Удобные инструменты для компьютерного инженерного анализа становятся все популярнее, но некоторые из них вызывают у экспертов беспокойство.
По словам Кейта Мейнджеса, консультанта по моделированию в сфере управления из компании CIMdata, попытки разработчиков ПО для моделирования расширить охват его использования начались уже в 1990-х годах. «Они хотели совершить революцию в проектировании с помощью техники встроенного моделирования, –вспоминает он. – Идея состояла в том, чтобы обеспечить проектировщиков инструментами для моделирования».
В 1995 году американская компания PTC, которая считается первопроходцем в области параметрического моделирования, приобрела у Rasna Corp ведущее программное обеспечение для моделирования MECHANICA. Позже продукт был переименован в Pro/MECHANICA, чтобы соответствовать ведущему продукту PTC Pro/ENGINEER.
Вышло несколько версий Pro/ENGINEER, и в результате сейчас мы имеем продукт под названием PTC Creo Parametric. Усилия, направленные на демократизацию моделирования, разделились на несколько совершенно разных подхода:
- встраивание инструментов для моделирования в CAD-программы, используемые инженерами-проектировщиками;
- разрешение экспертам публиковать шаблоны с инструкциями для новичков и пользователей среднего уровня;
- создание приложений «по требованию» с повторяемыми, упрощенными сценариями моделирования;
- предоставление вычислительных платформ, объединяющих в себе управление данными, работу с геометрией и облачные вычисления.
Окупились ли усилия разработчиков двадцать пять лет спустя? Было ли выполнено их обещание? Достигнуто многое, но также много осталось незавершенных дел.
Знай своих клиентов
Кейт Мейджес вспоминает, что на ранних этапах одним из камней преткновения было то, кем являлись целевые пользователи. «Конструкторы, работавшие с CAD, разбирались в программном обеспечении, они знали, как рисовать линии и дуги, как создавать скругление и строить геометрию, но не все они были инженерами. Так что в действительности им не хватало квалификации для решения инженерных задач», – объясняет он.
Хорошо это или плохо, но программное обеспечение для автоматизированного проектирования (САПР) позволяет людям с небольшими инженерными знаниями или без них на основе четко определенных спецификаций создавать сложные детали и сборки в 3D. Хотя программное обеспечение было предназначено для инженеров и архитекторов, его стали использовать чертежники, чьи навыки, по сути, ограничивались использованием программного обеспечения, и которые не всегда были инженерами. Для таких пользователей освоение принципов моделирования и внедрение их в практику проектирования было непростой задачей.
«Человек, использующий инструменты для моделирования, должен понимать решаемую им инженерную проблему», – говорит Мейнтьес.
Еще одна проблема связана с тем, как моделирование было представлено новичкам, не являющимся экспертами.
«В программы САПР встраивались не те инструменты, которыми пользовалось эксперты в области моделирования», – отмечает Мейнтьес. «Из этого следует, что эксперты не могли обучать новичков».
Сегодня такие основные программы САПР, как Autodesk Fusion, Dassault Systèmes SolidWorks и Siemens Solid Edge, предлагают интегрированные инструменты для моделирования, доступные из среды моделирования САПР.
«Это не упрощенные версии высококлассных инструментов. Простота их использования достигается за счет более простого пользовательского интерфейса, но доступная физика столь же надежна», – отмечает Мейнтьес.
Такие программы служат ступеньками к инструментам для моделирования, ориентированным на экспертов. Они позволяют экспертам обучать дизайнеров, основная область ответственности которых – работа с CAD-моделями, выстраивание геометрии и обеспечение технологичности.
Моделирование в режиме реального времени
Два года назад компания Ansys (США, Пенсильвания, Питсбург) выпустила программный продукт под названием Ansys Discovery Live, представленную как инструмент для «моделирования в реальном времени для быстрого изучения различных вариантов конструкции». Продукт позволял выполнять структурный анализ, термический анализ, решать задачи внешней и внутренней гидрогазодинамики, облегчения конструкции, выполнять анализ модели. Для компании, известной своими программами для моделирования экспертного уровня, это была совершенно новая стратегия и серьезный шаг в сторону.
Наряду с запуском нового продукта на организованном PTC мероприятии LiveWorx18 Ansys также объявила о партнерстве с PTC, для того чтобы пользователи PTC Creo также получили возможность моделировать в реальном времени.
«Комбинированное решение будет продаваться компанией PTC как часть пакета продуктов Creo. Данный продукт предоставит пользователям унифицированную среду моделирования», –говорится в пресс-релизе PTC.
Традиционное моделирование – это процесс, требующий большого объема вычислений. После выполнения необходимых настроек и нажатия команды «Выполнить» многие пользователи уходили, чтобы приготовить себе кофе или пообедать, зная, что для завершения процесса программе требуется от 15 минут до нескольких часов. В отличие от таких программ Ansys Discovery Live использует преимущества современных графических процессоров, а также методы автоматизации и аппроксимации, за счет чего можно получать практически мгновенные результаты. С Ansys Discovery Live моделирование стало таким же быстрым, как и моделирование геометрии.
Критики отмечают, что такие программы менее надежны и точность результатов у них гораздо ниже, чем у инструментов экспертного уровня. Но те, кто выступает за демократизацию моделирования, утверждают, что поскольку данная программа – инструмент для первого этапа исследования конструкции, для проверки идей и концепций, результаты вычислений у нее приемлемы.
«Такие инструменты указывают вам направление, в котором необходимо двигаться при разработке конструкции», – говорит Мейнтьес. «Если вы еще далеки от конечного варианта конструкции, точность не имеет большого значения. Вам просто нужен инструмент, который покажет, что A лучше, чем B. Но тем не менее, последний этап валидации пропускать нельзя, – предупреждает Мейнтьес.
Окончательная проверка обычно включает в себя цифровые прототипы, созданные в высокотехнологичных специализированных инструментах, и физические испытания.
Освоение моделирования для конкретной предметной области (например, моделирование механики шасси самолета или поведения двигателей внутреннего сгорания при тепловых нагрузках) занимает годы. Освоение специализированных программных инструментов для цифрового воссоздания этих сценариев также занимает несколько лет. Возможно, инженеру-конструктору не обязательно проходить весь этот путь.
В конечном счете, демократизация моделирования зависит в том числе от готовности отрасли впустить программы, для которых характерны аппроксимация, автоматизация и упрощение, делающие моделирование более доступным для разработчиков. Хотя такие инструменты не подходят для детального анализа, который выполняют продвинутые пользователи, для проектировщика они играют решающую роль при проверке первоначальных концепций. И даже несмотря на то, что такие инструменты уже есть на рынке, перестройка индустрии численного моделирования на новое мышление – все еще не завершенный процесс.
