в част от националната технологична база. Победителят в търга беше федералният държавен бюджет образователна институциявисше професионално образование от Московския държавен технологичен университет "СТАНКИН", а ЛЕДАС е един от подизпълнителите.

Руската компания LEDAS има тринадесет години опит в разработването на високотехнологични CAD софтуерни компоненти по поръчка на лидерите на световния пазар на инженерен софтуер. Сред успешно реализираните проекти на фирмата са интервален солвър за работа с инженерни знания; решаване на геометрични и размерни ограничения за параметрично чертане, проектиране на сглобки, кинематична анимация и директно моделиране; модули за работа с полигонални мрежи в реално време (преобразуване на мрежа в подразделителна повърхност, разгъване на мрежа в равнина, изчисляване на минимални разстояния и определяне на пресечни точки между мрежите); модули за превод на инженерни данни. Въз основа на този опит, на LEDAS в проекта 3D Core беше поверен секторът на работа, свързан с разработването на алгоритми за изчислителна и дискретна математика, който включва проблема с високопрецизното изграждане на пресечната точка на произволни повърхности и криви, което е известен със своята сложност.

Разбира се, когато се разработва ново 3D ядро, е необходимо да се разчита на опита на предшествениците, за да се вземе най-доброто от този опит и да не се повтарят грешките им. Ето защо в следващите публикации планираме да подчертаем накратко историята на предишни опити за създаване на ядра за 3D моделиране, както и да говорим за това как създаденото сега руско ядро ​​ще се различава от тях. nbsp;поддръжка на продукта, отнася се за

Ядрото за геометрично моделиране е сърцето на всяка налична в търговската мрежа система за 3D моделиране. Разбирането как работи ядрото и разликите между техните типове ще ви помогне да определите коя CAD система за моделиране е най-добра за вас.

Основни понятия за ядрото

Ядрото е библиотека от основни математически функции на CAD системата, която дефинира и съхранява 3D форми в очакване на потребителска команда.

Ядрото обработва командите, съхранява резултатите и ги показва. На фиг. Фигура 1 показва това взаимодействие, използвайки като пример ядрото thinkdesign (think3 Inc.) Архитектурата, показана тук, е оптимизирана, за да осигури максимална интеграция между CAD приложението и основните компоненти на ниско ниво, осигурявайки по-голяма гъвкавост на приложението, толерантност към грешки и производителност .

Ориз. 1. основна архитектура на thinkdesign

Понастоящем има три вида ядра за геометрично моделиране: лицензирани, патентовани и налични в изходния код. Помислете за две ядра от всеки тип.

Лицензирани ядра

Лицензираните машини за геометрично моделиране се разработват и поддържат от една компания, която ги лицензира на други компании за техните CAD системи. Например, ядрото Parasolid е разработено от UGS (бивш Unigraphics Solutions). Използва се от Unigraphics и Solid Edge и е лицензиран за други компании, включително CADMAX Corp. (True Solid/Master) и SolidWorks Corp. (Солидни работи). Лицензираните ядра могат да осигурят по-голяма съвместимост напред (чрез формати за обмен като SAT и X_T) между CAD системите, които са ги лицензирали.

През ноември 2000 г. разработчикът на ядрото Dassault Systemes беше закупен от Spatial Corporation, което даде нов тласък за подобряване на това ядро. Създадена е дивизия Spatial PlanetCAD собствена фирма, наречен PlanetCAD Inc.

ACIS е обектно-ориентирана C++ геометрична библиотека, която се състои от над 35 DLL файла и включва телени рамки, повърхности и солидно моделиране. Той дава на разработчиците на софтуер богат избор от геометрични операции за конструиране и манипулиране на сложни модели, както и пълен набор от булеви операции. Неговият математически интерфейс Laws Symbolic и базираната на NURBS деформация позволяват интегрирането на повърхностно и твърдо моделиране. Ядрото на ACIS извежда във файлов формат SAT, който всяка съвместима с ACIS програма може да прочете директно.

Новото ядро ​​ACIS 6.3 беше пуснато през първото тримесечие на 2001 г. Компанията казва, че качеството и надеждността са ключови характеристики на тази последна версия. ACIS 6.3 е цялостна програма за качество, която включва строги тестови критерии и ситуации. В резултат на това не са известни грешки в паметта в ACIS 6.3 за Windows NT.

Също така ново е изобилието от компоненти, които позволяват на ACIS 6.3 да даде на разработчиците софтуерповече опции при създаване на приложения. Сега ACIS съдържа повече от 50 компонента, включително смесване, локални операции, точни скрити линии, пространствено премащабиране, усъвършенствано повърхностно покритие, мрежова топология и VISMAN (Мениджър за визуализация).

Ориз. 2. Филтър, направен с помощта на ACIS Autodesk Mechanical Desktop

И накрая, Spatial стартира нова програма за популяризиране на ядрото на пазара, чиято основна идея е, че разработчиците не плащат за лицензиране, докато не пуснат завършен софтуерен продукт на това ядро.

Parasolid е най-бързото лицензирано ядро, разработено от UGS. Parasolid предоставя технология за солидно моделиране, обобщено мрежово моделиране, интегрирани повърхности със свободна форма и листово моделиране. Parasolid позволява на разработчиците бързо да създават конкурентни продукти, използвайки тези технологии. На това ядро ​​са разработени много CAD/CAM/CAE системи от високо и средно ниво - например SolidWorks, Delmia, Pro/DESKTOP и FEMAP.

Parasolid поддържа SMP (хардуерна мултипроцесорна обработка) за увеличаване на производителността. Parasolid включва над 600 обектно-ориентирани функции за приложения, работещи под Windows NT, UNIX и LINUX.

Parasolid достигна 500 000 крайни потребители през второто тримесечие на 2000 г. и сега има над 700 000 потребители с повече от 230 употреби на ядрото. софтуерни продукти. Parasolid се използва в техните софтуерни продукти от Bentley Systems, Visionary Design Systems, CADKEY, ANSYS, Mechanical Dynamics и MSC.Software.

В допълнение към формата за обмен на XT, Parasolid позволява превод и възстановяване на данни от други системи за моделиране, използвайки уникалната технология за толерантно моделиране. През третото тримесечие на 2000 г. XML-базираният eXT формат беше пуснат за подобряване на обмена на данни.

Ориз. 3. Отвертки, направени на ядрото Parasolid в Unigraphics

Последните версии на Parasolid са фокусирани върху разширяване на външното моделиране в най-технически предизвикателните области. Те са пионери в директното моделиране, което позволява на потребителите интуитивно да променят непараметризирани модели, сякаш имат параметри.

Частни ядра

Патентованите машини за геометрично моделиране се разработват и поддържат от разработчиците на CAD за използване изключително в техните приложения. Предимството на частните ядра е по-дълбоката интеграция с интерфейса на CAD приложението. В резултат на това - по-голям потребителски контрол върху системата - например неограничени отмени и повторения. Двете ядра по-долу комбинират пространствено и солидно моделиране в едно приложение.

Ядрото на CAD системата think3 е ядрото thinkdesign. Неговата уникална архитектура дава на дизайнерите параметризирани твърди тела, усъвършенствано повърхностно моделиране, телени рамки и 2D чертане в една единствена CAD система (Фигура 4). Основната топология на thinkdesign прави възможно смесването на повърхности и твърди тела, импортирането и използването на несъвършена 3D геометрия, пълното интегриране на 2D чертежи в 3D бази данни и предоставяне на диагностична информация в случай, че операция по моделиране на твърдо тяло не може да бъде завършена. Ядрото може също така да задава променливи толеранси на различни геометрични примитиви.

Ориз. 4. Thinkdesign ядрото поддържа всички геометрични типове данни в рамките на сборка.

Ексклузивно ядро ​​с висока производителност, което има усъвършенствани възможности за 3D хибридно моделиране и предоставя високотехнологични инструменти на работния плот. VX Overdrive предлага истинска хибридна система, която комбинира солидно и усъвършенствано повърхностно моделиране в свободна форма.

VX Overdrive поддържа функции като паралелна разработка, създаване на версии на обекти, гъвкав хронологичен контрол, усъвършенствани съоръжения за запълване и смесване, неограничено отмяна/възстановяване и истинско моделиране на изграждане "в контекст".

CAM е естествената среда за VX Overdrive - не добавка, по-късна разработка или разработка от друга компания. Производственият график и рутинните процедури за CNC машини са интегрирана част от ядрото, което гарантира пълна синхронизация между проектиране и производство. Промените в проектираната геометрия се отразяват директно от промените в автоматизираните производствени операции.

Ориз. 5. Пример за разработка на VX Overdrive

VX Overdrive има отворена, мащабируема архитектура, проектирана да отговори на нарастващите изисквания на пазара. Неговият API позволява на разработчици на трети страни да създават свои собствени специализирани добавки.

Ядрата са налични в изходния код

Ядрата, налични в изходния код, са подобни на лицензираните ядра. Те също се разработват и поддържат от една компания и след това се лицензират на други компании за използване в CAD приложения.

Разликата е, че тези разработчици предоставят изходния код за ядрото. За потребители, които имат екипи за разработка и искат сами да персонализират ядрото на системата, е много удобно да имат опции за персонализиране, тъй като изходният код е наличен.

Open CASCADE (Matra Datavision)

Open CASCADE v3.1 (издаден ноември 2000 г.) въвежда проекти на Visual C++, които позволяват на потребителите да компилират Open CASCADE код на своите платформи. В допълнение форматите за експортиране на данни вече са налични за STL, VRML и HPGL2, а Open CASCADE Application Framework е въведена за бързо разработване на приложения за 3D моделиране.

SMLib от Solid Modeling Solutions е набор от NURBS-базирани библиотеки за геометрия и топология, които са на пазара от седем години и се използват от повече от 200 компании и университети. SMLib включва обширен набор от функции за криволинейно и повърхностно моделиране на NURBS, както и оптимизиран код за бързо измерване на разстоянието между обектите.

Ядрото на SMLib наскоро предостави нови функции, включително генериране на мрежи, базирани на топология за 2D клетки, усъвършенствани подложки и засенчване, изместване на обвивката и множество възможности за сливане.

SMLib има уникален бизнес модел, при който продуктът се разпространява под формата на изходен код, без такси. Това предоставя изключително завладяваща възможност за поддръжка и надграждане без никакви пристрастия към приватизация на софтуер или формати на данни.

	Видове ядра за геометрично моделиране
	Ядро Разработчик уебсайт Тип на ядрото ACIS 3D Геометричен моделер Spatial/Dassault Systemes http://www.spatial.com/ Лицензиран Отворете CASCADE Matra Datavision http://www.opencascade.org/ Предлага се в изходния код Парасолид UGS http://www.parasolid.com/ Лицензиран SMLib Решения за солидно моделиране http://www.smlib.com/ Предлага се в изходния код thinkdesign ядро think3 Inc. http://www.think3.com/ Частно VX Overdrive Varimetrix Corp. http://www.varimetrix.com/ Частно

Преглед на ядрата за геометрично моделиране

Както знаете, ядрото е в центъра на Земята. Именно в него е концентрирана значителна част от енергията на нашата планета. Подобна ситуация се наблюдава в света на CAD. Основата и движещата сила на всяка система е ядрото.

CAD двигател

Ядрото е набор от математически функции, които са проектирани да представят и манипулират точно формата на 3D продукта математически. Геометричните данни, получени с негова помощ, се използват от системите за компютърно проектиране (CAD), технологична подготовкапроизводство (CAM) и инженерен анализ (CAE) за разработване на структурни елементи, възли и продукти. Дизайнерът има достъп до функциите на ядрото от съответната CAD система чрез графичен потребителски интерфейс. Така че ядрото е много важно. Нищо чудно, че понякога се нарича "двигател" на системата за проектиране. Това е, което я определя. функционалности изпълнение.

В допълнение, съвместимостта на системата с други CAD системи зависи от "пълнежа". В крайна сметка ядрото задава формата за съхраняване на модели. Следователно продуктите, базирани на едно и също ядро, могат да четат проекти от други „сестрински“ CAD системи, сякаш са техни собствени. Това ви позволява точно да прехвърлите геометричните и топологичните параметри на модела. Обратно, експортирането на данни от „неродни“ системи е изпълнено с трудности. За целта се използват конвертори и преводачи, които извършват преобразуване на формат или директно (от една система в друга), или чрез стандарти за геометрично моделиране (например IGES или STEP). Но във всеки случай не може да се постигне пълна точност.

Днес в света има няколко десетки добре известни математически ядра. Исторически те са разделени на три вида: частни, лицензирани и с отворен код. Помислете за характеристиките на всеки от тях.

Ядрото му е по-близо до CAD

Най-старите са частните ядра, които се създават и разработват само за използване със специфична система за проектиране. Именно на тях са базирани първите CAD системи, появили се в зората на компютърната ера. Сега много компании следват същия подход. Сред тях са доставчикът на тежки CAD - Dassault Systemes, разработчиците на системи от среден клас - think3 и VX Corporation, местните фирми - ASCON, GeMMa, Credo и др.

Ядрото има много предимства. Първо, тясната интеграция с интерфейса на приложението дава на дизайнера повече достъп до основните функции и по този начин опростява работата му. Например, той може да извършва връщане назад или повторно изпълнение на операции толкова пъти, колкото желаете. Второ, CAD разработчикът може да приспособи ядрото към собствените си нужди, създавайки само функционалността, която е необходима за конкретна система. Трето, той има способността бързо да коригира грешки и да оптимизира своя продукт по отношение на скоростта и обема на данните. „Собственото ядро ​​е гъвкаво и управляемо, промените в него се правят толкова бързо, колкото се изисква от самия създател на CAD“, обясни Евгений Бахин, директор на стратегическо развитиеФирма АСКОН.

Освен това не трябва да забравяме финансов фактор. При използване на закупено ядро, цената му е включена в цената на продукта. Освен това, дори за писане на модули за импортиране и експортиране в готови формати на ядрото, трябва да платите. Това е спестено на собствениците на техния механизъм. „Ако използвате собствено ядро, тогава неговият дял в цената на CAD като правило е оптимален и не зависи от промените в лицензионната политика на разработчик на трета страна“, казва г-н Бахин.

Но, както знаете, нищо не идва безплатно. "Създаването на геометрично ядро ​​наистина е сложен въпрос", каза Прокопий Николаев, ръководител на отдела за разработка в GeMMa. използват готови решения, за да осигурят основната функционалност на системата. Тогава почти всички CAD разработчици създаваха продукти от нулата до най-доброто от своите способности и способности." Но това изискваше квалифицирани специалисти в областта на изчислителната геометрия и компютърната графика. Без тях е невъзможно да се изгради геометрично ядро. „Намирането на специалист, който владее сложните въпроси на изчислителната геометрия и дори има практически опит, е много трудна задача“, подчерта г-н Николаев.

Освен опитни кадри трябват и пари. „Разработването на ядрото е изключително скъпоструващ бизнес,” каза той. изпълнителен директор ASCON Александър Голиков. - На първия етап всъщност цялата ни печалба от продажбата на редактора проектна документация KOMPAS-Graphic инвестира в написването на ново математическо ядро, което, разбира се, не е осигурило моментна икономическа възвръщаемост в този момент.В същото време е необходимо да се инвестира за доста дълго време нивото на функционалност и надеждност, необходими за изпълнението на повечето задачи на машиностроителния дизайн ще изисква приблизително 20 души и около пет години работа“, каза Владимир Панченко, ръководител на аналитичния отдел на подразделението ASCON-Коломна (тук е разработката на математическия KOMPAS-3D ядро и CAD продукт).

Разбира се, 100 човекогодини са много. Наистина ли задачите за геометрично моделиране са толкова трудни? Оказва се, че основната трудност не е толкова изпълнението стандартни функцииядрото, колко е неговото "полиране" - изработване на функционалността и осигуряване на висока надеждност. „Това не може да се постигне само чрез тестване," обясни г-н Панченко. „От съществено значение е ядрото да бъде успешно приложено на практика с CAD на реални работни места. Никой няма да купи ядрото и системата, базирана на него, ако е ненадеждна и неговата функционалност е негодна за използване“.

Не е достатъчно да създадете добро ядро, то трябва постоянно да се подобрява. В крайна сметка изискванията към ядрото се променят с времето. "Те зависят от много фактори: обхвата на задачите, които трябва да бъдат решени, силата на компютърната технология и просто текущата мода за външно представяне на геометрични данни", каза Прокопий Николаев. "Следователно процесът на подобряване на ядрото никога не спира . В същото време се създават не само нови функции, но често и части с отстраняване на грешки също се преработват. По този начин той непрекъснато се коригира към текущите нужди на разработчиците на CAD."

Ядро под наем

Сложността на създаването на собствено ядро ​​кара някои играчи да тръгнат по обратния път и да вземат готовия продукт. „Първоначално разработихме собствено ядро, някои от неговите функции сега се използват в нашата система“, каза Виталий Талдикин, маркетинг директор на Top Systems. ще изпълни основния набор от необходими функции върху тестови примери, но след това се оказва, че в за да се решат реални проблеми, е необходимо непрекъснато да се подобряват алгоритмите, да се вземат предвид специални случаи и т.н. В същото време обемът и сложността програмен кодрастат нелинейно и обективно погледнато, сложността на получаването на собствено индустриално ядро ​​е стотици човеко-години."Според Талдикин малка група, дори и талантливи хора, не може да създаде ядро, което решава всички основни проблеми на геометричното моделиране върху целия набор от практически примери. " Един талант тук не е достатъчен, - уверен е г-н Талдикин. „Това е огромна, старателна работа.“ Затова Top Systems реши да изгради CAD система, базирана на готов механизъм.

Лицензирано ядро ​​се разработва и поддържа от една компания, която го лицензира на други доставчици на CAD. Пионерът в "ядрения" бизнес беше UGS, който през 1988 г. стартира ядрото Parasolid, което формира основата на неговата система Unigraphics. Spatial Technologies последва примера през 1990 г. с въвеждането на ядрото ACIS. Сега тези два продукта се използват в много добре познати системи за солидно моделиране. Така ACIS се използва в AutoCAD и Mechanical Desktop (Autodesk), TurboCAD (IMSI), CADKEY (Kubotek), а Parasolid се използва в SolidWorks (Dassault Systemes), Solid Edge (UGS), MicroStation (Bently), T-Flex ( „Топ системи“). През 2001 г. PTC се премести в лицензирания основен лагер и започна да разпространява лицензи за Granite One, гръбнакът на неговата Pro/ENGINEER CAD система.

Общо лицензираните ядра формират основата на повече от сто CAD системи, а броят на потребителите е милиони. Така "ядреният" бизнес се оказа много печеливш, както от гледна точка на финансите, така и от гледна точка на въздействието върху индустрията. В крайна сметка много други играчи зависят от собственика на ядрото. Не случайно през 2000 г. Spatial беше закупен от Dassault Systemes, който сега разработва ядрото на ACIS. Активно подобрява ядрото и UGS. По-специално, миналия октомври той придоби D-Cube, за да интегрира своите възможности за геометрично моделиране в Parasolid.

Разработчикът има достъп до документирани функции на ядрото чрез интерфейс за програмиране на приложения (API). „Но това не означава, че ние използваме само функционалността на ядрото и нищо друго", подчерта Виталий Талдикин. „Нашите програмисти самостоятелно пишат команди за 3D моделиране, използвайки мощните инструменти на параметричното ядро ​​на системата T-FLEX. конкурентно предимствопреди други CAD системи, внедрени на Parasolid". Други доставчици на CAD правят същото, така че системите, изградени на едно и също ядро, се различават по производителност и функционалност.

Vero International Software използва Parasolid за създаване на системи за проектиране на форми, съвместими с различни CAD системи

Основното предимство на готовото ядро ​​е, че спестява CAD разработчиците от решаването на трудоемките задачи за създаване на собствена машина за солидно моделиране и дава възможност да се концентрират върху конкретна задача, освобождавайки ги от познаването на тънкостите на вътрешното представяне на геометричните обекти. „Използването на лицензирано ядро ​​позволява драстично да се намали времето за разработка на системата, да се подобри качеството и функционалността на решението и в резултат бързо да се направи системата подходяща за сериозно индустриално внедряване“, каза г-н Талдикин.

Точно това направиха създателите на първите системи от среден клас SolidWorks и Solid Edge в средата на 90-те години. И те се оказаха прави: тези продукти революционизираха света на CAD и все още се развиват успешно.

Собственикът на ядрото може да има собствен интерес. В крайна сметка, отваряйки достъп до него, той разширява броя на приложенията, които са съвместими с неговия CAD и помежду си. „С пускането на Granite One като самостоятелен продукт, PTC не само направи достъпна основната функционалност на Pro/ENGINEER, но също така предостави на разработчиците инструмент за подобряване на взаимодействието с тази CAD система“, каза Дмитрий Мотовилов, специалист от PTS, дистрибутор на PTC.

Въпреки това, използването на извънземно ядро ​​също има обратна страна. В края на краищата, дори и с лиценз, разработчикът не може да "влезе" в ядрото и да промени някакъв основен алгоритъм, за да го подобри. Но Виталий Талдикин смята това за положително качество: „За креативни хора от експериментален склад това е много съществен недостатък, но ако говорим за система, която сама по себе си е с високо качество индустриален продукт, тогава е по-скоро предимство.

В допълнение, зависимостта на разработчиците от доставчика на ядрото може да създаде проблем. В крайна сметка не се знае как ще се развие съдбата на този доставчик. Ами ако напусне пазара, спре да разработва ядрото или промени правилата за лицензиране? Тези страхове не са лишени от основание. Например Top Systems се сблъска с трудна ситуация. „Преди Parasolid използвахме ACIS в продължение на няколко години, но объркването, което започна с това ядро, което доведе до пускането на откровено „сурови“ версии, ни принуди да търсим алтернативни решения“, каза г-н Талдикин. „Странното лицензиране политиката също изигра важна роля важни функции, към които Spatial се придържаха. Поради това различните разработчици се оказаха в неравностойно положение по отношение на достъпа до функционалността на ядрото. Имаше и други проблеми. В резултат на това преминахме към Parasolid и никога не сме съжалявали за избора си." Но въпреки този опит той смята проблема за пристрастяването преувеличен: „Степента на такова пристрастяване не надвишава обичайните ежедневни рискове; например, къде е гаранцията, че основните разработчици на "собственото" ядро ​​няма да се откажат"?

За щастие, сега няма нужда да се страхувате за съдбата на ACIS и Parasolid. Това са зрели продукти, които съществуват повече от десетилетие. Миналата година ACIS пусна версия 14, а Parasolid пусна версия 16. Те са собственост на двама лидери на CAD пазара - UGS и Dassault, чиято силна позиция вече е извън съмнение. За стабилността на ситуацията свидетелства и парадоксалната ситуация, създала се около ядрата. Например, Parasolid формира основата на системата SolidWorks, която е издадена от Dassault, основният конкурент на UGS, а Autodesk използва ACIS ядрото на Dassault в AutoCAD. Изглежда, че всички тези компании се конкурират жестоко помежду си, но в същото време предоставят основни лицензи една на друга. Явно е по-изгодно да развиваме пазара заедно.

Базиран на ядрото на ACIS, Digital ArtForms

създаде 3D графична система

Доскоро обаче ситуацията в областта на симулационните двигатели далеч не беше спокойна: между доставчиците Parasolid и ACIS бушува война на ядрото: те постоянно намаляваха цените и пускаха нови версии толкова често, че потребителите нямаха време да преминат към тях . Но през 2001 г. воюващите страни се умориха от "бойни" действия и предпочетоха да сключат примирие. След като се договориха за взаимно лицензиране, те, с помощта на преводачи, предоставиха възможност за обмен на модели между CAD системи с различни ядра.

ядро с отворен код

Механизмите за моделиране от този тип се появяват по-късно от описаните по-горе предшественици и представляват междинна връзка. От една страна, те са подобни на лицензираните ядра, тъй като CAD разработчикът получава лиценз за тях от трета компания, а от друга страна, те са като свои собствени, тъй като дават на потребителя достъп до изходния код и им позволява да правят промени в него по свое усмотрение.

Най-известни са две ядра с отворен код: Open CASCADE и пакетът Solid Modeling Solutions (SMS), който включва програми за геометрично моделиране SMLib, NLib, GSLib, TSNLib и SDLib. И двете са библиотеки с функции за геометрично моделиране и са с отворен код, но с една съществена разлика: Open CASCADE е безплатен за използване, но трябва да платите за SMS.

Open CASCADE има дълбоки исторически корени. Базиран е на CAS.CADE - платформата на известната Euclid CAD компания Matra Datavision. Когато Dassault го закупи през 1998 г., проектът Euclid беше затворен и ядрото беше публикувано в Интернет под името Open CASCADE. Сега принадлежи на френската компания Principia Research & Development, която разработва това ядро ​​и предоставя платени услугиза създаване на специализирани приложения на негова основа. През май 2003 г. беше пусната петата версия на Open CASCADE и повече от 10 000 потребители вече са изтеглили кода. Голям принос за нарастването на популярността му има общността от разработчици, формирана около него. Те не само го използват, но и активно го подобряват. Всъщност, в съответствие с принципите на Open Source, те трябва да отворят достъп до своите разработки за всички.

SMS отиде в другата посока. Той продава лицензи за продуктите си, но твърди, че са много по-евтини от изграждането и поддържането на собствено ядро. Освен това след две години клиентът получава пълните права върху тях и вече не може да плаща за лиценза. Вярно е, че тогава той ще загуби нови версии и поддръжка. Важно за SMS стратегията е нейната независимост от основните доставчици на CAD. Това е частна компания, собственост на служители и няма съдружници. Нейният персонал е малък, но опитът в областта на геометричното моделиране е доста голям. През 1998 г. пусна библиотеката SMLib (версия 6.5 вече се доставя), през 2002 г. отделните TSNLib, GSNLib и NLib, а през 2004 г. SDLib.

Ядрата с отворен код предоставят избор за компании, които не искат да използват лицензиран двигател за симулация, но нямат средствата да разработят своя собствена платформа. Но такива ядра все още не са особено популярни. Една от причините за това е недоверието към качеството на този софтуер. „Има много малко проекти, базирани на ядрото с отворен код“, каза Прокопий Николаев. Виталий Талдикин е съгласен с него: "Това е един вид любопитство на пазара. Доколкото знаем, те все още се използват много рядко в индустриален мащаб. софтуерен комплекс- съмнително удоволствие.

Изборът е на потребителя

„Въпросът кое е по-добре - да използваш чуждо или да си го направиш сам, ще остане вечен", обобщава Прокопий Николаев. „Във всеки случай решението ще се взема индивидуално, като се вземат предвид текущите обективни и субективни фактори. Там няма готова рецепта, тъй като всяка опция има както предимства, така и недостатъци."

Днес нивото на 3D графичния редактор се определя не само от набор от команди за създаване и редактиране на 3D модели или чертежи.

Най-важната характеристика на съвременната CAD система, наред с инструментимоделирането е възможност за използване на типични елементи и бърз и правилен обмен на геометрични модели и чертежи между различни CAD системи.

Според мен има два основни момента, които влияят върху актуалността на този проблем.

Първата е, че разработчиците на софтуер не винаги имат възможност да вземат под внимание особеностите и да покрият всички съществуващи области в машиностроенето, строителството, енергетиката, както и да задоволят нуждите на всички потребители. Ето защо в момента CAD архитектурата се формира по такъв начин, че всеки потребител да може лесно да я доближи възможно най-близо до своите изисквания.

Второто е, че интернет буквално е претъпкан с предложения за „пиратски“ копия на софтуер. И това води до факта, че потребителят сам избира програмата за проекта, която ще използва. Освен това често едно предприятие не може да се справи с една система поради особеностите на производството. В резултат на това дори в едно предприятие има няколко напълно еднакви системи за проектиране, които трябва да си взаимодействат.

Затова, разбира се, би било удобно и разумно да се използват универсални компоненти с общ формат за обмен на данни. Един общ формат ще помогне да се осигури съгласуваност на данните между вътрешните приложения.

Форматът се определя от геометричното ядро. Ядрото е библиотека от основни математически функции на CAD системата, която дефинира и съхранява 3D форми в очакване на командата на потребителя. Пакет за геометрично моделиране - набор от библиотеки с програмен интерфейс (API), с който можете да използвате функциите на геометричното моделиране. Ядрата изпълняват приблизително същия набор от функции, използват подобни модели на данни и алгоритми. Прехвърлянето на данни между многоядрени CAD системи обаче е доста трудоемка задача и отнема много време.

В литературата такива формати често се наричат ​​"междинни". Изборът на формат е от голямо значение, тъй като определя какви опции са налични при използване на данните.

И така, нека да разгледаме основните универсални формати.

Парасолид

Parasolid е базиран на професионалното разширение STEP - PROSTEP. Това са комерсиални формати (www.parasolid.com, www.spatial.com) - повечето съвременни CAD/CAM/CAE системи са базирани на тях. Например, те се използват от NX, Solid Edge, SolidWorks, ANSYS, T-FLEX и др.

Обектно-ориентираната софтуерна библиотека на Parasolid е проектирана да бъде лесно интегрирана в различни нива на CAD/CAM/CAE системи.

От wikipedia: „Общ формат гарантира съгласуваност на данните между вътрешните предложения и търговските системи. Концепцията за обмен на данни е известна като „Parasolid Pepeline“ и означава обмен на солидни модели, записани в отворен файлов формат.x_t, друг формат.x_b е двоичен формат, който е по-малко зависим от хардуера и не дава грешки по време на конвертиране. .. Импортиране на данни от други CAD системи, поддържани благодарение на технологията за толерантно моделиране (моделиране с определена точност)"

Поддържа огромни сборки от стотици хиляди компоненти.

(ISO/IEC 10303 Standard for the Exchange of Product Model Data) е поредица от формати, първоначално разработени от Dassault (Catia) за съхраняване на информация за сглобяването и структурата на продукта. В съответствие с името на стандарта STEP дефинира „неутрален“ формат за представяне на данните за продукта във формата информационен модел. Това е много зрял формат, който е стандартизиран от дълго време. Данните за продукта включват: състав и конфигурация на продукта; различни видове геометрични модели; административни данни; специални данни. Геометрията на отделна част се описва от приложни протоколи AP203, AP214. Днес STEP ISO (www.steptools.com) е признат международен стандарт.

Най-често STEP се използва за обмен на данни между CAD, CAM, CAE и PDM системи.

На официалния уебсайт на разработчиците на STEP формата

IGES(International Graphics Exchange Standard) – разработен от Националния институт за стандарти и технологии на САЩ (NIST). 2D/3D векторен графичен формат; използвани от много CAD програми. Най-често срещаният формат за съхранение на геометрията на сложни повърхности, доста тромав. Много системи не поддържат всички функции на този формат, което създава трудности при обмена на данни. IGES ISO е признат за международен стандарт. Поддържа традиционни инженерни чертежи и 3D модели.

общото име за данните, с които работи лицензираното (т.е. достъпно за разработчици на трети страни) ядро ​​на системата за геометрично моделиране ACIS. Ядрото на ACIS за своите програми, по-специално, се използва от Autodesk Corporation (Inventor, Mechanical Desktop). Форматите на изходните данни са SAT и SAB.

ACIS е обектно-ориентирана C++ геометрична библиотека, която се състои от над 35 DLL файла и включва телени рамки, повърхности и солидно моделиране. Той дава на разработчиците на софтуер богат избор от геометрични операции за конструиране и манипулиране на сложни модели, както и пълен набор от булеви операции. Ядрото на ACIS извежда във файлов формат SAT, който всяка съвместима с ACIS програма може да прочете директно.

(HOOPS Stream Format www.openhsf.org)) е нов отворен, базиран на XML и компактен формат за обмен на визуална 3D информация между различни инженерни приложения. Широко приет от разработчиците за визуализиране на 3D модели (повече от 200 съвременни системи: SolidWorks, Catia, Unigraphics и др.).

(Език за моделиране на виртуална реалност)

език за моделиране на виртуална реалност.

Като графичен формат, базиран на подгрупа на Open Inventor File Format от Silicon Graphics. Позволява ви да описвате триизмерни интерактивни обекти (светове), с които потребителите могат да взаимодействат с помощта на WWW. За да видите VRML файлове, трябва да имате специален VRML браузър или допълнителен модул към стандартен браузър.

Всеки неутрален 3D формат има свои собствени предимства, които го правят по-добър в една или повече от обсъжданите области на приложение.

Основните характеристики на всеки неутрален 3D формат са многофункционалността и възможността за използване на 3D данни не само от инженера, но и извън дизайнерските отдели, както и възможността за разширяване на формата, за да покрие бъдещи нужди.

В момента има много системи за геометрично моделиране, които се различават както по функционалност, така и по обхват. Както можете да видите, всички тези системи имат сходни характеристики, всички те служат за работа с три- и двуизмерни обекти. Във всички тези софтуерни разработки обаче има и разлики – всички те са специализирани в своята специфична област. Така във всички системи за геометрично моделиране има някаква обща част, която служи като основа за моделиране. В графичните системи за геометрично моделиране основата е така нареченото ядро, което съдържа основната функционалност.

Ядрото обаче не е ценно само по себе си, то е създадено за използване в приложни програми. Достъпът до функциите на ядрото се отваря от CAD системата (обикновено чрез графичен потребителски интерфейс. Математическото ядро ​​определя границата на функционалността на CAD, използвайки го. Когато много продукти използват едно и също ядро ​​в лимита, всички те имат еднакви възможности и ограничения, и се различават само по интерфейса.Има два пътя: да използвате всички функции на ядрото и да направите системата „тежка“ за използване, или да създадете удобен потребителски интерфейс, но пренебрегнете някои от функциите на ядрото.

Ядрото (ядрото за геометрично моделиране) (синоними: машина за моделиране; геометрична библиотека) е библиотека от основни математически функции на CAD система, която дефинира и запазва елементи на триизмерен модел в отговор на потребителски команди.

Ядрото обработва команди за промяна на модела, записва резултатите и ги показва.

Ако посочим накратко възможностите на геометричното ядро, те са както следва:

моделиране на каркасни, повърхностни и твърди обекти;

създаване на обекти въз основа на кинематични операции, например екструдиране на профил по даден път;

пресичане на повърхности и криви;

операции на конюгиране и зашиване на повърхности;

операции на конюгиране на лица на твърдо тяло (смесване на върхове и ръбове);

Булеви операции върху твърди обекти;

параметрични 2D чертежи

Преглед на ядрата за геометрично моделиране

Понастоящем има три вида ядра за геометрично моделиране: лицензирани, патентовани и налични в изходния код.

Лицензирани ядра

Лицензираните ядра се разработват и поддържат от една компания, която ги лицензира на други доставчици на CAD. Ядрата от този тип се появяват за първи път през 1988 г. (първата версия на Parasolid), когато UGS стартира ядрото Parasolid, което формира основата на неговата система Unigraphics. Parasolid е по-нататъшно развитие на ядрото ROMULUS, разработено през 1978 г. През 1990 г. се появи ядрото ACIS от Spatial Technologies. Предимства на лицензираните ядра:

Спестява CAD разработчиците от решаването на отнемащи време задачи за създаване на собствено ядро. В резултат на това времето за разработка на системата се намалява и качеството се подобрява.

Ядрото е тествано на в големи количествапотребители, свеждайки до минимум възможността за грешка.

недостатъци:

Не можете да влезете в ядрото и да промените някакъв основен алгоритъм, за да го подобрите.

Зависимост от разработчиците

Лицензираните ядра могат да предоставят съвместимост напред чрез формати на ядрото.

След закупуването на ядрото създателите на CAD разширяват неговата функционалност, за да отговарят на техните нужди.

Ядрото на ACIS е създадено като вид общ математически модел, така че е твърде универсално, решава много проблеми. Spatial (ACIS) има политика, според която разработчиците не плащат за лицензиране, докато не пуснат завършен софтуерен продукт на това ядро. Името ACIS е взето от гръцката митология. Използван - AutoCAD и Mechanical Desktop, Inventor (Autodesk), Cimatron. Формати - SAT (SAB).

Parasolid е най-бързото и най-разработеното ядро, достъпно за лицензиране. Първоначално е създаден като CAD ядро. Това ядро ​​се използва в повече от 350 софтуерни продукта. Най-доброто ядро ​​за солидно моделиране. Формати - X_T.

Parasolid е пионер в директното моделиране, което позволява на потребителите интуитивно да променят непараметризирани модели, сякаш имат параметри. Parasolid - Unigraphics NX, SolidWorks (Dassault Systems), SolidEdge (UGS), T-FLEX (Top Systems, Москва, първо на собственото ядро ​​(ядрото на Баранов), след това на ACIS), ANSYS. Използва се и от инженерни компании Boeing, General Electric, Mitsubishi Motors и др.)

През 2001 г. PTC започва да продава лицензи за своето ядро, системата Pro/Engineer.