Компонентные технологии в CADCAM

Здесь рассмотрим заимствованные программные библиотеки в CADCAM системах (также известные как Component Technology). Технология компонентов настолько глубоко укоренилась в CAx, что часто невозможно отличить разработан ли тот или иной функционал вендором или сторонним поставщиком.

Как отмечают многие исследователи, несмотря на изменения в интерфейсе, сама математика CADCAM систем довольно консервативна. И связано это с тем, что гениальных математиков не так и много.

Родоначальником технологии компонентов считают Патрика Дж. Ханратти (Patrick J. Hanratty). Ханратти лицензировал свое ядро CAD/CAM для многих компаний, таких как McDonnell Douglas (Unigraphics), Computervision (CADDS) и др.

Компонентные технологии и сейчас актуальны. Исследования и разработки требуют больших денег, и часто дешевле и безопаснее заимствовать проверенную математику и сосредоточиться на том, что у компании получается лучше всего. И начнем рассмотрение с визуализации.

Движки визуализации

В 1996 году появилась технология HOOPS для визуализации графики в CAD. Именно она использовалась в CATIA, SolidWorks, Pro/Engineer (Creo) и др. Такой компонент, как HOOPS, способен решать проблемы, связанные с рендерингом, тесселяцией, удалением скрытых линий, полупрозрачностью, масштабированием, панорамированием, объединением в цепочку, аннотациями, обменом данными, публикацией, совместимостью с драйверами графических карт, печатью и построением графиков, просмотром, манипуляциями и взаимодействием, обнаружением коллизий, атрибутами, отображением данных, анимацией и т.д. Представьте себе разработчика алгоритмов CAM, которому приходится заниматься всеми этими обычными вещами, связанными с CAD?

Ядра моделирования

Еще одним примером компонентной технологии в САПР являются ядра моделирования, такие как Parasolid, ACIS, Granite. Разработка ядра САПР требует огромных усилий в области исследований и разработок. Поэтому, если они необходимы, имеет смысл купить готовый продукт, а не разрабатывать его самостоятельно, если только ваш CAD-продукт не предполагает использование технологии моделирования, которая использует совершенно другой подход к решению задач геометрического моделирования. 

Поскольку компонент используется большей пользовательской базой и даже среди конкурентов, продукт постоянно исправляется и совершенствуется, обновляется с использованием новейших аппаратных технологий и так далее... и улучшения распространяются на несколько основных областей продукта CAD/CAM...

Parasolid, например, является отличным примером надежного и многофункционального ядра для моделирования третьей стороны. Примерами приложений, использующих его, могут быть SolidWorks, Mastercam, TopSolid, SolidEdge, Unigraphics NX, Visi-Series, ANSYS, GibbsCAM, IronCAD, Cimatron, OneCNC, Autodesk Inventor, EdgeCAM, MSC и др. Лицензирование ядер моделирования - это отличный способ для компаний CAx избежать решения сложных вопросов разработки CAD, которые не являются их областью знаний.

Заметим, что схема лицензирования почти всегда основана на расчете на одно место. Этот метод гарантирует, что первоначальный разработчик постоянно собирает средства для продолжения своих исследований и разработок в той конкретной области, которую они охватывают.

Эскизы

Наиболее распространенным методом начала любой 3D-геометрии является создание эскиза. Даже будучи кажущимися простыми по своей сути, инструменты скетчера могут иметь дело со сложными входными данными.  С помощью ограничений и некоторых других приемов скетчеры могут значительно сократить количество ошибок, тем самым делая процесс более надежным и естественным.

D-Cubed – первый коммерческий менеджер 2D-ограничений (алгоритмы эскизов). В 1989 году основана компания D-Cubed Limited в Англии, которая начала разработку и маркетинг 2D-ядра для решения задач эскизирования. Вместо того, чтобы полностью определять размеры двух параллельных линий одинаковой длины, дизайнер мог просто найти одну из них и применить ограничения, сообщающие системе, что они параллельны, имеют одинаковую длину и т.д.

В настоящее время D-Cubed лицензируется многими системами. Она используется и в CAM, в частности для  2.5 осевых фрезерных и токарных профилей.

 Технология D-Cubed также решает проблемы, связанные с удалением скрытых линий, обнаружением коллизий и т. д. В 2004 году компания UGS, теперь уже Siemens DIS, приобрела D-Cubed, как и ядро Parasolid ранее, подкрепляя свое лидерство в области технологий компонентов.

В CAM лидером являются технологии верификации.

Верификация траектории

Из-за сложного характера верификации заниматься исследованиями и разработками в этой области очень сложно и дорого.

Vericut – первый модуль верификации, который стал продаваться как дополнение к CAM системе. Он создан в 1988 году. Разработчики имели опыт по CAD/CAM в McDonnell Douglas Corporation (Unigraphics), а также сотрудничали с Патриком Ханратти, которого мы упоминали ранее.

В 1989 году компания заключила партнерское соглашение с UGS, поставляя свою технологию верификации клиентам Unigraphics. Это было необходимо для того, чтобы придать им авторитет и деньги для недавно начатого бизнеса. Не потребовалось много времени, чтобы другие крупные игроки заметили большую ценность своего решения, и в 1990 году Dassault Systems также стала партнером компании. Затем Vericut становится лидером на рынке верификации.

Компоненты MachineWorks

Со стремительным ростом сложности станков потребовались технологии верификации, учитывающие все возможности таких станков. Решение заключалось в том, чтобы найти партнеров по компонентным технологиям для интеграции их программного обеспечения с системой управления станком с ЧПУ и продолжать концентрировать деньги и ресурсы на исследованиях и разработках на разработке станков. MachineWorks предоставляет услуги по верификации и мониторингу столкновений широкому кругу поставщиков высококачественных станков, таких как Doosan, Okuma, Makino, Fidia, EMCO, Mitsubishi, Milltronics, Hurco и др,

CAM системы ESPRIT, TopSolid, HyperMill, ICAM, CATIA, EdgeCAM  используют этот модуль для симуляции станка при обработке.

Компоненты ModuleWorks

Компания ModuleWorks была основана в 1999 году в Германии. Их основной специализацией была 5-осевая обработка. ModuleWorks также начала разрабатывать 3-осевые траектории HSM и продавать их в качестве опции тем разработчикам CAM, где такие операции отсутствовали. Surfcam — отличный пример компании, которая лицензирует технологии ModuleWorks практически для всего. Соглашения обычно заключаются таким образом, что лицензиат не обязан упоминать источник своей технологии. И клиентам тоже все равно, откуда он берется, лишь бы он работал.

Обработка фасетов на основе STL формата – это тоже разработка компании ModuleWorks.

Высокоэффективные черновые траектории

Наиболее известная технология – это адаптивные черновые траектории инструмента. Один из них, Volumill, является ярким примером технологии компонентов в CAM. Компания активно сотрудничала с производителями режущего инструмента и именно для VoluMill появились первые сравнения по эффективности новой технологии, по сравнению с традиционной.

В мае 2024 ModuleWorks купил компанию  Celeritive Technologies, разработчика VoluMill.

Российская специфика

Это отдельная история, но когда я читаю, что в Сарус будет все отечественное, начиная с ядра и операционной системы, то полагаю, что до алгоритмов высокоэффективной обработки дело просто не дойдет…