Автор : Дмитрий Ушаков 2012 год.
Далее даю слегка отрихтованный перевод с зарубежного сайта.
Системы автоматизированного проектирования были созданы в 1960-х годах, чтобы заменить кульманны (традиционные чертежные инструменты, которые использовались архитекторами и инженерами по всему миру после промышленной революции XVIII века). Сегодня системы автоматизированного проектирования превратились из рутинных средств автоматизации в ключевой инструмент для инноваций в различных отраслях промышленности — системы автоматизированного конструирования.
Вместо того чтобы рисовать планы этажей и фасады, современные архитекторы используют САПР для разработки информационных (3D) моделей зданий. Дизайнеры интерьеров обсуждают с клиентом внешний вид офиса или квартиры, перемещаясь по их виртуальной 3D-модели, интегрированной в среду реального здания. Художник может создавать эскизы на сложных 3D-поверхностях, а не на листах бумаги. Промышленный дизайнер печатает готовую модель на 3D-принтере и отправляет её специалисту по эргономике для дальнейшего анализа. За считаные секунды инженер-конструктор может локализовать и модифицировать проблемный блок в сборке, состоящей из сотен тысяч компонентов, который был выявлен в результате автоматизированного моделирования поведения изделия под нагрузкой. Инженер-технолог может быстро составить безошибочную управляющую программу для станка с ЧПУ, чтобы вырезать из заготовки деталь со сложной геометрией поверхности, которая в идеале должна обладать требуемыми функциональными качествами. Работник, отвечающий за сборку и обслуживание продукции, использует 3D-модель в качестве ориентира, чтобы увидеть демонстрацию конкретной операции под нужным углом и с нужной точностью. Это лишь малая часть задач, которые сегодня можно решить с помощью САПР. Ключевую роль здесь играют 3D-модели.
Ещё в 1970-х годах учёные со всего мира, работая совместно с представителями военных и промышленных кругов, начали изучать различные методы представления трёхмерных данных в компьютере, чтобы упростить последующую работу с ними. До недавнего времени трёхмерные модели существовали только в головах дизайнеров, что приводило к многочисленным проблемам и ошибкам — как при проектировании изделий, так и при их производстве, эксплуатации и утилизации. Опыт ведущих компаний, накопленный за последние годы, показывает, что использование цифровых 3D-моделей продуктов на всех этапах их жизненного цикла снижает затраты на проектирование, ускоряет выпуск продукции, удешевляет производство и позволяет оперативно вносить в конструкцию продукта изменения, предложенные пользователями, а также сводить к необходимому минимуму вредное воздействие на окружающую среду. В конечном счёте 3D-моделирование значительно повышает конкурентоспособность компании и её способность быстро реагировать на любые изменения в экономике.
На сегодняшний день 3D-моделирование имеет более чем 30-летнюю историю. Далеко не все идеи оказались продуктивными. Далеко не всем компаниям, разрабатывающим инструменты для 3D-моделирования, удалось пережить рыночные потрясения. Однако, судя по всему, наибольший опыт был накоплен в области программных компонентов, называемых ядрами 3D-моделирования, которые сегодня составляют основу практически любого приложения для автоматизированного проектирования (а также CAE и CAM). Разработчики инженерного программного обеспечения либо проектируют, пишут код и самостоятельно поддерживают такие компоненты, либо лицензируют их у сторонних поставщиков. 3D-ядро составляет основу «здания» любой современной системы автоматизированного проектирования. От этого фундамента зависит всё остальное — возможности различных инструментов, их скорость работы, отказоустойчивость и даже общий интеллект системы.
С точки зрения программиста, геометрическое ядро — это библиотека функций/классов, которая моделирует геометрические объекты (точку/интервал/дугу/кривую, часть поверхности, твердое тело), изменяет их форму и размер, создает на их основе новые объекты, визуализирует модель на экране компьютера и обменивается трехмерными данными с другими программами. Список функций ядра можно уместить в одно предложение, но на их реализацию уходят десятки и даже сотни человеко-лет. Дело в том, что за каждой элементарной операцией (например, пересечением двух поверхностей NURBS) стоит вычислительный алгоритм, реализация и настройка которого — довольно трудоёмкая задача, требующая безупречного владения инструментами вычислительной математики, а также профессиональных знаний в конкретной области. В ядре сотни таких операций (если учесть огромное разнообразие типов геометрических данных).
Не все разработчики САПР (тем более CAE и CAM) готовы вкладывать столь значительные средства в базовую технологию, поэтому большинство предпочитает лицензировать готовое 3D-ядро у сторонних поставщиков (иногда у их прямых конкурентов), регулярно выплачивая компании, разработавшей ядро (как правило, определенную сумму с каждой проданной копии конечного продукта). Взамен они могут использовать ядро, которое уже было опробовано в других системах и, следовательно, обладает богатой функциональностью и высокой надежностью. Наконец, получив готовое ядро, разработчик САПР сможет быстрее выпустить свой программный продукт. Иногда этот фактор является решающим: если компания откладывает выпуск продукта на год или два, рынок может занять конкурент. Ярким примером является система MCAD (Mechanical CAD) SolidWorks, которая стала первой в мире системой параметрического твердотельного моделирования для Windows и до сих пор является абсолютным лидером в области MCAD по количеству проданных лицензий. Этот же путь позже прошли разработчики многих других успешных систем, в том числе российские компании ADEM и Top Systems.
Тем не менее в мире САПР есть несколько компаний, которые уделяют особое внимание возможности полного контроля над исходным кодом, оперативному исправлению ошибок и наращиванию функциональности, быстрому переходу на новые платформы и поэтому готовы использовать для этого собственные ресурсы. В эту группу входят четыре лидера рынка САПР, чьи доходы исчисляются миллиардами (Dassault, Autodesk, Siemens и PTC), а также несколько более мелких компаний (в том числе ведущий российский поставщик САПР ASCON).
В таблице ниже представлен список разработчиков, которые относятся к обеим категориям.
Как видно из таблицы, наиболее активно лицензируются ядра ACIS (разработано и поддерживается компанией Spatial, дочерним предприятием Dassault Systemes) и Parasolid (Siemens PLM Software). Однако вскоре на рынке 3D-ядер появится новый игрок.
С 2007 года Правительство Российской Федерации реализует Федеральную целевую программу «Национальная технологическая база», направленную на создание новых современных технологий и оборудования, внедрение разработанных технологий в производство, коммерциализацию новых технологий, создание научно-технической базы для разработки передовых наукоёмких продуктов и улучшение экологической обстановки в России. В рамках программы Министерство промышленности и торговли Российской Федерации объявило тендер на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по теме «Разработка российского лицензионного программного обеспечения — математического ядра для 3D-моделирования как основы компьютерных систем для автоматизированного проектирования сложных инженерных изделий». Это ядро, лежащее в основе компьютерных систем нового поколения для проектирования, обратного инжиниринга, планирования производства и составления технической документации, будет способствовать разработке российскими предприятиями инновационных продуктов, которые будут конкурентоспособны на мировом рынке и станут частью национального инженерного потенциала. Тендер выиграла компания «СТАНКИН» — Московский государственный технологический университет, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, а компания LEDAS стала одним из субподрядчиков.
Компания LEDAS была выбрана потому, что обладает тринадцатилетним опытом разработки ключевых программных компонентов для САПР, включая проекты, которые она выполняла для мировых лидеров рынка инженерного программного обеспечения. Проекты включали в себя разработку интервального математического решателя, используемого в инструментах для проектирования на основе знаний; создание решателя геометрических ограничений и его применение в параметрическом черчении, проектировании сборок, анимации, кинематическом анализе и прямом моделировании; разработку методов преобразования полигональных сеток в поверхности разбиения и разворачивания трёхмерных сеток на плоскостях; вычисление расстояний между трёхмерными объектами и обнаружение столкновений в реальном времени; разработку преобразования данных САПР на основе признаков.
Несомненно, при разработке нового 3D-ядра важно опираться на опыт предшественников, перенимать их лучшие достижения и избегать ошибок. Поэтому в следующих публикациях мы планируем кратко рассказать об истории предыдущих попыток создания ядер для 3D-моделирования и объяснить, чем будет отличаться новое российское ядро.
Если статья понравилась, буду премного благодарен если вы пожертвуете сколько пожелаете нужным. И в любом случае СПАСИБО, что дочитали до конца. Или совершенно бесплатно подпишитесь на видео канал о FreeCAD и всякой технике или на видео канал на котором размещены выступления и лекции умных людей, раскрывающих как устроена власть, экономика и немного о тёмных пятнах истории.