CC BY
165
Большаков Владимир Павлович, Бочков Андрей Леонидович, Лячек Юлий Теодосович
УДК 004.925.84
ПРОБЛЕМЫ ОБМЕНА ГРАФИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ МЕЖДУ CAD-СИСТЕМАМИ
Аннотация
Рассмотрены причины совместного использования нескольких CAD-систем на производстве и в образовательных учреждениях. Приведены общие сведения по обмену графическими данными между CAD-системами. Представлены результаты эксперимента по обмену данных в форматах ACIS, IGES, STEP между системами AutoCAD, КОМПАС-SD, SolidWorks, Inventor и Creo Elements/Pro (Pro/Engineer) по моделям восьми деталей. Для создания моделей использовались практически полностью инструменты твердотельного моделирования.
Ключевые слова: САПР, CAD-системы, геометрическая модель, твердотельное моделирование, обмен графическими данными, AutoCAD, КОМПАС-SD, SolidWorks, Inventor и Creo Elements/Pro (Pro/Engineer).
1. ВВЕДЕНИЕ
В последние годы в области автоматизированного проектирования конструкций произошел переход от двухмерного проектирования к трехмерному (3D) моделированию. Это связано с растущим интересом пользователей к этим технологиям из-за высокой наглядности этих моделей и широких возможностей их использования на всех этапах конструкторских, расчетных и технологических работ, а также с появлением на рынке, в том числе на рынке образовательных услуг, доступных и удобных CAD-систем (Computer Aided Design System - система автоматизированного проектирования). Главной задачей, решаемой с помощью CAD-систем, входящих в состав систем автоматизированного проектирова-
© Большаков В.П., Бочков А. Л., Лячек Ю.Т., 2013
ния (САПР) для машиностроения, является создание геометрических моделей конструируемых изделий.
Геометрическая модель применительно к решению практических задач может быть определена как модель объекта-оригинала, отражающая его геометрию, форму, визуальную и определительную информацию [1]. Созданная 3Э-модель используется для формирования чертежно-конструкторской и технологической документации, проектирования средств технологического оснащения, разработки программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Модель может быть передана в системы инженерного анализа (САЕ-системы) для решения расчетных задач, а также оптимизационных задач синтеза конструируемого изделия. 3Э-модель изделия создается, как правило, с использованием большого количества библиотек стандартизированных кон-
структивных элементов и изделий, при этом для создания модели могут быть использованы графические данные из других СЛЭ-систем или результаты обмера изделия-прототипа на координатно-измерительном комплексе (рис. 1).
3Э-моделирование разделяют на каркасное, поверхностное и твердотельное. Наибольшее распространение получило твердотельное моделирование, которое является единственным средством, обеспечивающим полное однозначное описание трехмерной геометрической формы.
2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ САБ-СИСТЕМ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ОБРАЗОВАНИИ
Большинству производителей в процессе проектирования изделий приходится использовать несколько различных пакетов СЛЭ-систем, независимо от того, нравится им это или нет. В [2] отмечается несколько причин совместного использования нескольких СЛЭ-систем:
-растущая сложность проектируемых изделий (современные изделия создаются в нескольких вариантах, включают разные уровни технологий, что требует различных инструментов разработки);
- развитие глобального конструкторского аутсорсинга (существует необходимость приспосабливаться к условиям партнеров по цепочке поставок, использующих
различные средства CAD, для обеспечения совместной работы);
- объединения и приобретения (в условиях современного глобального рынка слияния и приобретения происходят чаще, чем раньше; интеграция требует эффективной ассимиляции имеющихся CAD-систем для поддержания целостности данных).
В [2] выделяются три различных уровня сложности сред с использованием нескольких CAD-систем. Верхний уровень (разнородное конструирование) предполагает использование компонентов, созданных в одной системе при контекстном конструировании в другой системе. При разнородном конструировании производителям удается избежать затрат, связанных с переходом от одной системы к другой и обучением персонала. Каждый конструктор продолжает работать в привычной для него среде. Очевидно, что в этих случаях успешное проектирование возможно при условии предоставления различным группам конструкторов точных данных в файлах необходимого формата.
В образовательных учреждениях (ОУ) Российской Федерации и стран ближнего зарубежья для машиностроения используется широкий набор САПР разных уровней.
Система КОМПАС-SD используется более чем в 1200 ОУ, SolidWorks - более чем в 350 ОУ, FLEX CAD 3D - более чем в 150 ОУ. В нескольких десятках ОУ используются
Каталоги и библиотеки
Разработка управляющих программ для станков с ЧПУ
Инженерные расчеты
Проектирование инструментов и оснастки
3Б-модель изделия
А—\
Sr
Конструирование, модификация изделий
Обмер изделия-прототипа
Подготовка документации (конструкторской, технологической)
Обмен данными с другими CAD-системами
Рис. 1. 3D-модель - ядро автоматизированного проектирования изделий
системы ADEM, Cimatron, CATIA, Pro/ ENGINEER. В небольшом числе ОУ используется система NX (UNIGRAPHICS) По данным представительства Autodesk в России ежегодно в 50000 ОУ обучаются работе с программными продуктами Autodesk, в частности, с системами Inventor и AutoCAD.
В большинстве технических университетов в учебном процессе используются несколько САПР по следующим причинам:
- упрощение трудоустройства выпускников (приобретенные умения работы в различных САПР дают преимущества на рынке труда);
- заказы выпускающим кафедрам от предприятий могут определять приоритетное использование в учебном процессе конкретных САПР;
- традиции взаимодействия кафедр с распространителями конкретных САПР. Конкуренция на рынке САПР заставила разработчиков в 90-е годы прошлого века начать продвигать в сферу образования некоммерческие учебные версии своих систем, искать различные способы внедрения в обучение своего легального прикладного программного обеспечения. Выбор кафедрами определенных CAnP для использования в учебном процессе иногда проходил обоснованно [3], иногда нет. Как правило, кафедры остаются верными сделанному много лет назад выбору.
Освоение любой САПР, ориентированной на машиностроение, начинается со знакомства с CAD-системой, при котором обучаемый на начальных этапах приобретает умения по практике геометрического моделирования и выполнения конструкторской документации по созданным 3D-моделям изделий.
Различные CAD-системы, как правило, используются на разных кафедрах. В отдельных технических университетах делаются попытки по созданию с использованием PDM-систем графических баз данных учебного назначения. Однако неопределенность вопросов, связанных с обменом графическими данными между различными CAD-си-стемами, тормозит создание баз данных, объединяющих различные среды CAD.
В последние годы в научно-производственных объединениях и на промышленных предприятиях заметна активность по внедрению лицензионных версий САПР. Возникла потребность обучения специалистов на курсах повышения квалификации. Практика авторов данной статьи проведения курсов по геометрическому моделированию и подготовке конструкторской документации в системах KOMnAC-3D, SolidWorks, Pro/ ENGINEER указывает на повышения интереса слушателей курсов к вопросам обмена графическими данными между различными CAD-системами, которые используются на их предприятиях.
3. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБМЕНУ ГРАФИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ МЕЖДУ САО-СИСТЕМАМИ
Для того чтобы экспортировать документ в другие системы, необходимо открыть соответствующий документ и выбрать Файл / Сохранить как. В поле Тип файла выбирается нужный тип, в поле Имя файла вводится имя файла. В случае необходимости для конвертирования выбираются нужные опции.
Для того чтобы открыть импортированный документ, нужно выбрать Файл / Открыть и указать нужный файл. В случае необходимости для чтения выбираются нужные опции.
Все форматы векторных графических файлов условно можно разделить на две группы:
- графические документы программ двумерной векторной графики;
- форматы для обмена 3D векторными изображениями.
В табл. 1 показаны наиболее распространенные методы преобразования данных для документов пяти CAD-систем.
Остановимся на терминологии табл. 1.
ACIS - общее наименование для данных, с которыми работает лицензируемое (то есть доступное сторонним разработчикам) ядро системы геометрического моделирования ACIS. Ядро ACIS для своих программ в частности использует корпорация Autodesk
Табл. 1. Файлы обмена графическими данными САПР
Nv Система Тип N. файла N. Компас-SD SolidWorks Autodesk Inventor Creo Elements/ Pro AutoCAD
Импорт Экспорт Импорт Экспорт Импорт Экспорт Импорт Экспорт Импорт Экспорт
ACIS (*.sat) + + + + + + + + + +
DXF/DWG (*.dxf, *dwg) + + + + + + + + + +
IGES (*.igs, ) + + + + + + + + + +
Parasolid (*.x t, *.x b, ) + + + + + - + + + -
STEP AP203/214 (».step) + + + + + + + + + -
(Inventor, Mechanical Desktop). В качестве форматов выводимых данных используются SAT и SAB.
DWG (Drawing Database) - один из основных форматов системы AutoCAD.
DXF фата eXchange Format) - формат, много лет назад ставший де-факто стандартом для обмена чертежами между различными CAD-системами. Поддерживается практически всеми программными продуктами САПР.
IGES (Initial Graphics Exchange Specification) - нейтральный формат обмена данными для CAD-систем. Поддерживает традиционные инженерные чертежи и трехмерные модели.
Parasolid - ядро системы геометрического моделирования, в настоящее время используемое в таких САПР, как Unigraphics, SolidWorks, T-Flex и другие.
X_B - бинарный формат экспорта САПР, основанных на ядре Parasolid.
X_T - текстовый формат экспорта САПР, основанных на ядре Parasolid.
STEP - ISO-стандарт для компьютерного представления и обмена индустриальными данными. Чаще всего STEP используется для обмена данными между CAD, CAM, CAE и PDM-системами.
Результаты обмена в форматах ACIS, IGES, STEP между системами AutoCAD, KOMnAC-3D, SolidWorks и Inventor по моделям сравнительно простых деталей представлены в [4]. Были отмечены ошибки (невозможность) конвертации при использовании ядра ACIS и некорректность выполнения ассоциативных чертежей по моделям, созданным с использованием кинематических формообразующих операций.
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОБМЕНУ ДАННЫМИ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ МЕЖДУ СИСТЕМАМИ
Обмен графическими данными проводился, в основном, по моделям 8 деталей, показанных на рис. 2. Использовались
Рис. 2. Модели, используемые для обмена между системами
следующие версии программ: KOMnAC-3D v13, SolidWorks 2012, Inventor 2013, AutoCAD 2013, Creo Elements/Pro 5.0 (Pro/E).
Оценивались корректность визуализации модели после импорта данных и создание по модели ассоциативного чертежа.
Табл. 2 дает представление об итогах обмена, числами отмечены номера примечаний с краткими комментариями, представленными ниже.
1. Ошибка (невозможность) конвертации в формате ASIS возникала при экспорте данных из SolidWorks в KOMnAC-3D, из KOM-nAC-3D в Pro/E.
2. Некорректность при экспорте данных из Inventor в KOMnAC-3D возникала при использовании всех четырех форматов. После экспорта в формате ACIS изображение принимает вид, показанный на рис 3 а. У
плечиков очевидна некорректность моделирования верхних краев. Изображение пружины (рис. 3 б) не требует комментариев.
3. После экспорта в формате STEP изображение плечиков принимает вид, показанный на рис. 3 в. Модель дополняется лишним элементом, заметна некорректность визуализации верхних краев.
4. Результат экспорта в формате Х_Т данных по модели листового кронштейна показан на рис. 3 г. Модель дополняется лишним фрагментом.
5. После экспорта в формате IGES изображения принимают вид, показанный на рис. 4. Некоторые изображения дополнялись показанными малоинформативными Деревьями моделей. Изображения пружины не требуют комментариев.
6. Ошибки при экспорте из Pro/E в КОМ-
Экспорт Импорт, последующее создание чертежа (№ примечания)
KoMnac-3D SolidWorks Autodesk Inventor Creo Elements/Pro AutoCAD
ACIS IGES STEP X_T ACIS IGES STEP X_T ACIS IGES STEP X_T ACIS IGES STEP X_T ACIS IGES STEP X T
Q m ■ о В 2 о И ACIS 8 12 1 +
IGES 7 13 15 19
STEP 7 14 16 +
X_T 8 12 + +
SolidWorks ACIS 1 + + +
IGES + + + +
STEP + + + +
X_T + + + +
Autodesk Inventor ACIS 2 9 17 +
IGES 5 10 17 +
STEP 3 11 + +
X_T 4 + 17 18 +
Creo Elements/Pro ACIS + + 22 +
IGES + + 22 20
STEP 6 + 22 +
X T + 21 22 +
Табл. 2. Результаты обмена данными по деталям между системами
б)
h
Рис. 3. Результат экспорта из Inventor в KOMnAC-3D в формате: а, б - SAT; в - STEP; г - X_T
Деталь (Тел-0) Щ- )— (т)Начало координат ^ Импортированная пове| ^ Дуга окружности: 1
Дуга окружности ^ Дуга окружности Дуга окружности Дуга окружности:5 Дуга окружности:6 Кривая без истории :1 ^ Дуга окружности:?
Дуга окружности:8 ^ Дуга окружности:9 Дуга окружности: 10
Деталь (Тел-12) © )— (т)Начало координат
Операция без истории:1 Операция без истории:2 Операция без истории:3 Операция без истории:4 Операция без истории:5 Операция без истории:6 Операция без истории:? Операция без истории:8 Операция без истории:9 Операция без истории: 10 Операция без истории: 11 Дуга окружности: 1 ^ Дуга окружности:2
ъ
ф
&
Рис. 4. Результаты экспорта из Inventor в KOMnAC-3D в формате: IGES
nAC-3D данных отмечены для одной модели при использовании формата STEP. Ошибки присутствуют в нижней части модели литого кронштейна (рис. 5 а).
7. После экспорта данных из КОМПАС-3D в SolidWorks ошибки в форматах IGES (рис. 5 б), STEP (рис. 5 в) были отмечено для модели плечиков - нестыковка «ушка» с остальной частью модели.
8. При экспорте модели плечиков из КОМПАС в SolidWorks в формате X_T и SAT были ошибки, не позволяющие открыть файл.
а)
9. Ошибки при экспорте из Inventor в SolidWorks отмечены по двум моделям в трех форматах. Результат экспорта в формате SAT данных по модели пружины показан на рис. 6 а.
10. Ошибки при экспорте данных из Inventor в SolidWorks по модели плечиков в формате IGES показаны на рис. 6 б.
11. Ошибки при экспорте из Inventor в SolidWorks в формате STEP, показаны на рис. 6 в - нет почти половины модели.
12. После экспорта данных из КОМПАС-3D в Inventor большинство ошибок было
в)
Рис. 5. Результаты экспорта: а - из Pro/E в KOMnAC-3D; б, в - из KOMnAC-3D в SolidWorks
а) ^.........j", б) ^ в)
Рис. 6. Результаты экспорта из Inventor в SolidWorks в форматах: а - SAT; б - IGES; в - STEP
Рис. 8. Результаты экспорта из KOMnAC-3D в Pro/E в формате: а - IGES; б - STEP
отмечено для модели плечиков. При использовании форматов SAT и Х_Т файлы не от-крышались.
13. На рис. 7 а видна нестыковка «ушка» -верхней части плечиков с их остальной частью в случае использования формата IGES.
14. После экспорта данных из КОМПАС-3D в Inventor в формате STEP изображение принимает вид, показанный на рис. 7 б. Также очевидна нестыковка «ушка» - верхней части плечиков с их остальной частью.
15. Некорректность при экспорте данных из KOMnAC-3D в Pro/E возникала при использовании двух форматов. На рис. 8 а видно, что верхнее ушко плечиков дополняется лишним фрагментом при использовании формата IGES.
16. После экспорта в формате STEP изображения принимают вид, показанный на рис. 8 б. Верхнее ушко плечиков не стыкуется с нижней частью модели. У пружины отсутствует часть поверхности крайнего верхнего витка.
17. Три очевидные ошибки при экспорте из Inventor в Pro/E возникли при обмене данными по модели пружины в трех форматах (рис. 9 а, б, в).
18. Четвертая ошибка при экспорте из Inventor в Pro/E возникла при обмене данными по модели маховика в формате Х_Т (рис. 9 г). Следует заметить, что при экспорте из Inventor в Pro/E ошибки при обмене данными по модели плечики не возникали.
19. Ошибки при экспорте из КОМПАС-3D в AutoCAD данных в формате IGES, привели к появлению цилиндров на сгибах, а в одной половине детали нет сквозных отверстий (рис. 10 а, б, в).
20. Ошибки при экспорте из Pro/E в AutoCAD в формате IGES представлены на рис.10 г, д, е.
21. Ошибка при экспорте из Pro/E в SolidWorks в формате X_T представлена на рис.11.
22. При экспорте только модели плечиков из Pro/E в Inventor во всех форматах вер-
Рис. 9. Результат импорта из Inventor в Pro/E в формате: а - SAT; б - IGES; в, г - X_T
Рис. 10. Результат экспорта в AutoCAD: а, б, в - из КОМПАС-SD; г, д, е - из Pro/E
Рис. 11.
Результат экспорта из Pro/E в SolidWorks
хняя профильная часть создается как поверхность, поэтому крючок и нижняя часть с ней не состыкованы.
Результаты эксперимента показывают, что при обмене данными по сравнительно простым деталям ошибок практически не возникает. Это обстоятельство позволило создавать модели сборочных единиц в системах SolidWorks и Inventor 2013, выполняя импорт данных по установочным изделиям из системы КОМПАС-3Э [5].
3. Угловые размеры не привязаны к геометрии, выдает ошибку.
4. Все обозначения отрисованы основными линиями; ко многим линейным размерам добавлены нулевые допуски.
5. Специальные знаки в прямоугольных рамках (торцевое биение).
6. 7. Фрагменты не требуют комментариев.
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА ПО ОБМЕНУ ДАННЫМИ ПО ЧЕРТЕЖАМ ДЕТАЛЕЙ
Для получения результатов по обмену данными по чертежам был выбран фрагмент чертежа рупора [4].
При тестировании корректности обмена был выбран порядок, предусматривающий, в частности, создание чертежа для экспорта в определенном формате с последующим импортом этого чертежа в «родную» систему другой версии. Табл. 3. иллюстрирует результаты обмена данными по чертежам. По приведенным фрагментам можно судить о проблемах, возникающих при конвертации.
Ниже перечислены основные неточности для представленных в табл.3 фрагментов
1. Размер фаски, угловой размер, размещение текста и знаков в прямоугольных рамках.
2. Размер фаски, угловой размер, обозначение базы, размеры с предельными отклонениями.
По результатам эксперимента можно предложить метод ускоренного формирования умений по 30-моделированию в «новой» для обучаемого системе. В новой системе открывается импортируемый файл, при этом дерево модели не содержит истории ее создания. Обучаемому предоставляется возможность использовать все данные модели-эталона для создания копии средствами осваиваемой системы.
Анализ передачи данных между системами показывает, что:
1. Самая корректная конвертация файлов моделей из системы SolidWorks. Файлы, экспортируемые в разные форматы, открываются практически без ошибок во всех анализируемых CAD-системах.
2. При экспорте файлов 3D-моделей из Creo Elements/Pro в системы более низкого уровня было отмечено незначительное число ошибок.
3. Максимальное число проблем возникало при импорте из формата SAT.
ЩЩ2
2 фаски И
1. Результат экспорта из КОМПАС V13 в форматах DWG, DXF в КОМПАС V13 Home
5. Результат экспорта из Inventor в КОМПАС в формате DWG
18W.2
2. Результат экспорта из КОМПАС V13 в формате IGES в КОМПАС V13 Home
6. Результат экспорта из КОМПАС в формате IGES в Inventor
3. Результат экспорта из КОМПАС V13 в формате DWG, DXF в Inventor
7. Результат экспорта из SolidWorks в Inventor в формате DWG
0UXXXXXXJ8W
2 фаски
Табл. 3. Результаты обмена данными по чертежам между системами
0. «Эталон» для сравнения
4. Результат экспорта из Inventor в SolidWorks и AutoCAD в формате DWG
|/|0,05 /I
Ra 3.2
4. Очень часто при импорте из форматов SAT и STEP, особенно из системы КОМ-nAC-3D, модели из твердотельных преобразовывались в поверхностные.
5. Относительно плохая передача файлов моделей между CAD-системами среднего уровня отмечена по моделям, при создании которых использовалась кинематическая операция (дет. 4, 5 на рис. 2) и операция по сечениям (дет. 3 на рис. 2).
6. Для минимизации ошибок при обмене данными по моделям, для создания которых использовалось несколько тел (дет. 3 на рис. 2), процедуре экспорта должна предшествовать операция объединения этих тел.
7. Импорт данных (без истории) по моделям, для создания которых использовался функционал листового моделирования (дет. 6 на рис. 2), не позволял добавить в импортируемой системе операции, например, по замыканию углов, выполнение которых невозможно в системе, откуда осуществлялся экспорт.
8. Заметна положительная динамика в совершенствовании соответствующих утилит обмена данными по чертежам, по сравнению с результатами, приведенными в [4]. Однако для рекомендаций использования на практике обмена данными по рабочим чертежам с множеством технологических обозначений время еще не пришло.
Литература
1. Большаков В. П., Тозик В. Т., Чагина А. В. Инженерная и компьютерная графика. СПб.: БХВ-Петербург, 2013.
2. Оптимальные методы проектирования в среде с использованием нескольких CAD-систем / http//pro techologles.ru/file PTC-5826 MultuCAD BP W... (Дата обращения 28.04.2013).
3. Прокофьев Г. И. Какая САПР нужна вузу? // Современные технологии обучения. Сб. научн.-метод. трудов. Вып. 3. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 1997. С. 84-89.
4. Большаков В. П., Бочков А. Л., Сергеев А. А. 3-D моделирование в AutoCAD, KOMПAC-3D, SolidWorks, Inventor, T-Flex: Учебный курс (+DVD). СПб.: Питер, 2011.
5. Большаков В. П., Бочков А. Л. Основы 3-D моделирования. Изучаем работу в AutoCAD, KOM-^C-3D, SolidWorks, Inventor. СПб.: Питер, 2013.
Abstract
This article discovers reasons of cooperative usage of several CAD-systems in manufacturing firms and educational institutions. Common information is given about graphic data interchange between CAD-systems. It also contains results of the experiment in interchange of graphic data of 8 detail models between AutoCAD, KOMnAC-3D, SolidWorks, Inventor и Creo Elements/Pro (Pro/Engineer) in formats ACIS, IGES, STEP. All models were created via instruments of solid-state modeling.
Keywords: CAD, CAD-systems, AutoCAD, KOMnAC-3D, SolidWorks, Inventor, Creo Elements/Pro (Pro/Engineer), geometrical model, solid-state modeling, graphic data interchange.
Большаков Владимир Павлович, кандидат технических наук, доцент СПбГЭТУ, v _p_b_@mail.ru,
Бочков Андрей Леонидович, доцент СПбГУСЭ, a. l. bochkov@gmail. com,
Лячек Юлий Теодосович, кандидат технических наук, профессор СПбГЭТУ, ytlyachek@mail. ru.
© Наши авторы, 2013. Our authors, 2013.
