stringtranslate.com

Обмен данными САПР

Обмен данными САПР — это метод обмена данными чертежей , используемый для перевода между различными системами автоматизированного проектирования ( САПР ) или между САПР и другими нижестоящими системами CAx . [1] : 157 

Многие компании используют различные системы САПР и обмениваются форматами файлов данных САПР с поставщиками, клиентами и субподрядчиками. [2] Такие форматы часто являются запатентованными. [1] : 157  Передача данных необходима, чтобы, например, одна организация могла разрабатывать модель САПР, в то время как другая выполняла аналитическую работу по той же модели; в то же время третья организация отвечала за производство продукта. [3]

Начиная с 1980-х годов появился ряд различных технологий САПР . Они различаются по своим прикладным целям, пользовательским интерфейсам, уровням производительности, а также по структурам данных и форматам файлов данных. [4] Для целей взаимодействия требование точности в процессе обмена данными имеет первостепенное значение, и необходимы надежные механизмы обмена. [3]

Процесс обмена нацелен в первую очередь на геометрическую информацию данных САПР, но он может также быть нацелен на другие аспекты, такие как метаданные , [1] :  знания, производственная информация, допуски и структура сборки.

Для обмена данными САПР доступны три варианта: прямой перевод модели, нейтральный обмен файлами и сторонние переводчики. [5]

Содержание данных САПР

Хотя изначально они были предназначены для геометрической информации ( каркас , поверхности , твердые тела и чертежи ) продукта, в настоящее время существуют и другие фрагменты информации, которые можно извлечь из файла САПР: [3]

Различные типы информации о продукте, на которые нацелен процесс обмена, могут различаться на протяжении жизненного цикла продукта. На ранних этапах процесса проектирования больше внимания уделяется геометрическим и проектным аспектам обмена данными, в то время как метаданные и данные приложений более важны на более поздних этапах разработки продукта и процесса. [3]

Варианты обмена данными

Существует как минимум три способа обмена данными между различными САПР: через печатную копию или изображение (например, TIFF , GIF , JPEG , BMP или PCX , путем трассировки изображения), нейтральные по отношению к САПР форматы или сторонние трансляторы файлов САПР между собственными форматами файлов. [5] [1] : 158  Все они имеют свои преимущества и недостатки и могут быть подвержены ошибкам.

Прямой перевод модели

Прямые трансляторы данных предоставляют прямое решение, которое подразумевает перевод данных, хранящихся в базе данных продукта, напрямую из одного формата системы САПР в другой, обычно за один шаг. Обычно в прямом трансляторе данных существует нейтральная база данных. Структура нейтральной базы данных должна быть общей, регулироваться минимальными требуемыми определениями любого из типов данных моделирования и не зависеть от формата поставщика. [3] Основные системы САПР, такие как SolidWorks , PTC Creo , Siemens NX и CATIA , могут напрямую читать и/или записывать другие форматы САПР, просто используя параметры «Открыть файл» и «Сохранить файл как» . [5] Этот параметр ограничен тем фактом, что большинство форматов САПР являются проприетарными, поэтому прямые трансляторы, как правило, однонаправленные, частично функциональные и не стандартизированные. [6]

Нейтральный обмен файлами

Нейтральный обмен файлами использует промежуточный нейтральный формат для перевода данных между системами САПР. Этот метод начинается с препроцессора, встроенного в исходную систему САПР, который генерирует нейтральный файл из исходного формата САПР. Целевая система САПР выполняет постобработку нейтрального файла и преобразует его в целевой собственный формат. [7] Некоторые нейтральные форматы определены организациями по стандартизации, такими как IGES и STEP, в то время как другие являются частными, но все еще широко используются и считаются квазиотраслевыми стандартами. [5]

Нейтральные форматы

DXF ( Формат обмена чертежами )
Разработан Autodesk в 1982 году как решение для взаимодействия данных между AutoCAD и другими системами САПР. DXF в первую очередь основан на 2D, а его формат представляет собой тегированное представление данных всей информации, содержащейся в файле чертежа AutoCAD, что означает, что каждому элементу данных в файле предшествует целое число, называемое групповым кодом, указывающее тип следующего элемента данных. Поскольку большинство разработчиков коммерческого программного обеспечения выбрали поддержку собственного DWG Autodesk в качестве формата для взаимодействия данных AutoCAD, DXF стал менее полезным. [3]
VDA-FS ( Verband der Automobilindustrie – Flächenschnittstelle)
Создан Немецкой ассоциацией автомобильной промышленности в 1982 году как метод взаимодействия для поверхностей свободной формы. [8] Этот формат отличается от других форматов тем, что он поддерживает только передачу данных кривых свободной формы и поверхностей с соответствующими комментариями, но не других геометрических или негеометрических объектов. Поэтому он ограничен представлениями параметрическими полиномами , но это охватывает подавляющее большинство систем САПР свободной формы. Он включает в себя типы продуктов Безье , B-сплайна и тензора Кунса поверхностей и соответствующих кривых. [2] Спецификация VDA-FS опубликована в Немецком промышленном стандарте DIN 66301. [9]
PDES (Спецификация обмена данными о продуктах)
Возник в 1988 году в рамках исследования Product Definition Data Interface (PDDI), проведенного McDonnell Aircraft Corporation по поручению ВВС США. PDES был разработан для полного определения продукта для всех приложений в течение его ожидаемого жизненного цикла, включая геометрию, топологию, допуски, отношения, атрибуты и функции, необходимые для полного определения детали или сборки деталей. PDES можно рассматривать как расширение IGES, куда были добавлены организационные и технологические данные. Фактически, более поздняя PDES содержала IGES. Разработка PDES под руководством организации IGES и в тесном сотрудничестве с Международной организацией по стандартизации ( ISO ) привела к рождению STEP . [3]
STEP ( ISO 10303 – Стандарт обмена данными о моделях продуктов )
Работа над стандартом ISO 10303 была начата в 1984 году и первоначально опубликована в 1994 году с целью стандартизации обмена данными о продукте между системами PLM . Это очень полный набор спецификаций, охватывающий множество различных типов продуктов и множество фаз жизненного цикла. STEP использует нейтральный формат ISO 10303-11, также известный как схема EXPRESS . EXPRESS определяет не только типы данных, но также отношения и правила, применяемые к ним. [5] STEP поддерживает обмен данными, совместное использование данных и архивирование данных. Для обмена данными STEP определяет переходную форму данных о продукте, которая должна передаваться между парой приложений. Он поддерживает совместное использование данных, предоставляя доступ к одной копии одних и тех же данных о продукте и работу с ней более чем одним приложением, потенциально одновременно. STEP также может использоваться для поддержки разработки самих архивных данных о продукте. [3] STEP состоит из нескольких сотен документов, называемых частями . Каждый год добавляются новые части или выпускаются новые версии старых частей. Это делает STEP крупнейшим стандартом в рамках ISO. Детали STEP серии 200 называются прикладными протоколами (AP) [5] , причем конкретные детали напрямую связаны с системами САПР:
Парасолид XT
Часть ядра геометрического моделирования Parasolid , изначально разработанного Shape Data и в настоящее время принадлежащего Siemens Digital Industries Software . [10] Parasolid может представлять каркасные, поверхностные, твердые, ячеистые и общие немногообразные модели. Он хранит топологическую и геометрическую информацию, определяющую форму моделей, в передаваемых файлах. Эти файлы имеют опубликованный формат, так что приложения могут иметь доступ к моделям Parasolid без необходимости использования ядра Parasolid. [11] Parasolid способен принимать данные из других форматов моделирования. Его уникальная толерантная функциональность моделирования может учитывать и компенсировать менее точные данные. [12]
IGES (Первоначальная спецификация обмена графикой)
Устаревший формат, возникший в конце 1979 года и первоначально опубликованный Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в 1980 году, до широкомасштабного внедрения технологии САПР в отрасли. [13] Этот формат файла рассматривает определение продукта как файл сущностей, причем каждая сущность представлена ​​в независимом от приложения формате. [3] После первоначального выпуска STEP (ISO 10303) в 1994 году интерес к дальнейшей разработке IGES снизился, и версия 5.3 (1996) стала последним опубликованным стандартом. [5]

Сторонние переводчики

Несколько компаний специализируются на программном обеспечении для перевода данных САПР, которое может считывать данные из одной системы САПР и записывать информацию в формате другой системы САПР. Есть несколько компаний, которые предоставляют наборы программных инструментов низкого уровня для непосредственного чтения и записи основных форматов файлов САПР. Большинство разработчиков САПР лицензируют эти наборы инструментов, чтобы добавлять возможности импорта и экспорта в свои продукты. Есть также значительное количество компаний, которые используют наборы инструментов перевода низкого уровня в качестве основы для создания автономных приложений перевода и проверки для конечного пользователя. [14] Эти системы имеют свой собственный промежуточный формат, некоторые из которых позволяют просматривать данные во время перевода. Некоторые из этих переводчиков работают автономно, в то время как другим требуется один или оба пакета САПР, установленных на машине перевода, поскольку они используют код ( API ) из этих систем для чтения/записи данных. Некоторые компании также используют эти наборы инструментов низкого уровня для создания подключаемых модулей импорта или экспорта для других приложений САПР.

Список программных инструментов для разработчиков

Список автономных приложений для перевода для конечных пользователей

Список плагинов для приложений САПР

Качество обмена данными

Качество данных может быть решено внутренне и внешне. Внутренние проблемы связаны со структурой модели CAD до начала любого процесса перевода, в то время как внешние проблемы связаны с проблемами, возникающими во время перевода. Разработка STEP является наилучшим решением для решения внешних проблем, расширяя его текущие возможности для поддержки параметрических сечений 2-D, параметрических сборок 3-D и моделирования на основе истории. Качество данных о продукте является ключевым вопросом для избежания внутренних проблем обмена данными и упрощения интеграции нижестоящих приложений в цепочке проектирования.

Поскольку каждая система САПР имеет свой собственный метод описания геометрии, как математический, так и структурный, при переводе данных из одного формата данных САПР в другой всегда происходит некоторая потеря информации. Одним из примеров является ситуация, когда перевод происходит между системами САПР, использующими разные ядра геометрического моделирования, в которых несоответствия перевода могут привести к аномалиям в данных. [3] Промежуточные форматы файлов также ограничены в том, что они могут описывать, и они могут по-разному интерпретироваться как отправляющей, так и принимающей системами. Поэтому при передаче данных между системами важно определить, что необходимо перевести. Если для последующего процесса требуется только 3D-модель, то необходимо передать только описание модели. Однако существуют уровни детализации. Например: являются ли данные каркасными, поверхностными или твердыми; требуется ли информация о топологии ( BREP ); должны ли сохраняться идентификации граней и ребер при последующей модификации; должны ли сохраняться информация об элементах и ​​история между системами; и должны ли передаваться аннотации PMI . Для моделей продуктов может потребоваться сохранение структуры сборки. [5] Если чертежи необходимо перевести, то каркасная геометрия обычно не является проблемой; однако текст, размеры и другие аннотации могут быть проблемой, особенно шрифты и форматы. Независимо от того, какие данные необходимо перевести, необходимо также сохранить атрибуты (такие как цвет и слой графических объектов) и метаданные, хранящиеся в файлах.

Некоторые методы перевода более успешны, чем другие, при переводе данных между системами САПР. Собственные форматы предлагают простой перевод трехмерных твердых тел, но даже в этом случае есть несколько подводных камней, на которые следует обратить внимание. Если две системы САПР используют разные представления для одного типа геометрии, в какой-то момент представление должно быть преобразовано или даже отброшено, независимо от типа перевода. Современные нейтральные форматы предназначены для решения этой проблемы. Старые нейтральные форматы, такие как IGES, могут иметь некоторые проблемы перевода [15], такие как потеря исходного цвета деталей или неправильное положение тел. Это больше не относится к современным стандартам, таким как STEP AP242, который внедряет свойства проверки. Свойства проверки являются ключевыми характеристиками модели (центр тяжести твердого тела, влажная область поверхности, характеристики PMI или даже контрольные точки на форме), которые хранятся в излучающей системе и проверяются принимающей системой. Это позволяет контролировать качество импортированных данных. Качество обмена с использованием STEP настолько важно, что независимые ассоциации (AFNeT, PDES, inc., ProSTEP iViP) регулярно проводят сравнительные тесты для проверки обмена между различными системами САПР и PLM.

Некоторые САПР имеют функциональные возможности для сравнения геометрии двух моделей. [16] [17] Таким образом, пользователь может сравнить модель до и после перевода из одной САПР в другую, чтобы оценить качество перевода и исправить найденные дефекты. Но часто такие функциональные возможности могут сравнивать только тесселяции двух моделей. Это действительно сложная алгоритмическая задача — сравнить топологические элементы двух 3D-моделей и восстановить их ассоциативность, чтобы показать группы измененных граней, поскольку в разных САПР существует очень разное представление геометрических данных, но иногда это возможно. Например, компонент LEDAS Geometry Comparison на основе ядра C3D может быть интегрирован в САПР (например, Autodesk Inventor , [18] ) для сравнения 3D-моделей и выявления всех различий между ними. [19]

Цифровые макеты MultiCAD

Две тенденции CAD/CAM/CAE PLM стимулируют технологию обмена данными CAD. Одна из них — необходимость тесного взаимодействия в рамках современных расширенных многосистемных предприятий CAD. Другая — возросшая зависимость от цифровых макетов для визуализации, проектирования в контексте, моделирования и анализа крупномасштабных сборок до фактического производства физического продукта. Текущие достижения в технологии обмена данными позволили в значительной степени удовлетворить эти потребности.

Возможность визуализации средних, если не крупных, сборок была одним из ранних успехов этих форматов перевода САПР. Улучшения оборудования и разработка облегченных форматов поддерживали сборки большего масштаба.

Текущие достижения теперь позволяют использовать «Активный макет». Эта технология позволяет проектировать в контексте симуляций, таких как динамический анализ зазоров и автоматическое создание огибающих движения. Активные макеты позволяют редактировать компоненты непосредственно из многокомпонентной сборки CAD. Дисплеи с несколькими уровнями детализации поддерживают интерактивную производительность даже в огромных сборках. [ необходима цитата ]

Обмен данными CAD-CAM

Программирование ЧПУ обычно требует, чтобы геометрия, полученная из системы CAD, будь то в каркасном, поверхностном, твердотельном или комбинированном форматах, была свободна от любых неровностей и несоответствий, которые могли возникнуть на этапе создания геометрии CAD. Поэтому обмен данными из CAD в CAM должен включать инструменты для выявления и устранения этих несоответствий. Эти инструменты обычно включены в программное обеспечение обмена данными каждого набора решений CAM.

В настоящей среде PLM обмен данными CAD-CAM должен обеспечивать больше, чем просто передачу геометрии. Информация о производстве продукции , созданная проектировщиком для использования на производстве или созданная производственной организацией для использования при проектировании, должна быть частью системы обмена данными. STEP-NC был разработан для переноса GD&T и других PMI через CAD и CAM в ЧПУ.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Schoonmaker, Stephen J. (2003). The CAD guidebook: a basic manual for understanding and improve computer-aided design. Нью-Йорк: Марсель Деккер. ISBN 0-8247-0871-7. OCLC  50868192.
  2. ^ Аб Новацкий, Х.; Данненберг, Л. (1 января 1986 г.). Энкарнасао, профессор, доктор наук Хосе; Шустер, доктор технических наук Ричард; Фёге, доктор Эрнст (ред.). Интерфейсы данных о продуктах в приложениях CAD/CAM . Символическое вычисление. Шпрингер Берлин Гейдельберг. стр. 150–159. дои : 10.1007/978-3-642-82426-5_13. ISBN 978-3-642-82428-9.
  3. ^ abcdefghij Xu, X. (2009).  Интеграция передового автоматизированного проектирования, производства и числового управления: принципы и реализации . Hershey, PA: Справочник по информационным наукам.
  4. ^ Шустер, Р. (1986-01-01). "Прогресс в разработке интерфейсов CAD/CAM для передачи данных определения продукта". В Encarnação, проф. д-р инж. Хосе; Шустер, д-р инж. Ричард; Фёге, д-р инж. Эрнст (ред.). Интерфейсы данных о продукте в приложениях CAD/CAM . Символические вычисления. Springer Berlin Heidelberg. стр. 238–251. doi :10.1007/978-3-642-82426-5_21. ISBN 978-3-642-82428-9.
  5. ^ abcdefgh Чанг, К.-Х. (2014).  Моделирование дизайна продукта с использованием CAD/CAE . Кидлингтон, Оксфорд, Великобритания: Academic Press.
  6. ^ Бондар Сергей; Шаммаа Абдул; Степандич Йосип; Таширо Кен (2015). «Достижения в области параметризованного перевода элементов САПР». Трансдисциплинарный анализ жизненного цикла систем . Достижения в области трансдисциплинарного инжиниринга. Том 2. IOS Press. С. 615–624. doi :10.3233/978-1-61499-544-9-615.
  7. ^ Чой, Г.-Х.; Мун, Д.-Х.; Хан, С.-Х. (1 января 2002 г.). «Обмен моделями деталей САПР на основе макропараметрического подхода». Международный журнал САПР/КАМ . 2 (1): 13–21. S2CID  11659726.
  8. ^ «Интерфейсы данных о продукте в приложениях CAD/CAM: проектирование, реализация и опыт». Computer-Aided Design . 19 (3): 158. 1987. doi :10.1016/0010-4485(87)90208-9.
  9. ^ Phebey, T. (1986-01-01). "Реализация интерфейса геометрических данных VDAFS в системе CAD/CAM CDS 4000 компании Computervision". В Encarnação, Prof Dr-Ing José; Schuster, Dr-Ing Richard; Vöge, Dr-Ing Ernst (ред.). Интерфейсы данных о продуктах в приложениях CAD/CAM . Символические вычисления. Springer Berlin Heidelberg. стр. 176–183. doi :10.1007/978-3-642-82426-5_16. ISBN 978-3-642-82428-9.
  10. ^ Weisberg, DE (2008). Революция в инженерном проектировании — люди, компании и компьютерные системы, которые навсегда изменили практику проектирования . Получено 29 октября 2016 г. с сайта http://www.cadhistory.net. Архивировано 15 апреля 2018 г. на Wayback Machine.
  11. ^ Siemens. (2008, апрель). Справочник по формату Parasolid XT. Получено 29 октября 2016 г. с сайта http://www.plm.automation.siemens.com/de_de/Images/XT_Format_April_2008_tcm73-62642.pdf Архивировано 09.11.2016 на Wayback Machine
  12. ^ Радхакришнан П. и Субраманьян С. (1994). CAD/CAM/CIM .
  13. ^ Бьорк, Бо-Кристер; Лааксо, Микаэль (2010). «Стандартизация САПР в строительной отрасли — взгляд на процесс». Автоматизация в строительстве . 19 (4): 398–406. doi :10.1016/j.autcon.2009.11.010.
  14. ^ Yares, E. (28 ноября 2012 г.). CAD Interoperability Today. Design World . Получено 29 октября 2016 г. с сайта http://www.designworldonline.com/cad-interoperability-today
  15. ^ Димитров, Л. и Вальчкова, Ф. (2011). Проблемы с обменом 3D-данными между системами САПР, использующими нейтральные форматы. Труды по производственным системам, 6 (3), 127-130. Получено 30 октября 2016 г. с http://www.icmas.eu/Journal_archive_files/Vol6-Issue3-2011-PDF/127-130_Dimitrov.pdf
  16. ^ "Сравнение деталей и чертежей". 2017-11-27.
  17. ^ Мадхави, Рамеш. «Сравнение чертежей, моделей и печатных плат с помощью PTC Creo View».
  18. ^ «LEDAS Geometry Comparison лицензирован для подключаемого модуля Inventor». 21 апреля 2016 г.
  19. ^ "Geometry Comparison от LEDAS теперь поддерживает все основные форматы MCAD с библиотеками DATAKIT". 17 февраля 2015 г.