Обмен данными САПР - CAD data exchange

Обмен данными САПР это модальность обмен данными используется для перевода данных между разными Системы автоматизированного проектирования (CAD ) системы разработки или между САПР и другими нижестоящими CAx системы.

Многие компании используют различные системы САПР внутри компании и обмениваются данными САПР с поставщиками, клиентами и субподрядчиками.[1] Передача данных необходима для того, чтобы, например, одна организация могла разрабатывать модель САПР, а другая выполняла работу по анализу той же модели; в то же время третья организация отвечает за производство продукта.[2] В CAD-системы, доступные в настоящее время на рынке различаются не только целями приложения, пользовательскими интерфейсами и уровнями производительности, но также структурами и форматами данных.[3] поэтому точность в процессе обмена данными имеет первостепенное значение, и необходимы надежные механизмы обмена.[2]

Процесс обмена нацелен прежде всего на геометрическую информацию данных САПР, но он также может быть нацелен на другие аспекты, такие как метаданные, знания, производственная информация, допуски и структура сборки.

Для обмена данными САПР доступны три варианта: прямой перевод модели, нейтральный обмен файлами и сторонние переводчики.[4]

Содержание данных САПР

Хотя изначально нацелен на геометрическую информацию (проволочный каркас, поверхности, твердые вещества и рисунки ) продукта, в настоящее время есть и другие фрагменты информации, которые можно получить из файла САПР:[2]

Различные типы информации о продукте, предназначенные для процесса обмена, могут различаться на протяжении жизненного цикла продукта. На более ранних этапах процесса проектирования больше внимания уделяется геометрическим аспектам и аспектам проектного замысла обмена данными, в то время как метаданные и данные приложений более важны на более поздних этапах разработки продукта и процесса.[2]

Варианты обмена данными

Прямой перевод модели

Прямые переводчики данных предоставляют прямое решение, которое влечет за собой перевод данных, хранящихся в базе данных продукта, непосредственно из одного формата системы CAD в другой, обычно за один этап. В прямом переводчике данных обычно существует нейтральная база данных. Структура нейтральной базы данных должна быть общей, регулироваться минимально необходимыми определениями любого из типов данных моделирования и быть независимой от любого формата поставщика.[2] Основные системы CAD, такие как SolidWorks, PTC Creo, Siemens NX и CATIA может напрямую читать и / или записывать другие форматы САПР, просто используя Файл открыт и Файл Сохранить как опции.[4] Этот вариант ограничен тем фактом, что большинство форматов САПР являются проприетарными, поэтому прямые переводчики обычно однонаправленные, частично функциональные и нестандартизированные.[5]

Нейтральный обмен файлами

При нейтральном обмене файлами используется промежуточный нейтральный формат для перевода данных между системами САПР. Этот метод начинается с препроцессора, встроенного в исходную систему CAD, который генерирует нейтральный файл из исходного формата CAD. Целевая система CAD постобработает нейтральный файл и преобразует его в целевой исходный формат.[6] Некоторые нейтральные форматы определены организациями по стандартизации, такими как IGES и ШАГ в то время как другие являются патентованными, но все еще широко используются и считаются квазиотраслевыми стандартами.[4]

Нейтральные форматы

  • IGES (Первоначальная спецификация обмена графикой) - возникла в конце 1979 года и первоначально опубликована Американским национальным институтом стандартов (ANSI) в 1980 году до широкомасштабного внедрения технологии САПР в отрасли.[7] Этот формат файла рассматривает определение продукта как файл сущностей, причем каждая сущность представлена ​​в независимом от приложения формате.[2] После первоначального выпуска ШАГ (ISO 10303) в 1994 году интерес к дальнейшему развитию IGES снизился, и версия 5.3 (1996) стала последним опубликованным стандартом.[4]
  • DXF (Формат обмена чертежами ) - разработан Autodesk в 1982 году в качестве решения по совместимости данных между AutoCAD и другие системы CAD. DXF в основном основан на 2D, и его формат представляет собой представление данных с тегами всей информации, содержащейся в файле чертежа AutoCAD, что означает, что каждому элементу данных в файле предшествует целое число, которое называется групповым кодом, указывающим тип. следующего элемента данных. Поскольку большинство разработчиков коммерческого программного обеспечения выбрали поддержку собственного ПО Autodesk DWG как формат для взаимодействия данных AutoCAD, DXF стал менее полезным.[2]
  • VDA-FS (Verband der Automobilindustrie - Flächenschnittstelle) - создан Немецкой ассоциацией автомобильной промышленности в 1982 году в качестве метода взаимодействия для поверхностей произвольной формы.[8] Этот формат отличается от других форматов тем, что поддерживает только передачу данных кривых и поверхностей произвольной формы с соответствующими комментариями, но не поддерживает передачу других геометрических или негеометрических объектов. Поэтому он ограничивается представлениями параметрическими многочлены, но это касается подавляющего большинства САПР произвольной формы. Это включает в себя Безье, B-сплайн и Куны тензорные произведения типов поверхностей и соответствующих кривых.[1] Спецификация VDA-FS опубликована в немецком промышленном стандарте DIN 66301.[9]
  • PDES (Product Data Exchange Specification) - возникла в 1988 году в рамках исследования интерфейса данных определения продукта (PDDI), проведенного McDonnell Aircraft Корпорация от имени 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, в которое были добавлены организационные и технологические данные. Фактически, более поздний PDES содержал IGES. Разработка PDES под руководством организации IGES и в тесном сотрудничестве с Международная организация по стандартизации (ISO ) привело к рождению ШАГ.[2]
  • ШАГ (ISO 10303 – Стандарт обмена данными модели продукта ) - работа со стандартом ISO 10303 была начата в 1984 г. и первоначально опубликована в 1994 г. с целью стандартизации обмена данными о продукции между PLM системы. Это очень полный набор спецификаций, охватывающий множество различных типов продуктов и многие фазы жизненного цикла. STEP использует нейтральный формат ISO 10303-11, также известный как ВЫРАЖАТЬ схема. EXPRESS определяет не только типы данных, но также отношения и правила, применяемые к ним.[4] STEP поддерживает обмен данными, обмен данными и архивирование данных. Для обмена данными STEP определяет временную форму данных о продукте, которые должны передаваться между парой приложений. Он поддерживает совместное использование данных, обеспечивая доступ к одной копии одних и тех же данных о продукте и работу с ней более чем одним приложением, возможно одновременно. STEP также может использоваться для поддержки разработки самих архивных данных о продукте.[2] STEP состоит из нескольких сотен документов, называемых части. Каждый год добавляются новые детали или выпускаются новые версии старых деталей. Это делает STEP самым большим стандартом в ISO. Компоненты STEP серии 200 называются протоколами приложений (AP),[4] с конкретными частями, непосредственно связанными с системами CAD:
    • 203 (Трехмерное проектирование механических деталей и сборок с контролируемой конфигурацией) - в основном используется для трехмерного проектирования и создания структуры продукта. Подмножество AP214, но наиболее широко используемое.
    • 210 (Электронная сборка, дизайн межсоединений и упаковки) - CAD-системы для печатная плата.
    • 212 (Электротехническое проектирование и установка) - САПР для электромонтажных и жгут.
    • 214 (Основные данные для процессов проектирования автомобильной механики) - Как ШАГ представлен в текстовом файле для обмена.
    • 238 (ШАГ-NC Прикладная интерпретированная модель для компьютеризированных числовых контроллеров) - САПР, CAM, и ЧПУ информация о процессе обработки.
    • 242 (3D-проектирование на основе управляемой модели) - слияние двух ведущих прикладных протоколов STEP, AP 203 и AP 214.
  • Parasolid XT - часть Parasolid ядро геометрического моделирования первоначально разработан Данные формы и в настоящее время принадлежит Программное обеспечение Siemens PLM.[10] Parasolid может представлять каркасные, поверхностные, твердотельные, ячеистые и общие немножественные модели. Он хранит топологическую и геометрическую информацию, определяющую форму моделей в передаваемых файлах. Эти файлы имеют опубликованный формат, поэтому приложения могут иметь доступ к моделям Parasolid без обязательного использования ядра Parasolid.[11] Parasolid может принимать данные из других форматов разработчиков моделей. Его уникальная функциональность толерантного моделирования позволяет учитывать и компенсировать менее точные данные.[12]

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 низкоуровневые программные инструменты для прямого чтения и записи основных форматов файлов САПР. Большинство разработчиков САПР лицензируют эти наборы инструментов, чтобы добавить в свои продукты возможности импорта и экспорта. Также существует значительное количество компаний, которые используют низкоуровневые инструменты перевода в качестве основы для создания автономных приложений для перевода и проверки для конечных пользователей.[13] Эти системы имеют 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, установленные на машине перевода, поскольку они используют код (API ) из этих систем для чтения / записи данных. Некоторые компании также используют эти низкоуровневые инструменты для создания подключаемых модулей импорта или экспорта для других приложений САПР.

Список программных инструментов для разработчиков

Список автономных приложений перевода для конечных пользователей

Список плагинов для приложений САПР

Качество обмена данными

Качество данных может рассматриваться как внутренне, так и внешне. Внутренние проблемы связаны со структурой модели САПР до начала любого процесса перевода, тогда как внешние проблемы связаны с проблемами, возникающими во время перевода. Разработка STEP - лучшее решение для решения внешних проблем, расширение его текущих возможностей для поддержки двухмерных параметрических сечений, трехмерных параметрических сборок и моделирования на основе истории. Качество данных о продукте является ключевым вопросом, позволяющим избежать внутренних проблем с обменом данными и упростить интеграцию последующих приложений в цепочку проектирования.

Поскольку каждая система САПР имеет свой собственный метод описания геометрии, как математически, так и структурно, всегда происходит некоторая потеря информации при переводе данных из одного формата данных САПР в другой. Одним из примеров является трансляция между системами САПР, использующими разные ядра геометрического моделирования, в которых несоответствия трансляции могут привести к аномалиям в данных.[2] 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 есть уровни детализации. Например: каркас данных, поверхность или твердое тело; топология (BREP ) требуется информация; должны ли идентификация граней и краев сохраняться при последующих модификациях; должна ли информация о функциях и история сохраняться между системами; и является PMI аннотация для передачи. Для моделей продукта может потребоваться сохранение структуры сборки.[4] Если чертежи необходимо перевести, геометрия каркаса обычно не является проблемой; однако текст, размеры и другие аннотации могут быть проблемой, особенно шрифты и форматы. Независимо от того, какие данные должны быть переведены, также необходимо 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. Родные форматы предлагают простой перевод трехмерных 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. Нейтральные форматы предназначены частично для решения этой проблемы, но ни один формат не может полностью устранить все проблемы с переводом.[14]

Наиболее распространенные проблемы обмена данными САПР через нейтральные форматы:

  • потеря архитектурной конструкции
  • изменить названия частей на номера или имена, присвоенные каталогам, в которых они хранятся
  • потеря тел из собраний
  • смещение деталей их правильного положения относительно исходной модели
  • потеря первоначального цвета деталей
  • визуализация деталей их правильного положения относительно исходной модели
  • отображение линий построения, которые скрыты в исходном продукте
  • изменение графической информации
  • преобразование полых тел в твердые тела.[14]

Некоторые системы САПР имеют функции для сравнения геометрии двух моделей.[15][16] Таким образом, пользователь может сравнить модель до и после перевода из одного САПР в другой, чтобы оценить качество перевода и исправить обнаруженные дефекты. Но часто такие функции можно сравнить только мозаика двух моделей. Сравнивать топологические элементы двух 3D-моделей и восстанавливать их ассоциативность для отображения групп измененных граней - действительно сложная алгоритмическая проблема, потому что в разных САПР геометрические данные очень разные, но иногда это возможно. Например, компонент LEDAS Geometry Comparison на основе C3D ядро может быть интегрировано в CAD система (как Autodesk Inventor, [17]), чтобы сравнить 3D-модели и выявить все различия между ними.[18]

Цифровые мокапы MultiCAD

Две тенденции CAD / CAM / CAE PLM определяют технологию обмена данными САПР. Во-первых, это необходимость тесного взаимодействия в рамках сегодняшних расширенных предприятий с поддержкой multiCAD. Другой - это возросшее использование цифровых макетов для визуализации, проектирования в контексте, моделирования и анализа крупномасштабных сборок до фактического производства физического продукта. Постоянное развитие технологий обмена данными позволило в значительной степени удовлетворить эти потребности.

Возможность визуализировать средние, если не большие сборки, была одним из первых успехов этих форматов перевода САПР. Улучшения оборудования и разработка облегченных форматов поддерживали сборки большего размера.

Текущие достижения теперь позволяют «Активный мокап». Эта технология позволяет проектировать в контексте моделирования, такого как анализ динамического зазора и автоматическое создание огибающих движения. Активные макеты позволяют редактировать компоненты непосредственно в сборке из нескольких САПР. Дисплеи с несколькими уровнями детализации поддерживают интерактивную производительность даже в огромных сборках.[нужна цитата ]

Обмен данными CAD в CAM

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

В настоящей среде PLM обмен данными между CAD и CAM должен предусматривать не только передачу геометрии. Информация о производстве продукта, независимо от того, созданы ли они разработчиком для использования в производстве или созданы производственной организацией для использования в процессе проектирования, должны быть частью системы обмена данными. ШАГ-NC был разработан для переноски GD&T и другие PMI через CAD и CAM в ЧПУ.

Рекомендации

  1. ^ а б Новацкий, H .; Данненберг, Л. (1986-01-01). Энкарнасао, профессор д-р Инж Хосе; Шустер, доктор-инженер Ричард; Vöge, Dr-Ing Ernst (ред.). Интерфейсы данных о продукте в приложениях CAD / CAM. Символическое вычисление. Springer Berlin Heidelberg. С. 150–159. Дои:10.1007/978-3-642-82426-5_13. ISBN  978-3-642-82428-9.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j Сюй, X. (2009).Интеграция передовых систем автоматизированного проектирования, производства и числового программного управления: принципы и реализации. Херши, Пенсильвания: Справочник по информационным наукам.
  3. ^ Шустер, Р. (1986-01-01). «Прогресс в разработке интерфейсов CAD / CAM для передачи данных определения продукта». В Энкарнасао, профессор д-р Инж Хосе; Шустер, доктор-инженер Ричард; Vöge, Dr-Ing Ernst (ред.). Интерфейсы данных о продукте в приложениях CAD / CAM. Символическое вычисление. Springer Berlin Heidelberg. С. 238–251. Дои:10.1007/978-3-642-82426-5_21. ISBN  978-3-642-82428-9.
  4. ^ а б c d е ж грамм Чанг, К.-Х. (2014).Моделирование дизайна изделий с использованием CAD / CAE. Кидлингтон, Оксфорд, Великобритания: Academic Press.
  5. ^ Бондарь Сергей; Шамма Абдул; Степандич Йосип; Таширо Кен (2015). «Достижения в переводе параметризованных элементов САПР». Трансдисциплинарный анализ жизненного цикла систем. Достижения в трансдисциплинарной инженерии. 2. IOS Press. Дои:10.3233/978-1-61499-544-9-615.
  6. ^ Choi, G.-H .; Mun, D.-H .; Хан, С.-Х. (1 января 2002 г.). «Обмен моделями деталей САПР на основе макропараметрического подхода». Международный журнал CAD / CAM. 2 (1): 13–21. S2CID  11659726.
  7. ^ Бьорк, Бо-Кристер; Лааксо, Микаэль (2010). «Стандартизация САПР в строительной отрасли - взгляд на процесс». Автоматизация в строительстве. 19 (4): 398–406. Дои:10.1016 / j.autcon.2009.11.010.
  8. ^ «Интерфейсы данных о продукте в приложениях CAD / CAM: проектирование, реализация и опыт». Системы автоматизированного проектирования. 19 (3): 158. 1987. Дои:10.1016/0010-4485(87)90208-9.
  9. ^ Феби, Т. (1986-01-01). «Реализация интерфейса геометрических данных VDAFS в системе CAD / CAM Computervision CDS 4000». В Энкарнасао, профессор д-р Инж Хосе; Шустер, доктор-инженер Ричард; Vöge, Dr-Ing Ernst (ред.). Интерфейсы данных о продукте в приложениях CAD / CAM. Символическое вычисление. Springer Berlin Heidelberg. С. 176–183. Дои:10.1007/978-3-642-82426-5_16. ISBN  978-3-642-82428-9.
  10. ^ Вайсберг, Д. Э. (2008). Революция в инженерном дизайне - люди, компании и компьютерные системы, навсегда изменившие инженерный подход. Получено 29 октября 2016 г. из http://www.cadhistory.net
  11. ^ Сименс. (2008, апрель). Справочник по формату Parasolid XT. Получено 29 октября 2016 г. из http://www.plm.automation.siemens.com/de_de/Images/XT_Format_April_2008_tcm73-62642.pdf
  12. ^ Радхакришнан, П., и Субраманян, С. (1994). CAD / CAM / CIM.
  13. ^ Ярес, Э. (2012, 28 ноября). Совместимость с САПР сегодня. Мир дизайна. Получено 29 октября 2016 г. из http://www.designworldonline.com/cad-interoperability-today
  14. ^ а б Димитров, Л., и Вальчкова, Ф. (2011). Проблемы с обменом трехмерными данными между системами САПР с использованием нейтральных форматов. Труды в производственных системах, 6(3), 127-130. Получено 30 октября 2016 г. из http://www.icmas.eu/Journal_archive_files/Vol6-Issue3-2011-PDF/127-130_Dimitrov.pdf
  15. ^ «Сравнить детали и чертежи». 2017-11-27.
  16. ^ Мадхави, Рамеш. «Сравнение чертежей, моделей и печатных плат с PTC Creo View».
  17. ^ «LEDAS Geometry Comparison по лицензии для подключаемого модуля Inventor». 21 апреля 2016 г.
  18. ^ «Geometry Comparison от ЛЕДАС теперь поддерживает все основные форматы MCAD с библиотеками DATAKIT». 17 февраля 2015 года.